Wie Untertagebau funktioniert

Im Jahr 2010 waren Menschen überall fasziniert von der Geschichte der 33 Bergleute in Chile, die 700 Meter unter der Erde in einer Kupfer- und Goldmine gefangen waren. Die Bergleute verbrachten dort mehr als zwei Monate und holten Nahrung, Luft und Briefe von Angehörigen durch Bohrhügel, die zu ihrem Standort in einem geschützten Arbeitsraum gebohrt wurden. Die großangelegte Bohrung eines Fluchtschachts kam derweil nur langsam voran. Schließlich, an Tag 69, hoben Retter jeden der Bergleute lebend heraus [Quelle: Boston ].

Die Saga erinnerte die Nicht-Bergbauwelt an eine normalerweise unsichtbare Wahrheit. Tief unter der Erdoberfläche liegen einige der beängstigendsten Fabriken der Welt: unterirdische Minen.

Untertageminen sind die Alternative zu Tagebauen . Oberflächenminen graben von oben nach unten, eine Methode, die in Tiefen von mehr als etwa 200 Fuß (60 Meter) ineffizient werden kann [Quellen: Illinois Coal Association , De Beers ]. Unterirdische Kohleminen können 2.500 Fuß (750 Meter) in die Erde treiben und andere Arten sogar noch tiefer – Uranminen können 6.500 Fuß oder 2 Kilometer erreichen. Aber diese Tiefen sind extrem; Die meisten liegen oben (oder unten) bei etwa 1.000 Fuß (300 Meter) [Quellen: Times Wire , ARMZ , Illinois Coal Association ].

Der Bergbau hat sich stark verändert gegenüber den Bildern, die wir vom 19. Jahrhundert haben, als Männer mit Schaufeln Kanarienvögel schleppten, um sicherzustellen, dass die Luft unter Tage nicht giftig war. Moderne Minen verfügen über umfangreiche Belüftungs- und Wasserableitungssysteme, Hightech-Kommunikationsnetzwerke und zunehmend computerisierte Maschinen, die die Anzahl der unter Tage erforderlichen Menschen reduzieren.

Alle Untertageminen haben einige entscheidende Komponenten gemeinsam: Lüftungsschächte zum Ableiten giftiger Dämpfe beim Bohren und Sprengen; Fluchtwege; Zugangsschächte zum Absenken von Arbeitern und Ausrüstung; Erztransporttunnel; Bergungsschächte, um ausgegrabenes Erz an die Oberfläche zu befördern; und Kommunikationssysteme, um Informationen zwischen der Oberfläche und der Tiefe hin und her zu senden [Quelle: Hamrin ].

Keine zwei Minen sind jedoch gleich. Technologieanwendungen und grundlegende Entscheidungen über das Design und die Abbaumethode beruhen auf Überlegungen wie der Art des abgebauten Erzes, der Zusammensetzung des umgebenden Gesteins, der Form und Ausrichtung des Erzvorkommens, den geologischen Merkmalen im Untergrund und einfacher Wirtschaftlichkeit [Quelle: United Mine Workers of America ] .

Und sehr früh im Prozess die Bestimmung von hart oder weich.

1. Hard-Rock Untertagebau
2. Soft-Rock Untertagebau
3. Gefahren im Untertagebau

Es gibt Untertageminen für Hartgestein und Untertageminen für Weichgestein. Kohlevorkommen zum Beispiel leben in relativ weichem Sedimentgestein. Goldvorkommen leben in magmatischem oder metamorphem Gestein, das relativ hart ist, ebenso wie Diamanten , Kupfer, Silber, Nickel und Zink [Quelle: Great Mining ].

Selbst innerhalb der Hardrock-Kategorie variieren die Design- und Extraktionsmethoden, aber fast alle drehen sich um ein paar grundlegende Techniken:

Raum und Säule – Bei relativ flachen Erzlagerstätten mit durchgehend geringen Höhenunterschieden bohren Bergleute eine Zugangsrampe zur Lagerstätte und entfernen Erz in einem Muster aus Löchern (Räumen) und Dachstützen (Säulen). Die Räume können mit herkömmlichen Lade- und Sprengtechniken oder, was heute häufiger vorkommt, mit einer Maschine namens Continuous Miner abgebaut werden . Der kontinuierliche Bergmann bohrt in den Fels, bis er einen ausgegrabenen Raum bildet, vielleicht 6 bis 9 Meter (20 bis 30 Fuß), und hinterlässt eine Felssäule, um das „Dach“ zu stützen [Quelle: United Mine Workers of America]. Die Maschine bewegt sich durch das Erz und schafft Räume und Säulen, bis die gesamte Lagerstätte bedeckt ist. Ein letzter Durchgang bohrt sich durch die Säulen, um das Erz dort zu bergen, sodass die Dächer hinter der Maschine zusammenbrechen können, wenn sie jeden Raum verlässt.

Cut and Fill – Bei relativ schmalen Erzlagerstätten bohren Bergleute eine Zugangsrampe neben der Erzlagerstätte, von der Oberfläche bis zum tiefsten Punkt der Lagerstätte. Ein Bediener treibt dann einen Bohrer durch das Erz und erzeugt einen Stollen oder einen horizontalen Schnitt von einer Seite der Lagerstätte zur anderen. Im härtesten Fels ist keine Dachstütze erforderlich; in weicherem Gestein können im Laufe des Bohrvorgangs Anker in der Decke platziert werden [Quelle: Mining Know-How ]. Sobald der Stollen fertig ist, wird Verfüllung oder Abfallmaterial in den offenen Stollen gestreut, wodurch eine Plattform für den nächsten Durchgang geschaffen wird. Der Bohrer fährt oben auf diese Verfüllung, um einen weiteren Stollen durch das Erz zu schneiden. Dies wird fortgesetzt, bis der Bohrer einen Stollen über die Oberseite der Erzlagerstätte schneidet.

Diese Methode kann auch in breiteren Lagerstätten eingesetzt werden, indem zwei benachbarte Zugangsrampen gebohrt und zwei benachbarte Stollen geschnitten werden, die oft als Stollen und Auffüllung bezeichnet werden [Quellen: Mining Know-How ].

Cut and Fill ist für Hard Rock, da es nicht über die Unterstützungsmechanismen verfügt, die einer Methode wie Room and Pillar innewohnen und für sie zentral sind. Der Raum-und-Säulen-Ansatz hingegen geht leicht in das weichere Material über – und in die meisten Kohleminen.

Bergbau in großen Mengen: Blockhöhlenforschung

Die am wenigsten gebräuchliche Methode im Hartgesteinabbau, das Blockhöhlenbauen, wird normalerweise für minderwertiges Erz aufbewahrt. Dabei wird ein Erzabschnitt ganz unten in der Lagerstätte gebohrt und dann gesprengt, um das Dach zum Einsturz zu bringen. Die Schwerkraft übernimmt dann, wenn das Erz über der Sprengstelle nacheinander bricht und zusammenbricht, wenn die Unterstützung zurückgezogen wird. Das eingestürzte Erz wird zur Verarbeitung aus der Mine geholt [Quelle: Great Mining ].

Kohle, Salz , Uran , Phosphat und Ölschiefer leben in Weichgestein und es gibt zwei Hauptmethoden im Weichgesteinabbau: Streb und Raum und Pfeiler [Quelle: Great Mining ]. Die meiste Kohle wird mit dem zuvor beschriebenen Raum-und-Pfeiler-Ansatz gewonnen [Quelle: United Mine Workers of America ]. Allerdings erfreut sich der Strebabbau zunehmender Beliebtheit [Quelle: Great Mining ].

Der Strebabbau ist außerordentlich effizient. Anstatt durch die Erzlagerstätte zu bohren, schneidet eine Strebmaschine darüber und rasiert Scheiben mit einer Länge von bis zu 600 Fuß (182 Meter). Diese Scheiben fallen direkt auf ein sich kontinuierlich bewegendes Förderband, das sie zu einem Förderschacht befördert, der sie aus der Mine hebt. Beim Strebabbau sind die Dachstützen in die Maschine eingebaut und sitzen zwischen der Oberseite des Strebbergbaus und dem Dach des Raums. Wenn die Maschine in das Erz vordringt, bewegen sich die Stützen mit, wodurch der Bereich dahinter zusammenbrechen und den ausgegrabenen Bereich ausfüllen kann.

Das Strebbauverfahren kann bis zu 90 Prozent des verfügbaren Erzes gewinnen. Der Raum-und-Säulen-Ansatz gewinnt typischerweise etwa 50 Prozent zurück [Quelle: Illinois Coal Association ].

Wenn die Erzlagerstätten relativ eng sind, werden kürzere Schnitte vorgenommen. Diese Variante wird Shortwall Mining genannt.

Die Technik der alten Schule des Sprengabbaus , bei der Sprengstoffe wie TNT zum Aufbrechen von Erz verwendet werden, wird immer noch verwendet, aber nur knapp – weniger als 5 Prozent der US-Produktion [Quelle: Great Mining ].

Der Untertagebau wird also immer effizienter. Es erfordert weniger menschliche Arbeit, was weniger Bergleute in Gefahr bringt, da sie tief unter der Oberfläche arbeiten. Unterirdische Minen sind jedoch nicht die sichersten Orte.

Die Umweltbelastung durch den Untertagebau ist erheblich. Dazu gehören Luftverschmutzung, Änderungen der Wasserströmungsmuster, das Eindringen von Chemikalien und Gas in die Wasserversorgung und den Boden, unzugängliche Brände in verlassenen Minen und dramatische Veränderungen in der Landzusammensetzung, die das Gebiet nach Abschluss des Bergbaubetriebs unbrauchbar machen können [Quelle: Saxena ].

Dann gibt es noch den menschlichen Tribut. Die meisten Bergbauunfälle finden in den Medien wenig Beachtung, insbesondere solche mit wenigen Opfern oder in Entwicklungsländern. Im Jahr 2010 starben fast 2.500 chinesische Bergleute bei der Arbeit, keiner davon wurde auf „schwere Unfälle“ zurückgeführt [Quelle: Macia ].

Dieses Jahr war ein schreckliches Jahr für den Bergbau im Allgemeinen. In den Vereinigten Staaten forderte eine Bergbaukatastrophe in West Virginia 29 Tote, genauso viele wie bei einem Unfall in Neuseeland. In Chile wurden 33 Bergleute bei dem zuvor erwähnten dramatischen Vorfall gerettet, aber weitere 45 starben im selben Jahr bei anderen Unfällen [Quelle: Macia ].

Viele Unfälle ereignen sich, wenn die Stützen der Mine aufgrund von Erdstößen einstürzen. Auch Explosionen führen zu Opfern, wenn Belüftungssysteme Abgase von Bergbaumaschinen, Kohlenstaub und unterirdische Erdgaslecks nicht effektiv entfernen. Sprengungen können diese Gase entzünden, was zu Todesfällen sowohl durch die Explosionen selbst als auch durch den anschließenden Einsturz von Minenstrukturen führt. Eine Methangasexplosion tötete diese 29 Bergleute in West Virginia [Quelle: Macia ].

Langfristige Gesundheitsprobleme sind ebenfalls ein ernsthaftes Arbeitsplatzrisiko. Das ständige Einatmen von Mineralstaub kann Lungenkrankheiten wie Pneumokoniose oder die gefürchtete schwarze Lunge verursachen. Auch das Einatmen von Schweißrauch, Radon oder Quecksilber (häufig in Bergwerken vorzufinden) verursacht Atemwegserkrankungen. Hörverlust durch laute Geräte und Rückenverletzungen durch das Heben schwerer Lasten sind ebenfalls häufig [Quelle: Live Science ].

Die meisten Länder haben jetzt Gesetze und Vorschriften, die sich mit Sicherheits- und Umweltproblemen befassen. Einige fordern von der Bergbaugesellschaft, das abgebaute Gebiet wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen. Andere verlangen, dass Minen regelmäßig inspiziert werden, um sicherzustellen, dass sie sicher sind. Und neue Bergbautechniken haben auch die Zahl der Todesopfer verringert. In den USA gab es in der Bergbauindustrie Anfang des 20. Jahrhunderts jedes Jahr Tausende Todesfälle durch Unfälle. Dies sank in den 1990er Jahren auf etwa hundert pro Jahr und nur noch auf 35 im Jahr 2012 [Quelle: Mine Safety and Health Administration ]. China hatte 2002 7.000 Todesfälle im Bergbau, aber 2.500 im Jahr 2010 [Quelle: Macia ].

Während die Sicherheit in Industrieländern definitiv zugenommen hat, hat sie in einigen Entwicklungsländern noch einen langen Weg vor sich. Aber wir werden vielleicht einen Tag sehen, an dem unterirdische Minen nicht mehr zu den beängstigendsten Fabriken der Erde gehören. Irgendwo.

Anmerkung des Autors: Wie der Untertagebau funktioniert

Es ist wichtig zu wissen, dass viele der Sicherheitsverbesserungen, die ich als Verbesserung „moderner Minen“ bezeichnet habe, hauptsächlich für den Bergbau in der ersten Welt gelten. Chinas Sterblichkeitsraten, die in den letzten Jahren erheblich gesunken sind, gehen nach wie vor in die Tausende – weit über den zweistelligen Zahlen, die in den meisten westlichen und entwickelten Ländern gemeldet werden. An der sozioökonomischen Front habe ich aus meinen Recherchen ein paar Dinge mitgenommen: dass ernsthafte Sicherheit eine ernsthafte Finanzierung erfordert und viele Entwicklungsländer diese einfach nicht haben; dass die Sorge um die Minensicherheit proportional mit der Sorge um die Menschenrechte zusammenhängt; und dass selbst die australischen Untertage-Bergleute, die sechsstellige Gehälter verdienen , nicht genug verdienen.

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