Untertagebau

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Als Untertagebau,[1] im Bergbau auch Untertagebergbau,[2] bezeichnet man die Herstellung unterirdischer Hohlräume unter Tage, also im anstehenden Gebirge.[1] Im Untertagebau werden Rohstoffe gewonnen, die in tiefer liegenden Lagerstätten vorkommen.[3] Dies sind Rohstoffe wie Steinkohle, Salz und Kalisalz, Erze, Festgestein und Tone.[4]

Geschichte

Der Untertagebau und die Entwicklung des modernen Menschen sind stark miteinander verknüpft.[5] So gab es bereits in der Steinzeit den Untertagebau.[6] Archäologische Funde aus dem Jahr 1984 datieren das Feuersteinbergwerk von Abensberg-Arnhofen auf 5500 v. Chr. Aus etwa 8 Meter tiefen Schächten wurde Feuerstein in bergmännischer Arbeit gewonnen.[7] Gearbeitet wurde mit primitiven Werkzeugen, die die steinzeitlichen Bergleute zuvor aus Hirschgeweih gefertigt hatten.[6] Wenn ein Schacht abgebaut war, wurde einige Meter weiter ein neuer geteuft und der alte mit dem Abraum des neuen verfüllt.[7] Dieses Verfahren stellt den Übergang vom Tagebau zum Untertagebau dar.[8] Der Stollenbau ist etwa 3000 Jahre alt, mittels Feuersetzen wurde zu der damaligen Zeit Erz abgebaut. Unter Kaiser Claudius wurde vor etwa 2000 Jahren ein Stollen zur Entwässerung des Fuciner Sees getrieben. Die ersten Tiefbaugruben stammen aus dem 16. Jahrhundert. So erreichten die Gruben der Fugger in der Nähe von Kitzbühel eine Teufe von 880 Metern.[9]

Erschließung der Lagerstätte

Beim Untertagebau liegen die Unterschiede in der Ausrichtung der Lagerstätte.[10] Für die Erschließung der Lagerstätte mittels Untertagebau gibt es zwei Möglichkeiten, den Stollenbau (auch Stollenbergbau) und die Erschließung über Schächte.[11] Entscheidend für die Art der Erschließung sind hauptsächlich die Teufe und die Gestalt der Erdoberfläche.[12]

Ein Stollenbau wird in hügeligem Gelände oder im Gebirge angelegt.[11] Hierzu werden waagerechte, leicht ansteigende Stollen in den Berg aufgefahren, von denen aus die Lagerstätte ausgebeutet wird.[1] Der Stollenbau ist nicht für Lagerstätten geeignet, die sich unterhalb der Talsohle befinden.[11] Vereinzelt wird auch durch Stollentiefbau planmäßiger Abbau unterhalb der Stollensohle betrieben, hierbei muss das Fördergut mittels Bandanlagen und das Grubenwasser mittels Pumpen gehoben werden.[13]

Bei der Erschließung der Lagerstätte über Schächte werden zunächst seigere oder schräge Schächte bis in die Lagerstätte oder in ihre Nähe geteuft.[10] Anschließend wird die Lagerstätte mit Hauptstrecken und Querschlägen ausgerichtet, danach werden die Abbaureviere vorgerichtet.[14] Den so ausgeführten Untertagebetrieb bezeichnet der Bergmann als Tiefbau.[10] Schließlich werden mit einem geeigneten Abbauverfahren die Bodenschätze abgebaut und zur weiteren Verarbeitung zu Tage gefördert.[11] Die Abbauverfahren richten sich nach dem Bodenschatz (Rohstoff), der Lagerstätte, (flözartig, gangartig oder massig), und der Standfestigkeit[ANM 1] des Gebirges.[3] Dementsprechend kommen spezielle Abbauverfahren zur Anwendung, zum Beispiel Kammerbau, Strebbau, Weitungsbau oder Teilsohlenbruchbau.[14]

Unterschiedliche Teufe

Je nach Teufe wird beim Untertagebau unterschieden zwischen dem Tagesnahen Bergbau, dem Oberflächennahen Bergbau und dem Tiefen Bergbau.[15] Über die genaue Grenze, bis zu welcher Teufe welcher Untertagebereich gilt,[ANM 2] gibt es in den jeweiligen fachlichen Quellen unterschiedliche Sichtweisen.[16] Je geringer die Teufe, in der bergmännische Aktivitäten stattfinden bzw. stattgefunden haben, ist, desto größer ist die Gefahr für Tagesbrüche.[6]

Als Tagesnaher Bergbau werden Grubenbaue bezeichnet, deren Deckschicht weniger als 30 Meter[ANM 3] beträgt.[16] Aufgrund der hier bestehenden geringen Felsüberlagerung bildet sich nach Ende des Abbaus kein stabiler Zustand aus.[17] Diese Hohlräume sind dann auf Dauer nicht standsicher.[18] Zwar bleiben die bergmännisch erstellten Hohlräume zunächst bestehen, in den Randbereichen der Hohlräume bilden sich allerdings allmählich Verbruchszonen oder Auflockerungen.[17] Beim tagesnahen Bergbau wurden die Lagerstätten meist über tonnlägige Schächte erschlossen. Zur Bewetterung wurden ähnlich wie beim Stollenbau meistens kleine Schächte, sogenannte Lichtlöcher, geteuft. Ein Abbauverfahren, das beim tagesnahen Bergbau zum Abbau unregelmäßig vorkommender Lagerstätten mit geringer Mächtigkeit sehr häufig angewendet wurde, war der Duckelbau.[8]

Als Oberflächennaher Bergbau werden Grubenbaue mit einer Deckschicht von mindestens 30 Metern und einer maximalen Teufe von bis zu 100 Metern[ANM 4] bezeichnet.[16] Hier kommt es häufig zu Senkungen der Tagesoberfläche.[19] Es besteht eine anhaltende Tagesbruchwahrscheinlichkeit.[20] Beim oberflächennahen Bergbau werden die Lagerstätten sowohl über seigere als auch über tonnlägige Schächte erschlossen.[21] Bei Braunkohlenflözen mit Mächtigkeiten bis zwölf Meter wurde sehr oft der Tummelbau angewendet.[22]

Tiefer Bergbau, oftmals auch Tiefbau genannt, findet in Teufen größer 100 Meter[ANM 5] statt.[16] Bei dieser Teufe ist eine ausreichende Felsüberlagerung vorhanden.[19] Das Deckgebirge senkt sich allmählich, wenn das Deckgebirge nicht mehr unterstützt wird.[17] Nach Ende der Absenkungsphase bestehen nur noch geringe Auswirkungen auf die Tagesoberfläche.[20] Somit kann es hierbei nicht zu Tagesbrüchen kommen.[17] Beim Tiefen Bergbau werden die Lagerstätten in der Regel über seigere Schächte erschlossen,[4] auf einigen Bergwerken erfolgt die Förderung der Rohstoffe über Förderberge mittels Bandstraßen.[23] Die Berge haben meist ein Ansteigen zwischen 9 und 15 Gon und eine Länge von mehreren Kilometern.[24] Bei tiefen Erzbergwerken werden teilweise in der Nähe des Förderschachtes befahrbare Wendelstrecken aufgefahren und zur Förderung genutzt.[23] Die weltweit tiefsten Gruben befinden sich im Bergbaugebiet Western Deep Levels in Südafrika, mit einer Teufe von bis zu 4000 Metern. Gruben im Tiefen Bergbau werden darüber hinaus auch zur Errichtung von sog. Untergrundlaboratorien genutzt, wie dem Boulby Underground Laboratory. Diese Laboratorien dienen Experimenten in der Teilchenphysik.

Probleme

Der Untertagebau bedingt meist die Anlage von Halden und führt so zu einem Landschaftsverbrauch. An der Erdoberfläche kann es zu großflächigen Bergsenkungen und dadurch zu Bergschäden kommen. Der Untertagebau kann auch die Absenkung des Grundwasserspiegels und die Verschmutzung von Oberflächengewässern verursachen. Eine weitere weitaus größere Gefährdung entsteht beim tagesnahen und beim oberflächennahen Bergbau. Hier kann es bei nur unzureichend gesicherten untertägigen Hohlräumen zum Einsturz des Deckgebirges kommen, was anschließend zu einem Tagesbruch führt. Bei alten, nicht mehr benutzten (abgeworfenen) Schächten kann es bei nicht ausreichender Verfüllung zum Schachtverbruch kommen. Durch diese alten, nicht mehr verwendeten Grubenbaue besteht die Gefahr von Personenschäden.[21]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c Alfred Grusch, Diego Melingo: Handbuch der Edelmetall-Veranlagungen. Linde Verlag Ges.m.b.H., Wien 2013, ISBN 978-3-7093-0488-4, S. 153.
  2. ↑ Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Zweiter Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1962, S. 377.
  3. ↑ a b Günter Pilarsky: Wirtschaft am Rohstofftropf. Der Kampf um die wichtigsten mineralischen Ressourcen, Springer Fachmedien, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-00362-3, S. 101–102.
  4. ↑ a b Heinrich Otto Buja: Ingenieurhandbuch Bergbautechnik, Lagerstätten und Gewinnungstechnik. 1. Auflage, Beuth Verlag GmbH Berlin-Wien-Zürich, Berlin 2013, ISBN 978-3-410-22618-5, S. 209, 254–260, 514–515.
  5. ↑ Gerhard Girmscheid: Baubetrieb und Bauverfahren im Tunnelbau. 2. Auflage, Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH und Co.KG., Berlin 2008, ISBN 978-3-433-01852-1, S. 2.
  6. ↑ a b c Dieter D. Genske: Ingenieurgeologie Grundlagen und Anwendung. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-25756-1, S. 414–416.
  7. ↑ a b Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (Hrsg.): Von Bergwerken, Hütten und Hämmern. April 2008, S. 9–13.
  8. ↑ a b Heinrich Veith: Deutsches Bergwörterbuch mit Belegen. Verlag von Wilhelm Gottlieb Korn, Breslau 1871.
  9. ↑ Emo Descovich: Technik der Tiefe. 5. Auflage, Franckh'sche Buchhandlung, Stuttgart.
  10. ↑ a b c Friedrich Freise: Ausrichtung, Vorrichtung und Abbau von Steinkohlenlagerstätten. Verlag von Craz & Gerlach, Freiberg in Sachsen 1908, S. 3.
  11. ↑ a b c d Ernst-Ulrich Reuther: Einführung in den Bergbau. 1. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1982, ISBN 3-7739-0390-1.
  12. ↑ Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Zweiter Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1962.
  13. ↑ Joachim Huske: Die Steinkohlenzechen im Ruhrrevier. 3. Auflage, Selbstverlag des Deutschen Bergbau-Museums, Bochum, 2006, ISBN 3-937203-24-9.
  14. ↑ a b Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1988, ISBN 3-7739-0501-7.
  15. ↑ Praxishinweis: Ist der Baugrund sicher? – Die Altbergbausituation in NRW (Memento vom 16. August 2010 im Internet Archive) (PDF; 244 kB).
  16. ↑ a b c d Günter Meier: Zur Bestimmung von altbergbaulich bedingten Einwirkungsbereichen. In: 9. Altbergbau-Kolloquium. Leoben 2009, VGE Verlag GmbH, Essen 2009.
  17. ↑ a b c d Melanie Niese: Der Umgang mit Bergschäden im südlichen Ruhrgebiet. Dissertation an der Ruhr-Universität, Bielefeld 2010, S. 60–62.
  18. ↑ Mark Mainz: Geotechnische Modellvorstellung zur Abschätzung von Gefährdungsbereichen des Altbergbaus und Schachtschutzbereichen im Aachener Steinkohlenrevier. Genehmigte Dissertation der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Aachen 2007, S. 4, 134–135.
  19. ↑ a b Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten. Diplomarbeit am Lehrstuhl für Bergbaukunde, Bergtechnik und Bergwirtschaft der Montanuniversität Leoben; Leoben 2008, S. 35–45.
  20. ↑ a b Helmut Prinz, Roland Strauß: Ingenieurgeologie. 5. bearbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum akademischer Verlag, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-8274-2472-3, S. 454.
  21. ↑ a b Günter Meier: Modifikation von Tagesbruchprognosen. Online (PDF; 1,3 MB) (abgerufen per Archive org. am 26. Februar 2021).
  22. ↑ May, Stutzer, Eckardt; Bezirksgruppe Sachsen der Fachgruppe Steinkohlenbergbau Zwickau (Hrsg.): 75 Jahre Gemeinschaftsarbeit der Sächsischen Steinkohlenbergwerke. Überblick über den geologischen Aufbau des erzgebirgischen Steinkohlenbeckens, Zwickau, Juni 1936, S. 205–206.
  23. ↑ a b Ernst-Ulrich Reuther: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage, VGE Verlag GmbH, Essen 2010, ISBN 978-3-86797-076-1, S. 11–19.
  24. ↑ Wirtschaftsvereinigung Bergbau e.V.: Das Bergbau Handbuch. 5. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1994, ISBN 3-7739-0567-X

Anmerkungen

  1. ↑ Mit dem Begriff Standfestigkeit wird die Fähigkeit von Gesteinsschichten beschrieben, einen bestimmten Zeitraum um einen nicht unterstützten unterirdischen Hohlraum ohne Zerstörung stehenzubleiben. (Quelle: Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon.)
  2. ↑ Insbesondere beim Altbergbau hat man eine andere Einteilung. So spricht man beim Altbergbau von Tagesnahem Altbergbau wenn der Teufenbereich bei 0 - 20 Metern + / - 10 Meter liegt. Von Oberflächennahen Altbergbau spricht man wenn der Teufenbereich bei 20 - 50 Metern + / - 10 Meter liegt. Von tiefem Altbergbau spricht man, wenn der Teufenbereich bei mindestens 50 Metern + / - 10 Meter liegt. (Quelle: Gunter Gernot Gschwandtner: Gebirgsmechanische Untersuchungen von komplexen Grubengebäuden am Beispiel eines aufgelassenen Gipsbergbaus.)
  3. ↑ Nach einer neueren Einteilung gilt ein Bergbau als tagesnah, wenn das Deckgebirge kleiner oder gleich der 15-fach gebauten Gesamtmächtigkeit ist. (Quelle: Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten.)
  4. ↑ Nach einer neueren Einteilung gilt ein Bergbau als oberflächennah, wenn das Deckgebirge kleiner oder gleich der 60-fach gebauten Gesamtmächtigkeit ist. (Quelle: Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten.)
  5. ↑ Nach einer neueren Einteilung gilt ein Bergbau als tief, wenn das Deckgebirge größer oder gleich der 60-fach gebauten Gesamtmächtigkeit ist. (Quelle: Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten.)
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