Foto: Orica

Natursteinabbau

Jede Sprengung sicher im Griff

Das Sprengen in der Natursteingewinnung erfreut sich großer Beliebtheit, nur nicht bei Anwohnern. Wie es mit neuesten Technologien auch mit den Nachbarn klappt.

Inhaltsverzeichnis

Robert Ruthenberg

Absolute Transparenz in Sachen Sprengungen stellt in der Tat eine der Grundvoraussetzung dar, um Vertrauen in die Arbeit eines rohstoffabbauenden Betriebes zu erzeugen. Auf dem Natursteintag Bayern im März 2017 in Nürnberg erzählte ein Steinbruchbetreiber, dass der Bürgermeister seines Ortes, nahe des Steinbruches sich im Rathaus eine Anzeigentafel installieren ließ, auf dem sich die aktuellen und die vergangenen Erschütterungen jederzeit und für alle Bürger deutlich sichtbar darstellen lassen. Von dieser Maßnahme war der Steinbruchbetreiber regelrecht begeistert, da es nämlich die Transparenz weiter erhöht. Leider wird solches nicht immer und überall durchgeführt. Dabei kann es nichts Schlimmeres für ein Unternehmen geben, wenn Unterstellungen und wilde Spekulationen Überhand nehmen.

Aktuelle Sprengproblematiken

Das gilt vor allem dann, wenn der rohstoffabbauende Betrieb sich direkt oder ganz nahe eines Wohngebietes befindet. In Nordrhein-Westfalen (NRW) erfolgt ein Kalksteinabbau besonders nahe von Wohngebieten und Straßen. Aufgrund der besonderen Standortsituation verzichtete das Unternehmen jahrelang auf einen Abbau. Doch nun gilt es auch diese Vorkommen abzubauen. Selbstverständlich wurden vorab Versuche zu einer sprengstofflosen Gewinnung durchgeführt. Unter anderem kamen Hydraulikhämmer sowie Reißzähne, montiert an einem Hydraulikbagger zum Einsatz. Die Versuche zeigten allerdings, dass solche alternativen Abbautechniken wirtschaftlich keinen Sinn machen. Hinzu kommt der Umstand, dass bestimmte Rohstoffvorkommen, die alternativ abgebaut werden, irgendwann doch wieder durch Sprengungen quasi „auf Vordermann“ gebracht werden müssen. Erst danach ist erneut ein alternativer Abbau möglich.

Die jährliche Fördermenge des Betriebs in NRW beträgt rund 1,5 Millionen Tonnen. Es wird an sechs Tagen in der Woche gearbeitet. Bis auf dem Samstag werden an den Werktagen täglich mindestens eine Gewinnungssprengung durchgeführt. Aufgrund der örtlichen Situation gilt es vergleichsweise kleine Sprenganlagen von durchschnittlich 5 bis 10.000 to vorzunehmen. Die qualitativen Anforderungen an das Haufwerk sowie die Nähe zur Wohnbebauung bedingen dies. Laut einem Erschütterungsprognose-Gutachten wurden Lademengenbegrenzungen festgelegt, die bei maximal 48 kg/Zündzeitstufe lagen. Mit dieser Begrenzung sollten die Erschütterungs-/Richtwerte gemäß DIN 4150 (5) nicht überschritten werden. Als Sprengmittel kamen loser ANC-Sprengstoff, patronierter gelatinöser Sprengstoff und je nach Bedarf auch Sprengschnüre zum Einsatz. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Lademengen wurde auf ein Mischfahrzeug verzichtet. An ausgewählten Immissionsorten ließ das Unternehmen die Erschütterungswerte bei der Gewinnungssprengung durch sieben Dauermessstationen kontinuierlich überwachen. Zusätzlich finden Überprüfungen der Messergebnisse durch eine nach § 26 BImSchG anerkannte Messstelle statt.

Trotz vieler Sicherheitsmaßnahmen kam es leider zu einem Sprengunfall, bei dem Steine aus einer Gewinnungssprengung über 700 m weit in die Wohnsiedlung geschleudert wurden. Zum Glück gab es „nur“ Sachschaden, trotzdem wurde der Steinbruch von der Behörde für drei Monate stillgelegt. Umfangreiche Untersuchungen führten zu keinem konkreten Ergebnis für diesen Sprengunfall. Heute nimmt man an, dass Sprengstoffreste von einer alten Sprengung zu einer punktuellen Überladung und somit zu dem Steinflug geführt haben. Nur mit zusätzlichen, verschärften Auflagen konnte die Wiederinbetriebnahme des Steinbruchs vorgenommen werden. Dazu zählen eine feste Vorgabe zum Seitenabstandsverhältnis, eine detaillierte Wandaufnahme (Stichwort: Bruchwandvermessung), eine detaillierte Dokumentation der Sprenganlagen, ein temporäres Verbot von Großbohrlochsprengungen und vor allem das vorläufige Verbot des Einsatzes von losem ANC-Sprengstoff. Dieses Verbot wurde später gelockert, wenn der ANC-Sprengstoff in einen in das Bohrloch eingebrachten Plastikschlauch gepumpt wird. Der Plastikschlauch verhindert nämlich ein unkontrolliertes Verlaufen des losen Sprengstoffs in eventuell vorhandene Klüfte, was zu einer gefährlichen Ansammlung von Sprengstoff im Gebirge führen kann. Weitere sprengtechnische Optimierungen erfolgten in Zusammenarbeit mit Gutachtern sowie des Spreng- und Zündmittellieferanten Orica Germany, Troisdorf. Vor allem sollte eine wirtschaftliche Sprengarbeit mit möglichst optimalem Sprengergebnis bei Einhaltung der immissionsschutzrechtlichen Auflagen möglich sein.

Die Lösung: Mehr Elektronik und Software

Die sensibilisierte Öffentlichkeit im Umfeld führte zur Einrichtung eines umfassenden Erschütterungsmonitorings und eines Beschwerdemanagements. Beide Maßnahmen haben zum Ziel, belastbare Daten über einen möglichst langen Zeitraum zu ermitteln, um auf dieser Basis belegbare Aussagen zu erhalten. Vor allem schaffen solche Daten Transparenz und ebenso Vertrauen. Für das Erschütterungsmonitoring wurden Schwingungsmessgeräte der ZEB (Zünderwerke Ernst Brün, heute Teil der Maxam-Gruppe) eingesetzt.

Diese ausführliche Darstellung zeigt, welche Risiken trotz zahlreicher Vorsichtsmaßnahmen beim Sprengen nach wie vor gegeben sind. Mittels vertrauensbildender Maßnahmen lassen sich Beschwerden allerdings elegant abfedern. Ein Beschwerdemanagement, am besten innerhalb des eigenen, bestehenden Qualitätsmanagementsystems integriert, ermöglicht zudem eine gewisse Automatisierung. Dieses senkt die Kosten. Der betroffene Personenbereich wie Werksleiter, Sprengberechtigte, Immissionsschutzbeauftragte und andere mehr werden so automatisch vom System benachrichtigt und zum Handeln aufgefordert.

Solche schwierigen Bedingungen beim Rohstoffabbau lassen sich nur unter höchstem technischen Aufwand und Know-how durchführen. Große Erschütterungen sowie möglicher Steinflug zu verhindern und trotzdem ein optimales Haufwerk zu erhalten, dies erlaubt der Einsatz von 3-D-Vermessungs- und Berechnungssystemen. Das bayerische Unternehmen geo-konzept in Adelschlag bei Ingolstadt unterstreicht, dass eine genaue Planung und damit auch die Bruchwandvermessung für eine sichere und wirtschaftlich effiziente Ausführung von Sprengarbeiten unumgänglich sind. Ebenso gilt es das Bohrloch zum Einlassen des Sprengstoffes gut zu vermessen, denn Parameter wie Bohrwinkel, Bohrrichtung und Bohrlochtiefe bestimmen ein wirtschaftliches und besonders sicheres Abbauen der Rohstoffe beim Sprengen. Eine Software, welche alle relevanten Daten wie Bohrloch- und Bruchwandvermessungsdaten integriert und eine vollständige Dokumentation jeder Sprenganlage erlaubt, wird ebenfalls bei Bedarf zur Verfügung gestellt. Die Sprengplanungssoftware „QuarryX“ gilt als die neueste Eigenentwicklung der Südbayern. Durch die Integration aller Arbeitschritte in eine Software werden nicht nur die Abläufe der Sprengarbeiten im Steinbruch enorm verbessert, sondern auch die Sicherheit deutlich erhöht, verspricht der Anbieter.

Die Grundlage für eine effiziente Planung stellen zuverlässige und jederzeit aktuelle Daten dar. Doch oft sind die vorliegenden Risswerkspläne veraltet oder nur in Papierform vorhanden, während die moderne Sprengplanung längst hochgenaue GPS- und lasergestützte Geodaten liefert. Mit Hilfe des „QuarryManagers“ lassen sich diese wertvollen Daten nutzen und Entscheidungen werden mit Hilfe von täglich aktualisierten 3D-Plänen unterstützt. In diesem Zusammenhang bietet das Unternehmen auch eine Drohne, den Hexacopter XR6 an. Dank den Luftbildern und den daraus erzeugten digitalen Karten (auf Basis von hochaufgelösten Bilddaten) lassen sich Risswerkspläne noch anschaulicher darstellen und damit genaue Rasterdatenformate generieren. Jede Änderungen im Steinbruch ist dann schnell erfasst und das Risswerk am Bildschirm schnell digitalisiert und schlussendlich dokumentiert. Verschiedene Unternehmen wie die Basalt AG, HeidelbergCement, Cemex oder Lafarge-Holcim sowie Dienstleister wie Maxam, Orica, SSE, Auston Powder und viele Kunden mehr nutzen die Produkte und Software von geo-konzept.

Neue Bohrungen braucht das Land

Atlas Copco, Essen, stellte im Februar 2017 sein neues Raupenbohrgerät mit Namen SmartROC D60 vor, welches den meisten Bohraufgaben im Übertagebau selbst unter widrigen Bedingungen gewachsen sein soll. Damit lassen sich Senklochbohrarbeiten (Lochdurchmesser von 110 bis 178 mm) für die verschiedensten Anwendungen recht komfortabel durchführen. Dank einer hohen Automatisierung und Positioniergenauigkeit in Kombination mit einer hervorragenden Bohrlochnavigation soll jede Bohrung stets sehr präzise mit der erforderlichen Tiefe und Neigung erfolgen. Dies führt zu einer besseren Fragmentierung und einer optimierten Verlade- und Zerkleinerbarkeit. Die robusten, standardmäßigen 5-Meter-Zufuhrrohre verfügen über eingebaute Sensoren in den Gestängewechselzylindern und im Karussellmotor, was eine zuverlässigere Gestängesteuerung ermöglicht und Induktivgeber unnötig macht. Die automatische Stangensteuerung gibt es bereits ab Werk. Damit lassen sich Stangen automatisch hinzufügen und, nachdem die Wunschtiefe erreicht wurde, wieder problemlos entnehmen. Atlas Copco verspricht dem Käufer, dass mit dem neuen Raupenbohrgerät SmartROC D60 mehr Löcher pro Schicht und eine gleichbleibend hohe Produktivität erzielbar seien. Bessere Ergebnisse bei geringeren Kosten soll schließlich das Ziel sein. Im Vergleich zum Vormodell, dem FlexiROC D60, wird zudem bis zu 15 % weniger Kraftstoff verbraucht.

Das Raupenbohrgerät SmartROC D60 lässt sich ebenso zur Bohrung von Spreng-, Entwässerungs- und horizontalen Löchern verwenden. Und da sich die Zufuhr waagerecht ausrichten lässt, ist auch die Wartung einfacher. An Einsatzorten mit kritischer Standsicherheit kann das Raupenbohrgerät mit der Fernbedienstation BenchRemote betrieben werden, was die Steuerung aus einem Abstand von bis zu 100 m erlaubt.

Gestein in einem Arbeitsgang schneiden, zerkleinern und verladen, dies soll mit den neuen Surface Minern 2200 SM, 2200 SM 3.8, 2500 SM und dem 4200 SM von Wirtgen, Windhagen, möglich sein. Nutzmineralien bis zu einer einaxialen Druckfestigkeit von 120 Mpa, mit Spezialausführung sogar Granithartgestein bis 260 MPa sollen sich abbauen lassen. Die Surface Miner zerschneiden und zerkleinern mit einer speziellen Schneidwalze das Gestein und verladen es über stabile Fördersysteme in einem Arbeitsgang auf den Muldenkipper. Darüber hinaus kann das Material auch zwischen den Fahrwerken als Schwade (Windrowing) abgelegt oder seitlich neben der Maschine aufgehaldet werden. Durch die drei unterschiedlichen Arbeitsmethoden ist der Einsatz eines Surface Miners sehr flexibel. Die Schneidbreiten reichen von 2,20 bis 4,20 m, die Schneidtiefen von 0 bis 830 mm. Die Surface Miner decken das Leistungsspektrum von maximal 3.000 to pro Stunde in der Direktverladung via Ladeband ab. Da Surface Mining gänzlich ohne Bohren und Sprengen auskommt, werden Bodenerschütterungen, Lärm oder Staub vermieden, die Umwelt entsprechend geschont und die Sicherheit im Tagebau erhöht.

Das Schweizer Unternehmen Jura Cement hat seit Anfang Mai 2016 eine solche Bodenfräse in den Steinbrüchen ihres Werkes Wildegg im Einsatz. Der 140 t schwere Surface Miner 2500 SM Vario soll in Zukunft die Sprengungen ersetzen, da es in der Nähe viele Wohnsiedlungen gibt. Selbst wenn man direkt neben der Bodenfräse steht, spürt man kaum Vibrationen, so der Betriebsleiter. Zudem sind die Schweizer von den geringen Lärmemissionen und der guten Fräsleistung überzeugt. Ein integriertes Wasserbesprühungssystem reduziert die Staubbildung. Dennoch gibt es noch Verbesserungspotential, denn der Surface Miner lässt am Flächenrand immer einen Streifen an Gestein übrig. Zudem stand zum Zeitpunkt der Berichterstattung von Jura Cement im November 2016 noch die niederschlagsreichen Wintermonate aus. Auf allzu nassem Boden kann die Maschine nämlich leicht ins Rutschen kommen. Da der Surface Miner über sechs Meter hoch und eher schmal gebaut ist, müssen unbedingt alle Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden, damit dieses Gefährt nicht umkippen kann.

Positiv überrascht sind die Schweizer von der Genauigkeit, mit dem die gewünschten Rohstoffe abgebaut werden können. Zudem lässt sich die Maschine einfach und doch präzise steuern. Der 2500 SM Vario schneidet dort Kalkstein mit einer Arbeitsbreite von 2,5 m bei einer Arbeitstiefe von 350 mm. Seine Leistung liegt bei 550 to pro Stunde und er vermag nahezu fix und fertige Gesteinsbrocken herzustellen. Ein Vorbrecher ist dann selten von Nöten. Angetrieben wird das Ungetüm von zwei 12-Zylinder Cummins-Dieselmotoren mit insgesamt 1065 PS (784 kW).

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