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Während Untertagebaubetriebe bei der Erzsuche immer tiefer gehen, nehmen die Probleme bei der Gebirgssicherung in zunehmend schwierigen Bodenbedingungen zu – aber jetzt gibt es einen neuen Prozess hierfür.
1. Die Herausforderung
Die Gesteinssicherung hat sich zu einem der schwierigsten Probleme beim Bohren und Sprengen im Tunnelbau entwickelt. Mechanisierte Gesteinsbohrmaschinen sind in der Regel sehr effizient bei der Montage von Gesteinsschrauben und Drahtgeflecht. Bei einem tieferen Bergbaubetrieb führen steigende Felsspannungen jedoch häufig zu einer erhöhten Bruchbildung des Gesteins, was zu Schwierigkeiten bei dem Setzen von Gesteinsankern führt. Im LKAB-Untertagebau im nördlichen Schweden kann es bis zu acht Stunden oder länger dauern, bis die mit Zement vergossenen Gesteinsanker aushärten und Lasten von der Felsenmasse aufnehmen können. Durch die zunehmende Rissbildung des Bodens wird die Installation dieser Zementvergussanker mit akzeptablen Produktivitätswerten immer schwieriger.
Im LKAB-Untertagebau im nördlichen Schweden kann es bis zu acht Stunden oder länger dauern, bis die mit Zement vergossenen Gesteinsanker aushärten und Lasten von der Felsenmasse aufnehmen können. Durch die zunehmende Rissbildung des Bodens wird die Installation dieser Zementvergussanker mit akzeptablen Produktivitätswerten immer schwieriger.
"Wir starteten ein Projekt mit dem LKAB-Bergwerk in Malmberget mit dem Hauptziel, den Prozess des Setzens der Gesteinsanker doppelt so schnell wie mit den vorhandenen Gesteinsankersysteme von LKAB zu gestalten", so Peter Bray, Product Manager bei Epiroc
"Wir fingen so ziemlich bei Null an und entwickelten ein breites Spektrum an Ideen. Dann filterten wir die besten Ansätze heraus, die innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens zu vernünftigen Ergebnissen führen konnten."
"Wir starteten ein Projekt mit dem LKAB-Bergwerk in Malmberget mit dem Hauptziel, den Prozess des Setzens der Gesteinsanker doppelt so schnell wie mit den vorhandenen Gesteinsankersysteme von LKAB zu gestalten."
2. Die Lösung
Eine bestehende Lösung für Zementinjektionsanker besteht darin, das Injektionsmittel durch Harzkartuschen zu ersetzen, was zu einer wesentlich schnelleren Aushärtezeit führt. Die Kartuschen lassen sich jedoch nur schwer in brüchigen Böden installieren. Was wäre, wenn das Harz stattdessen mit dem bereits vorhandenen Anker eingespritzt werden könnte?
"Wir haben uns mit Harzlieferanten zusammengeschlossen, um eine pumpfähige Harzsorte mit schnellen Aushärtezeiten und einer Konsistenz zu entwickeln, die verhindert, dass das Harz aus der Ankerbohrung sickert", so Peter Bray.
Parallel zur Harzbearbeitung wurde eine vorhandene Art von Gesteinsanker – ein selbstbohrender Anker oder SDA ("Self Drilling Anchor") – modifiziert, um das Pumpen des Harzes zu ermöglichen. Der SDA-Anker ist im Wesentlichen ein Hohlstahlrohr mit einem am Ende angeschweißten Bohraufsatz. Er wirkt wie ein Bohrstahl während der Montage und wie eine Schraube, wenn er im Gestein montiert wird.
Eine große zu überwindende Hürde bei der Entwicklung des pumpfähigen Harzsystems war die Suche nach einer Lösung zum Durchspülen der Harzmischerelemente, um eine wiederholte Verwendung der Mischer ohne Verstopfen zu ermöglichen. Nach mehreren Versuchen wurde eine einfache Lösung gefunden, die eine robuste und zuverlässige Spülung bot, während ein geschlossenes System ohne Freisetzung von ungemischtem Harz erhalten blieb. Schließlich arbeiteten alle Aspekte des Designs harmonisch zusammen.
3. Das Ergebnis
Mit einer modifizierten Epiroc Boltec E-Maschine wurde zwischen Mai und August 2018 ein viermonatiger Feldversuch im Untertage-Eisenerzbergwerk Malmberget von LKAB durchgeführt, wobei die Maschine während der Tagesschicht betrieben wurde. Die erzielten Ergebnisse waren sehr vielversprechend. "Wir konnten die Produktivität im Vergleich zu bestehenden Zementinjektionslösungen um 64 Prozent steigern, was für LKAB durchaus akzeptabel war. Die Bediener waren der Ansicht, dass sich die Produktivität noch weiter verbessern wird, wenn sie mehr Erfahrung mit der Maschine haben", so Peter Bray.
Einer der Hauptvorteile des pumpfähigen Harzsystems ist, dass es im Vergleich zu Zementmahlmaschinen, die mehrmals pro Schicht gereinigt werden müssen, deutlich weniger Reinigung und Wartung erfordert.
"Der Wartungsaufwand ist sehr gering. Am Ende der Schicht drehte der Bediener einfach die Boltec ab und ging nach Hause. Sie liebten die Maschine und waren fast enttäuscht, als der Feldversuch endete", erwähnt Peter Bray.
Pumpfähiges Harz mit SDA-Ankern wurde ebenfalls getestet, wobei die Verlängerung bis zu 15 Meter in der gesamten Ankerlänge getestet wurde und ausgezeichnete Ergebnisse erzielt wurden. Durch die Erweiterungsverschraubung wird die Flexibilität des Systems noch weiter erhöht, wodurch die Kabelverankerung unter schlechten Gesteinsbedingungen möglicherweise ersetzt wird.
"Unter bestimmten Gesteinsbedingungen bietet dieses Gerät die beste Lösung auf dem Markt", so Peter Bray.
