Glück auf!

Aufgrund vieler unterschiedlicher Faktoren und Einflüsse, z. B. technische und technologische Weiterentwicklungen sowie gestiegene Anforderungen im Bereich der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes, gewinnt die Wettertechnik zunehmend an Bedeutung. Im vorliegenden Heft stellen wir daher die Entwicklungen in der Wettertechnik in den letzten Jahrzehnten dar und gehen auf aktuelle Herausforderungen und Möglichkeiten ein.

Die Entwicklung des untertägigen Abbaus von Rohstoffen war schon immer gekennzeichnet durch zunehmende Abbauteufen, komplexer werdende Grubengebäude sowie die Einführung neuer Verfahren und Technologien. Hieraus ergab sich nicht nur die Notwendigkeit zur Bewetterung der untertägigen Grubenräume im Allgemeinen, sondern auch eine immer besser kontrollierte Wetterführung bei wachsendem Wettermengenbedarf. Heute setzen sich die genannten Trends fort.
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Mit freundlichem Glückauf, Andreas-Peter Sitte
Chefredakteur Mining Report Glückauf, Essen

AUSGABE 04/2017

Wettertechnik im 21.Jahrhundert – Entwicklung adaptiver wettertechnischer Systeme

Fig. 2. Ventilation lab at Clausthal University of Technology. // Bild 2. Wetterlabor an der TU Clausthal. Source/Quelle: TUC

Der Bereich der Wettertechnik und Klimatisierung hat im letzten Jahrzehnt zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hauptgründe hierfür sind die Entwicklung der Gewinnungsaktivitäten in immer größere Teufen mit einer zunehmenden flächenhaften Ausdehnung, der verstärkte Einsatz von dieselbetriebenen Maschinen sowie verschärfte Auflagen und Grenzwerte im Bereich der Arbeitssicherheit, des Gesundheits- sowie Umweltschutzes. Um diesen Anforderungen gerecht werden und die Rentabilität von rohstoffgewinnenden Betrieben auch weiterhin gewährleisten zu können, ist die Entwicklung neuer ganzheitlicher Ansätze, Methoden und Modelle für eine bedarfsgerechte Versorgung der einzelnen Betriebspunkte mit Frischwettern zu jedem Zeitpunkt notwendig. Aktuelle Ansätze konzentrieren sich auf die Entwicklung und Implementierung von Lösungen für eine bedarfsgerechte Bewetterung, auch bezeichnet als “Ventilation on Demand” (VOD). Darauf aufbauend ergeben sich für das smarte Bergwerk der Zukunft neue Potentiale, die eine Weiterentwicklung wettertechnischer Systeme in Richtung adaptiver Systeme ermöglichen.

Autor: Dr.-Ing. Elisabeth Clausen, Institut für Bergbau, Technische Universität (TU) Clausthal, Clausthal-Zellerfeld

Ventilation on Demand – Bedarfsgerechte Wetterführung

Die Entwicklung des untertägigen Abbaus von Rohstoffen war stets gekennzeichnet durch größere Abbauteufen, Grubengebäude größerer flächenhafter Ausdehnung sowie die dadurch motivierte Entwicklung und Einführung neuer Verfahren und Technologien. Hieraus ergab sich nicht nur die steigende Notwendigkeit zur Bewetterung der untertägigen Grubenräume im Allgemeinen, sondern auch eine immer besser kontrollierte Wetterführung bei wachsendem Wettermengenbedarf. Auch heute setzt sich der Trend zu einer steigenden Komplexität der Bergwerke bei größeren Teufen und einem vermehrten Einsatz von Maschinen fort. Für die Wettertechnik ergeben sich damit weiter steigende Anforderungen und neue Herausforderungen. Dieser Artikel beschreibt einführend die über die Entwicklungsgeschichte des historischen untertägigen Bergbaus aufgekommenen Problemstellungen mit ihren Lösungen.

Autoren: Felix Dicks, cand. M.Sc. Mining Engineering, und Dr.-Ing. Elisabeth Clausen, Institut für Bergbau, Technische Universität (TU) Clausthal, Clausthal-Zellerfeld

Bedarfsgerechte Bewetterung – steuerbare Lüftertechnik, Einsatzbeispiele, Grenzen

Das weltweite Interesse an einem Konzept zu einer automatisierten Kontrolle der Bewetterung besteht schon seit den 1980er Jahren und beruht vor allem auf dem Aspekt der Kostenersparnis. Einer bedarfsgerechten Bewetterung liegt der Grundgedanke zugrunde, dass Bereichen, in denen viel gearbeitet wird, dem Bedarf entsprechend mehr Wettervolumenstrom zur Verfügung stehen soll als Bereichen, in denen nur wenig oder gar nicht gearbeitet wird. So kann der Volumenstrom in aktiven Abbaubereichen auf Kosten des Volumenstroms in nicht aktiven Bereichen erhöht werden. Ziel ist eine optimale Volumenstromsteuerung bei niedrigsten Betriebskosten auf Basis des Mindestwettervolumenstroms in den jeweiligen Bereichen. In diesem Beitrag wird der Grundgedanke und Ansatz zur bedarfsgerechten Bewetterung (ventilation on demand – VOD) aus heutiger Sicht näher beschrieben.

Autoren: Dr.-Ing. Sascha Engler, ERCOSPLAN Ingenieurgesellschaft Geotechnik und Bergbau mbH, Erfurt, Dipl.-Ing. (FH) Jens Kegenhoff und M.Sc. Matthias Papesch, Korfmann Lufttechnik GmbH, Witten

Verwendung von Echtzeit-Messdaten zur Simulation dynamischer wettertechnischer Modelle

Fig. 5. An example of discrete cell method of flow transport and mixing. // Bild 5. Beispiel einer Betrachtung in diskreten Zellen. Source/Quelle: Stewart

Die Überwachung der Wetter eines Bergwerks durch geeignete Sensortechnik bietet zahlreiche Vorteile hinsichtlich der Planung von Betriebsabläufen und der Sicherheit im Allgemeinen. So können beispielsweise gefährliche Grubengase sowie Veränderungen der Wettergeschwindigkeit oder der Temperatur erfasst, aber auch der Abzug von Schwaden oder anderen Gasansammlungen verfolgt werden. Über das einfache Messen der Zusammensetzung der Wetter hinaus stellt jedoch die Vorhersage für Bereiche ohne sensorische Überwachung eine potentiell große Herausforderung dar. Für eine flächendeckende Übersicht sind daher entweder besonders viele Sensoren oder eine Möglichkeit der Extrapolation von gemessenen Werten weniger vorhandener Sensoren notwendig.

Über das in diesem Artikel vorgestellte Simulationsmodell wird gezeigt, wie die zeitabhängigen Veränderungen der Wetter für Bereiche einer Grube hochgerechnet werden können, die nicht sensorisch erfasst, aber einem überwachten Teil der Grube wettertechnisch nachgeschaltet sind.

Autoren: Craig M Stewart, School of Mechanical and Mining Engineering at the University of Queensland and Managing Director, CHASM Consulting, Brisbane/Australia, Saiied M. Aminossadati and Mehmet S. Kizil, School of Mechanical and Mining Engineering at the University of Queensland, Brisbane/Australia

Photoionisationsmessgeräte (PID, Photoionization Detector) – Theorie und Anwendung

PIDs erkennen und überwachen auf effiziente Weise eine Vielzahl von Gefahrstoffen und bringen so den Benutzern ein Maximum an Nutzen und Sicherheit. Unter den vielen Messmethoden für gefährliche Gase bieten nur Photoionisationsmessgeräte eine Kombination aus schneller Ansprechzeit, Benutzer- und Wartungsfreundlichkeit, Kompaktheit und der Möglichkeit der Erkennung geringer Konzentrationen auch der meisten flüchtigen organischen Verbindungen.

Autor: Berg-Ing. Heinz Engelke, Key Account Manager, MSA Deutschland GmbH, Essen/Germany

Fluchtkammern im untertägigen Kohlebergbau – Eine gute Lösung zur Rettung gefährdeter Personen im Notfall?

Fig. 3. Example of a SCSR changeover station in underground coal mines (13). // Bild 3. Beispiel für eine Station zum Austausch von Selbstrettern im untertägigen Kohlebergbau (13).

Infolge der Minenunglücke von Sago, Darby und Aracoma in den USA im Jahr 2006 sah sich die US-Regierung veranlasst, u. a. auch die Bereitstellung von Fluchtkammern in allen untertägigen Kohlebergwerken der USA durch rechtliche Vorgaben (MINER Act) vorzuschreiben. Diese sollen für den Fall eines Brands und bei Explosionsgefahr den Bergleuten Schutz bieten. Allerdings ist die Frage, ob der Einsatz von Fluchtkammern in der Kohle sinnvoll ist, weiterhin nicht abschließend geklärt. In australischen Bergwerken etwa ist ihr Einsatz nicht zwingend vorgeschrieben. Bergleute werden dort vielmehr auf den Fall einer notwendigen Selbstrettung nach Übertage vorbereitet. In diesem Artikel werden die beiden Strategien im Einzelnen diskutiert und ihre Vorzüge und Nachteile gegenübergestellt.

Autor: Adrian Halim, Luleå University of Technology, Luleå/Sweden

Problemstellungen beim Einsatz von Fluchtkammern im Untertagebergbau

Nach der Gasexplosion auf dem US-Bergwerk Sago im Januar 2006 haben sich zwölf überlebende Bergleute in einem entlegenen Stollenteil verbarrikadiert in der Hoffnung, von der Grubenwehr gerettet zu werden. Als nach 47 h die Grubenretter eintrafen, waren elf der zwölf Bergleute an CO-Vergiftung gestorben, und der Zwölfte konnte mit schweren Vergiftungserscheinungen gerettet werden. Aufgrund dieses Unglücks verabschiedete der US-Kongress im Juni 2006 das MINER-Act-Gesetz, das Forschung über den Einsatz mobiler Fluchtkammern in allen US-Kohlebergwerken vorsieht – diese wurden per Verordnung seit dem Jahr 2009 verpflichtend. Die Kammern müssen Atemluft, Wasser und Nahrung für bis zu 96 h vorhalten. Dieser Artikel beschreibt folgende ingenieurtechnische Herausforderungen für untertägige Fluchtkammern:

Luftschleusen, um giftige Gase aus der Kammer herauszuhalten,
die Dissipation der Körperwärme in der Kammer,
die Standfestigkeit der Kammern gegen Hitze und Explosionsdruck,
die Schwierigkeit, in kondensierender Atmosphäre in der Kammer korrekte Messungen zur Überwachung der Atemluftqualität durchzuführen,
die Herausforderung, von unter Tage mit der Grubenleitung über Tage zu kommunizieren sowie
die Psychologie der Entscheidung eingeschlossener Bergleute, sich in die Fluchtkammer zu retten oder die Flucht zum Tage anzutreten.

Die Arbeit vermittelt außerdem einen Überblick über den Stand der Forschung auf dem Gebiet der Fluchtkammern.

Autor: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Brune, Colorado School of Mines, Golden/USA

Die deutsche Braunkohlenindustrie im Jahr 2016

Die inländische Braunkohlengewinnung hat sich von 178,1 Mio. t im Jahr 2015 um 3,7 % auf 171,5 Mio. t im Jahr 2016 verringert. Von der im Jahr 2016 realisierten Fördermenge, die einem Heizwert von 52,8 Mio. t SKE entspricht, wurden mit 155,2 Mio. t gut 90 % in Kraftwerken der allgemeinen Versorgung eingesetzt. Das waren 2,6 % weniger als im Vorjahr. 14,2 Mio. t sind in den Fabriken des Braunkohlenbergbaus zur Herstellung fester Produkte eingesetzt worden, 1,7 Mio. t wurden zur Stromerzeugung in Grubenkraftwerken genutzt. Auf sonstigen Rohkohlenabsatz und Bestandsveränderungen entfielen 0,4 Mio. t. Zur gesamten Brutto-Stromerzeugung in Deutschland hat die Braunkohle im Jahr 2016 mit 23,1 % beigetragen.

Autor: Autoren: Dipl.-Volkswirt Uwe Maaßen, Managing Director, Federal German Association of Lignite Producing Industry (DEBRIV), Bergheim/Germany, Dr. rer. pol. Hans-Wilhelm Schiffer, Executive Chair World Energy Resources, World Energy Council (WEC), London/Great Britain