Grubenausbau
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Türstockausbau
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Mit Grubenausbau oder Ausbau bezeichnet man im Bergbau das Absichern und Offenhalten von Räumen unter Tage.<ref name="Quelle 1" /> Der Begriff bezieht sich zusammenfassend auf alle Verfahren, die zur Abstützung oder Verfestigung des Gesteins (auch Gebirge genannt) führen, das den zu sichernden Hohlraum (Tunnel, Stollen, Kaverne) umgibt.
Grundlagen
Nur in wenigen Bereichen des Grubengebäudes kommt man gänzlich ohne Ausbau aus.<ref name="Quelle 7" /> Oftmals sind die Grubenbaue stark durch Konvergenzen infolge von Abbaueinwirkungen belastet und müssen durch entsprechende Maßnahmen gesichert werden.<ref name="Quelle 1" /> Grundsätzlich wird der Ausbau so eingebracht, dass das geforderte Lichtraumprofil des Grubenbaues eingehalten wird. Dementsprechend muss beim Streckenvortrieb ein größeres Ausbruchprofil aufgefahren werden. Dies wird notwendig, da um den bergmännischen Hohlraum herum sekundäre Spannungszustände liegen, die das Gestein bzw. das Gebirge mechanisch belasten. Aufgrund des Gebirgsdrucks versucht das Gebirge, den erstellten Hohlraum wieder zu verfüllen.<ref name="Quelle 3" /> Im Bergbau unterscheidet man zwischen Schachtausbau, Streckenausbau und Strebausbau.<ref name="Quelle 12" />
Aufgaben des Ausbaus
Die Aufgabe des Ausbaus ist es, die Bergleute vor herabfallenden Gesteinsbrocken zu schützen.<ref name="Quelle 2" /> Außerdem soll der Ausbau bei den ausgebauten Grubenbauen einen Mindestquerschnitt erhalten. Der Querschnitt muss so groß sein, dass die Wetterführung, Fahrung und die Förderung nicht behindert werden.<ref name="Quelle 3" /> Außerdem soll der Ausbau das Eindringen von Grubenwasser in die Grubenbaue verhindern wie auch das komplette Zusammenstürzen der Grubenbaue.<ref name="Quelle 4" /> Fernerhin soll durch den Ausbau nach Möglichkeit der Gebirgsdruck nicht nur komplett aufgefangen werden, sondern auch wieder ins Gebirge zurückgeleitet werden.<ref name="Quelle 3" />
Verwendbare Materialien
Als Ausbaumaterialien werden Holz, Steine, Metall und Beton verwendet.<ref name="Quelle 1" />
Holz
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Der Grubenausbau aus Holz wird als Grubenzimmerung bezeichnet.<ref name="Quelle 4" /> Alle Holzarten eignen sich für die Grubenzimmerung; einige Holzarten haben sich besonders bewährt. Am besten eignen sich harte oder auch harzreiche Hölzer.<ref name="Quelle 13" /> Das Holz muss eine bestimmte Dicke und Festigkeit haben.<ref name="Quelle 4" /> Für die Grubenzimmerung gut geeignete Hölzer sind harte Laubhölzer wie Eiche, Buche und Erle oder Nadelhölzer wie Tanne und Fichte.<ref name="Quelle 5" /> Grubenzimmerung aus Eichenholz ist besonders beständig gegen Feuchtigkeit, hohe Temperaturen und sogenannte stockende Wetter. Damit die Grubenzimmerung beständig gegen Feuchtigkeit und Fäulnisbildung wird, werden die Hölzer über Tage mit Salzlösungen imprägniert. Dabei dringt die Salzlösung in das Holz ein und verdrängt die Holzsäfte.<ref name="Quelle 4" /> Holz als Ausbaumaterial hat die Vorteile, dass es kostengünstig zu beschaffen und leicht zu bearbeiten ist, außerdem hat Holz gegenüber anderen Ausbaumaterialien ein geringeres Gewicht. Nachteilig beim Holz ist, dass es nach einem Einsatz meistens nicht wieder verwendet werden kann. Auch lässt sich Holz nicht überall einsetzen; es ist brennbar, nicht witterungsbeständig und widersteht nur einer geringen Druckbelastung. Die Lagerhaltungskosten und die Transportkosten sind relativ hoch.<ref name="Quelle 6" />
Steine
Der Grubenausbau mittels gemauerten Steinen wird als Grubenmauerung bezeichnet.<ref name="Quelle 13" /> Früher wurden zunächst nur die Radstuben der Kunsträder mit einer Grubenmauerung versehen. Dazu wurden die im Abbau hereingewonnenen Gesteinsbrocken passend bearbeitet und verwendet. Aber auch aus über Tage gewonnenen Bruchsteinen oder Ziegelsteinen wurde die Grubenmauerung erstellt. Man unterscheidet bei der Grubenmauerung die trockene und die nasse Mauerung. Bei der trockenen Mauerung wird ohne Bindemittel gemauert, bei der nassen Mauerung wird mit Bindemitteln wie Kalk und Mörtel gearbeitet.<ref name="Quelle 5" /> Bei der trockenen Mauerung werden Bruchsteine verwendet, bei der nassen Mauerung setzt man Natursteine, Ziegel, Hüttensteine, Kalksandsteine oder Betonformsteine ein.<ref name="Quelle 2" />
Metall
Der Ausbau aus Metall wurde im Bergbau verstärkt eingesetzt, als das Eisen kostengünstiger zu erwerben war. Eisen wurde zunächst in den Grubenbauen eingesetzt, wo Grubenholz schnell und leicht faulte.<ref name="Quelle 11" /> Im 19. Jahrhundert wurden Gusseisen und Schmiedeeisen als Ausbaumaterial verwendet. Stempel wurden aus Gusseisen gefertigt und eingesetzt.<ref name="Quelle 4" /> In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden auch Stempel aus Leichtmetall eingesetzt.<ref name="Quelle 2" /> Heute wird für den Grubenausbau aus Metall nur noch Stahl verwendet. Dazu werden speziell geformte Profilteile oder Segmente aus Stahl verwendet (in der nachgiebigen Ausführung: Gleitbogenausbau).<ref name="Quelle 3" /> Die Stähle, die eingesetzt werden dürfen, müssen genormt sein.<ref name="Quelle 2" /> Die Vorteile des Ausbaus mit Stahl sind die hohe Druckbelastbarkeit des Stahls und seine Wiederverwertbarkeit.<ref name="Quelle 14" /> Stahlausbau ist nicht brennbar und lässt sich teilmechanisch einbringen. Nachteilig sind sowohl die hohen Kosten und das mögliche Totalversagen des Ausbaus.<ref name="Quelle 6" />
Beton
Beim Ausbau mit Beton unterscheidet man den Ausbau mit Fertigbetonteilen, sogenannten Tübbingen, und den Spritzbetonausbau (→Neue Österreichische Tunnelbaumethode#Sichern).<ref name="Quelle 1" /> Der Spritzbetonausbau wird im Nass- oder Trockenspritzverfahren auf die Firste oder die Stöße aufgebracht und erhärtet dort. Dies bewirkt die Ertüchtigung des Gebirges, indem eine Verwitterung weitestgehend verhindert wird. Weiter hat die Spritzbetonschale auch eine Stützwirkung. Diese Ausbauart wird vor Ort mit dem Ankerausbau kombiniert, wobei die angeankerten Geflechte als Bewehrung für den Beton dienen.<ref name="Quelle 10" />
Verfahren
Stützausbau
Beim Stützausbau wird weiter unterschieden in starren, gelenkigen, nachgiebigen und gelenkig-nachgiebigen Ausbau.<ref name="Quelle 1" />
- Der starre Ausbau finden hauptsächlich in Bereichen Anwendung, wo keine Querschnittsveränderung oder -einengung des Grubenbaues erfolgen soll oder wo nur wenig Gebirgsdruck erwartet wird.<ref name="Quelle 3" /> Dies betrifft in der Regel Hauptstrecken, Füllorte und Kavernen wie Werkstätten o. ä. Eingesetzt werden hölzerne Bauelemente (Türstock), bogenförmige Stahlbauelemente (Bogenausbau) oder Mauerwerk.<ref name="Quelle 7" />
- Der gelenkige Ausbau reagiert auf Gebirgsbewegungen durch Ausweichen und Verformung des Querschnittes, ohne dabei das Lichtraumprofil zu verringern.
- Der nachgiebige Ausbau (z. B. Gleitbogenausbau) weicht Belastungen aus dem Gebirge durch Ineinanderschieben der Ausbauelemente aus und vermeidet dadurch hohe Spannungen auf dem Ausbaumaterial.<ref name="Quelle 1" /> Der Nachteil liegt in der Querschnittseinengung, die bis zum Verlust der Befahrbarkeit der Strecke führen kann.
Ankerausbau
Das Prinzip Ankerausbau beruht auf der Verbindung von Gebirgsschichten, so dass um den zu sichernden Hohlraum ein Gebirgspaket entsteht, das größere Widerstände aufweist als die Einzelschichten. Insoweit stellt der Ankerausbau eine Ertüchtigung des Gebirges dar.<ref name="DE3532069" /> Eingesetzt werden verschiedene Ankertypen, je nach Einsatzort, Belastung und Zweck. Diese können mit Verzugsmatten oder anderen Geflechten kombiniert werden.<ref name="Quelle 9" /> Ankerausbau hat den Vorteil, dass er schnell hergestellt und vollmechanisch eingebracht werden kann. Er ist nicht brennbar und es entstehen nur geringe Transportkosten. Allerdings ist der Arbeitsaufwand beim Einbringen hoch und er ist nicht wiederverwertbar. Außerdem ist das Anschlagen von Materialien und Hubgeräten nur bedingt möglich und der Ankerausbau lässt sich nicht bei allen Gebirgsverhältnissen einsetzen.<ref name="Quelle 6" />
Planung und Auswahl
Bei der Auswahl des Ausbaus müssen vom planenden Ingenieur mehrere Punkte beachtet werden. Insbesondere muss der zu erwartende Gebirgsdruck berücksichtigt werden. Auch die mit dem Gebirgsdruck verbundenen Gebirgsbewegungen haben einen Einfluss auf die Auswahl des Ausbaus.<ref name="Quelle 3" /> Die zu stützende Fläche und die erforderliche Standzeit des Ausbaus sind weitere Faktoren, die der Ausbauingenieur berücksichtigen muss.<ref name="Quelle 2" /> Bei den Planungen muss auch die Zeitspanne berücksichtigt werden, die zwischen der Auffahrung des Grubenbaues und der Einbringung des Ausbaus verstreicht.<ref name="Quelle 3" /> Ob ein starrer oder nachgiebiger Ausbau eingebaut wird, hängt von den örtlichen Verhältnissen ab. Insbesondere haben hier die Art des Hangenden, das Einfallen sowie im Abbaubereich das Abbauverfahren einen Einfluss auf die Auswahl des Ausbaus.<ref name="Quelle 2" /> Alle diese Faktoren entscheiden, welches Ausbaumaterial, welche Ausbauart und welche Ausbaudichte eingesetzt werden.<ref name="Quelle 3" />
Einzelnachweise
<references> <ref name="Quelle 1">Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1988, ISBN 3-7739-0501-7. </ref> <ref name="Quelle 2">Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Zweiter Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1962. </ref> <ref name="Quelle 3">Heinz M. Hiersig (Hrsg.): VDI-Lexikon Maschinenbau. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1995, ISBN 978-3-540-62133-1. </ref> <ref name="Quelle 4">Albert Serlo: Leitfaden der Bergbaukunde. Erster Band, Verlag von Julius Springer, Berlin 1884. </ref> <ref name="Quelle 5">Erklärendes Wörterbuch der im Bergbau in der Hüttenkunde und in Salinenwerken vorkommenden technischen und in Salinenwerken vorkommenden technischen Kunstausdrücke und Fremdwörter. Verlag der Falkenberg’schen Buchhandlung, Burgsteinfurt 1869. </ref> <ref name="Quelle 6">Ausbauarten auf Fördergerüste im Bergbau.de (abgerufen am 4. November 2011). </ref> <ref name="Quelle 7">Ernst-Ulrich Reuther: Einführung in den Bergbau. 1. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1982, ISBN 3-7739-0390-1. </ref> <ref name="DE3532069">{{#if:{{#ifexpr:{{#if:DE|0|1}} or {{#if:3532069|0|1}}|1}}|Fehlender Parameter {{#if:DE||„Land“{{#if:3532069|| und }}}}{{#if:3532069||„V-Nr“}}|}}{{#if: {{#invoke:Expr|TemplateBooland}}|{{#ifeq:Patentanmeldung|Patentanmeldung|Patentanmeldung|{{#ifeq:Patentanmeldung|Gebrauchsmuster|Gebrauchsmuster|Patent}}}} {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}|DE3532069A1|{{#switch: {{{DB}}} | DEPATIS =DE3532069A1 | WIPO = DE3532069 | Google = DE3532069A1 | #default =DE3532069A1 }}}}{{#if:Gebirgsanker, insbesondere für den Bergbau1985-09-091987-03-26BWZ Berg- und Industrietechnik GmbHWalter Marsch, Wilhelm Wertelewski|:|.}}{{#if:Gebirgsanker, insbesondere für den Bergbau| Gebirgsanker, insbesondere für den Bergbau.}}{{#if:1985-09-09| Angemeldet am {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:1987-03-26BWZ Berg- und Industrietechnik GmbHWalter Marsch, Wilhelm Wertelewski|,}}}}{{#if:1987-03-26|{{#if:1985-09-09| veröffentlicht am | Veröffentlicht am }}{{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:BWZ Berg- und Industrietechnik GmbHWalter Marsch, Wilhelm Wertelewski|,}}}}{{#if:BWZ Berg- und Industrietechnik GmbH| Anmelder: BWZ Berg- und Industrietechnik GmbH{{#if:Walter Marsch, Wilhelm Wertelewski|,}}}}{{#if:Walter Marsch, Wilhelm Wertelewski| Erfinder: Walter Marsch, Wilhelm Wertelewski}}{{#if:| ({{{Kommentar}}})}}{{#if:1985-09-091987-03-26BWZ Berg- und Industrietechnik GmbHWalter Marsch, Wilhelm Wertelewski|.}}}}{{#invoke:TemplatePar|match |template= Vorlage:Patent |cat= {{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Patent}} |format= |preview=@@@ |1=Land= ABC+ |2=V-Nr= /^[0-9A-Z]+$/ |3=Titel= * |4=Erfinder= * |5=Anmelder= * |6=A-Datum= * |7=V-Datum= * |8=Typ= ASCII |9=Code= ASCII |10=Kommentar= * |11=KeinLink= ASCII |12=DB=ASCII }} </ref> <ref name="Quelle 9">Ernst-Ulrich Reuther: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage, VGE Verlag GmbH, Essen 2010, ISBN 978-3-86797-076-1. </ref> <ref name="Quelle 10">Horst Roschlau, Wolfram Heinze, SDAG Wismut (Hrsg.): Wissensspeicher Bergbautechnologie. 1. Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1974, S. 78–96. </ref> <ref name="Quelle 11">Grubenausbau bei Zeno.org (abgerufen am 4. November 2011). </ref> <ref name="Quelle 12">Otto Proempeler, Hermann Hobrecker, Günther Epping: Taschenkalender für Grubenbeamte des Steinkohlenbergbaus 1956. Karl Marklein-Verlag GmbH, Düsseldorf 1956. </ref> <ref name="Quelle 13">Emil Stens: Über nachgiebigen Grubenausbau. In: Glückauf, Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift. Verein für die bergbaulichen Interessen im Oberbergamtsbezirk Dortmund (Hrsg.), Nr. 17, 47. Jahrgang, 29. April 1911, S. 649–660. </ref> <ref name="Quelle 14">K. Eisenmenger: Entwicklung und Stand des Ausbaus von Hauptstrecken im Ruhrbergbau. In: Glückauf, Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift. Verein für die bergbaulichen Interessen im Oberbergamtsbezirk Dortmund (Hrsg.), 71. Jahrgang, 5. Januar 1935, S. 2–10. </ref> </references>
Weblinks
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