Elektrifizierung und Automatisierung von Bodenstützgeräten verbessern die Produktivität in unterirdischen Bergwerken erheblich

Zusammenfassung

Da der Untertagebergbau immer tiefer vordringt, stehen die Baustellen vor vielfältigen Herausforderungen, darunter hohe Gebirgsspannungen, komplexe Gebirgsverhältnisse, Bewetterungsdruck und Arbeitskräftemangel. Herkömmliche dieselbetriebene Ausrüstung und manuelle Methoden der Gebirgssicherung werden aufgrund von Einschränkungen bei der Produktivität, den Arbeitsbedingungen, der Installationsgenauigkeit und der Sicherheitsführung zunehmend ungeeignet für den modernen Bergbau.

In den letzten Jahren hat die Elektrifizierung und Automatisierung von Gebirgssicherungsgeräten beschleunigt. Durch elektrische Antriebssysteme, Fernsteuerung, automatisiertes Bohren, intelligente Positionierung und Erfassung von Baudaten verbessern diese Technologien die Kontinuität und Standardisierung der Ankerinstallation. Gleichzeitig sind leistungsstarke Ankerprodukte, die mit der mechanisierten Bauweise kompatibel sind, ein wichtiger Bestandteil zur Steigerung der Effizienz des Untertagebergbaus und der Sicherungsqualität geworden.

Neue Herausforderungen für die Baueffizienz im Untertagebergbau

Untertägige Grubenbaue umfassen typischerweise mehrere Prozesse, darunter Bohren, Sprengen, Laden, Ankerinstallation, Netzinstallation und Spritzbetonauftrag. Die Gebirgssicherung ist ein wichtiges Bindeglied zwischen dem Auffahren und der anschließenden Weiterentwicklung der Strecke, und ihre Effizienz wirkt sich direkt auf den Fortschritt des gesamten Abbauryklus aus.

Mit zunehmender Teufe der Bergwerke ändern sich die Streckenquerschnitte, die Gebirgsverhältnisse und die Bauentfernungen kontinuierlich. Die Teams vor Ort stehen oft vor folgenden Herausforderungen:

• Begrenzter Arbeitsraum, der die Effizienz von Geräteumstellungen und manuellen Arbeiten verringert;
• Hohe Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub und Lärm, die die Schwierigkeit der Untertagearbeit erhöhen;
• Abgasemissionen von dieselbetriebenen Geräten, die zusätzlichen Druck auf die untertägigen Bewetterungssysteme ausüben;
• Abhängigkeit von der Erfahrung des Bedieners beim manuellen Bohren und Ankereinbau;
• Schwierigkeiten, eine gleichbleibende Sicherungsqualität unter komplexen Gebirgsverhältnissen aufrechtzuerhalten.

Da diese Faktoren immer bedeutender werden, legen die Bergbauunternehmen zunehmend Wert auf die Elektrifizierung und Automatisierung von Gebirgssicherungsgeräten. Ziel ist es, die Abhängigkeit von manuellen Arbeiten zu verringern und die Menge der effektiven Sicherungsarbeiten innerhalb jedes Arbeitszyklus zu erhöhen.

Elektrifizierung verbessert das untertägige Arbeitsumfeld

Der erste große Vorteil der Elektrifizierung von Gebirgssicherungsgeräten ist die Verbesserung der untertägigen Arbeitsbedingungen. Herkömmliche dieselbetriebene Geräte erzeugen während des Betriebs Abgase, Wärme und Lärm. Die Bergwerke müssen eine größere Bewetterungskapazität einsetzen, um schädliche Gase zu entfernen und die lokalen Temperaturen zu kontrollieren.

Elektrische oder batteriebetriebene Gebirgssicherungsgeräte können die bei der Dieselverbrennung entstehenden Emissionen reduzieren und so dazu beitragen, die lokalen Bewetterungs- und Kühlanforderungen zu senken. Für tiefe Bergwerke und lange Strecken kann dies die Luftqualität in den Arbeitsbereichen verbessern und einen Teil der Betriebslast der Bewetterungssysteme verringern.

Darüber hinaus lassen sich elektrische Geräte im Allgemeinen leichter mit Sensoren, Steuerungssystemen und Datenerfassungsmodulen integrieren. Betriebsparameter, Bohrtiefe, Vorschubdruck, Bohrgeschwindigkeit und Daten zur Ankerinstallation können über digitale Systeme aufgezeichnet werden. Diese Informationen können die Qualitätsverfolgung der Bauausführung und die zukünftige Optimierung von Gebirgssicherungsauslegungen unterstützen.

Es ist wichtig zu beachten, dass Elektrifizierung nicht einfach darin besteht, Dieselkraft durch elektrische Energie zu ersetzen. Bergbauunternehmen müssen auch die untertägige Stromkapazität, Batterielade- und Wechseleinrichtungen, Betriebszeiten der Geräte, Wartungssysteme und Explosionsschutzanforderungen berücksichtigen, um die vollen Vorteile elektrifizierter Geräte zu erzielen.

Automatisierung verbessert die Baukontinuität

Bei traditionellen Gebirgssicherungsarbeiten hängen Bohrlochwinkel, -tiefe, Ankeranordnung und Installationsqualität oft stark von der Erfahrung des Bedieners ab. Die Anwendung der Automatisierungstechnologie ermöglicht es den Geräten, wiederkehrende Aufgaben nach voreingestellten Parametern auszuführen, wodurch Unterschiede zwischen Schichten und Mannschaften verringert werden.

Moderne automatisierte Gebirgssicherungsgeräte können typischerweise die folgenden Funktionen bieten:

• Automatische Positionierung der Ankerbohrlöcher;
• Bohren in vordefinierten Winkeln;
• Steuerung der Bohrtiefe und des Bohrdrucks;
• Automatisierte oder halbautomatisierte Ankerhandhabung und -installation;
• Aufzeichnung von Bauparametern und Generierung von Qualitätsdaten;
• Fernbedienung, wodurch die Zeit, die Arbeiter in Gefahrenbereichen verbringen, reduziert wird.

Diese Funktionen helfen, das Tempo der Sicherungsarbeiten zu stabilisieren und ermöglichen eine bessere Abstimmung der Ankerinstallation auf den Auffahrzyklus. Wenn Ausrüstung, Ankerprodukte und Baumethoden zusammenwirken, können Wartezeiten, Nacharbeiten und sich wiederholende Arbeiten reduziert werden.

In Hochrisikobereichen können Fernsteuerung und automatisierter Betrieb auch die Zeit verringern, die Arbeiter der Ortsbrust, aufgelockertem Gebirge oder Bereichen mit potenzieller Firstfallgefahr ausgesetzt sind. Dies verbessert zusätzlich die Sicherheitsführung vor Ort.

Swellex-Anker

Für Untertagebergbau- und Tunnelbauprojekte, die eine schnelle Installation und eine rasche Entwicklung des Ausbauwiderstands erfordern, kann der Swellex-Anker in Betracht gezogen werden.

Der Swellex-Anker expandiert unter Hochdruckwasser, wodurch das Ankerrohr einen engen Kontakt mit der Bohrlochwand aufrechterhält und schnell eine Verankerungswirkung entfaltet. Bei Verwendung mit mechanisierten Gebirgssicherungsgeräten ist dieses Produkt für Bauumgebungen geeignet, die kürzere Installationszeiten und eine schnellere Reaktion des Primärausbaus erfordern.

In aufgelockertem Gestein, geklüftetem Gebirge oder Strecken mit begrenzten Bauzeitfenstern hilft eine schnelle Ausbauentwicklung, die Zeit zu verkürzen, in der das Gebirge ungeschützt bleibt. Bei kontinuierlichen Auffahrarbeiten sind die Ankereinbaugeschwindigkeit und die Ausbaureaktionszeit wichtige Faktoren, die den gesamten Bauzyklus beeinflussen. Der Swellex-Anker kann eine Produktoption innerhalb eines mechanisierten Gebirgssicherungsprozesses sein.

Swellex-Anker

Automatisierte Ausrüstung erfordert standardisierte Ankerprodukte

Mit zunehmender Automatisierung der Gebirgssicherungsgeräte werden die Maßhaltigkeit, die Anschlusszuverlässigkeit und die Chargenstabilität der Ankerprodukte immer wichtiger. Automatisierte Geräte müssen Handhabung, Positionierung, Installation oder Verpressung gemäß voreingestellten Parametern durchführen. Erhebliche Abweichungen in den Produktspezifikationen können die Erkennung durch die Ausrüstung, den Installationsrhythmus und die endgültige Bauqualität beeinträchtigen.

Aus diesem Grund müssen Geräte-Upgrades in der Regel parallel zu Upgrades der Ankerprodukte durchgeführt werden. Beim Kauf von Gebirgssicherungsprodukten müssen Bergbauunternehmen mehr als nur Zugfestigkeit und Preis bewerten. Wichtige Überlegungen umfassen:

• Ob die Produktabmessungen und das Gewicht für die mechanisierte Handhabung geeignet sind;
• Ob die Gewinde, Platten und Verbinder kompatibel sind;
• Ob das Produkt in feuchten, korrosiven und hochbeanspruchten Umgebungen zuverlässige Leistung bieten kann;
• Ob der Installationsprozess für automatisierte Geräte geeignet ist;
• Ob die Produktqualität zwischen den Chargen konsistent bleibt;
• Ob Baudaten in das Qualitätsmanagementsystem der Baustelle integriert werden können.

Nur wenn Ausrüstung und Ankerprodukte richtig aufeinander abgestimmt sind, kann sich die automatisierte Bauweise von einer einfachen Gerätebedienung zu einem Prozess mit kontrollierter und überprüfbarer Sicherungsqualität entwickeln.

Selbstbohrender Hohlstab-Verpressanker

Für weiche, aufgelockerte, instabile oder wasserführende Formationen kann der Selbstbohrende Hohlstab-Verpressanker verwendet werden.

Der Selbstbohrende Hohlstab-Verpressanker vereint die Funktionen Bohren, Verankern und Verpressen in einem System. Während der Bauausführung kann der Anker selbst als Bohrgestänge dienen. Anschließend wird Mörtel durch den Hohlstab in die Gebirgsrisse und den Bereich um das Bohrloch eingebracht, wodurch die Gebirgsintegrität und die Verankerungsleistung verbessert werden.

Für automatisierte oder mechanisierte Gebirgssicherungsarbeiten kann diese integrierte Struktur Prozesse wie wiederholten Gestängewechsel, Entfernen des Bohrgestänges und separaten Ankereinbau reduzieren. Sie ist besonders geeignet für komplexe Formationen, in denen konventionelle Bohrlöcher zum Nachfall neigen. In Grubenbauen, Tunneln, Böschungen und untertägigen Kavernen kann dieses Produkt dazu beitragen, die Sicherungskontinuität zu verbessern und die Auswirkungen schwieriger geologischer Bedingungen auf den Bauzyklus zu verringern.

Selbstbohrender Hohlstab-Verpressanker

Elektrifizierung und Automatisierung fördern digitales Gebirgssicherungsmanagement

Sobald Gebirgssicherungsgeräte elektrifiziert und automatisiert sind, können auf den Baustellen mehr Prozessdaten erfasst werden. Diese Daten können nicht nur verwendet werden, um festzustellen, ob die Geräte ordnungsgemäß funktionieren, sondern auch, um die Ankerinstallationsqualität und das Gebirgsverhalten zu analysieren.

Zum Beispiel können plötzliche Änderungen des Bohrdrucks auf einen Wechsel der Gesteinsart oder das Vorhandensein einer Auflockerungszone hinweisen. Änderungen der Bohrgeschwindigkeit und des Drehmoments können auf Variationen der geologischen Struktur hindeuten. Informationen über die Anzahl, Position und Installationszeit der Anker können verwendet werden, um zu überprüfen, ob die Sicherungsauslegung ordnungsgemäß umgesetzt wurde.

Wenn diese Daten mit geologischer Aufnahme, Gebirgsüberwachung und Streckenverformungsmessungen kombiniert werden, können Bergbauunternehmen schrittweise ein umfassenderes Qualitätsmanagementsystem für die Gebirgssicherung aufbauen. Die Gebirgssicherung kann sich von der manuellen Inspektion nach der Installation hin zur Echtzeitaufzeichnung und Anomalieerkennung während der Bauausführung entwickeln.

Dies bietet eine Grundlage für vorausschauende Wartung und dynamische Sicherungsauslegung. Grubenmanager können Sicherungsparameter basierend auf den Daten vor Ort anpassen, anstatt zu warten, bis signifikante Gebirgsverformungen auftreten, bevor Verstärkungsmaßnahmen ergriffen werden.

Praktische Herausforderungen bei Geräte-Upgrades

Obwohl Elektrifizierung und Automatisierung die Effizienz der Gebirgssicherung verbessern können, erfordert ihre breitere Einführung dennoch, dass Bergbauunternehmen sich mit Gerätekosten, untertägiger Infrastruktur, Bedienerschulung und Wartungskapazitäten befassen. In abgelegenen Bergbauregionen oder älteren Bergwerken können Stromversorgungssysteme, Kommunikationsnetze und Streckenabmessungen möglicherweise nicht sofort die Anforderungen neuer Geräte erfüllen.

Darüber hinaus können automatisierte Geräte das ingenieurtechnische Urteilsvermögen nicht vollständig ersetzen. Komplexe geologische Formationen, Störungszonen und unerwartete Bodenverhältnisse erfordern weiterhin eine umfassende Analyse durch Geologen, Bergbau- und Gebirgssicherungsingenieure. Ein praktischerer Ansatz besteht darin, die Geräte sich wiederholende, gefährliche und körperlich anstrengende Aufgaben erledigen zu lassen, während qualifiziertes Personal für Parametereinstellungen, Entscheidungen vor Ort und Qualitätsüberprüfungen verantwortlich bleibt.

Schlussfolgerung

Die Elektrifizierung und Automatisierung von Gebirgssicherungsgeräten verändern die Organisation des untertägigen Streckenvortriebs und die Art und Weise, wie die Sicherungsqualität verwaltet wird. Elektrifizierte Geräte tragen zur Verbesserung der untertägigen Arbeitsbedingungen bei, während automatisierte Systeme die Kontinuität, Genauigkeit und Rückverfolgbarkeit von Bohr- und Ankerinstallationsarbeiten verbessern.

Da der Tiefbergbau, komplexe Bodenverhältnisse und steigende Arbeitskosten die Branche weiterhin beeinflussen, werden Bergbauunternehmen größeren Wert auf die Koordination zwischen