Entwicklung pneumatischer Lade- und Fördersysteme für das konventionelle Schachtabteufen

Kratz, Thorsten; Martens, Per Nicolai; Nienhaus, Karl

doi:HT019588655

Entwicklung pneumatischer Lade- und Fördersysteme für das konventionelle Schachtabteufen

Kratz, Thorsten^RWTH*

2017 & 2018

VerantwortlichkeitsangabeThorsten Kratz

ImpressumAachen : Shaker 2017

Umfang1 Online-Ressource (VI, 204 Seiten) : Illustrationen

ISBN978-3-8440-5668-6

ReiheBerichte aus dem Bergbau

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2018

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Martens, Per Nicolai (Thesis advisor)^RWTH* ; Nienhaus, Karl (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-05-18

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-01154
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/713427/files/713427.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Pneumatische Förderung (Genormte SW) ; Stand der Technik (Genormte SW) ; Förderleistung (Genormte SW) ; Absaugen (Genormte SW) ; Prozessoptimierung (Genormte SW) ; Schachtabteufen (Genormte SW) ; Bergbau (frei) ; Schachtbau (frei) ; pneumatische Ladearbeit (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Der Bau eines Schachtes dient vornehmlich der Erschließung untertägiger Arbeitsbereiche, z.B. für den Bergbau und den Tunnelbau. Die Kriterien eines geeigneten Abteufverfahrens sind, neben der Arbeitssicherheit, insbesondere die Teufleistung und die Teufkosten. Das konventionelle Schachtabteufverfahren, gekennzeichnet durch den Einsatz von Bohr- und Sprengtechnik, hat sich durch seine Flexibilität hinsichtlich der Schachtteufe, des Durchmessers und der zu durchteufenden Gebirgseigenschaften bewährt. Die Auswertung der weltweiten Schachtbauaktivität bestätigt die besondere Bedeutung der konventionellen Teuftechnik. Rückblickend auf die letzten Jahrzehnte zeigt sich jedoch, dass das Verfahren, trotz der häufigen Anwendung, nur wenig weiterentwickelt wurde. Zu Beginn der Arbeit wird zunächst der Stand der konventionellen Schachtbautechnik umfassend beschrieben. Die Darstellungen fließen in die Entwicklung eines Leistungs- und Kostenmodells für das konventionelle Schachtabteufen, mit dessen Hilfe die Analyse der Einflussgrößen auf Teufleistung und -kosten möglich ist. So steigen beispielsweise die Kosten eines Schachtbauprojektes mit zunehmender Teufe und größerem Schachtdurchmesser an. Lässt sich die Abschlagslänge vergrößern, kann die Teufleistung gesteigert werden, wodurch die spezifischen Kosten sinken. Durch lange Abschläge fällt ein großes Haufwerksvolumen an. Der Arbeitsschritt Laden und Fördern hat daher maßgeblichen Anteil an der Zykluszeit und damit auf die Teufleistung bzw. die spezifischen Kosten. Es wird daher eine detaillierte Analyse der Einflussgrößen der Lade- und Förderarbeit durchgeführt, auf dessen Grundlage die Entwicklung zweier pneumatischer Lade- und Förderkonzepte für das konventionelle Schachtabteufen basiert: der Saugkübel und die Saugbühne. Der Saugkübel trägt zu einer Leistungssteigerung beim Sauberladen und Bohrfestmachen der Schachtsohle bei. Die Saugbühne ermöglicht die Ladearbeit eines kompletten Abschlags mit kontinuierlicher Leistung und verbessert gleichzeitig die Förderleistung. Beide Konzepte erlauben aus sicherheitstechnischer Sicht eine Parallelisierung weiterer Arbeitsschritte auf der Schachtsohle. Gleichzeitig ermöglicht der geringere Personalbedarf zur Bedienung der Saugtechniken paralleles Arbeiten ohne Aufstockung der Schichtbelegeschaft. Gleichzeitig können in beiden Fällen unfallträchtige Arbeitsvorgänge vermieden werden. Trotz der vergleichsweise höherausfallenden Investitions- und Betriebskosten der pneumatischen Lade- und Förderkonzepte kann durch die Leistungssteigerung eine Reduzierung der spezifischen Teufkosten erzielt werden.

Shafts provide a vertical and an inclined connection from surface to underground working areas, e.g. for mining and tunnel construction operations. The selection criteria of a suitable sinking method are, beside occupational safety, the sinking performance and sinking costs. The frequently applied conventional shaft sinking method, using drilling and blasting techniques, allows almost any shaft geometry and challenging ground conditions can be sunk through. The analysis of the world wideshaft sinking operation confirms the special importance of the conventional shaft sinking technique. Nevertheless further developments concerning sinking performance are only rarely noticeable over the last decades. At the beginning, this thesis presents the state of the art of the conventional sinking technology. These compiled findings are used to develop a proprietary performance and cost model for conventional shaft sinking. The model is used for the analysis of parameters influencing sinking performance and sinking costs. It is shown that an increasing depth and a larger shaft diameter lead to increasing costs of a sinking operation. In contrast, longer blasting rounds enable an increasing sinking performance and decreasing sinking costs. Long blasting rounds combined with wide shaft diameters generate a large-volume muckpile. Hence, mucking and hoisting operation have a relevant impact on the cycle time respectively on the sinking performance and costs. The parameters influencing mucking and hoisting performance were exposed and analyzed to create the basis for the development of two concepts of pneumatic loading technology for the conventional shaft sinking method: the suction kibble and the suction stage. Finely grained rock that remains at the shaft bottom after mechanical mucking can be loaded by the pneumatic suction kibble, providing a higher mucking performance for this working section. The suction stage is able to load a whole blasting round with a continuously high mucking performance and, additionally, improves the hoisting operation. Both pneumatic concepts reduce the needed manpower in comparison to conventional mucking and hoisting operation. The parallel operation of subsequent working steps like the installation of primary rock support is possible. In addition, by avoiding partly dangerous working steps, the implementation of pneumatic loading concepts improve occupational safety. Despite relatively higher investment and operation costs of the pneumatic suction systems, the increasing sinking performance can lead to lower sinking costs.

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