Flächenfräsen bieten neue Lösungen für Steinbrüche

Wenn man Steinbruchbetreiber nach der größten Herausforderung bei ihrer Arbeit fragt, werden sie vermutlich den Produkttransport nennen. Dieser ist teuer und die damit verbundene Logistik kann sich schwierig gestalten.

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Da die in Steinbrüchen abgebauten Produkte zum Großteil als Baustoffe verwendet werden, lag dieursprüngliche Zielsetzung darin, Steinbrüche in der Nähe von Straßen- und anderen Bauprojekten zu eröffnen. Diese befinden sich jedoch meistens in Stadtgebieten, was Bergbauunternehmen vor noch größere Herausforderungen stellt.

Einer der größten Trends in der Bergbauindustrie besteht darin, aufgrund von Umwelt- und Sicherheitsbedenken immer mehr Vorschriften für Bohr- und Sprengverfahren zu erlassen. Ein weiterer erschwerender Faktor ist die weltweit zunehmende Urbanisierung, unter der sich Städte immer weiter in ländliche Umgebungen ausbreiten.

„Es herrscht ein weltweiter Trend zur Verschärfung der Vorschriften für Bohr- und Sprengverfahren“, erklärt Chris Lynch, Sales Manager der Mining and Pipeline Group des US-amerikanischen Maschinenherstellers Vermeer. „Mir fällt kein Ort auf der Welt ein, an dem die Vorschriften nicht verschärft werden.“

Aus diesem Grund nutzen immer mehr Steinbrüche Flächenfräsen zur Lösung dieser Probleme. Mit diesen mobilen Maschinen wird das Material mittels einer Frästrommel mechanisch abgetragen. Sie bieten zahlreiche Vorteile gegenüber Bohr- und Sprengverfahren :

• Sie können beim Tagebau in Bereichen eingesetzt werden, in denen Bohr- und Sprengverfahren aufgrund von platz- oder genehmigungsbedingten Einschränkungen nicht verwendet werden können.

• Mit ihnen wird weniger Lärm, Staub und Vibration erzeugt als mit Bohr- und Sprengverfahren.

• Sie ermöglichen ein präziseres Fräsen.

• Sie erzeugen kleinere und gleichmäßigere Partikelgrößen.

• Mit ihnen können einzelne Verfahrensschritte, wie z. B. der Einsatz eines Grobbrechers, eliminiert werden.

• Sie können ergänzend zu Bohr- und Sprengverfahren eingesetzt werden, statt diese gänzlich zu ersetzen.

• Sie dienen nicht nur zum Materialabbau sondern können auch bei der Bauplatzvorbereitung sowie für den Bau und die Instandhaltung von Transportstraßen eingesetzt werden.

Lynch und Patrick Robinson, Senior Commercialization Manager für den Geschäftsbereich Tagebau von Vermeer, haben sich in der Praxis selbst von diesen Vorteilen überzeugt. Ein Kunde, der eine Terrain Leveler® Flächenfräse von Vermeer nutzt, hat sich gegen die Verwendung eines Grobbrechers entschieden, da mit der Terrain Leveler Flächenfräse einheitliche Partikelgrößen von 15 cm und weniger erzielt werden können.

Ein anderer Kunde aus Südamerika verfügt über Millionen Tonnen von abbaubarem Material, doch das Unternehmen kann aufgrund von nahe gelegenen Rohrleitungen, Stromleitungen und Straßen keine Bohr- und Sprengverfahren mehr einsetzen.

„Mit der Flächenfräse können auch die letzten Überreste des Gesteins abgebaut werden“, erklärt Robinson. „Der Abbau in diesem Gebiet ist bereits genehmigt, doch würde es die Flächenfräse nicht geben, wäre das Gebiet wahrscheinlich geschlossen worden, da Bohr- und Sprengverfahren nicht mehr möglich sind.“

FUNKTIONSPRINZIP

Die Flächenfräse gewinnt zunehmend an Bekanntheit, doch eine Erklärung der Technologie ist sicherlich trotzdem hilfreich. Die Maschinen unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller, haben jedoch in der Regel Folgendes gemeinsam: die Bewegung erfolgt mittels Raupenlaufwerken, die Maschine ist mit einer rotierenden Frästrommel ausgestattet und die Zähne an der Trommel fräsen das Material zu einheitlichen Produktgrößen. Der Bediener kann die Produktgröße durch Einstellen der Schnitttiefe und Maschinengeschwindigkeit bestimmen.

Die T1255 Terrain Leveler® Flächenfräse von Vermeer verfügt über einen 447-kW-Motor und kann in einem Durchgang einen 69 cm tiefen und 3,7 m breiten Streifen Material abtragen. Für eine noch präzisere Fräsleistung kann die Maschine mit einem optionalen GPS-System ausgestattet werden, wodurch der Bediener die komplette Trommellänge nutzen und Überschneidungen zwischen den einzelnen Durchgängen vermeiden kann.

Des Weiteren kann der Steinbruch vermessen und ein Höhenkurvenplan erstellt werden. Dieser Plan kann auf den Maschinencomputer hochgeladen werden, wodurch eine Verbindung zwischen der GPS-Steuerung und dem neigbaren Fräskopf hergestellt wird. Anschließend kann die gewünschte Frässteigung und -tiefe während der Geradeausfahrt erzielt werden. Mit dieser Steuerung kann der Bediener in Schichten, Bereichen mit unterschiedlichen Steigungen sowie entlang des Erzkörpers fräsen und die Gangart entfernen. Befürworter von Bohr- und Sprengverfahren mögen behaupten, mit ihrer Methode präzise Ergebnisse erzielen zu können, doch sie können niemals so präzise arbeiten, wie eine Flächenfräse.

Die Maschinen von Vermeer unterscheiden sich in der Hinsicht von ihren Konkurrenzmodellen, dass die Oberfläche von oben nach unten bearbeitet wird (Top-Down-Fräsen), wodurch ein tiefes Eindringen der Meißel in das Gestein ohne Verwendung der Zugkraft der Maschine ermöglicht wird. Bei vorwärtsfahrender Terrain Leveler Flächenfräse und sich drehender Trommel bewegen sich die Meißel an der Oberseite der Trommel über die noch ungebrochene Materialoberfläche. Eine patentierte neigbare Frästrommel, die sich in zwei Richtungen bewegen lässt, ermöglicht sowohl beim Fräsen an ebenen Böden als auch bei mehrfach gekrümmten Kurven die steigungsgenaue Ausrichtung der Trommel und erleichtert dadurch den Abbau.

MEHR AUFLAGEN FÜR SPRENGSTOFFE

Angesichts der vielen neuen Vorschriften für Bohr- und Sprengverfahren werden Flächenfräsen vermehrt angenommen.

„In China und Brasilien werden die Auflagen für Gebiete, in denen Bergbauunternehmen Bohr- und Sprengverfahren einsetzen dürfen, immer weiter verschärft“, erklärt Robinson. „Die USA pflegte diesbezüglich schon immer strenge Vorschriften, die in letzter Zeit sogar noch weiter verschärft wurden. Auch in den meisten westlichen Ländern, vor allem in Europa, werden laufend strengere Auflagen erlassen.“  

Viele der Gründe dafür, darunter Bemühungen zur Reduzierung von Lärm, Vibration und Staub, sind umweltschutzbedingt. Flächenfräsen bringen gerade in dieser Hinsicht deutliche Vorteile gegenüber Bohr- und Sprengverfahren mit sich.

Der erste Vorteil liegt auf der Hand, denn diese Maschinen sind leiser und erzeugen weniger Vibrationen als Sprengstoffe.

Auch wenn in den meisten Steinbrüchen der Materialtransport die größte Herausforderung darstellt, folgt laut Lynch gleich danach in allen Tagebaubetrieben das hohe Staubaufkommen sowie die Bauplatzvorbereitung, bei der Flächenfräsen ebenfalls zum Einsatz kommen können. Einige Unternehmen verbringen viel Zeit und Mühe mit dem Einsatz von Lkws zur Besprühung der Straßen mit Wasser, um den Staub einzudämmen. Bei bestimmten Mineralien, z. B. bei Gips, entsteht aus der Mischung von Staub und Wasser eine Art Fugenmasse, die rutschig und schwer befahrbar wird und somit eine weitere Belastung darstellt.

Die Terrain Leveler Flächenfräse kann mit einem optionalen Wassersprühbalken zur Staubunterdrückung sowie mit einem optionalen Entstaubungssystem ausgestattet werden, das die beim Brechen der Felsen in die Umgebung gelangende Staubmenge nicht mithilfe eines Sprühstrahls sondern mithilfe einer Vakuumtechnologie reduziert.

Ein weiteres Problem für Steinbrüche stellt der Grundwasserspiegel dar. Wenn in einem Steinbruch beispielsweise der Grubenboden weiter in die Tiefe verlagert werden soll, Bohr- und Sprengverfahren jedoch das Risiko bergen, die Schicht zwischen Boden und Grundwasserspiegel zu zerstören, könnte der Graben überflutet und dadurch unbrauchbar werden. Mit einer Flächenfräse kann diese Aufgabe auf präzisere Weise gelöst werden.

In vielen genehmigten Abbaugebieten befinden sich Öl- und Gasleitungen und Rohrleitungsbauunternehmen verbieten jegliche Bohr- und Sprengverfahren innerhalb bestimmter Entfernungen zu den Leitungen.

„Die Rohrleitungen verlaufen in genehmigten Abbaufeldern, in denen sich noch große Mengen an abbaubarem Gestein befinden, doch das Bergbauunternehmen kann diese nicht erreichen, da keine Bohr- und Sprengverfahren erlaubt sind“, erklärt Robinson. „Genau hierfür bietet die Flächenfräse eine gangbare Lösung.“

GENEHMIGTE FLÄCHEN NUTZEN

Genehmigungen stellen in der Bergbauindustrie ein enormes Problem dar.

„Die Öffnung neuer Tagebaugebiete, die Einhaltung aller behördlichen Vorschriften und der Erhalt der Genehmigung erweist sich als äußerst schwierig und kann viele Jahre in Anspruch nehmen“, erklärt Lynch. „Aus diesem Grund liegt ein großer Vorteil der Flächenfräse in der Möglichkeit, bereits genehmigte Abbaugebiete auf umweltfreundliche Art und Weise voll und ganz auszuschöpfen.“

In derartigen Situationen werden Flächenfräsen zum Teil ergänzend zu Bohr- und Sprengverfahren eingesetzt. Anfangs erfolgt der Abbau unter Verwendung der traditionellen Methode, doch wenn das Material im Steinbruch nicht mehr mithilfe von Bohr- und Sprengverfahren abgebaut werden kann, bietet sich die Flächenfräse als ideale Lösung für den restlichen Abbau, so dass kein wertvolles Material zurückgelassen werden muss.

„Die Terrain Leveler Flächenfräse ermöglicht unseren Kunden den Abbau dieser ansonsten unzugänglichen Reserven, deren Abbaugenehmigung sie bereits viel Zeit und Geld gekostet hat“ erklärt Robinson. „Vermeer hilft seinen weltweiten Kunden bei der Integration der Flächenfrästechnologie in ihre bestehenden Bohr- und Sprengverfahren, wenn Höhlen, Rohrleitungen, Grundwasserspiegel oder andere Hindernisse die Verwendung von Sprengstoffen verhindern.“

WEITERE VORTEILE

Flächenfräsen ermöglichen in Steinbrüchen nicht nur den Abbau von ansonsten unzugänglichem Material, sondern bieten viele weitere technologische Vorteile.

Ein großer Vorteil besteht darin, dass kaum noch bzw. gar keine Grobbrecher mehr benötigt werden. Grobbrecher dienen zur Weiterverarbeitung von großem Material, das nach Bohr- und Sprengverfahren zurückbleibt. Mit einer Flächenfräse werden kleinere Partikelgrößen erzeugt, die meist keine zusätzliche Bearbeitung durch Grobbrecher erfordern. Dadurch wird wiederum der Bedarf an großen Ladern und Groß-Lkws, die das Material zu den Brechern transportieren, sowie der Bedarf an häufig für den Materialtransport benötigten Genehmigungen reduziert.

„Die Vorlaufzeit bis zur Genehmigung und Installation eines Grobbrechers kann zwei bis drei Jahre dauern“, erklärt Lynch. „In Abbaubetrieben sind Grobbrecher oft auch die Maschinen mit den höchsten Wartungskosten. Durch Anwendung der Flächenfrästechnologie können diese Kosten reduziert werden.“

Falls ein Abtransport erforderlich ist, kann bei Verwendung einer Flächenfräse mehr Material auf die Lkws und Lader geladen werden, da aufgrund der kleineren und gleichmäßigeren Produktgröße weniger Platz verschwendet wird als bei den größeren Produkten der Bohr- und Sprengverfahren, die oft viele große Hohlräume in der Ladung verursachen. Darüber hinaus sind die Anschaffungs- und Wartungskosten für kleinere Lader und Lkws in der Regel geringer und der Verschleiß der Transportstraßen wird ebenfalls reduziert.

Die Vorteile liegen jedoch nicht nur in der Reduzierung der Materialgröße. Da mit der Flächenfräse die Produktgröße kontrolliert werden kann, kann die Feingutmenge im Vergleich zu Bohr- und Sprengverfahren reduziert werden. Dadurch werden wiederum Nutzungsdauer und Reserven des Steinbruchs erhöht.

Zudem bietet die Flächenfräse Steinbrüchen die Möglichkeit, ihre Produkte schneller auf den Markt zu bringen. Die für Bohr- und Sprengverfahren notwendige Infrastruktur und Planungsarbeit — Förderbandsysteme, Kauf und Installation von Großgeräten wie Grobbrechern, Genehmigungen — kann Jahre in Anspruch nehmen.

BEURTEILUNG DER MÖGLICHKEITEN

Zur Beurteilung der durch eine Flächenfräse eröffneten Möglichkeiten können Steinbruchunternehmen wie folgt vorgehen. Zuerst sollten Gesteinsproben analysiert werden. Vermeer hat hierfür ein eigenes Labor für Fels- und Gebirgsmechanik. Die Prüfung zeigt, ob eine Flächenfräse für das Unternehmen geeignet ist.

Danach folgt eine ausführlichere Analyse, bei der ein Experte vor Ort den Bauplatz vermisst, einen Punktlastversuch durchführt und weitere Untersuchungen vornimmt, um zu bestimmen, ob eine Flächenfräse für den Kunden in Frage kommt. Darüber hinaus werden Informationen zur Berechnung der Förderraten und Kosten pro Tonne gesammelt.

Flächenfräsen eignen sich am besten für lange Gräben, da so die Wendezeiten reduziert werden. Lynch empfiehlt Bergbauunternehmen den Einsatz von Maschinen, die sich um ihre eigene Achse drehen, um lange und schwierige Wendevorgänge zu vermeiden.

Des Weiteren gilt es zu berücksichtigen, ob mit der Maschine das Fräsen entlang von Endböschungen möglich ist. Wenn am Standort Bohr- und Sprengverfahren eingesetzt wurden, ist wahrscheinlich eine Endböschung vorhanden. Nicht mit allen Flächenfräsen kann nahe an Endböschungen befindliches Material abgebaut werden.

Lynch und Robinson beobachten weltweit bei Bergbauunternehmen und Auftragnehmern für die Bauplatzvorbereitung ein zunehmendes Interesse an Alternativen zu Bohr- und Sprengverfahren. Flächenfräsen bieten diesen Kunden eine Lösung zur Steigerung ihrer Produktivität und Effizienz.