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Fig. 1. Surface miners from Wirtgen extract commodities in a selective operation, achieving high degrees of purity and maximizing exploitation of the deposits. // Bild 1. Surface Miner von Wirtgen gewinnen Nutzmineralien selektiv, in großer Reinheit und mit maximaler Ausschöpfungsquote der Lagerstätten. Photo/Foto: Wirtgen

Surface Miner bieten Einsparpotenzial beim Kohleabbau

Schon seit geraumer Zeit setzen Minenbetreiber bei der Kohlegewinnung neben dem konventionellen Abbauverfahren mittels Rip-and-Stack oder Drill-and-Blast verstärkt auf die alternative Methode: den Abbau mit Surface Minern. Diverse Studien und Tests zeigen, dass sich mit Surface Minern erhebliche Vorteile ergeben sowohl wirtschaftlich als auch im Hinblick auf das Endprodukt.

Die maßgeblichen Vorzüge der Wirtgen Surface Mining-Technologie beinhalten:
• selektiver Abbau,
• Vermeidung von Sprengungen,
• schneiden, zerkleinern und verladen in einem Arbeitsgang,
• maximale Lagerstättenausnutzung und
• reduzierte Transportkosten.

Die Wirtgen GmbH, Windhagen, bietet Surface Miner in verschiedenen Leistungsklassen zur selektiven Gewinnung von Nutzmineralien wie Kohle, Kalkstein, Bauxit, Gips, Salz und Phosphat (Bild 1). Neben dem Abbau lassen sich die Surface Miner zudem zur Trassierung für den Straßen- und Gleisbau, für die Sanierung von Fahrwegen und die Erstellung von Tunnelsohlen einsetzen. Auch das präzise Schneiden von Gräben und Kanälen oder das Nivellieren von Flächen zählt zu den Anwendungsgebieten.

In Zusammenarbeit mit der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen führte Wirtgen eine Studie in einer Steinkohlenmine in Queensland/Australien durch.

Der Surface Miner 4200 SM wurde in den laufenden Betrieb integriert und für den selektiven Abbau von Kohle und Abraum eingesetzt. Die zuvor definierten Ziele wurden regelmäßig auf ihre tatsächliche Erreichung hin überprüft. Anhand verschiedener Leistungsindikatoren wurden die Produktionsraten des Surface Miners über einen Zeitraum von vier Monaten mit denen des bisher verwendeten Rip-and-Stack-Verfahrens verglichen. Das konventionelle Abbausystem in dieser Mine besteht aus zwei großen Planierraupen zum Aufreißen und Stapeln des Materials und einem Großradlader zur Verladung auf Muldenkipper mit Nutzlasten von 130 bis 190 t.

Im Vergleich zu den drei bisher in der Mine eingesetzten Abbaugeräten konnten durch den Einsatz eines Surface Miners die Lärmemissionen deutlich reduziert werden.

Auch in Bezug auf die Staubemissionen wirkt sich der Abbau mit dem 4200 SM positiv aus. Im Gegensatz zu den Planierraupen und Radladern, die alle erhebliche Staubmengen erzeugen, die das Arbeitsumfeld beeinträchtigen, wird der von einem Surface Miner erzeugte Staub im Gehäuse der Schneidwalze aufgefangen. Zur zusätzlichen Reduktion bzw. Bindung des entstehenden Staubs trägt die integrierte Wasseranlage zur Bedüsung bei.

Eine Analyse der beiden Gewinnungssysteme zeigte zudem, dass der Kraftstoffverbrauch – und damit auch der CO2-Ausstoß – beim Einsatz von Surface Minern um rd. 79% geringer ist als beim konventionellen Verfahren. Die geringere Anzahl der eingesetzten Maschinen wirkt sich zusätzlich positiv auf das Risikomanagement aus, da weniger Maschinen ein geringeres Unfallrisiko in der Mine bedeuten.

Die vibrationsfreie Kabine des Surface Miners bietet eine bessere Ergonomie und somit optimierte Arbeitsbedingungen für den Maschinenführer. Die im 4200 SM erzeugten Schwingungen wurden nach der australischen Norm AS 2670-2001 als „niedrig“ eingestuft, während die Werte für die konventionellen Systeme höher lagen.

Kohleflöze sind in der Regel unterschiedlich dick und durch Zwischenmittel voneinander getrennt. Die exakte Trennung der verschiedenen Materialien ist von enormer Bedeutung, wenn Kohle möglichst kostengünstig gefördert werden soll, da sie die Aufbereitungskosten deutlich senkt. Ein weiterer wesentlicher Kostentreiber ist der Anteil des Feinkorns, da dessen Aufbereitung deutlich teurer ist als beim Grobkorn.

Für die Studie wurden während des Surface Miner-Betriebs insgesamt 100 Proben à 30 t auf ihre Korngrößenverteilung hin analysiert und mit denen der konventionellen Abbaugeräte aus identischen Abbaufeldern verglichen. Dabei zeigten sich erhebliche Vorteile beim Abbau mit dem Surface Miner, der bei Korngrößen unter 2 mm 14% weniger Feinanteile produzierte als das herkömmliche Fördersystem. Bei Korngrößen unter 1 mm verringerte sich der Anteil des aufzubereitenden Feinkorns etwa um 22% und bei Korngrößen unter 0,5 mm sogar um 36%. Weitere Einsparungen werden durch die deutlich reduzierte Menge an Überkorn erzielt. So mussten lediglich 17% des von Surface Minern abgebauten Materials gebrochen werden, während es beim Einsatz von Planierraupen 26% waren.

Die in der Studie analysierte Lagerstätte enthält Sideritlinsen, vor allem in den Grenzflächen zwischen Flöz und Zwischenmittel. Im konventionellen Abbauverfahren führte dies häufig zu Schwierigkeiten, denn die Sideritlinsen sind sehr hart und daher schwer abzubauen oder zu zerkleinern. Die Dozer produzierten dadurch häufig Überkorn, welches zu Verstopfungen in der Brechanlage führte. Dies ist beim Abbau mit einem Surface Miner nicht der Fall.

Darüber hinaus konnten die Abbauverluste und die Verdünnung der geförderten Kohle in der Mine reduziert werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Menge verkaufsfähigen Produkts und so zu einer Erhöhung des erzielten Erlöses sowie zu einer besseren Lagerstättenausnutzung und damit einem besseren Abraum/Kohle-Verhältnis.

Fig. 2. Wirtgen surface miners can load material via stable conveyor systems directly into trucks or dumpers in a single operation. The material can also be deposited in windrows between the crawler tracks or placed alongside the machine. // Bild 2. Wirtgen Surface Miner können das Material über stabile Fördersysteme in einem Arbeitsgang direkt auf SKW/LKW verladen. Auch das Ablegen des Materials zwischen den Fahrwerken als Schwade (Windrowing) sowie das seitliche Platzieren neben der Maschine ist möglich. Photo/Foto: Wirtgen

Wirtgen Surface Miner können das Material in nur einem Arbeitsgang schneiden, zerkleinern und direkt auf LKW oder SKW verladen (Bild 2). Das spart Zeit und weitere Kosten für Arbeitsmittel und Kraftstoff. In der australischen Mine führte die Verwendung des 4200 SM zu einem um 79% reduzierten Kraftstoffverbrauch pro Kubikmeter abgebauten Materials. Die Lohnkosten wurden ebenso wie die Abbaukosten pro Tonne im Vergleich zum konventionellen Abbau um jeweils 60% reduziert.

Anhand einer Score Card wurde deutlich ersichtlich, dass – unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette – Minenbetreiber durch den Einsatz eines Surface Miners enorme Kosteneinsparungen erzielen können. Diese resultieren nicht zuletzt aus einer wirtschaftlicheren Aufbereitung der Kohle. Auch die bereits beschriebene geringere Anzahl benötigter Abbaugeräte und weniger Personal sowie das Vermeiden von zusätzlichen Kosten für den Transport und die Aufbereitung von nichthaltigem Material tragen in erheblichem Maß zur positiven Gesamtbilanz des Surface Miners bei.

Neben den in der Studie bereits beschriebenen Vorteilen ergeben sich beim Einsatz eines Surface Miners zusätzliche Vorzüge, wie nachfolgend beschrieben.

Durch den Einsatz von Surface Minern kann auf Bohren und Sprengen verzichtet werden. Somit können Nutzmaterialien sogar in der Nähe von Wohngebieten, öffentlichen Straßen oder anderen Infrastrukturen effektiv gefördert werden. Auch der Abbau von Ressourcen in Puffer- und Sicherheitszonen ist möglich.

Die Planung und Nachbereitung von Sprengungen ist in den meisten Fällen mit erheblichem Aufwand, hohen Kosten und behördenseitigen Auflagen verbunden. Mit dem Verzicht auf Bohren und Sprengen entfallen für die Verantwortlichen so manche Herausforderungen. Minenbetreiber müssen sich weder um die entsprechenden Genehmigungen noch um zertifiziertes Sprengpersonal oder die zugehörigen Dokumentationen kümmern.

Hinzu kommt, dass die öffentliche Meinung durch den Verzicht auf Bohren und Sprengen deutlich positiv geprägt wird und somit der Tagebaubetrieb unbeeinträchtigt von eventuellen Ressentiments bleibt.

Weitere Vorteile durch den Verzicht auf Bohren und Sprengen:

• höhere Minensicherheit, da keine Lagerung von Sprengstoffen nötig,
• kein Handling von Knäppern nötig,
• weniger Umweltbeeinträchtigungen durch Erschütterungen, Staub oder Lärm,
• keine Sprengstopps oder Produktionsverzögerungen,
• verbesserte Hangstabilität,
• reduzierter Steinschlag und
• bessere Rekultivierung von Böschungen.

Positiv wirkt sich der Einsatz der Surface Miner auch auf die Wasserhaltung innerhalb des Tagebaus aus. Die erzeugten Schnittflächen sind eben und sauber und können mit einer Neigung geschnitten werden. Die Entwässerung wird auf diese Weise zusätzlich verbessert und Wassereintritte in den Boden dezimiert.

Der größte Kostenfaktor im Tagebau ist der Transport. Der Bergbau mit Wirtgen Surface Minern erzeugt ebene Flächen, die als stabile Fahrbahnen den schnellen Materialtransport unterstützen. Dies erhöht die Transportkapazität des gesamten Fuhrparks. Selbst der Verschleiß an Reifen, Rahmen und Federung wird dank der ebenen Verkehrswege reduziert, sodass auch der Einsatz von straßengängigen LKW möglich ist. Diese sind im Vergleich zu SKW deutlich günstiger hinsichtlich der Kosten pro Tonnenkilometer.

Wirtgen hat in den vergangenen Jahren weitere großangelegte Feldtests zur Materialzerkleinerung und den damit verbundenen Qualitätseinbußen der geförderten Kohle durchgeführt. Im Rahmen einer dieser Studien wurden Kohle und sedimentäre Erze aus acht verschiedenen Tagebaubetrieben auf ihre Korngrößenverteilung hin analysiert. Dazu wurden rd. 8.000 t Material klassiert, um das von Surface Minern abgebaute Material mit dem durch das herkömmliche Verfahren gewonnenen zu vergleichen.

Alle Studien veranschaulichen, dass der Einsatz von Wirtgen Surface Minern überzeugende Verbesserungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, Qualität des Endprodukts, des Umweltschutzes und der Sicherheit bewirkt.

Um das Gewinnpotential eines Surface Miners optimal nutzen zu können, ist bei der Tagebauplanung genau zu prüfen, wie sich sein Einsatz gewinnbringend in der Prozesskette implementieren lässt.

Weitere Informationen:
WIRTGEN GmbH
www.wirtgen.com

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