Abteufen

mini|Manuelles Schachtabteufen mit Teufkübel (1894) mini|Schild am Karl-Liebknecht-Schacht in Oelsnitz/Erzgebirge. Das Abteufen erfolgte hier von 1869 bis 1874

Als Abteufen oder Teufen (auch: Niederbringen, Teufe = ältere Form für Tiefe) bezeichnet man in der Bergmannssprache die Herstellung von senkrechten (seigeren) Hohlräumen (Schächten, Blindschächten, Lichtlöchern oder Bunkern) zur Erschließung von Lagerstätten. Das Abteufen gehört zu den wagnisreichsten bergmännischen Arbeiten und ist für den dort tätigen Ingenieur eine große Herausforderung. Das Herstellen des senkrechten Grubenbaus erfolgt beim Abteufen von oben nach unten. Das Erreichen einer bestimmten bzw. relevanten Tiefe wird auch Endteufe genannt.

Geschichte Erste Teufarbeiten wurden bereits in den Jahren 5500 bis 4000 vor Christus in Abensberg-Arnhofen, heute Niederbayern, beim Feuersteinbergbau getätigt. Hier wurden in einem Feld rund 20.000 kleine Schächte bis zu einer Teufe von acht Metern gegraben. In der Neuzeit wurden beim Stollenbau im 18. Jahrhundert eine Vielzahl von Lichtlöchern zur Bewetterung der Stollen abgeteuft. In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden die Teufarbeiten wesentlich umfangreicher. In dieser Zeit ging man im Ruhrgebiet dazu über, die Kohlen im Tiefbau abzubauen. Hierfür wurden mehrere hundert Tiefbauschächte abgeteuft. Um die beim Tiefbau durch eindringendes Wasser entstehenden Probleme beherrschen zu können, wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts das Kind-Chaudron-Verfahren und das Honigmann-Verfahren entwickelt und angewandt. Durch weiter verbesserte Verfahren und Techniken wurden im 20. Jahrhundert immer tiefere Schächte, mit Teufen von bis zu 3000 Metern, abgeteuft.

Grundlagen mini|Abteufen eines Schachtes, Seigerriss

Das Wort wird aus der bergmännischen Bezeichnung Teufe für „Tiefe“ hergeleitet. Beim Abteufen von Tagesschächten (also Schächten, die bis ans Tageslicht reichen) müssen oftmals unterschiedlich beschaffene Schichten bearbeitet werden. Dabei ist es nicht unerheblich, ob man ein standfestes oder ein lockeres Gebirge durchteuft. Von Bedeutung ist es auch, ob man beim Teufen auf viel oder wenig Wasser trifft. Im Idealfall trifft man beim Abteufen auf standfestes Gebirge, das nur wenig oder überhaupt kein Wasser führt. Der unterirdische Grundwasserpegel schwankt, je nach örtlicher Lage, zwischen Null und achthundert Metern. Trifft man auf Wasser, so kann der Zufluss von Wasser die Teufarbeiten erschweren. Starke Probleme bereiten Deckgebirgsschichten mit Schwimmsand; hier müssen spezielle Verfahren angewendet werden, um den Einbruch von Schwimmsand zu stoppen. Das Durchteufen von mächtigen Schwimmsandschichten ist immer mit großen Schwierigkeiten verbunden, da die Gefahr besteht, dass die seitlichen Stöße hereinbrechen oder während der Teufarbeiten in den unteren Bereich der Schachtsohle laufen. Um einen Überblick über die örtlichen Gebirgsverhältnisse zu erhalten, wird mittels Tiefbohrungen das Gebirge untersucht, um so einen Punkt zu ermitteln, an dem die Schwimmsandschicht am dünnsten ist.

Abteufverfahren Beim Abteufen unterscheidet man mehrere Verfahren. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts wurden die Schächte manuell erstellt. Im heutigen Bergbau unterscheidet man zwischen dem konventionellen Abteufen und dem Schachtbohrverfahren. Zusätzlich gibt es noch einige Sonderabteufverfahren. Diese Verfahren werden bei wenig standfestem und stark wasserführendem Gebirge angewandt. Welches Abteufverfahren letztendlich zur Anwendung kommt, ist von vielen Faktoren abhängig. Eine wesentliche Rolle bei der Wahl des Abteufverfahrens spielen die geologischen Faktoren wie die Beschaffenheit des Gebirges und die Höhe des Wasserzuflusses. Aber auch der Durchmesser des abzuteufenden Schachtes und seine Endteufe haben einen Einfluss auf das anzuwendende Abteufverfahren. Nicht jedes Abteufverfahren ist für große Teufen geeignet.

Manuelles Abteufen Beim manuellen Abteufen erfolgt das Abteufen mittels Handwerkzeugen. Gegraben wird mit Spaten oder Schaufel. Allerdings lassen sich so nur weiche Schichten bearbeiten. Das anfallende Erdreich wird mittels Eimern aus dem Schacht gefördert. Wenn es aufgrund der Gebirgsfestigkeit notwendig wird, werden die Keilhaue und die Kratze benutzt. Bei den manuellen Teufarbeiten können auch Keile zur Hilfe genommen werden. Bei mildem Gebirge, dort wo einfaches Handwerkzeug nicht mehr ausreicht, kann das manuelle Abteufen unter Zuhilfenahme von Abbauhämmern geschehen. Hierbei werden schwere Abbauhämmer, die als Aufreißhammer oder Betonbrecher bezeichnet werden, verwendet. Das herausgebrochene Gebirge wird anschließend abgefördert. Durch manuelles Abteufen werden Schächte mit einer Teufe von bis zu 20 Metern erstellt. Bei festem Gebirge oder/und bei größeren Teufen werden Schächte durch andere Verfahren wie Bohren und Sprengen abgeteuft.

Konventionelles Verfahren miniatur|Befahrung mittels Teufkübel

Beim konventionellen Verfahren erfolgt das Abteufen im festen Gestein mittels Bohr- und Sprengarbeit. Hierzu wird in der Mitte der Schachtscheibe ein Einbruch gebohrt. Das seitliche Gestein wird mittels mehrerer, nach einem speziellen Bohrschema erstellter, Löcher angebohrt. Anschließend wird das Gestein mittels Sprengstoff gesprengt. Die Länge des Abschlages liegt in der Regel bei vier Metern. Das so hereingewonnene Gestein wird entweder von Hand oder mit einem Mehrschalengreifer oder einem Bagger in einen Abteufkübel gefüllt und mittels Teufhaspel oder Teufbobine bis zum Schachtansatzpunkt hochgefördert. Bei größeren Schächten werden Doppelbobinen mit zwei gegenläufigen Teufkübeln verwendet. Die Teufkübel werden, damit sie im Schacht nicht hin- und herschaukeln, im Schacht mittels Seilführung geführt.

Bestehen bereits ältere Strecken unterhalb des Schachtes oder ist es ohne besonderen Aufwand möglich, eine Strecke bis unter den Schacht aufzufahren, ist dies eine große Erleichterung für die Abteufarbeiten. Bevor nun der Schacht durch die Gesteinsschichten geteuft wird, wird zunächst ein größeres Bohrloch bis zur Schachtunterfahrung erstellt. Durch dieses Bohrloch kann das anfallende Wasser nach unten zur Schachtunterfahrung abgeleitet und von dort zur Wasserhaltung des Bergwerks abgepumpt werden. Teilweise ist es auch möglich, das Haufwerk durch das Bohrloch von der Schachtsohle zu entfernen; in der Regel muss das Haufwerk zum Schachtansatzpunkt hochgefördert werden. Mit dem konventionellen Abteufverfahren können Schächte in festem Gebirge in sämtlichen derzeit gängigen Teufen geteuft werden.

Bohrverfahren Das Abteufen von Schächten durch Schachtbohrverfahren erfolgt ähnlich wie das Tieflochbohren. Die ersten Schachtbohrverfahren, das Kind-Chaudron-Verfahren und das Honigmann-Verfahren, wurden gegen Ende der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts bis Mitte der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts eingesetzt. Mit diesen Verfahren konnten Schächte bis zu einer Teufe von 500 Metern durch Bohren erstellt werden. Im Laufe der Jahre wurden weitere Schachtbohrverfahren wie das Lufthebeverfahren und Raise boring entwickelt. Das Raise boring, das aus dem amerikanischen Erzbergbau stammt, ist zurzeit Stand der Technik. Mit diesem Verfahren können Schächte bis zu einer Teufe von 1200 Metern und mit einem Durchmesser von bis zu sechs Metern erstellt werden. Bei trockenem und standfestem Gebirge werden unter Tage Blindschächte mit Gesenkbohrmaschinen erstellt. Bei Tagesschächten sind Bohrschächte in Europa eher die Ausnahme, das liegt insbesondere an der heute guten Beherrschbarkeit des Deckgebirges.

Sonderabteufverfahren Probleme beim Abteufen entstehen immer dann, wenn der Schacht durch sehr wasserreiche Lockergesteinsschichten oder Schwimmsand geteuft werden muss. Aber auch sehr klüftiges Gebirge kann, wenn es stark wasserführend ist, Probleme beim Teufen bereiten. Um die Teufarbeiten in solchen problematischen Gebirgsschichten zu sichern, gibt es mehrere Verfahren:

das Senkschachtverfahren das Zementierverfahren das Spundwandverfahren das Gefrierverfahren

Beim Senkschachtverfahren wird in den Abmessungen des Schachtes ein sogenannter Senkschuh erstellt, der aus eisernen Segmenten besteht. Der Senkschuh sichert die Stöße ab und dient gleichzeitig als bewegliche Montagebühne für die Schachtmauerung. Beim Zementierverfahren wird eine Suspension aus Zement und Wasser in das Gebirge gepresst und so der Wasserzufluss in den Schacht gestoppt. Beim Spundwandverfahren von Haase werden in Form des Schachtes Spundwände in den Boden getrieben. Früher wurden Spundwände aus Holzpfählen erstellt, die mit Nut und Feder versehen waren; heute bestehen diese Spundwände aus Stahlsegmenten. Beim Gefrierschachtverfahren von Poetsch wird das Gebirge mit seinem Wasseranteil eingefroren und somit standfest gemacht. Anschließend wird der Schacht konventionell abgeteuft. Streng genommen zählt auch das Schachtbohrverfahren von Honigmann zu den Sonderabteufverfahren. Bis auf das Zementierverfahren und das Honigmann-Verfahren sind alle Verfahren nur für begrenzte Teufen bis maximal 30 Meter anwendbar. Das Zementierverfahren ist für jede Teufe anwendbar.

Bauabschnitte bei der Erstellung von Tagesschächten Das Abteufen eines Schachtes wird in einzelne Bauabschnitte aufgeteilt. Zunächst müssen über Tage Erdarbeiten getätigt werden. Hiernach erfolgt anschließend der Bau des Schachtkellers. Bei Abwetterschächten muss zusätzlich noch der Wetterkanal erstellt werden. Ein weiterer Bauabschnitt ist die Erstellung des Vorschachtes. Anschließend beginnen die eigentlichen Teufarbeiten. Nachdem diese Arbeiten beendet sind, werden noch Abschlussarbeiten durchgeführt.

Vorbereitungsarbeiten und Bau des Schachtkellers Im Oberflächenbereich werden im Bereich des Schachtansatzpunktes zunächst unterschiedliche Erdbauarbeiten durchgeführt. Anschließend werden die Fundamente für Abteufanlage und die Versorgungseinrichtungen erstellt. Zusätzlich werden die Betonarbeiten für den Schachtkeller durchgeführt. Die allgemeinen Bauarbeiten werden nicht von Bergbauspezialisten, sondern von normalen Baufirmen erledigt. Nach den Fundamentarbeiten werden die erforderlichen Maschinen wie die Abteufwinde und die Winde für die Montagebühne installiert. Mit der Abteufwinde werden bei den Teufarbeiten der Bergekübel und der Greifer bewegt.

Vorschachterstellung Die Arbeiten für den Vorschacht laufen in der Regel parallel zu den anderen Vorbereitungsarbeiten. Die oberen lockeren Gesteinsschichten werden mit einem Bagger mit tiefem Löffel abgetragen. Die Seitenwände werden in regelmäßigen Abständen von 2,5 Metern mit einer Spritzbetonschicht gegen Steinfall gesichert. Probleme können hier bereits im oberen Bereich durch den starken Zufluss von Grundwasser auftreten. Die weiteren Teufarbeiten für den Vorschacht werden dann unter Zuhilfenahme eines Sonderabteufverfahrens, wie zum Beispiel dem Gefrierverfahren, durchgeführt. Sobald man bei den Teufarbeiten auf festes Gestein trifft, können keine Baggerarbeiten mehr durchgeführt werden. Nun muss mit schwerem Gerät wie Hydraulikhämmern das Gestein bearbeitet werden. Ab einer bestimmten Teufe ist das Gestein so fest, dass die weiteren Arbeiten mittels Bohr und Sprengarbeit durchgeführt werden müssen. Der Vorschacht wird auf eine Teufe von bis zu 50 Metern erstellt. Dort, wo es erforderlich ist, kann der Vorschacht auf eine größere Teufe erstellt werden.

Die weiteren Teufarbeiten Nachdem der Vorschacht erstellt ist, beginnen die Vorarbeiten für das weitere Teufen des Schachtes.

Vorbereitungen