Die Begründung für die Auswahl eines Verfahrens zum Abbau von Kohle hängt von Faktoren wie Topographie, Geometrie des Kohleflözes, Geologie des darüber liegenden Gesteins und Umweltanforderungen oder -beschränkungen ab. Vorrangig sind jedoch die wirtschaftlichen Faktoren. Dazu gehören: Verfügbarkeit, Qualität und Kosten der erforderlichen Arbeitskräfte (einschließlich der Verfügbarkeit von ausgebildeten Vorgesetzten und Managern); Angemessenheit von Unterkünften, Verpflegungs- und Erholungseinrichtungen für die Arbeiter (insbesondere wenn die Mine weit entfernt von einer örtlichen Gemeinde liegt); Verfügbarkeit der erforderlichen Ausrüstung und Maschinen sowie von für deren Bedienung geschulten Arbeitskräften; Verfügbarkeit und Transportkosten für Arbeiter, notwendige Vorräte und für den Transport der Kohle zum Benutzer oder Käufer; Verfügbarkeit und Kosten des erforderlichen Kapitals zur Finanzierung des Betriebs (in lokaler Währung); und der Markt für die bestimmte zu fördernde Kohleart (dh der Preis, zu dem sie verkauft werden kann). Ein wesentlicher Faktor ist die Strippverhältnis, d. h. die Menge des zu entfernenden Abraummaterials im Verhältnis zu der Menge an Kohle, die gefördert werden kann; Wenn dies zunimmt, werden die Mining-Kosten weniger attraktiv. Ein wichtiger Faktor, der gerade im Tagebau leider oft übersehen wird, sind die Kosten für die Wiederherstellung des Geländes und der Umwelt, wenn der Bergbaubetrieb eingestellt wird.

Gesundheit und Sicherheit

Ein weiterer kritischer Faktor sind die Kosten für den Schutz der Gesundheit und Sicherheit der Bergleute. Leider werden gerade in Kleinbetrieben die notwendigen Schutzmaßnahmen oft ignoriert oder vernachlässigt, anstatt mitentscheiden zu können, ob und wie die Kohle gefördert werden soll.

Obwohl es immer unerwartete Gefahren gibt – sie können eher von den Elementen als von den Bergbaubetrieben ausgehen – kann jeder Bergbaubetrieb sicher sein, vorausgesetzt, alle Parteien verpflichten sich zu einem sicheren Betrieb.

Kohleminen an der Oberfläche

Der Tagebau von Kohle wird abhängig von der Topographie, dem Gebiet, in dem der Abbau durchgeführt wird, und Umweltfaktoren mit einer Vielzahl von Verfahren durchgeführt. Alle Methoden beinhalten die Entfernung von Abraummaterial, um die Förderung der Kohle zu ermöglichen. Obwohl der Bergbau im Allgemeinen sicherer ist als der Untertagebau, birgt der Betrieb an der Oberfläche einige spezifische Gefahren, die angegangen werden müssen. Dazu gehört vor allem die Verwendung von schwerem Gerät, die neben Unfällen auch mit Abgasen, Lärm und Kontakt mit Kraftstoff, Schmiermitteln und Lösungsmitteln einhergehen kann. Klimatische Bedingungen wie starker Regen, Schnee und Eis, schlechte Sicht und übermäßige Hitze oder Kälte können diese Gefahren verstärken. Wenn zum Aufbrechen von Gesteinsformationen Sprengungen erforderlich sind, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Lagerung, Handhabung und Verwendung von Sprengstoffen erforderlich.

Oberflächenoperationen erfordern die Verwendung riesiger Abfalldeponien, um Abraumprodukte zu lagern. Es müssen geeignete Kontrollen implementiert werden, um Deponieversagen zu verhindern und die Mitarbeiter, die Öffentlichkeit und die Umwelt zu schützen.

Untertagebau

Auch für den untertägigen Bergbau gibt es eine Vielzahl von Methoden. Ihr gemeinsamer Nenner ist die Schaffung von Tunneln von der Oberfläche bis zum Kohleflöz und der Einsatz von Maschinen und/oder Sprengstoffen zur Förderung der Kohle. Neben der hohen Unfallhäufigkeit – überall dort, wo Statistiken geführt werden, steht der Kohlebergbau ganz oben auf der Liste der gefährlichen Arbeitsplätze – ist im Untertagebetrieb immer die Gefahr eines Großschadens mit mehreren Todesopfern vorhanden. Zwei Hauptursachen für solche Katastrophen sind Einstürze aufgrund fehlerhafter Konstruktion der Tunnel und Explosionen und Brände aufgrund der Ansammlung von Methan und/oder brennbaren Mengen von Kohlestaub in der Luft.

Methan

Methan ist in Konzentrationen von 5 bis 15 % hochexplosiv und war Ursache zahlreicher Grubenkatastrophen. Es wird am besten kontrolliert, indem ein ausreichender Luftstrom bereitgestellt wird, um das Gas auf ein Niveau zu verdünnen, das unterhalb seines Explosionsbereichs liegt, und es schnell aus den Anlagen abzulassen. Der Methangehalt muss kontinuierlich überwacht und Regeln aufgestellt werden, um den Betrieb einzustellen, wenn seine Konzentration 1 bis 1.5 % erreicht, und die Mine unverzüglich zu evakuieren, wenn er Werte von 2 bis 2.5 % erreicht.

Kohlenstaub

Kohlenstaub verursacht nicht nur die schwarze Lungenkrankheit (Anthrakose), wenn er von Bergleuten eingeatmet wird, sondern ist auch explosiv, wenn Feinstaub mit Luft vermischt und entzündet wird. Kohlenstaub in der Luft kann durch Sprühwasser und Absaugung kontrolliert werden. Es kann durch Filterung der Umluft gesammelt oder durch Zugabe von Gesteinsmehl in ausreichender Menge neutralisiert werden, um das Kohlenstaub-Luft-Gemisch zu inertisieren.

Zurück

Auf der ganzen Welt gibt es unterirdische Minen, die ein Kaleidoskop von Methoden und Ausrüstungen präsentieren. Es gibt etwa 650 Untertageminen, jede mit einer Jahresproduktion von über 150,000 Tonnen, die 90 % der Erzproduktion der westlichen Welt ausmachen. Darüber hinaus wird geschätzt, dass es 6,000 kleinere Minen gibt, von denen jede weniger als 150,000 Tonnen produziert. Jede Mine ist einzigartig mit Arbeitsplatz, Installationen und unterirdischen Arbeiten, die von der Art der gesuchten Mineralien und dem Standort und den geologischen Formationen sowie von wirtschaftlichen Erwägungen wie dem Markt für das jeweilige Mineral und der Verfügbarkeit von Investitionsmitteln bestimmt werden. Einige Minen sind seit mehr als einem Jahrhundert ununterbrochen in Betrieb, während andere gerade erst anlaufen.

Minen sind gefährliche Orte, an denen die meisten Jobs mühsame Arbeit erfordern. Die Gefahren, denen die Arbeiter ausgesetzt sind, reichen von Katastrophen wie Einstürze, Explosionen und Feuer bis hin zu Unfällen, Staubbelastung, Lärm, Hitze und mehr. Der Schutz der Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter ist ein wichtiger Aspekt bei ordnungsgemäß durchgeführten Bergbaubetrieben und wird in den meisten Ländern durch Gesetze und Vorschriften vorgeschrieben.

Die unterirdische Mine

Die unterirdische Mine ist eine Fabrik im Grundgestein im Inneren der Erde, in der Bergleute arbeiten, um im Gestein verborgene Mineralien zu gewinnen. Sie bohren, laden und sprengen, um auf das Erz zuzugreifen und es zu gewinnen, dh Gestein, das eine Mischung aus Mineralien enthält, von denen mindestens eines zu einem Produkt verarbeitet werden kann, das mit Gewinn verkauft werden kann. Das Erz wird an die Oberfläche gebracht, um zu einem hochgradigen Konzentrat veredelt zu werden.

Die Arbeit im Gestein tief unter der Oberfläche erfordert spezielle Infrastrukturen: ein Netzwerk aus Schächten, Tunneln und Kammern, die mit der Oberfläche verbunden sind und die Bewegung von Arbeitern, Maschinen und Gestein innerhalb der Mine ermöglichen. Der Schacht ist der Zugang zum Untergrund, wo seitliche Stollen die Schachtstation mit Produktionsstollen verbinden. Die interne Rampe ist ein geneigter Stollen, der unterirdische Ebenen in verschiedenen Höhen (dh Tiefen) verbindet. Alle unterirdischen Öffnungen benötigen Dienstleistungen wie Absaugung und Frischluft, Strom, Wasser und Druckluft, Abflüsse und Pumpen zum Sammeln von Sickerwasser und ein Kommunikationssystem.

Hebeanlagen und -systeme

Der Förderturm ist ein hohes Gebäude, das die Mine an der Oberfläche identifiziert. Sie steht direkt über dem Schacht, der Hauptschlagader der Mine, durch die die Bergleute ihren Arbeitsplatz betreten und verlassen, Vorräte und Ausrüstung abgelassen und Erz und Abfallstoffe an die Oberfläche gehoben werden. Schacht- und Aufzugsinstallationen variieren je nach Bedarf an Kapazität, Tiefe usw. Jede Mine muss mindestens zwei Schächte haben, um im Notfall einen alternativen Fluchtweg zu bieten.

Heben und Schachtfahren unterliegen strengen Vorschriften. Hebezeuge (z. B. Winde, Bremsen und Seil) sind mit ausreichenden Sicherheitsspielräumen ausgelegt und werden in regelmäßigen Abständen überprüft. Das Schachtinnere wird regelmäßig von Personen inspiziert, die oben auf dem Korb stehen, und Stoppknöpfe an allen Stationen lösen die Notbremse aus.

Die Tore vor dem Schacht versperren die Öffnungen, wenn die Kabine nicht am Bahnhof ist. Wenn der Käfig ankommt und zum Stillstand kommt, gibt ein Signal das Tor zum Öffnen frei. Nachdem Bergleute den Käfig betreten und das Tor geschlossen haben, gibt ein weiteres Signal den Käfig frei, um den Schacht nach oben oder unten zu bewegen. Die Praxis ist unterschiedlich: Die Signalbefehle können von einem Käfigtender gegeben werden, oder die Bergleute können den an jeder Schachtstation angebrachten Anweisungen folgen und die Schachtziele für sich selbst signalisieren. Bergleute sind sich im Allgemeinen der potenziellen Gefahren beim Schachtfahren und Heben bewusst, und Unfälle sind selten.

Diamantbohren

Vor Beginn des Abbaus muss ein Mineralvorkommen im Gestein kartiert werden. Es ist notwendig, zu wissen, wo sich der Erzkörper befindet, und seine Breite, Länge und Tiefe zu definieren, um eine dreidimensionale Darstellung der Lagerstätte zu erhalten.

Diamantbohrungen werden verwendet, um eine Gesteinsmasse zu erkunden. Das Bohren kann von der Oberfläche oder vom Stollen in der unterirdischen Mine aus erfolgen. Ein mit kleinen Diamanten besetzter Bohrer schneidet einen zylindrischen Kern, der in der Rohrkette eingeschlossen wird, die dem Bohrer folgt. Der Kern wird entnommen und analysiert, um herauszufinden, was sich im Gestein befindet. Kernproben werden inspiziert und die mineralisierten Teile werden geteilt und auf den Metallgehalt analysiert. Umfangreiche Bohrprogramme sind erforderlich, um die Mineralvorkommen zu lokalisieren; Löcher werden sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Abständen gebohrt, um die Dimensionen des Erzkörpers zu bestimmen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Bohrmuster, Garpenberg Mine, eine Blei-Zink-Mine, Schweden

Minenentwicklung

Die Minenerschließung umfasst die Ausgrabungen, die erforderlich sind, um die für die Strossenproduktion erforderliche Infrastruktur aufzubauen und sich auf die zukünftige Kontinuität des Betriebs vorzubereiten. Zu den routinemäßigen Elementen, die alle durch das Bohr-Spreng-Aushubverfahren hergestellt werden, gehören horizontale Stollen, geneigte Rampen und vertikale oder geneigte Erhebungen.

Schachtbau

Das Abteufen von Schachten beinhaltet den Felsaushub, der nach unten vordringt, und wird normalerweise Auftragnehmern zugewiesen, anstatt vom Personal der Mine durchgeführt zu werden. Es erfordert erfahrene Arbeiter und spezielle Ausrüstung, wie z. B. einen Förderturm zum Abteufen eines Schachts, eine spezielle Hebevorrichtung mit einem großen Eimer, der im Seil hängt, und ein Kaktusgreifer-Schachtmuckgerät.

Die Schachtbaumannschaft ist einer Vielzahl von Gefahren ausgesetzt. Sie arbeiten am Boden einer tiefen, vertikalen Ausgrabung. Menschen, Material und gesprengtes Gestein müssen sich den großen Eimer teilen. Menschen am Schachtboden haben keine Möglichkeit, sich vor herabfallenden Gegenständen zu verstecken. Schachtabteufen ist eindeutig keine Arbeit für Unerfahrene.

Driften und Rampen

Ein Stollen ist ein horizontaler Zugangsstollen, der für den Transport von Gestein und Erz verwendet wird. Der Stollenaushub ist eine Routinetätigkeit bei der Entwicklung der Mine. In mechanisierten Bergwerken werden elektrohydraulische Bohrwagen mit zwei Auslegern zum Vortriebsbohren verwendet. Typische Stollenprofile sind 16.0 m² im Schnitt und das Gesicht wird bis zu einer Tiefe von 4.0 m gebohrt. Die Löcher werden von einem speziellen Beschickungswagen pneumatisch mit einem explosiven Ammoniumnitrat-Heizöl (ANFO) gefüllt. Es werden nichtelektrische (Nonel) Zünder mit kurzer Verzögerung verwendet.

Das Ausmisten erfolgt mit (Load-Haul-Dump) LHD-Fahrzeugen (siehe Bild 2) mit einem Schaufelinhalt von ca. 3.0 m³. Der Abraum wird direkt zum Erzpasssystem transportiert und für längere Transporte auf Lastwagen umgeladen. Rampen sind Passagen, die eine oder mehrere Ebenen mit Steigungen von 1:7 bis 1:10 verbinden (eine sehr steile Steigung im Vergleich zu normalen Straßen), die eine ausreichende Traktion für schwere, selbstfahrende Geräte bieten. Die Rampen werden oft spiralförmig nach oben oder unten gefahren, ähnlich einer Wendeltreppe. Der Rampenaushub ist eine Routine im Erschließungsplan der Mine und verwendet die gleiche Ausrüstung wie der Vortrieb.

Abbildung 2. LHD-Lader

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Erhöhung

Eine Erhöhung ist eine vertikale oder steil geneigte Öffnung, die verschiedene Ebenen in der Mine verbindet. Es kann als Leiterzugang zu Strossen, als Erzpass oder als Atemweg im Belüftungssystem der Mine dienen. Aufzucht ist eine schwierige und gefährliche, aber notwendige Arbeit. Die Hebemethoden reichen von einfachen manuellen Bohr- und Sprengarbeiten bis hin zum mechanischen Gesteinsaushub mit Raise Boring Machines (RBMs) (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3. Aufzuchtmethoden

Manuelles Anheben

Das manuelle Heben ist eine schwierige, gefährliche und körperlich anstrengende Arbeit, die die Beweglichkeit, Kraft und Ausdauer des Bergmanns herausfordert. Es ist eine Aufgabe, die nur erfahrenen Bergleuten in guter körperlicher Verfassung übertragen werden darf. In der Regel wird der Aufstockbereich durch eine Fachwerkwand in zwei Abteile geteilt. Eine wird offen gehalten für die Leiter, die zum Klettern zur Wand, für Luftleitungen usw. verwendet wird. Die andere füllt sich mit Gestein aus der Sprengung, das der Bergmann als Plattform beim Rundbohren verwendet. Das Holzscheitel wird nach jeder Runde verlängert. Die Arbeit umfasst das Klettern auf Leitern, Holzarbeiten, Felsbohrungen und Sprengungen, alles in einem beengten, schlecht belüfteten Raum. Es wird alles von einem einzigen Bergmann durchgeführt, da für einen Helfer kein Platz ist. Minen suchen nach Alternativen zu den gefährlichen und mühsamen manuellen Hebemethoden.

Der Aufstiegskletterer

Der Raise Climber ist ein Fahrzeug, das das Klettern auf Leitern und einen Großteil der Schwierigkeiten der manuellen Methode vermeidet. Dieses Fahrzeug erklimmt die Erhöhung auf einer mit dem Felsen verschraubten Führungsschiene und bietet eine robuste Arbeitsplattform, wenn der Bergmann die Runde darüber bohrt. Mit dem Raise Climber können sehr hohe Steige mit deutlich verbesserter Sicherheit gegenüber der manuellen Methode ausgehoben werden. Das Heben von Ausschachtungen bleibt jedoch eine sehr gefährliche Arbeit.

Die Raise Boring Maschine

Die RBM ist eine leistungsstarke Maschine, die das Gestein mechanisch bricht (siehe Abbildung 4). Es wird auf der geplanten Erhöhung errichtet und ein Pilotloch mit einem Durchmesser von etwa 300 mm wird gebohrt, um einen Durchbruch bei einem niedriger gelegenen Ziel zu erreichen. Der Pilotbohrer wird durch einen Reibahlenkopf mit dem Durchmesser der beabsichtigten Erhöhung ersetzt und der RBM wird umgekehrt, wobei der Reibahlenkopf gedreht und nach oben gezogen wird, um eine kreisförmige Erhöhung in voller Größe zu erzeugen.

Abbildung 4. Bohrmaschine anheben

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Bodenkontrolle

Die Bodenkontrolle ist ein wichtiges Konzept für Menschen, die in einer Felsmasse arbeiten. Dies ist besonders wichtig in mechanisierten Bergwerken mit gummibereiften Geräten, wo die Stollenöffnungen 25.0 m betragen² im Schnitt, im Gegensatz zu den Bergwerken mit Schienenstollen, wo sie meist nur 10.0 m betragen². Das Dach ist mit 5.0 m zu hoch, als dass ein Bergmann mit einer Messlatte nach möglichen Steinschlägen suchen könnte.

Zur Sicherung des Daches in unterirdischen Öffnungen werden unterschiedliche Maßnahmen angewendet. Beim Glattsprengen werden Konturlöcher eng aneinander gebohrt und mit einem Sprengstoff geringer Stärke geladen. Die Sprengung erzeugt eine glatte Kontur, ohne das äußere Gestein zu zerbrechen.

Da jedoch oft Risse im Gestein vorhanden sind, die an der Oberfläche nicht sichtbar sind, sind Steinschläge eine allgegenwärtige Gefahr. Das Risiko wird durch Felsankerung, dh das Einbringen von Stahlstäben in Bohrlöcher und deren Befestigung, verringert. Der Felsanker hält das Gestein zusammen, verhindert die Ausbreitung von Rissen, trägt zur Stabilisierung des Gesteins bei und macht den Untergrund sicherer.

Methoden für den Untertagebau

Die Wahl des Abbauverfahrens wird beeinflusst von der Form und Größe des Erzvorkommens, dem Wert der enthaltenen Mineralien, der Zusammensetzung, Stabilität und Festigkeit des Gesteins und den teilweise widersprüchlichen Anforderungen an Produktionsleistung und sichere Arbeitsbedingungen ). Während sich Bergbaumethoden seit der Antike weiterentwickelt haben, konzentriert sich dieser Artikel auf diejenigen, die im späten XNUMX. Jahrhundert in halb- bis vollmechanisierten Bergwerken verwendet wurden. Jede Mine ist einzigartig, aber alle teilen die Ziele eines sicheren Arbeitsplatzes und eines profitablen Geschäftsbetriebs.

Flacher Raum-und-Pfeiler-Bergbau

Room-and-Pillar-Mining ist auf Tafelmineralisierung mit horizontaler bis mäßiger Neigung in einem Winkel von nicht mehr als 20° anwendbar (siehe Abbildung 5). Die Ablagerungen sind oft sedimentären Ursprungs und das Gestein ist oft sowohl im Hangenden als auch in der Mineralisierung inkompetent (hier ein relatives Konzept, da Bergleute die Möglichkeit haben, Felsanker zu installieren, um das Dach zu verstärken, wenn seine Stabilität zweifelhaft ist). Raum-und-Säule ist eine der wichtigsten Methoden des untertägigen Kohlebergbaus.

Abbildung 5. Kammer- und Pfeilerabbau eines flachen Erzkörpers

Room-and-pillar extrahiert einen Erzkörper durch horizontales Bohren, das entlang einer vielschichtigen Front vorangetrieben wird und hinter der produzierenden Front leere Räume bildet. Säulen, Felsabschnitte, werden zwischen den Räumen gelassen, um zu verhindern, dass das Dach einstürzt. Das übliche Ergebnis ist ein regelmäßiges Muster von Räumen und Pfeilern, deren relative Größe einen Kompromiss zwischen der Aufrechterhaltung der Stabilität des Gesteins und der Gewinnung von möglichst viel Erz darstellt. Dies beinhaltet eine sorgfältige Analyse der Stärke der Pfeiler, der Spannweite der Dachschichten und anderer Faktoren. Gesteinsanker werden üblicherweise verwendet, um die Festigkeit des Gesteins in den Pfeilern zu erhöhen. Die abgebauten Stollen dienen als Straßen für Lastwagen, die das Erz zum Lagerplatz der Mine transportieren.

Die Stollenwand aus Raum und Pfeiler wird wie beim Vortrieb gebohrt und gesprengt. Die Strossenbreite und -höhe entsprechen der Größe des Stollens, der ziemlich groß sein kann. Große produktive Bohrwagen werden in Minen mit normaler Höhe verwendet; Kompaktanlagen werden dort eingesetzt, wo das Erz weniger als 3.0 m dick ist. Der dicke Erzkörper wird schrittweise von oben abgebaut, sodass das Dach in einer für die Bergleute bequemen Höhe gesichert werden kann. Der Abschnitt darunter wird in horizontalen Scheiben wiederhergestellt, indem flache Löcher gebohrt und gegen den Raum darüber gesprengt werden. Das Erz wird an der Strebwand auf Lastwagen verladen. Normalerweise werden normale Frontlader und Muldenkipper verwendet. Für die Low-Height-Mine stehen spezielle Grubenwagen und LHD-Fahrzeuge zur Verfügung.

Room-and-Pillar ist eine effiziente Mining-Methode. Die Sicherheit hängt von der Höhe der offenen Räume und den Bodenkontrollstandards ab. Die Hauptrisiken sind Unfälle durch Steinschlag und sich bewegende Geräte.

Geneigter Raum-und-Pfeiler-Bergbau

Geneigter Raum und Pfeiler gilt für Tafelmineralisierung mit einem Winkel oder Gefälle von 15° und 30° zur Horizontalen. Dies ist ein zu steiler Winkel für gummibereifte Fahrzeuge zum Klettern und zu flach für einen durch die Schwerkraft unterstützten Felsfluss.

Die traditionelle Herangehensweise an den geneigten Erzkörper beruht auf Handarbeit. Die Bergleute bohren mit handgeführten Gesteinsbohrern Sprenglöcher in die Stollen. Die Strossen werden mit Slusher-Schabern gereinigt.

Der schräge Abbruch ist ein schwieriger Arbeitsplatz. Die Bergleute müssen die steilen Haufen gesprengten Gesteins erklimmen und dabei ihre Gesteinsbohrer, die Seilrolle und die Stahlseile des Drag Slusher mit sich führen. Neben Steinschlag und Unfällen gibt es Gefahren durch Lärm, Staub, unzureichende Belüftung und Hitze.

Wo die geneigten Erzlagerstätten mechanisiert werden können, wird „Step-Room-Mining“ verwendet. Dies basiert auf der Umwandlung der „schwierigen Dip“-Fußwand in eine „Treppe“ mit Stufen in einem Winkel, der für spurlose Maschinen geeignet ist. Die Stufen werden durch ein Rautenmuster aus Streben und Förderwegen im ausgewählten Winkel über den Erzkörper erzeugt.

Der Erzabbau beginnt mit horizontalen Stollenvortrieben, die von einem kombinierten Zugangs- und Transportstollen abzweigen. Der erste Strossenverlauf ist horizontal und folgt dem Hangenden. Die nächste Stope beginnt ein kurzes Stück weiter unten und folgt der gleichen Route. Dieses Verfahren wird nach unten wiederholt, um eine Reihe von Schritten zum Abbau des Erzkörpers zu schaffen.

Abschnitte der Mineralisierung werden zurückgelassen, um das Hangende zu stützen. Dies wird erreicht, indem zwei oder drei benachbarte Stollenvortriebe auf die volle Länge abgebaut werden und dann der nächste Stollenvortrieb eine Stufe tiefer beginnt, wobei zwischen ihnen eine längliche Säule verbleibt. Abschnitte dieser Säule können später als Ausschnitte geborgen werden, die von der darunter liegenden Strosse gebohrt und gesprengt werden.

Moderne spurlose Ausrüstung passt sich gut an Step-Room-Mining an. Das Stoppen kann unter Verwendung von mobiler Standardausrüstung vollständig mechanisiert werden. Das gesprengte Erz wird in den Stollen von den LHD-Fahrzeugen gesammelt und für den Transport zum Schacht/Erzpass auf Minenlastwagen umgeladen. Wenn die Strosse für die LKW-Beladung nicht hoch genug ist, können die LKWs in speziellen Ladebuchten befüllt werden, die in der Speditionsauffahrt ausgehoben werden.

Schrumpfung stoppt

Das Schrumpfstoppen kann als „klassische“ Bergbaumethode bezeichnet werden, da es während des größten Teils des letzten Jahrhunderts vielleicht die beliebteste Bergbaumethode war. Es wurde weitgehend durch mechanisierte Methoden ersetzt, wird aber immer noch in vielen kleinen Minen auf der ganzen Welt eingesetzt. Es gilt für Minerallagerstätten mit regelmäßigen Grenzen und steilem Einfallen in einer geeigneten Gesteinsmasse. Außerdem darf das gesprengte Erz nicht durch die Lagerung in den Hängen beeinträchtigt werden (z. B. neigen sulfidische Erze dazu, an der Luft zu oxidieren und sich zu zersetzen).

Sein herausragendstes Merkmal ist die Nutzung des Schwerkraftflusses für die Erzhandhabung: Erz aus Stollen fällt direkt in Eisenbahnwaggons über Rutschen, wodurch das manuelle Beladen vermieden wird, traditionell die häufigste und unbeliebteste Aufgabe im Bergbau. Bis zum Erscheinen des pneumatischen Schaufelbaggers in den 1950er Jahren gab es keine geeignete Maschine zum Verladen von Gestein in untertägigen Bergwerken.

Beim Schrumpfstoppen wird das Erz in horizontalen Scheiben extrahiert, beginnend am Boden der Strossen und nach oben fortschreitend. Der größte Teil des gesprengten Gesteins verbleibt in der Strosse und dient als Arbeitsplattform für die Bergleute, die Löcher in die Decke bohren, und dient dazu, die Stollenwände stabil zu halten. Da das Sprengen das Volumen des Gesteins um etwa 60 % erhöht, werden etwa 40 % des Erzes während des Stoppens am Boden abgezogen, um einen Arbeitsraum zwischen der Spitze der Halde und der Decke aufrechtzuerhalten. Das restliche Erz wird abgezogen, nachdem die Sprengung die Obergrenze des Stollens erreicht hat.

Die Notwendigkeit, von der Spitze des Misthaufens und des Zugangs mit der Hebeleiter aus zu arbeiten, verhindert die Verwendung von mechanisierten Geräten in der Strosse. Es dürfen nur Geräte verwendet werden, die leicht genug sind, damit der Bergmann sie allein handhaben kann. Der Druckluft- und Gesteinsbohrer mit einem Gesamtgewicht von 45 kg ist das übliche Werkzeug zum Bohren der Schwindungsstollen. Der Bergmann steht oben auf dem Misthaufen, nimmt den Bohrer/das Futter auf, verankert das Bein, verspannt den Gesteinsbohrer/Bohrstahl gegen das Dach und beginnt mit dem Bohren; es ist keine leichte Arbeit.

Cut-and-Fill-Mining

Cut-and-Fill-Bergbau eignet sich für eine steil abfallende Minerallagerstätte, die in einer Gesteinsmasse mit guter bis mäßiger Stabilität enthalten ist. Es entfernt das Erz in horizontalen Scheiben, beginnend mit einem Bodenschnitt und rückt nach oben vor, wodurch die Grenzen der Strossen angepasst werden können, um einer unregelmäßigen Mineralisierung zu folgen. Dadurch können hochgradige Abschnitte selektiv abgebaut werden, wobei niedriggradiges Erz an Ort und Stelle bleibt.

Nachdem die Strosse sauber ausgemistet ist, wird der abgebaute Raum wieder aufgefüllt, um eine Arbeitsplattform zu bilden, wenn die nächste Scheibe abgebaut wird, und um den Strebenwänden Stabilität zu verleihen.

Die Erschließung für den Cut-and-Fill-Bergbau in einer spurlosen Umgebung umfasst einen Transportantrieb im Liegenden entlang des Erzkörpers auf der Hauptebene, einen Unterschnitt der Stollen, der mit Abflüssen für die hydraulische Verfüllung versehen ist, eine im Liegenden ausgehobene spiralförmige Rampe mit Zugangsabzweigungen zu die Stollen und eine Erhöhung von der Strosse auf das darüber liegende Niveau für die Belüftung und den Schüttguttransport.

Überhand stoppen wird mit Cut-and-Fill verwendet, sowohl mit trockenem Gestein als auch mit hydraulischem Sand als Verfüllmaterial. Überhand bedeutet, dass das Erz von unten gebohrt wird, indem eine Scheibe von 3.0 m bis 4.0 m Dicke gesprengt wird. Dadurch kann der komplette Stollenbereich gebohrt und der gesamte Stollen ohne Unterbrechungen gesprengt werden. Die „oberen“ Löcher werden mit einfachen Wagenbohrern gebohrt.

Bohren und Sprengen nach oben hinterlässt eine raue Felsoberfläche für das Dach; nach dem Ausmisten beträgt seine Höhe ca. 7.0 m. Bevor Bergleute das Gelände betreten dürfen, muss das Dach durch Begradigen der Dachkonturen durch Glattsprengen und anschließendes Abtragen des Lockergesteins gesichert werden. Dies wird von Bergleuten mit handgeführten Gesteinsbohrern durchgeführt, die von der Halde aus arbeiten.

In vorderes Anhalten, werden spurlose Geräte zur Erzgewinnung eingesetzt. Sandberge werden zur Verfüllung verwendet und über Kunststoffrohre in die unterirdischen Stollen verteilt. Die Strossen sind fast vollständig gefüllt, wodurch eine Oberfläche geschaffen wird, die hart genug ist, um von gummibereiften Geräten überquert zu werden. Die Stollenfertigung ist komplett mechanisiert mit Drift-Jumbos und LHD-Fahrzeugen. Die Stollenwand ist eine 5.0 m senkrechte Wand über dem Stollen mit einem 0.5 m breiten offenen Schlitz darunter. Fünf Meter lange horizontale Löcher werden in das Gesicht gebohrt und Erz wird gegen den offenen unteren Schlitz gesprengt.

Die durch eine einzelne Sprengung erzeugte Tonnage hängt von der Strebfläche ab und ist nicht mit der zu vergleichen, die durch die Stollensprengung von oben erzielt wird. Die Leistung spurloser Ausrüstung ist jedoch der manuellen Methode bei weitem überlegen, während die Dachsteuerung durch den Bohrwagen erreicht werden kann, der zusammen mit der Strossensprengung glatte Sprenglöcher bohrt. Ausgestattet mit einer übergroßen Schaufel und großen Reifen fährt das LHD-Fahrzeug, ein vielseitiges Werkzeug zum Ausmisten und Transportieren, leicht auf der Schüttfläche. In einem doppelseitigen Abbau greift der Bohrwagen auf einer Seite an, während der LHD den Abraum am anderen Ende handhabt, was eine effiziente Nutzung der Ausrüstung ermöglicht und die Produktionsleistung erhöht.

Unterebene stoppt entfernt Erz in offenen Strossen. Das Verfüllen der Stollen mit konsolidierter Füllung nach dem Abbau ermöglicht es den Bergleuten, zu einem späteren Zeitpunkt zurückzukehren, um die Pfeiler zwischen den Stollen zu bergen, was eine sehr hohe Gewinnungsrate der Minerallagerstätte ermöglicht.

Die Entwicklung für das Unterniveaustoppen ist umfangreich und komplex. Der Erzkörper ist in Abschnitte mit einer vertikalen Höhe von etwa 100 m unterteilt, in denen Unterschichten vorbereitet und über eine geneigte Rampe verbunden werden. Die Erzkörperabschnitte werden weiter seitlich in abwechselnde Stoppes und Pfeiler unterteilt, und im Liegenden wird am Boden ein Posttransportantrieb mit Ausschnitten für die Zugpunktbeladung geschaffen.

Nach dem Abbau wird der unterirdische Stollen eine rechteckige Öffnung quer durch den Erzkörper sein. Der Boden der Strosse ist V-förmig, um das gesprengte Material in die Ziehpunkte zu leiten. Auf den oberen Teilebenen werden Bohrstollen für das Langlochbohrgerät vorbereitet (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6. Stoppen unter der Ebene durch Ringbohren und Querschnittsbelastung

Das Sprengen benötigt Platz, damit sich das Gestein im Volumen ausdehnen kann. Dazu muss vor Beginn der Langlochsprengung ein einige Meter breiter Schlitz präpariert werden. Dies wird erreicht, indem eine Erhebung von der Unterseite zur Oberseite der Strosse auf einen vollen Schlitz vergrößert wird.

Nach dem Öffnen des Schlitzes beginnt das Langlochgerät (siehe Abbildung 7) mit Produktionsbohrungen in unterirdischen Stollen, wobei es einem genauen, von Sprengexperten erstellten detaillierten Plan folgt, der alle Sprenglöcher, die Bohrposition, die Tiefe und die Richtung der Löcher angibt. Das Bohrgerät bohrt weiter, bis alle Ringe auf einer Ebene fertiggestellt sind. Es wird dann auf die nächste Unterebene übertragen, um mit dem Bohren fortzufahren. Währenddessen werden die Löcher aufgeladen, und ein Sprengmuster, das einen großen Bereich innerhalb der Strosse abdeckt, bricht ein großes Erzvolumen in einer Sprengung auf. Das gesprengte Erz fällt auf den Boden der Strosse, um von den LHD-Fahrzeugen geborgen zu werden, die am Entnahmepunkt unterhalb der Strosse ausmisten. Normalerweise bleibt das Langlochbohren dem Laden und Sprengen voraus, wodurch eine Reserve an sprengfertigem Erz bereitgestellt wird, was für einen effizienten Produktionsplan sorgt.

Abbildung 7. Langlochbohrgerät

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Sublevel Stopping ist eine produktive Abbaumethode. Die Effizienz wird durch die Möglichkeit, voll mechanisierte Produktionsanlagen für das Langlochbohren zu verwenden, sowie durch die Tatsache, dass die Anlage kontinuierlich verwendet werden kann, gesteigert. Es ist auch relativ sicher, da das Bohren innerhalb von unterirdischen Stollen und das Ausmisten von Abzugspunkten die Gefährdung durch potenzielle Steinschläge eliminiert.

Vertikaler Kraterrückzugsabbau

Wie das Stoppen unter der Ebene und das Schrumpfungsstoppen ist der Abbau des vertikalen Kraterrückzugs (VCR) auf die Mineralisierung in steil abfallenden Schichten anwendbar. Es wird jedoch eine andere Sprengtechnik verwendet, bei der das Gestein mit schweren, konzentrierten Ladungen gebrochen wird, die in Löchern („Kratern“) mit sehr großem Durchmesser (etwa 165 mm) etwa 3 m von einer freien Gesteinsoberfläche entfernt platziert werden. Beim Sprengen wird eine kegelförmige Öffnung in der Gesteinsmasse um das Loch herum aufgebrochen und ermöglicht, dass das gesprengte Material während der Produktionsphase in der Strosse verbleibt, so dass die Gesteinsschüttung die Stollenwände unterstützen kann. Die Notwendigkeit der Felsstabilität ist geringer als beim Stoppen unter der Ebene.

Die Entwicklung für den VCR-Bergbau ähnelt der für das Untertage-Stoppen, mit der Ausnahme, dass sowohl über- als auch unterschnittene Ausgrabungen erforderlich sind. Der Überschnitt wird in der ersten Phase benötigt, um das Bohrgerät aufzunehmen, das die Sprenglöcher mit großem Durchmesser bohrt, und für den Zugang, während die Löcher beschickt und gesprengt werden. Die unterschnittene Baugrube bot die für die VCR-Sprengung erforderliche freie Oberfläche. Es kann auch Zugang für ein LHD-Fahrzeug (ferngesteuert, wobei der Bediener außerhalb des Stollens bleibt) ermöglichen, um das gesprengte Erz von den Entnahmepunkten unter dem Stollen zu bergen.

Die übliche VCR-Explosion verwendet Löcher in einem 4.0 × 4.0 m großen Muster, das vertikal ausgerichtet oder steil geneigt ist, wobei Ladungen sorgfältig in berechneten Abständen platziert werden, um die darunter liegende Oberfläche freizugeben. Die Ladungen kooperieren, um eine etwa 3.0 m dicke horizontale Erzscheibe abzubrechen. Der gesprengte Fels fällt in die darunter liegende Strosse. Durch die Steuerung der Ausmistungsgeschwindigkeit bleibt der Stollen teilweise gefüllt, so dass die Steinschüttung während der Produktionsphase zur Stabilisierung der Stollenwände beiträgt. Die letzte Sprengung bricht den Überschnitt in die Strosse, danach wird die Strosse sauber ausgemistet und für die Verfüllung vorbereitet.

VCR-Minen verwenden häufig ein System aus primären und sekundären Stollen zum Erzkörper. Primärstollen werden in der ersten Phase abgebaut und dann mit zementierter Füllung verfüllt. Die Strosse bleibt übrig, damit sich die Schüttung verfestigen kann. Die Bergleute kehren dann zurück und bergen das Erz in den Pfeilern zwischen den primären Stollen, den sekundären Stollen. Dieses System führt in Kombination mit der zementierten Verfüllung zu einer nahezu 100-prozentigen Gewinnung der Erzreserven.

Unterirdische Höhlenforschung

Sublevel Caving ist auf Minerallagerstätten mit steiler bis mäßiger Neigung und großer Ausdehnung in der Tiefe anwendbar. Das Erz muss durch Sprengen in handhabbare Blöcke zerbrochen werden. Das Hangende wird nach der Erzgewinnung einbrechen und der Boden an der Oberfläche über dem Erzkörper wird sich absenken. (Es muss verbarrikadiert werden, um zu verhindern, dass Personen den Bereich betreten.)

Sublevel Caving basiert auf Schwerkraftfluss innerhalb einer aufgebrochenen Gesteinsmasse, die sowohl Erz als auch Gestein enthält. Der Gesteinskörper wird zunächst durch Bohren und Sprengen aufgebrochen und dann durch Streckenstollen unterhalb der Gesteinskörperhöhle ausgemistet. Es gilt als sichere Abbaumethode, da die Bergleute immer innerhalb von Öffnungen in Stollengröße arbeiten.

Sublevel Caving hängt von Sublevels mit regelmäßigen Stollenmustern ab, die innerhalb des Erzkörpers in ziemlich engen vertikalen Abständen (von 10.0 m bis 20 m) vorbereitet werden. Das Stollenlayout ist auf jeder Unterebene gleich (dh parallele Vortriebe über den Erzkörper vom Liegenden Transportantrieb zum Hangenden), aber die Muster auf jeder Unterebene sind leicht versetzt, so dass die Stollen auf einer niedrigeren Ebene dazwischen liegen driftet auf der darüber liegenden Unterebene. Ein Querschnitt zeigt ein Rautenmuster mit Stollen in regelmäßigen vertikalen und horizontalen Abständen. Daher ist die Entwicklung für die Höhlenforschung unter der Ebene umfangreich. Der Stollenaushub ist jedoch eine unkomplizierte Aufgabe, die leicht mechanisiert werden kann. Die Bearbeitung mehrerer Streckenstränge auf mehreren Teilebenen begünstigt eine hohe Geräteauslastung.

Wenn die Erschließung der Unterebene abgeschlossen ist, fährt das Langlochbohrgerät ein, um Sprenglöcher in einem fächerförmigen Muster in den darüber liegenden Fels zu bohren. Wenn alle Sprenglöcher fertig sind, wird das Langlochbohrgerät in die darunter liegende Unterebene gefahren.

Die Langlochsprengung zerbricht die Gesteinsmasse über dem unterirdischen Stollen und leitet eine Höhle ein, die am Kontakt mit dem Hangenden beginnt und sich in Richtung des Liegenden zurückzieht, wobei sie einer geraden Front über den Erzkörper auf der unteren Ebene folgt. Ein vertikaler Schnitt würde eine Treppe zeigen, bei der jede obere Unterebene der darunter liegenden Unterebene einen Schritt voraus ist.

Die Explosion füllt die Sublevel-Front mit einer Mischung aus Erz und Abfall. Wenn das LHD-Fahrzeug ankommt, enthält die Höhle 100 % Erz. Während das Beladen fortgesetzt wird, wird der Anteil an Abfallgestein allmählich zunehmen, bis der Bediener entscheidet, dass die Abfallverdünnung zu hoch ist, und das Beladen stoppt. Während sich der Lader zum nächsten Stollen bewegt, um mit dem Ausmisten fortzufahren, tritt der Sprenger ein, um den nächsten Lochring für das Sprengen vorzubereiten.

Das Ausmisten auf Unterebenen ist eine ideale Anwendung für das LHD-Fahrzeug. Er ist in verschiedenen Größen erhältlich, um besonderen Situationen gerecht zu werden, füllt die Schaufel, legt etwa 200 m zurück, entleert die Schaufel in den Erzpass und kehrt für eine weitere Ladung zurück.

Sublevel Caving zeichnet sich durch einen schematischen Aufbau mit sich wiederholenden Arbeitsabläufen (Erschließungsstollen, Langlochbohren, Laden und Sprengen, Verladen und Transport) aus, die unabhängig voneinander durchgeführt werden. Dadurch können sich die Verfahren kontinuierlich von einer Unterebene zur anderen bewegen, was den effizientesten Einsatz von Arbeitsteams und Ausrüstung ermöglicht. In der Tat ist die Mine analog zu einer Abteilungsfabrik. Sublevel Mining ist jedoch weniger selektiv als andere Methoden und führt nicht zu besonders effizienten Extraktionsraten. Die Höhle enthält etwa 20 bis 40 % Abfall mit einem Erzverlust von 15 bis 25 %.

Block-Höhlen

Block-Caving ist eine groß angelegte Methode, die auf Mineralisierungen in der Größenordnung von 100 Millionen Tonnen in allen Richtungen anwendbar ist, die in Gesteinsmassen enthalten sind, die für die Höhlenforschung geeignet sind (d. h. mit inneren Spannungen, die nach Entfernung der Stützelemente in der Gesteinsmasse die Bruch des abgebauten Blocks). Eine jährliche Produktion von 10 bis 30 Millionen Tonnen ist der erwartete Ertrag. Diese Anforderungen beschränken die Blockhöhlenforschung auf einige wenige spezifische Mineralvorkommen. Weltweit gibt es Block-Caving-Minen, die Lagerstätten mit Kupfer, Eisen, Molybdän und Diamanten ausbeuten.

Blockieren bezieht sich auf das Mining-Layout. Der Erzkörper ist in große Abschnitte, Blöcke, unterteilt, die jeweils eine Tonnage enthalten, die für viele Jahre der Produktion ausreicht. Die Höhlenbildung wird herbeigeführt, indem die tragende Festigkeit des Gesteins direkt unter dem Block durch einen Unterschnitt entfernt wird, einem 15 m hohen Gesteinsabschnitt, der durch Langlochbohrungen und Sprengungen gebrochen wurde. Spannungen, die durch natürliche tektonische Kräfte erheblichen Ausmaßes erzeugt werden, ähnlich denen, die Kontinentalbewegungen verursachen, erzeugen Risse in der Gesteinsmasse, die die Blöcke brechen, hoffentlich um Ziehpunktöffnungen in der Mine zu passieren. Die Natur benötigt jedoch oft die Hilfe von Bergleuten, um übergroße Felsbrocken zu handhaben.

Die Vorbereitung für die Blockausgrabung erfordert eine langfristige Planung und umfangreiche anfängliche Entwicklung, die ein komplexes System von Ausgrabungen unter dem Block umfasst. Diese variieren je nach Standort; Dazu gehören im Allgemeinen Hinterschnitte, Zugglocken, Grizzlys zur Kontrolle von übergroßem Gestein und Erzpässe, die das Erz in die Zugverladung leiten.

Ziehglocken sind konische Öffnungen, die unterhalb des Unterschnitts ausgehoben wurden, die Erz aus einem großen Bereich sammeln und es in den Ziehpunkt auf der darunter liegenden Produktionsebene leiten. Hier wird das Erz in LHD-Fahrzeugen geborgen und auf Erzpässe umgeladen. Felsbrocken, die zu groß für den Eimer sind, werden in Zugpunkten gesprengt, während kleinere auf dem Grizzly behandelt werden. Grizzlies, Sätze paralleler Stäbe zum Sieben von grobem Material, werden üblicherweise in Steinbruchminen verwendet, obwohl zunehmend hydraulische Brecher bevorzugt werden.

Öffnungen in einem Blockbruchbergwerk sind einem hohen Gebirgsdruck ausgesetzt. Stollen und andere Öffnungen werden daher mit dem kleinstmöglichen Querschnitt ausgehoben. Dennoch sind umfangreiche Felsverankerungen und Betonauskleidungen erforderlich, um die Öffnungen intakt zu halten.

Richtig angewendet ist Block-Caving eine kostengünstige, produktive Mass-Mining-Methode. Die Zugänglichkeit einer Felsmasse für Höhlenforschung ist jedoch nicht immer vorhersehbar. Außerdem führt die erforderliche umfassende Erschließung zu einer langen Vorlaufzeit, bevor die Mine mit der Produktion beginnt: Die Verzögerung der Einnahmen kann sich negativ auf die Finanzprognosen auswirken, die zur Rechtfertigung der Investition verwendet werden.

Strebbau

Der Strebabbau ist anwendbar auf geschichtete Lagerstätten mit einheitlicher Form, begrenzter Mächtigkeit und großer horizontaler Ausdehnung (z. B. ein Kohleflöz, eine Kalischicht oder das Riff, das Bett aus Quarzkies, das von Goldminen in Südafrika ausgebeutet wird). Es ist eine der wichtigsten Methoden zum Abbau von Kohle. Es gewinnt das Mineral in Scheiben entlang einer geraden Linie zurück, die wiederholt werden, um Materialien über einen größeren Bereich zu gewinnen. Der dem Streb am nächsten liegende Raum wird offen gehalten, während das Hangende in sicherem Abstand hinter den Bergleuten und ihrer Ausrüstung einstürzen kann.

Die Vorbereitung für den Strebabbau umfasst das Stollennetz, das für den Zugang zum Abbaugebiet und den Transport des Abbauprodukts zum Schacht erforderlich ist. Da die Mineralisierung in Form einer großflächigen Schicht vorliegt, lassen sich die Stollen meist in einem schematischen Netzwerkmuster anordnen. Die Transportstollen werden im Flöz selbst vorbereitet. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Förderstollen bestimmt die Streblänge.

Verfüllung

Das Verfüllen von Grubenstollen verhindert das Einstürzen des Gesteins. Es bewahrt die inhärente Stabilität der Gesteinsmasse, was die Sicherheit fördert und eine vollständigere Gewinnung des gewünschten Erzes ermöglicht. Das Verfüllen wird traditionell beim Cut-and-Fill verwendet, ist aber auch beim Untertagestoppen und beim VCR-Bergbau üblich.

Traditionell haben Bergleute Abfallgestein aus der Erschließung in leere Strossen abgeladen, anstatt es an die Oberfläche zu transportieren. Beispielsweise wird beim Cut-and-Fill-Verfahren Abfallgestein mit Schürfkübeln oder Bulldozern über die leere Strosse verteilt.

Hydraulische Verfüllung verwendet Rückstände aus der Aufbereitungsanlage der Mine, die unterirdisch durch Bohrlöcher und Kunststoffrohre verteilt werden. Die Tailings werden zunächst entschleimt, wobei nur die Grobfraktion zur Verfüllung verwendet wird. Die Füllung ist eine Mischung aus Sand und Wasser, die zu etwa 65 % aus Feststoffen besteht. Durch das Mischen von Zement in den letzten Guss wird die Oberfläche der Schüttung zu einem glatten Straßenbett für gummibereifte Geräte aushärten.

Die Verfüllung wird auch beim unterirdischen Stoppen und beim VCR-Bergbau verwendet, wobei Schotter als Ergänzung zur Sandfüllung eingeführt wird. Das zerkleinerte und gesiebte Gestein, das in einem nahe gelegenen Steinbruch produziert wird, wird unter Tage durch spezielle Verfüllungsaufzüge geliefert, wo es auf Lastwagen verladen und zu den Streben geliefert wird, wo es in spezielle Verfüllungsaufzüge gekippt wird. Primäre Strossen werden mit zementierter Gesteinsschüttung verfüllt, die durch Aufsprühen einer Zement-Flugasche-Aufschlämmung auf die Gesteinsschüttung hergestellt wird, bevor sie auf die Strossen verteilt wird. Die zementierte Gesteinsschüttung härtet zu einer festen Masse aus, die einen künstlichen Pfeiler für den Abbau der Sekundärstollen bildet. Die Zementschlämme wird im Allgemeinen nicht benötigt, wenn sekundäre Strossen verfüllt werden, mit Ausnahme der letzten Betoniervorgänge, um einen festen Aushubboden herzustellen.

Ausrüstung für den Untertagebau

Wo es die Umstände zulassen, wird der Untertagebau zunehmend mechanisiert. Der gummibereifte, dieselbetriebene, vierrädrige, knickgelenkte Lenkträger ist allen mobilen Untertagemaschinen gemeinsam (siehe Abbildung 8).

Abbildung 8. Small-Size-Face-Rig

Atlas Copco

Stirnbohrer Jumbo für Entwicklungsbohrungen

Dies ist ein unverzichtbares Arbeitstier in Bergwerken, das für alle Felsabbauarbeiten verwendet wird. Er trägt einen oder zwei Ausleger mit hydraulischen Gesteinsbohrern. Mit einem Arbeiter am Steuerpult wird es in wenigen Stunden ein Muster von 60 Sprenglöchern mit einer Tiefe von 4.0 m abschließen.

Langloch-Produktionsbohrgerät

Dieses Bohrgerät (siehe Abbildung 7) bohrt Sprenglöcher in einer radialen Ausbreitung um den Stollen herum, die eine große Gesteinsfläche abdeckt und große Erzmengen abbricht. Es wird beim Untertagestoppen, Unterebenen-Höhlen, Block-Höhlen und VCR-Bergbau verwendet. Mit a leistungsstarker hydraulischer Gesteinsbohrer und Karussellspeicher für Verlängerungsstangen, der Bediener verwendet Fernbedienungen, um Gesteinsbohrungen von einer sicheren Position aus durchzuführen.

Ladewagen

Der Ladewagen ist eine notwendige Ergänzung zum driftenden Jumbo. Das Trägergerät ist mit einer hydraulischen Serviceplattform, einem unter Druck stehenden ANFO-Sprengstoffbehälter und einem Ladeschlauch ausgestattet, die es dem Bediener ermöglichen, Sprenglöcher im gesamten Streb in sehr kurzer Zeit zu füllen. Gleichzeitig können Nonel-Zünder für das richtige Timing der einzelnen Explosionen eingesetzt werden.

Linkslenker-Fahrzeug

Das vielseitige Lade- und Kippfahrzeug (siehe Abbildung 10) wird für eine Vielzahl von Dienstleistungen eingesetzt, darunter die Erzproduktion und der Materialumschlag. Es ist in verschiedenen Größen erhältlich, sodass Bergleute das für jede Aufgabe und Situation am besten geeignete Modell auswählen können. Im Gegensatz zu anderen Dieselfahrzeugen, die in Minen eingesetzt werden, wird der LHD-Fahrzeugmotor im Allgemeinen über lange Zeiträume mit voller Leistung betrieben, wodurch große Mengen an Rauch und Abgasen erzeugt werden. Ein Belüftungssystem, das diese Dämpfe verdünnen und abführen kann, ist für die Einhaltung akzeptabler Atmungsstandards im Ladebereich unerlässlich.

Unterirdischer Transport

Das in Strossen, die entlang eines Erzkörpers verteilt sind, gewonnene Erz wird zu einer Erzdeponie transportiert, die sich in der Nähe des Förderschachts befindet. Für längere seitliche Transfers sind spezielle Transportebenen vorbereitet; Sie verfügen üblicherweise über Gleisanlagen mit Zügen für den Erztransport. Die Schiene hat sich als effizientes Transportsystem erwiesen, das größere Mengen über längere Strecken mit Elektrolokomotiven transportiert, die die unterirdische Atmosphäre nicht kontaminieren wie dieselbetriebene Lastwagen, die in schienenlosen Bergwerken eingesetzt werden.

Umgang mit Erz

Auf seinem Weg von den Strossen zum Förderschacht passiert das Erz mehrere Stationen mit unterschiedlichen Fördertechniken.

Das Slusher verwendet einen Schürfkübel, um Erz von der Strosse zum Erzpass zu ziehen. Es ist mit rotierenden Trommeln, Drähten und Riemenscheiben ausgestattet, die so angeordnet sind, dass sie eine hin- und hergehende Kratzroute erzeugen. Der Slusher muss den Stollenboden nicht vorbereiten und kann Erz aus einem groben Misthaufen ziehen.

Das Linkslenker-Fahrzeug, dieselbetrieben und auf Gummireifen fahrend, transportiert das in seiner Schaufel enthaltene Volumen (Größen variieren) von der Halde zum Erzpass.

Das Erz passieren ist eine vertikale oder steil geneigte Öffnung, durch die Gestein aufgrund der Schwerkraft von oberen zu unteren Ebenen fließt. Erzpässe sind manchmal in einer vertikalen Abfolge angeordnet, um Erz von oberen Ebenen zu einem gemeinsamen Lieferpunkt auf der Transportebene zu sammeln.

Das Rutsche ist das Tor am unteren Ende des Erzpasses. Erzpässe enden normalerweise im Gestein in der Nähe des Transportstollens, so dass das Erz beim Öffnen der Rutsche fließen kann, um Autos auf der darunter liegenden Strecke zu füllen.

In der Nähe des Schachtes passieren die Erzzüge a Entsorgungsstation wo die Ladung in a fallen gelassen werden kann Vorratsbehälter, Ein gräulich an der Entsorgungsstation verhindert, dass übergroße Steine ​​in den Behälter fallen. Diese Felsbrocken werden durch Spreng- oder Hydraulikhämmer gespalten; a grober Brecher kann zur weiteren Größenkontrolle unter dem Grizzly installiert werden. Unter dem Vorratsbehälter ist ein Tasche messen die automatisch überprüft, ob das Volumen und Gewicht der Ladung die Kapazitäten der Mulde und des Hebezeugs nicht überschreiten. Wenn ein leerer überspringen, ein Container für die vertikale Reise, kommt bei der an Füllstation, öffnet sich eine Rutsche im Boden der Maßtasche, die den Behälter mit einer geeigneten Ladung füllt. Nach dem Hebezeug hebt die beladene Mulde zum Fördergerüst an die Oberfläche, eine Rutsche öffnet sich, um die Ladung in den Übertagebunker zu entleeren. Das Heben von Skips kann automatisch mit Videoüberwachung betrieben werden, um den Prozess zu überwachen.

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Die unterirdische Kohleproduktion begann zunächst mit Zugangstunneln oder Stollen, die von ihren Oberflächenaufschlüssen in Flöze abgebaut wurden. Probleme, die durch unzureichende Transportmittel verursacht wurden, um Kohle an die Oberfläche zu bringen, und durch das zunehmende Risiko, Methantaschen von Kerzen und anderen offenen Flammen zu entzünden, begrenzten jedoch die Tiefe, bis zu der frühe Untertageminen bearbeitet werden konnten.

Die steigende Nachfrage nach Kohle während der Industriellen Revolution gab den Anreiz für Schachtabteufungen, um Zugang zu tieferen Kohlereserven zu erhalten, und Mitte des 1970. Jahrhunderts stammte der weitaus größere Anteil der weltweiten Kohleförderung aus Untertagebetrieben. In den 1980er und 1990er Jahren gab es eine weit verbreitete Entwicklung neuer Kohleabbaukapazitäten an der Oberfläche, insbesondere in Ländern wie den Vereinigten Staaten, Südafrika, Australien und Indien. In den 1990er Jahren führte das erneute Interesse am Untertagebergbau jedoch dazu, dass neue Minen (z. B. in Queensland, Australien) an den tiefsten Stellen ehemaliger Tagebaue erschlossen wurden. Mitte der 45er-Jahre wurden etwa 30 % der weltweit geförderten Steinkohle unter Tage abgebaut. Der tatsächliche Anteil war sehr unterschiedlich und reichte von unter 95 % in Australien und Indien bis zu rund XNUMX % in China. Braun- und Braunkohle werden aus wirtschaftlichen Gründen nur selten unter Tage abgebaut.

Eine Untertagekohlemine besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: einem Produktionsbereich; Kohletransport zum Fuß eines Schachts oder Gefälles; und die Kohle entweder an die Oberfläche zu heben oder zu befördern. Die Produktion umfasst auch die Vorbereitungsarbeiten, die notwendig sind, um den Zugang zu zukünftigen Produktionsbereichen eines Bergwerks zu ermöglichen und stellt somit das höchste persönliche Risiko dar.

Minenentwicklung

Das einfachste Mittel, um auf ein Kohleflöz zuzugreifen, besteht darin, ihm von seinem Oberflächenaufschluss aus zu folgen, eine immer noch weit verbreitete Technik in Gebieten, in denen die darüberliegende Topographie steil ist und die Flöze relativ flach liegen. Ein Beispiel ist das Kohlerevier der Appalachen im Süden von West Virginia in den Vereinigten Staaten. Die tatsächlich im Flöz angewandte Abbaumethode ist an dieser Stelle unerheblich; wichtig ist, dass der zugang kostengünstig und mit minimalem bauaufwand zu erreichen ist. Stollen werden auch häufig in Gebieten des Low-Tech-Kohlebergbaus verwendet, wo die während des Abbaus des Stollens produzierte Kohle verwendet werden kann, um die Erschließungskosten auszugleichen.

Andere Zugangsmöglichkeiten sind Gefälle (oder Rampen) und vertikale Schächte. Die Wahl hängt normalerweise von der Tiefe des Kohleflözes ab, in dem gearbeitet wird: Je tiefer das Flöz, desto teurer ist es, eine abgestufte Rampe zu entwickeln, entlang der Fahrzeuge oder Bandförderer fahren können.

Schachtabteufen, bei dem ein Schacht von der Oberfläche senkrecht nach unten abgebaut wird, ist sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig und erfordert eine längere Vorlaufzeit zwischen dem Baubeginn und dem Abbau der ersten Kohle. In Fällen, in denen die Flöze tief liegen, wie in den meisten europäischen Ländern und in China, müssen oft Schächte durch wasserführende Felsen über den Kohleflözen abgeteuft werden. Hier muss mit Spezialtechniken wie Bodenvereisung oder Verpressung verhindert werden, dass Wasser in den Schacht eindringt, der dann mit Stahlringen oder Gussbeton ausgekleidet wird, um eine dauerhafte Abdichtung zu gewährleisten.

Gefälle werden typischerweise verwendet, um auf Flöze zuzugreifen, die für den Tagebau zu tief sind, aber immer noch relativ oberflächennah sind. Im Kohlerevier Mpumalanga (östliches Transvaal) in Südafrika beispielsweise liegen die abbaubaren Flöze in einer Tiefe von nicht mehr als 150 m; In einigen Gebieten werden sie im Tagebau abgebaut, in anderen ist ein Untertageabbau erforderlich. In diesem Fall werden häufig Abstiege verwendet, um den Zugang für Bergbauausrüstung zu ermöglichen und die Bandförderer zu installieren, mit denen die geschnittene Kohle aus der Mine transportiert wird.

Gefälle unterscheiden sich von Stollen dadurch, dass sie normalerweise in Gestein und nicht in Kohle ausgehoben werden (es sei denn, das Flöz fällt mit konstanter Geschwindigkeit ab) und mit einem konstanten Gefälle abgebaut werden, um den Zugang für Fahrzeuge und Förderbänder zu optimieren. Eine Innovation seit den 1970er Jahren ist der Einsatz von Gurtförderern, die in Gefällen laufen, um die Produktion im Tiefbau zu befördern, ein System, das Vorteile gegenüber herkömmlichen Schachtförderern in Bezug auf Kapazität und Zuverlässigkeit bietet.

Bergbaumethoden

Der Untertage-Kohlebergbau umfasst zwei Hauptverfahren, von denen sich viele Variationen entwickelt haben, um die Bergbaubedingungen in einzelnen Betrieben anzugehen. Bei der Extraktion von Räumen und Säulen werden Tunnel (oder Straßen) in einem regelmäßigen Raster abgebaut, wobei häufig erhebliche Säulen für die langfristige Unterstützung des Daches zurückbleiben. Im Strebbau werden große Teile eines Kohleflözes vollständig abgebaut, wodurch das Dachgestein in das abgebaute Gebiet einstürzt.

Room-and-Pillar-Mining

Der Kammer- und Pfeilerbergbau ist das älteste untertägige Kohlebergbausystem und das erste, das das Konzept der regelmäßigen Dachunterstützung zum Schutz der Bergarbeiter anwendet. Der Name Room-and-Pillar-Mining leitet sich von den Kohlesäulen ab, die auf einem regulären Netz zurückgelassen werden, um sie bereitzustellen in situ Unterstützung für das Dach. Es wurde zu einem hochproduktiven, mechanisierten Verfahren entwickelt, das in einigen Ländern einen erheblichen Teil der gesamten Untertageproduktion ausmacht. Beispielsweise stammen 60 % der Untertage-Kohleförderung in den Vereinigten Staaten aus Raum-und-Pfeiler-Bergwerken. In Bezug auf den Umfang haben einige Minen in Südafrika Kapazitäten von mehr als 10 Millionen Tonnen pro Jahr aus Operationen mit mehreren Produktionsabschnitten in Flözen mit einer Mächtigkeit von bis zu 6 m installiert. Im Gegensatz dazu sind viele Room-and-Pillar-Minen in den Vereinigten Staaten klein und arbeiten in Flözdicken von nur 1 m, mit der Möglichkeit, die Produktion je nach Marktbedingungen schnell zu stoppen und wieder aufzunehmen.

Raum-und-Pfeiler-Bergbau wird typischerweise in flacheren Flözen verwendet, wo der Druck, der durch überlagernde Felsen auf die Stützpfeiler ausgeübt wird, nicht übermäßig ist. Das System hat zwei entscheidende Vorteile gegenüber dem Strebabbau: seine Flexibilität und inhärente Sicherheit. Sein Hauptnachteil besteht darin, dass die Gewinnung der Kohleressource nur teilweise erfolgt, wobei die genaue Menge von Faktoren wie der Tiefe des Flözes unter der Oberfläche und seiner Mächtigkeit abhängt. Rückgewinnungen von bis zu 60 % sind möglich. Eine Gewinnung von neunzig Prozent ist möglich, wenn in einer zweiten Phase des Extraktionsprozesses Pfeiler abgebaut werden.

Das System ist auch in der Lage, verschiedene technische Raffinessen zu erreichen, die von arbeitsintensiven Techniken (wie dem „Korbbergbau“, bei dem die meisten Abbauschritte, einschließlich des Kohletransports, manuell erfolgen) bis hin zu hochmechanisierten Techniken reichen. Kohle kann von der Tunnelbrust durch den Einsatz von Sprengstoffen oder kontinuierlichen Abbaumaschinen abgebaut werden. Fahrzeuge oder mobile Bandförderer sorgen für den mechanisierten Kohletransport. Dachanker und Metall- oder Holzumreifungen werden verwendet, um das Fahrbahndach und die Kreuzungen zwischen Fahrbahnen zu stützen, wo die offene Spannweite größer ist.

Ein Continuous Miner, der einen auf Raupenketten montierten Schneidkopf und ein Kohleladesystem umfasst, wiegt typischerweise zwischen 50 und 100 Tonnen, abhängig von der Arbeitshöhe, in der er arbeiten soll, der installierten Leistung und der erforderlichen Schnittbreite. Einige sind mit bordeigenen Felsanker-Installationsmaschinen ausgestattet, die gleichzeitig mit dem Kohleschneiden eine Dachabstützung bieten; in anderen Fällen werden separate Continuous Miner- und Roofbolter-Maschinen nacheinander verwendet.

Kohletransporter können über ein Versorgungskabel mit Strom versorgt werden oder batterie- oder dieselmotorbetrieben sein. Letzteres bietet eine größere Flexibilität. Kohle wird von der Rückseite des Continuous Miners in das Fahrzeug geladen, das dann eine Nutzlast, typischerweise zwischen 5 und 20 Tonnen, über eine kurze Strecke zu einem Aufgabetrichter für das Hauptbandfördersystem transportiert. Ein Brecher kann im Trichteraufgeber enthalten sein, um übergroße Kohle oder Gestein zu zerkleinern, die Rutschen blockieren oder Förderbänder im weiteren Verlauf des Transportsystems beschädigen könnten.

Eine Alternative zum Fahrzeugtransport ist das Continuous-Haulage-System, ein auf Raupen montierter, flexibler Sektionsförderer, der geschnittene Kohle direkt vom Continuous Miner zum Trichter transportiert. Diese bieten Vorteile in Bezug auf die Sicherheit des Personals und die Produktionskapazität, und ihre Verwendung wird aus den gleichen Gründen auf Ausbausysteme für Strebbaustellen ausgeweitet.

Strecken werden bis zu Breiten von 6.0 m abgebaut, normalerweise die volle Höhe des Flözes. Säulengrößen hängen von der Tiefe unter der Oberfläche ab; Quadratische 15.0-m-Pfeiler auf 21.0-m-Zentren wären repräsentativ für das Pfeilerdesign für eine flache Mine mit niedrigem Flöz.

Strebbau

Longwall Mining wird weithin als eine Entwicklung des 200. Jahrhunderts wahrgenommen; Es wird jedoch angenommen, dass das Konzept über 1950 Jahre früher entwickelt wurde. Der Hauptfortschritt besteht darin, dass frühere Operationen hauptsächlich manuell erfolgten, während der Grad der Mechanisierung seit den XNUMXer Jahren so weit gestiegen ist, dass ein Streb heute eine hochproduktive Einheit ist, die von einer sehr kleinen Mannschaft von Arbeitern bedient werden kann.

Longwalling hat gegenüber dem Room-and-Pillar-Mining einen entscheidenden Vorteil: Es kann eine vollständige Gewinnung des Paneels in einem Durchgang erreichen und einen höheren Gesamtanteil der gesamten Kohleressource gewinnen. Das Verfahren ist jedoch relativ unflexibel und erfordert sowohl eine große abbaubare Ressource als auch garantierte Verkäufe, um rentabel zu sein, da mit der Entwicklung und Ausstattung eines modernen Strebs hohe Kapitalkosten verbunden sind (in einigen Fällen über 20 Millionen US-Dollar).

Während in der Vergangenheit einzelne Bergwerke oft gleichzeitig mehrere Strebanlagen betrieben (in Ländern wie Polen teilweise über zehn pro Bergwerk), geht der aktuelle Trend hin zur Zusammenlegung der Abbaukapazitäten in weniger, hochleistungsfähige Einheiten. Die Vorteile davon sind verringerte Arbeitsanforderungen und die Notwendigkeit einer weniger umfangreichen unterirdischen Infrastrukturentwicklung und -wartung.

Beim Strebabbau wird das Dach beim Abbau des Flözes absichtlich eingestürzt; nur wichtige Zugangswege im Untergrund sind durch Stützpfeiler geschützt. Die Dachsteuerung wird auf einem Streb durch zwei- oder vierbeinige hydraulische Stützen bereitgestellt, die die unmittelbare Last des darüber liegenden Daches aufnehmen, ihre teilweise Verteilung auf den nicht abgebauten Streb und die Pfeiler auf beiden Seiten der Platte ermöglichen und die Strebausrüstung schützen und Personal vom eingestürzten Dach hinter der Stützlinie. Die Kohle wird von einem elektrisch betriebenen Walzenschneider geschnitten, der normalerweise mit zwei Kohleschneidtrommeln ausgestattet ist und bei jedem Durchgang einen bis zu 1.1 m dicken Kohlestreifen aus der Strebwand abbaut. Der Walzenlader fährt mit und lädt die geschnittene Kohle auf einen gepanzerten Förderer, der sich nach jedem Schnitt durch sequentielle Bewegung der Strebstützen vorwärts schlängelt.

Am Strebende wird die geschnittene Kohle an ein Förderband zum Transport an die Oberfläche übergeben. In einer vorrückenden Strebung muss der Gürtel mit zunehmender Entfernung vom Strebstartpunkt regelmäßig verlängert werden, während beim Rückzugsstreb das Gegenteil gilt.

In den letzten 40 Jahren wurden sowohl die Länge des abgebauten Strebs als auch die Länge der einzelnen Strebplatten (der Kohleblock, durch den der Streb verläuft) erheblich verlängert. Zur Veranschaulichung: In den Vereinigten Staaten stieg die durchschnittliche Streblänge von 150 m im Jahr 1980 auf 227 m im Jahr 1993. In Deutschland lag der Durchschnitt Mitte der 1990er Jahre bei 270 m, und Streblängen von über 300 m sind in Planung. Sowohl im Vereinigten Königreich als auch in Polen werden bis zu 300 m lange Strebflächen abgebaut. Die Plattenlängen werden größtenteils durch geologische Bedingungen wie Verwerfungen oder durch Minengrenzen bestimmt, betragen aber jetzt unter guten Bedingungen durchgehend über 2.5 km. In den USA wird die Möglichkeit von bis zu 6.7 km langen Panels diskutiert.

Rückzugsbergbau entwickelt sich zum Industriestandard, obwohl er höhere Anfangsinvestitionen in den Straßenausbau bis zum weitesten Ausmaß jeder Platte erfordert, bevor der Strebbau beginnen kann. Wo möglich, werden Straßen jetzt im Flöz abgebaut, wobei kontinuierliche Bergleute verwendet werden, wobei die Felsbolzenunterstützung die zuvor verwendeten Stahlbögen und Fachwerkträger ersetzt, um den darüber liegenden Felsen eine positive Unterstützung zu bieten, anstatt passiv auf Felsbewegungen zu reagieren. Es ist jedoch in seiner Anwendbarkeit auf kompetente Dachfelsen beschränkt.

Sicherheitshinweise

Statistiken der IAO (1994) weisen auf große geografische Unterschiede in der Zahl der Todesfälle im Kohlebergbau hin, obwohl diese Daten das Niveau der Bergbauentwicklung und die Zahl der Beschäftigten von Land zu Land berücksichtigen müssen. In vielen Industrieländern haben sich die Bedingungen verbessert.

Größere Zwischenfälle im Bergbau sind heute relativ selten, da sich die technischen Standards verbessert haben und Materialien wie Förderbänder und unter Tage verwendete Hydraulikflüssigkeiten feuerfest sind. Dennoch bleibt die Möglichkeit von Zwischenfällen, die Personen- oder Sachschäden verursachen können. Methangas- und Kohlenstaubexplosionen ereignen sich trotz stark verbesserter Belüftungspraktiken immer noch, und Dacheinstürze sind weltweit für die Mehrzahl der schweren Unfälle verantwortlich. Brände, entweder an Geräten oder durch Selbstentzündung, stellen eine besondere Gefahr dar.

Betrachtet man die beiden Extreme, den arbeitsintensiven und den hochmechanisierten Bergbau, so gibt es auch große Unterschiede sowohl in der Unfallhäufigkeit als auch in der Art der beteiligten Zwischenfälle. Arbeiter, die in einem kleinen manuellen Bergwerk beschäftigt sind, erleiden mit größerer Wahrscheinlichkeit Verletzungen durch Herunterfallen von Steinen oder Kohle von der Fahrbahndecke oder den Seitenwänden. Sie riskieren auch eine stärkere Exposition gegenüber Staub und brennbaren Gasen, wenn die Belüftungssysteme unzureichend sind.

Sowohl der Kammer-und-Pfeiler-Abbau als auch die Erschließung von Fahrbahnen für den Zugang zu den Strebplatten erfordern eine Unterstützung der Decken- und Seitenwandfelsen. Die Art und Dichte der Stützung variiert unter anderem je nach Flözdicke, Beschaffenheit der darüber liegenden Gesteine ​​und Tiefe des Flözes. Der gefährlichste Ort in jeder Mine ist unter einem nicht unterstützten Dach, und die meisten Länder legen strenge gesetzliche Beschränkungen für die Länge der Straße fest, die entwickelt werden darf, bevor die Unterstützung installiert wird. Die Bergung von Pfeilern bei Arbeiten mit Räumen und Pfeilern birgt besondere Gefahren durch die Möglichkeit eines plötzlichen Dacheinsturzes und muss sorgfältig geplant werden, um ein erhöhtes Risiko für Arbeiter zu vermeiden.

Moderne Hochleistungsstrebe erfordern ein Team von sechs bis acht Bedienern, sodass die Anzahl der Personen, die potenziellen Gefahren ausgesetzt sind, deutlich reduziert wird. Staub, der durch den Strebfräser erzeugt wird, ist ein großes Problem. Das Schneiden von Kohle ist daher manchmal auf eine Richtung entlang der Strebfläche beschränkt, um den Belüftungsstrom zu nutzen, um Staub von den Arbeitern der Walzenschere wegzubefördern. Die Hitze, die von immer leistungsstärkeren elektrischen Maschinen in den Grenzen des Strebs erzeugt wird, hat auch möglicherweise schädliche Auswirkungen auf die Strebarbeiter, insbesondere wenn die Minen tiefer werden.

Auch die Geschwindigkeit, mit der Schermaschinen im Streb arbeiten, nimmt zu. Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 45 m/min werden Ende der 1990er Jahre aktiv erwogen. Die physische Fähigkeit der Arbeiter, mit dem Kohleschneider Schritt zu halten, der sich wiederholt über eine 300 m lange Wand für eine volle Arbeitsschicht bewegt, ist zweifelhaft, und die Erhöhung der Walzengeschwindigkeit ist daher ein wichtiger Anreiz für die breitere Einführung von Automatisierungssystemen, für die Bergleute tätig werden würden als Monitore statt als praktische Operatoren.

Die Bergung von Strebausrüstung und ihre Verbringung an eine neue Baustelle birgt einzigartige Gefahren für Arbeiter. Zur Sicherung des Strebdachs und der Strebkohle wurden innovative Methoden entwickelt, um das Risiko von Steinschlägen während des Überführungsvorgangs zu minimieren. Allerdings sind die einzelnen Maschinenteile extrem schwer (über 20 Tonnen für eine große Strebstütze und deutlich mehr für einen Walzenlader), und trotz des Einsatzes speziell konstruierter Transporter bleibt die Gefahr von Personenquetschungen oder Hebeverletzungen während der Strebbergung .

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Minenentwicklung

Grubenplanung und Layout

Das gesamtwirtschaftliche Ziel im Tagebau ist es, die geringste Menge an Material zu entfernen und gleichzeitig die größte Kapitalrendite zu erzielen, indem das marktfähigste Mineralprodukt verarbeitet wird. Je höher der Gehalt des Mineralvorkommens, desto höher der Wert. Um die Kapitalinvestitionen zu minimieren und gleichzeitig auf das wertvollste Material innerhalb einer Minerallagerstätte zuzugreifen, wird ein Minenplan entwickelt, der genau beschreibt, wie der Erzkörper extrahiert und verarbeitet wird. Da viele Erzlagerstätten keine einheitliche Form haben, gehen dem Minenplan umfangreiche Erkundungsbohrungen voraus, um die Geologie und Position des Erzkörpers zu profilieren. Die Größe des Mineralvorkommens bestimmt die Größe und das Layout der Mine. Das Layout einer Tagebaumine wird durch die Mineralogie und Geologie des Gebiets bestimmt. Die Form der meisten Tagebauminen nähert sich einem Kegel an, spiegelt aber immer die Form der erschlossenen Minerallagerstätte wider. Tagebauminen bestehen aus einer Reihe von konzentrischen Leisten oder Bänken, die durch Zufahrts- und Transportstraßen halbiert werden, die vom Rand der Grube spiralförmig oder im Zickzack nach unten zum Boden führen. Unabhängig von der Größe enthält der Minenplan Bestimmungen für die Grubenerschließung, die Infrastruktur (z. B. Lagerung, Büros und Wartung), den Transport, die Ausrüstung, die Abbauverhältnisse und -raten. Abbauraten und -verhältnisse beeinflussen die Lebensdauer der Mine, die durch Erschöpfung des Erzkörpers oder Realisierung einer wirtschaftlichen Grenze definiert ist.

Moderne Tagebauminen variieren in ihrer Größe von kleinen privat betriebenen Unternehmen, die ein paar hundert Tonnen Erz pro Tag verarbeiten, bis hin zu ausgedehnten Industriekomplexen, die von Regierungen und multinationalen Unternehmen betrieben werden, die mehr als eine Million Tonnen Material pro Tag abbauen. Die größten Betriebe können viele Quadratkilometer umfassen.

Abraum abtragen

Abraum ist Abfallgestein, das aus konsolidiertem und nicht konsolidiertem Material besteht, das entfernt werden muss, um den darunter liegenden Erzkörper freizulegen. Es ist wünschenswert, so wenig Abraum wie möglich zu entfernen, um Zugang zu dem interessierenden Erz zu erhalten, aber ein größeres Volumen an Abfallgestein wird ausgehoben, wenn die Minerallagerstätte tief ist. Die meisten Abbautechniken sind zyklisch mit Unterbrechungen in den Abbau- (Bohren, Sprengen und Verladen) und Abbauphasen (Transport). Dies gilt insbesondere für Hartgesteinsabraum, der zuerst gebohrt und gesprengt werden muss. Eine Ausnahme von diesem zyklischen Effekt bilden Schwimmbagger, die im hydraulischen Tagebau und einige Arten des Lockermaterialabbaus mit Schaufelradbaggern eingesetzt werden. Der Bruchteil von Abfallgestein zu ausgehobenem Erz wird als Abraumverhältnis definiert. Abraumverhältnisse von 2:1 bis 4:1 sind in großen Bergbaubetrieben keine Seltenheit. Verhältnisse über 6:1 sind je nach Rohstoff tendenziell weniger wirtschaftlich. Einmal entfernt, kann Abraum für den Straßen- und Abraumbau verwendet werden oder kann als Auffüllschutt einen kommerziellen Wert außerhalb des Bergbaus haben.

Auswahl der Bergbauausrüstung

Die Auswahl der Abbauausrüstung ist eine Funktion des Abbauplans. Zu den Faktoren, die bei der Auswahl der Minenausrüstung berücksichtigt werden, gehören unter anderem die Topographie der Grube und der Umgebung, die abzubauende Erzmenge, die Geschwindigkeit und Entfernung, die das Erz zur Verarbeitung transportiert werden muss, und die geschätzte Minenlebensdauer. Im Allgemeinen verlassen sich die meisten modernen Tagebaubetriebe auf mobile Bohrgeräte, Hydraulikbagger, Frontlader, Schürfkübel und Transporter, um Erz zu extrahieren und die Erzverarbeitung einzuleiten. Je größer der Minenbetrieb ist, desto größer ist die Kapazität der Ausrüstung, die zur Aufrechterhaltung des Minenplans erforderlich ist.

Die Ausrüstung ist im Allgemeinen die größte verfügbare, um der Wirtschaftlichkeit der Skalierung von Tagebauen gerecht zu werden, wobei berücksichtigt wird, dass die Kapazitäten der Ausrüstung angepasst werden. Beispielsweise kann ein kleiner Frontlader einen großen Transporter füllen, aber die Anpassung ist nicht effizient. In ähnlicher Weise kann eine große Schaufel kleinere Lastwagen beladen, erfordert jedoch, dass die Lastwagen ihre Zykluszeiten verkürzen, und optimiert nicht die Nutzung der Schaufel, da ein Schaufellöffel genug Erz für mehr als einen Lastwagen enthalten kann. Die Sicherheit kann beeinträchtigt werden, wenn versucht wird, nur die Hälfte einer Schaufel zu laden, oder wenn ein Lastwagen überladen ist. Außerdem muss der Umfang der ausgewählten Ausrüstung mit den verfügbaren Wartungseinrichtungen übereinstimmen. Große Geräte werden häufig dort gewartet, wo sie aufgrund der logistischen Schwierigkeiten, die mit dem Transport zu etablierten Wartungseinrichtungen verbunden sind, versagen. Wenn möglich, sind die Wartungseinrichtungen der Mine so ausgelegt, dass sie dem Umfang und der Menge der Minenausrüstung Rechnung tragen. Wenn neue größere Ausrüstung in den Minenplan aufgenommen wird, muss daher auch die unterstützende Infrastruktur, einschließlich der Größe und Qualität von Transportwegen, Werkzeugen und Wartungseinrichtungen, berücksichtigt werden.

Konventionelle Methoden des Surface Mining

Tagebau und Tagebau sind die beiden Hauptkategorien des Tagebaus, auf die mehr als 90 % der weltweiten Tagebauproduktion entfallen. Die Hauptunterschiede zwischen diesen Abbaumethoden sind die Lage des Erzkörpers und die Art der mechanischen Gewinnung. Beim Lockergesteinabbau ist der Prozess im Wesentlichen kontinuierlich, wobei die Extraktions- und Transportschritte in Reihe ablaufen. Der Abbau von Festgestein erfordert einen diskontinuierlichen Prozess des Bohrens und Sprengens vor den Lade- und Transportphasen. Tagebau (oder Tagebau-)Techniken beziehen sich auf die Gewinnung von oberflächennahen und relativ flachen oder tafelförmigen Erzkörpern und Mineralflözen. Es verwendet eine Vielzahl verschiedener Arten von Ausrüstung, darunter Schaufeln, Lastwagen, Schleppleinen, Schaufelradbagger und Schürfkübel. Die meisten Tagebaue verarbeiten nichtharte Gesteinsvorkommen. Kohle ist der häufigste Rohstoff, der im Tagebau aus Oberflächenflözen abgebaut wird. Im Gegensatz, Tagebau wird verwendet, um Hartgesteinserz zu entfernen, das in tiefen Flözen verbreitet und/oder lokalisiert ist, und ist typischerweise auf die Extraktion durch Schaufel- und LKW-Ausrüstung beschränkt. Viele Metalle werden im Tagebau abgebaut: Gold, Silber und Kupfer, um nur einige zu nennen.

Steinbruch ist ein Begriff, der verwendet wird, um eine spezielle Tagebautechnik zu beschreiben, bei der festes Gestein mit einem hohen Grad an Verfestigung und Dichte aus lokalisierten Lagerstätten gewonnen wird. Abgebaute Materialien werden entweder zerkleinert und gebrochen, um Zuschlagstoffe oder Bausteine ​​wie Dolomit und Kalkstein herzustellen, oder mit anderen Chemikalien kombiniert, um Zement und Kalk herzustellen. Baumaterialien werden aus Steinbrüchen hergestellt, die sich in unmittelbarer Nähe des Ortes der Materialverwendung befinden, um die Transportkosten zu senken. Natursteine ​​wie Steinplatten, Granit, Kalkstein, Marmor, Sandstein und Schiefer stellen eine zweite Klasse von Abbaumaterialien dar. Natursteinbrüche befinden sich in Gebieten mit den gewünschten mineralischen Eigenschaften, die geografisch abgelegen sein können oder nicht und einen Transport zu den Verbrauchermärkten erfordern.

Viele Erzvorkommen sind zu diffus und unregelmäßig oder zu klein oder tief, um im Tagebau oder im Tagebau abgebaut zu werden, und müssen durch den eher chirurgischen Ansatz des Untertagebaus abgebaut werden. Um zu bestimmen, wann der Tagebau anwendbar ist, müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, darunter das Gelände und die Höhe des Standorts und der Region, seine Abgeschiedenheit, das Klima, die Infrastruktur wie Straßen, die Strom- und Wasserversorgung, behördliche und ökologische Anforderungen sowie das Gefälle Stabilität, Abraumbeseitigung und Produkttransport, unter anderem.

Gelände und Höhe: Topographie und Höhe spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Definition der Machbarkeit und des Umfangs eines Bergbauprojekts. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Erhebung und rauer das Gelände, desto schwieriger dürften die Minenerschließung und -produktion sein. Ein Mineral mit höherem Gehalt an einem unzugänglichen Bergort kann weniger effizient abgebaut werden als ein Erz mit niedrigerem Gehalt an einem flachen Ort. Minen, die sich in tieferen Lagen befinden, haben im Allgemeinen weniger wetterbedingte Probleme bei der Exploration, Erschließung und Produktion von Minen. Topographie und Lage beeinflussen somit die Abbaumethode sowie die wirtschaftliche Machbarkeit.

Die Entscheidung zur Erschließung einer Mine erfolgt, nachdem die Exploration die Erzlagerstätte charakterisiert hat und Machbarkeitsstudien die Optionen für die Mineralgewinnung und -verarbeitung definiert haben. Informationen, die für die Erstellung eines Entwicklungsplans erforderlich sind, können Form, Größe und Gehalt der Mineralien im Erzkörper, das Gesamtvolumen oder die Tonnage des Materials einschließlich des Abraums und andere Faktoren wie Hydrologie und Zugang zu einer Quelle für Prozesswasser und Verfügbarkeit umfassen und Energiequelle, Lagerstätten für Abfallgestein, Transportanforderungen und Infrastrukturmerkmale, einschließlich der Lage von Bevölkerungszentren zur Unterstützung der Arbeitskräfte oder der Notwendigkeit, ein Stadtgebiet zu entwickeln.

Transportanforderungen können Straßen, Autobahnen, Pipelines, Flughäfen, Eisenbahnen, Wasserstraßen und Häfen umfassen. Für Tagebaue sind im Allgemeinen große Landflächen erforderlich, die möglicherweise keine vorhandene Infrastruktur aufweisen. In solchen Fällen müssen zuerst Straßen, Versorgungseinrichtungen und Unterbringungsmöglichkeiten geschaffen werden. Die Grube würde in Verbindung mit anderen Verarbeitungselementen wie Abfallgesteinslagerbereichen, Brechern, Konzentratoren, Hütten und Raffinerien entwickelt, je nach erforderlichem Integrationsgrad. Aufgrund der großen Menge an Kapital, die zur Finanzierung dieser Operationen erforderlich ist, kann die Erschließung in Phasen durchgeführt werden, um das frühestmögliche verkaufs- oder mietbare Mineral zu nutzen, um zur Finanzierung des Rests der Erschließung beizutragen.

Produktion und Ausrüstung

Bohren und Sprengen

Mechanisches Bohren und Sprengen sind die ersten Schritte bei der Erzgewinnung aus den meisten erschlossenen Tagebauminen und die am weitesten verbreitete Methode zur Entfernung von Deckschichten aus Hartgestein. Während es viele mechanische Geräte gibt, die in der Lage sind, hartes Gestein zu lösen, sind Sprengstoffe die bevorzugte Methode, da derzeit kein mechanisches Gerät die Brechkapazität der in Sprengladungen enthaltenen Energie erreichen kann. Ein häufig verwendeter Hartgesteinsprengstoff ist Ammoniumnitrat. Die Bohrausrüstung wird auf der Grundlage der Art des Erzes und der Geschwindigkeit und Tiefe der Löcher ausgewählt, die erforderlich sind, um eine bestimmte Tonnage Erz pro Tag zu brechen. Beispielsweise werden beim Abbau einer 15 m langen Erzbank je nach Länge der abzubauenden Bank im Allgemeinen 60 oder mehr Löcher 15 m hinter der aktuellen Schlackenwand gebohrt. Dies muss mit genügend Vorlaufzeit erfolgen, um die Standortvorbereitung für nachfolgende Lade- und Transportaktivitäten zu ermöglichen.

Laden

Surface Mining wird heute in der Regel mit Löffelbaggern, Frontladern oder Hydraulikbaggern durchgeführt. Im Tagebau werden Ladeeinrichtungen mit Transportfahrzeugen kombiniert, die in drei bis fünf Zyklen oder Schaufeldurchgängen beladen werden können; jedoch bestimmen verschiedene Faktoren die Präferenz des Ladehilfsmittels. Bei scharfem Gestein und/oder hartem Graben und/oder nassem Klima sind Raupenschaufeln vorzuziehen. Im Gegensatz dazu haben gummibereifte Lader viel niedrigere Kapitalkosten und werden zum Laden von Material bevorzugt, das ein geringes Volumen hat und leicht zu graben ist. Darüber hinaus sind Lader sehr mobil und gut geeignet für Bergbauszenarien, die schnelle Bewegungen von einem Gebiet zum anderen erfordern, oder für Erzmischungsanforderungen. Lader werden auch häufig zum Laden, Transportieren und Entladen von Material in Brecher aus Mischmaterialhaufen, die in der Nähe von Brechern durch Transportlastwagen abgelagert werden, verwendet.

Hydraulikbagger und Seilbagger haben ähnliche Vorteile und Einschränkungen. Hydraulikbagger werden zum Graben von hartem Gestein nicht bevorzugt, und Seilbagger sind im Allgemeinen in größeren Größen erhältlich. Daher sind große Seilbagger mit Nutzlasten von etwa 50 Kubikmeter und mehr die bevorzugte Ausrüstung in Bergwerken, wo die Produktion 200,000 Tonnen pro Tag übersteigt. Hydraulische Bagger sind an der Abbauwand vielseitiger und ermöglichen eine bessere Kontrolle des Bedieners, um wahlweise von der unteren oder oberen Hälfte der Abbauwand zu laden. Dieser Vorteil ist hilfreich, wenn eine Trennung von Abfall und Erz an der Ladezone erreicht werden kann, wodurch die Erzqualität, die transportiert und verarbeitet wird, maximiert wird.

Schleppen

Der Transport in Tagebau- und Tagebaubetrieben wird am häufigsten durch Lastkraftwagen durchgeführt. Die Rolle von Transportlastwagen in vielen Tagebauen beschränkt sich auf das Hin- und Herfahren zwischen der Ladezone und dem Übergabepunkt, wie beispielsweise einer Brechstation in der Grube oder einem Fördersystem. Transportlastwagen werden aufgrund ihrer Betriebsflexibilität im Vergleich zu Eisenbahnen bevorzugt, die bis in die 1960er Jahre die bevorzugte Transportmethode waren. Die Kosten für den Transport von Materialien in Gruben für Metalle und Nichtmetalle an der Oberfläche betragen jedoch im Allgemeinen mehr als 50 % der gesamten Betriebskosten der Mine. Das Brechen in der Grube und das Fördern durch Bandfördersysteme war ein Hauptfaktor bei der Reduzierung der Transportkosten. Technische Entwicklungen bei Muldenkippern wie Dieselmotoren und elektrische Antriebe haben zu Fahrzeugen mit viel größerer Kapazität geführt. Mehrere Hersteller produzieren derzeit Lastwagen mit einer Kapazität von 240 Tonnen, wobei in naher Zukunft Lastwagen mit einer Kapazität von mehr als 310 Tonnen erwartet werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von computergestützten Versandsystemen und globaler Satellitenpositionierungstechnologie, dass Fahrzeuge mit verbesserter Effizienz und Produktivität verfolgt und geplant werden können.

Transportstraßensysteme können Verkehr in einer oder in zwei Richtungen verwenden. Der Verkehr kann entweder auf der linken oder rechten Fahrspur erfolgen. Der Verkehr auf der linken Fahrspur wird häufig bevorzugt, um die Sichtbarkeit der Reifenposition für den Fahrer bei sehr großen Lastkraftwagen zu verbessern. Die Sicherheit wird auch bei Linksverkehr verbessert, indem das Potenzial für Kollisionen auf der Fahrerseite in der Mitte einer Straße verringert wird. Transportstraßenneigungen sind typischerweise auf zwischen 8 und 15 % für Dauertransporte begrenzt und liegen optimalerweise bei etwa 7 bis 8 %. Sicherheit und Entwässerung erfordern, dass lange Gefälle mindestens 45-m-Abschnitte mit einem maximalen Gefälle von 2 % pro 460 m starkem Gefälle umfassen. Straßenbermen (erhöhte Schmutzgrenzen) zwischen Straßen und angrenzenden Ausgrabungen sind Standardsicherheitsmerkmale in Tagebauen. Sie können auch in der Mitte der Straße platziert werden, um den Gegenverkehr zu trennen. Wo Serpentinentransportstraßen vorhanden sind, können am Ende langer steiler Steigungen Fluchtwege mit zunehmender Höhe installiert werden. Straßenrandbarrieren wie Bermen sind Standard und sollten zwischen allen Straßen und angrenzenden Ausgrabungen angeordnet werden. Hochwertige Straßen steigern die maximale Produktivität durch Maximierung sicherer Lkw-Geschwindigkeiten, reduzierte Ausfallzeiten für Wartungsarbeiten und geringere Ermüdung des Fahrers. Die Straßeninstandhaltung von Transport-Lkw trägt durch reduzierten Kraftstoffverbrauch, längere Reifenlebensdauer und reduzierte Reparaturkosten zu reduzierten Betriebskosten bei.

Für den Erztransport über weite Strecken außerhalb des Bergwerks ist der Bahntransport unter besten Bedingungen anderen Transportmethoden überlegen. In der Praxis ist der Schienentransport im Tagebau jedoch seit dem Aufkommen von elektrisch und dieselbetriebenen Lastwagen nicht mehr weit verbreitet. Der Schienentransport wurde ersetzt, um von der größeren Vielseitigkeit und Flexibilität von Transportfahrzeugen und Fördersystemen in der Grube zu profitieren. Eisenbahnen erfordern sehr sanfte Steigungen von 0.5 bis maximal 3 % für Bergauffahrten. Die Kapitalinvestitionen für Eisenbahnmotoren und Gleisanforderungen sind sehr hoch und erfordern eine lange Minenlebensdauer und große Produktionsleistungen, um die Kapitalrendite zu rechtfertigen.

Erzumschlag (Förderung)

Das Brechen und Fördern in der Grube ist eine Methode, die seit ihrer ersten Implementierung Mitte der 1950er Jahre an Popularität gewonnen hat. Die Platzierung eines semimobilen Brechers in der Grube mit anschließendem Transport aus der Grube durch ein Fördersystem hat zu erheblichen Produktionsvorteilen und Kosteneinsparungen gegenüber dem herkömmlichen Fahrzeugtransport geführt. Kostenintensiver Transportstraßenbau und -wartung werden reduziert und Arbeitskosten, die mit dem Transportlastwagenbetrieb und der Lastwagenwartung und dem Kraftstoff verbunden sind, werden minimiert.

Der Zweck des In-Pit-Brechersystems besteht hauptsächlich darin, den Transport von Erz mit einem Förderband zu ermöglichen. In-Pit-Brechersysteme können von festen Anlagen bis hin zu vollständig mobilen Einheiten reichen. Üblicherweise werden Brecher jedoch in modularer Form konstruiert, um eine gewisse Mobilität innerhalb der Mine zu ermöglichen. Brecher könnten alle ein bis zehn Jahre verlegt werden; Abhängig von der Größe und Komplexität der Einheit und der Umzugsentfernung kann es Stunden, Tage oder Monate dauern, bis der Umzug abgeschlossen ist.

Zu den Vorteilen von Förderern gegenüber Muldenkippern gehören sofortiges Starten, automatischer und kontinuierlicher Betrieb und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit mit einer Verfügbarkeit von bis zu 90 bis 95 %. Sie werden in der Regel nicht durch schlechtes Wetter beeinträchtigt. Förderer haben im Vergleich zu Lastkraftwagen auch einen viel geringeren Arbeitsaufwand; Der Betrieb und die Wartung einer LKW-Flotte erfordern möglicherweise zehnmal so viele Besatzungsmitglieder wie ein Fördersystem mit gleicher Kapazität. Außerdem können Förderbänder mit Steigungen von bis zu 30 % betrieben werden, während die maximale Steigung für LKWs im Allgemeinen 10 % beträgt. Die Verwendung steilerer Steigungen verringert die Notwendigkeit, minderwertiges Abraummaterial zu entfernen, und kann die Notwendigkeit verringern, teure Transportstraßen zu errichten. Fördersysteme sind in vielen Tagebau-Kohlebetrieben auch in Schaufelradbagger integriert, wodurch Transport-LKWs überflüssig werden.

Solution-Mining-Methoden

Lösungsbergbau, die gebräuchlichste von zwei Arten des wässrigen Bergbaus, wird eingesetzt, um lösliches Erz zu extrahieren, wo herkömmliche Bergbaumethoden weniger effizient und/oder weniger wirtschaftlich sind. Diese Technik, die auch als Auslaugen oder Oberflächenauslaugen bekannt ist, kann eine primäre Abbaumethode sein, wie beim Gold- und Silberlaugenabbau, oder sie kann die herkömmlichen pyrometallurgischen Schritte des Schmelzens und Raffinierens ergänzen, wie im Fall des Auslaugens von minderwertigen Kupferoxiderzen .

Umweltaspekte des Tagebaus

Die erheblichen Umweltauswirkungen von Tagebauen ziehen die Aufmerksamkeit auf sich, wo auch immer die Minen liegen. Geländeveränderungen, Zerstörung der Pflanzenwelt und negative Auswirkungen auf einheimische Tiere sind unvermeidliche Folgen des Tagebaus. Die Kontamination von Oberflächen- und Grundwasser bereitet häufig Probleme, insbesondere bei der Verwendung von Auslaugmitteln im Lösungsbergbau und dem Abfluss aus dem hydraulischen Bergbau.

Dank der zunehmenden Aufmerksamkeit von Umweltschützern auf der ganzen Welt und dem Einsatz von Flugzeugen und Luftaufnahmen können Bergbauunternehmen nicht mehr „graben und rennen“, wenn die Gewinnung des gewünschten Erzes abgeschlossen ist. Gesetze und Vorschriften wurden in den meisten entwickelten Ländern erlassen und werden durch die Aktivitäten internationaler Organisationen dort vorangetrieben, wo sie noch nicht existieren. Sie etablieren ein Umweltmanagementprogramm als integralen Bestandteil jedes Bergbauprojekts und schreiben Anforderungen wie vorläufige Umweltverträglichkeitsprüfungen vor; progressive Rehabilitationsprogramme, einschließlich Wiederherstellung von Landkonturen, Wiederaufforstung, Wiederaufforstung einheimischer Fauna, Aufstockung einheimischer Wildtiere und so weiter; sowie begleitende und langfristige Compliance-Audits (UNEP 1991, UN 1992, Environmental Protection Agency (Australia) 1996, ICME 1996). Es ist wichtig, dass dies mehr ist als Angaben in den Unterlagen, die für die erforderlichen staatlichen Lizenzen erforderlich sind. Die Grundprinzipien müssen von den Managern vor Ort akzeptiert und praktiziert und den Arbeitern auf allen Ebenen vermittelt werden.

Ungeachtet der Notwendigkeit oder des wirtschaftlichen Vorteils haben alle Oberflächenlösungsverfahren zwei gemeinsame Merkmale: (1) Erz wird auf die übliche Weise abgebaut und dann gelagert; und (2) eine wässrige Lösung wird auf die Oberseite des Erzvorrats aufgebracht, die chemisch mit dem interessierenden Metall reagiert, aus der die resultierende Metallsalzlösung zum Sammeln und Verarbeiten durch den Vorratshaufen geleitet wird. Die Anwendung des Oberflächenlösungsbergbaus hängt vom Volumen, der Metallurgie des/der interessierenden Minerals/Mineralien und dem zugehörigen Wirtsgestein sowie der verfügbaren Fläche und Entwässerung ab, um ausreichend große Laugungshalden zu erschließen, um den Betrieb wirtschaftlich rentabel zu machen.

Die Erschließung von Laugungshalden in einem Tagebau, in dem der Lösungsbergbau die primäre Produktionsmethode ist, ist die gleiche wie bei allen Tagebaubetrieben, mit der Ausnahme, dass das Erz ausschließlich für die Halde und nicht für eine Mühle bestimmt ist. In Minen mit Mahl- und Lösungsverfahren wird Erz in gemahlene und ausgelaugte Teile getrennt. Beispielsweise wird das meiste Kupfersulfiderz gemahlen und durch Schmelzen und Raffinieren zu Kupfer von Marktqualität gereinigt. Kupferoxiderz, das einer pyrometallurgischen Verarbeitung im Allgemeinen nicht zugänglich ist, wird zu Auslaugungsvorgängen geleitet. Sobald die Deponie erschlossen ist, laugt die Lösung das lösliche Metall aus dem umgebenden Gestein mit einer vorhersehbaren Rate, die durch die Konstruktionsparameter der Deponie, die Art und das Volumen der aufgebrachten Lösung sowie die Konzentration und Mineralogie des Metalls in der Deponie gesteuert wird Erz. Die zum Extrahieren des löslichen Metalls verwendete Lösung wird als a bezeichnet auslaugend. Die am häufigsten in diesem Bergbausektor verwendeten Auslaugmittel sind verdünnte Lösungen von alkalischem Natriumcyanid für Gold, saure Schwefelsäure für Kupfer, wässriges Schwefeldioxid für Mangan und Schwefelsäure-Eisensulfat für Uranerze; Das meiste ausgelaugte Uran und die löslichen Salze werden jedoch von gesammelt in-situ Bergbau, bei dem das Auslaugmittel ohne vorherige mechanische Extraktion direkt in den Erzkörper injiziert wird. Diese letztere Technik ermöglicht es, minderwertige Erze zu verarbeiten, ohne das Erz aus der Minerallagerstätte zu extrahieren.

Gesundheits- und Sicherheitsaspekte

Die Gefahren für Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz, die mit der mechanischen Gewinnung des Erzes im Lösungsbergbau verbunden sind, ähneln im Wesentlichen denen herkömmlicher Tagebaubetriebe. Eine Ausnahme von dieser Verallgemeinerung ist die Notwendigkeit, dass nicht auslaugendes Erz in der Tagebaugrube einer Primärzerkleinerung unterzogen wird, bevor es zur konventionellen Verarbeitung zu einer Mühle befördert wird, während Erz im Allgemeinen mit einem Lastwagen direkt von der Abbaustelle zur Auslaugungsdeponie transportiert wird Lösungsabbau. Arbeiter im Lösungsbergbau wären daher weniger primären Quetschgefahren wie Staub, Lärm und physischen Gefahren ausgesetzt.

Zu den Hauptursachen für Verletzungen in Tagebauumgebungen gehören Materialhandhabung, Ausrutschen und Stürze, Maschinen, die Verwendung von Handwerkzeugen, Krafttransport und Kontakt mit elektrischen Quellen. Einzigartig für den Lösungsbergbau ist jedoch die potenzielle Exposition gegenüber den chemischen Auslaugmitteln während des Transports, der Auslaugungsfeldaktivitäten und der chemischen und elektrolytischen Verarbeitung. In Tankhäusern für die elektrolytische Metallgewinnung kann es zu Säurenebelexpositionen kommen. Gefahren durch ionisierende Strahlung, die proportional von der Gewinnung zur Konzentration zunehmen, müssen im Uranbergbau angegangen werden.

Hydraulische Bergbaumethoden

Beim hydraulischen Bergbau oder „Hydraulicking“ wird Hochdruckwassersprühstrahl verwendet, um locker verfestigtes oder nicht verfestigtes Material zu einer Aufschlämmung zur Verarbeitung auszuheben. Hydraulische Methoden werden hauptsächlich auf Metall- und Zuschlagstofflagerstätten angewendet, obwohl auch Kohle, Sandstein und Metallmühlenrückstände für diese Methode geeignet sind. Die häufigste und bekannteste Anwendung ist Seifenabbau bei dem Konzentrationen von Metallen wie Gold, Titan, Silber, Zinn und Wolfram aus einer alluvialen Ablagerung (Seifen) ausgewaschen werden. Wasserversorgung und -druck, Hangneigung für den Abfluss, Entfernung von der Minenfront zu den Verarbeitungsanlagen, Grad der Verfestigung des abbaubaren Materials und die Verfügbarkeit von Abfallentsorgungsgebieten sind allesamt primäre Überlegungen bei der Entwicklung eines hydraulischen Bergbaubetriebs. Wie bei anderem Surface Mining ist die Anwendbarkeit standortspezifisch. Zu den inhärenten Vorteilen dieses Methodenabbaus gehören relativ niedrige Betriebskosten und Flexibilität, die sich aus der Verwendung einfacher, robuster und mobiler Geräte ergeben. Infolgedessen entwickeln sich viele Hydraulikbetriebe in abgelegenen Bergbaugebieten, in denen die Infrastrukturanforderungen keine Einschränkung darstellen.

Im Gegensatz zu anderen Arten des Tagebaus verlassen sich hydraulische Techniken auf Wasser als Medium sowohl für den Abbau als auch für die Beförderung des abgebauten Materials („Sluicing“). Hochdruckwassersprays werden von Monitoren oder Wasserkanonen zu einer Seifenbank oder Minerallagerstätte geliefert. Sie zerkleinern Kies und Lockermaterial, das in Sammel- und Aufbereitungsanlagen geschwemmt wird. Der Wasserdruck kann von einem normalen Schwerkraftfluss für sehr lockere feine Materialien bis zu Tausenden von Kilogramm pro Quadratzentimeter für nicht konsolidierte Ablagerungen variieren. Planierraupen und Grader oder andere mobile Aushubgeräte werden manchmal eingesetzt, um den Abbau von stärker verdichteten Materialien zu erleichtern. Historisch und in modernen Kleinbetrieben wird das Sammeln der Aufschlämmung oder des Abflusses mit kleinvolumigen Schleusenkästen und Fängen bewältigt. Betriebe im kommerziellen Maßstab sind auf Pumpen, Eindämmungs- und Absetzbecken sowie Trennanlagen angewiesen, die sehr große Schlammmengen pro Stunde verarbeiten können. Abhängig von der Größe der abzubauenden Lagerstätte kann der Betrieb der Wassermonitore manuell, ferngesteuert oder computergesteuert erfolgen.

Wenn hydraulischer Bergbau unter Wasser stattfindet, wird dies als Baggern bezeichnet. Bei diesem Verfahren extrahiert eine schwimmende Verarbeitungsstation lose Ablagerungen wie Ton, Schlick, Sand, Kies und alle damit verbundenen Mineralien unter Verwendung einer Eimerleine, Schleppleine und/oder untergetauchter Wasserstrahlen. Das abgebaute Material wird hydraulisch oder mechanisch zu einer Waschstation transportiert, die Teil der Baggeranlage sein kann oder mit nachfolgenden Verarbeitungsschritten physisch getrennt sein kann, um die Verarbeitung zu trennen und abzuschließen. Während das Ausbaggern zum Gewinnen von kommerziellen Mineralien und Zuschlagsteinen verwendet wird, ist es am besten als eine Technik bekannt, die zum Reinigen und Vertiefen von Wasserkanälen und Überschwemmungsgebieten verwendet wird.

Gesundheit und Sicherheit

Physikalische Gefahren im hydraulischen Bergbau unterscheiden sich von denen im Tagebau. Aufgrund des minimalen Einsatzes von Bohr-, Spreng-, Transport- und Abbauaktivitäten sind Sicherheitsrisiken meistens mit Hochdruckwassersystemen, manueller Bewegung mobiler Geräte, Näheproblemen im Zusammenhang mit Stromversorgung und Wasser, Näheproblemen im Zusammenhang mit dem Einsturz des Abbau- und Instandhaltungstätigkeiten. Zu den Gesundheitsgefahren gehören in erster Linie Lärm und Stäube sowie ergonomische Gefahren im Zusammenhang mit der Handhabung von Geräten. Die Staubbelastung ist aufgrund der Verwendung von Wasser als Abbaumedium im Allgemeinen weniger problematisch als im traditionellen Tagebau. Wartungstätigkeiten wie unkontrolliertes Schweißen können ebenfalls zur Exposition der Arbeitnehmer beitragen.

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