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Bohr- und Sprengtechnik: Stand der Mischladetechnik in Steinbrüchen

Seit der Einführung der Mischladetechnologie auf dem deutschen Sprengstoffmarkt durch die Westspreng GmbH Ende der 70er Jahre wurde die Weiterentwicklung der Mischladesysteme konsequent vorangetrieben. Mit einer Flotte von mehr als 20 Mischladefahrzeugen ist die Westspreng GmbH heute der bedeutendste Lieferant loser Sprengstoffe auf dem deutschen Sprengstoffmarkt. Seit Ende der 90er Jahre steht mit der UMS Mischladetechnologie ein für die Bedürfnisse des hiesigen Marktes konstruiertes Mischladesystem zur Verfügung. Mit dem Mischladesystem UMS 2000 hat der Anwender die Möglichkeit, den Aufbau seiner Ladesäulen durch das Herstellen von ANFO, Emulsionssprengstoffen oder deren Mischungen, individuell den Gegebenheiten anzupassen.
Mit der Einführung von Mischladesystemen wurde eine Entwicklung eingeleitet, die mittlerweile fast alle Bereiche der Sprengtechnik erfasst hat und noch lange nicht beendet ist. Mit dieser Entwicklung ist nicht nur eine bis dahin beispiellose Rationalisierung der Sprengstoffversorgung und der Sprengarbeiten mit einer Steigerung der Wirksamkeit der Sprengstoffe verbunden, sondern auch ein deutlicher Sicherheitsgewinn. Die Herstellung von Sprengstoffen an den Verwendungsort zu verlagern, auf Verpackung, Transport und Lagerung zu verzichten und die jeweils außerhalb eines Laderaumes befindliche sensibilisierte Sprengstoffmenge auf ein Minimum reduzieren zu können sind technische, sicherheitliche und natürlich auch wirtschaftliche Vorteile. Hierdurch wird die zunehmende Verbreitung dieser Systeme begünstigt.
Bei den Mischladefahrzeugen unterscheidet man grundsätzlich solche, die nach dem SMS-(Site-Mixed-System) oder nach dem RPS-(Repumpable-System) Prinzip arbeiten. Beide Systeme stellen die Sprengstoffe erst an der Sprengstelle her und unterscheiden sich hauptsächlich darin, dass beim SMS-System die Emulsionsmatrix aus den auf dem Fahrzeug mitgeführten Rohstoffkomponenten erst gemischt wird, während RPS-Fahrzeuge eine bereits im stationären Betrieb hergestellte Emulsionsmatrix mit sich führen. Beide Matrizes werden vor Ort mit der Technik des "Chemical Gassing's" zu Sprengstoff sensibilisiert und evtl. Trockenkomponenten wie Ammoniumnitrat (oder ANFO) und Aluminiumpulver hinzugefügt.
Die Firma Westspreng baut seit mehr als drei Jahren die Mischladefahrzeuggeneration UMS 2000, die in mehreren Nutzlastvarianten hergestellt wird. Die Bandbreite reicht vom 2-Achser mit 5 Tonnen Nutzlast bis hin zum 3-Achser mit 10 Tonnen Nutzlast. Mit diesem System ist es möglich, die Emulsion "on site", also nach dem SMS-Prinzip, herzustellen oder mit fertiger Matrix, also RPS-System, zu arbeiten. Der Fahrzeugaufbau ist aufgrund dieser Kombination relativ komplex. Mit dem "UMS 2000" ist es weiterhin möglich, ANFO- und/oder Emulsionssprengstoff sowie auch Mischungen davon, sogenanntes "Heavy ANFO", in durch die Zulassungen bestimmten Grenzen herzustellen und in die Bohrlöcher zu laden. ANFO kann sogar gleichzeitig zu den Emulsionssprengstoffen mit einem separaten Ladeschlauch pneumatisch in die Ladesäulen eingebracht werden. Mit diesen Universal-Fahrzeugen wird der technische und wirtschaftliche Einsatzbereich der Mischladegeräte deutlich erweitert.
Die Verwendung von Heavy-ANFO ist in Deutschland relativ neu. Dies hängt damit zusammen, dass Heavy-ANFO bisher weltweit nur durch einen Austrag mit Förderschnecke als "rieselfähiger Sprengstoff" vom Bohrlochmund aus in die Bohrlöcher eingebracht wurde. Diese Ladetechnik eignet sich von der Konzeption her eigentlich nur für Bohrlöcher deutlich größer 100 mm Durchmesser. Dieses schränkte die Anwendung in Deutschland bisher ein.
Das von Westspreng zum Patent angemeldete System Heavy-ANFO basiert auf einer völlig neuen Ladetechnik. Heavy-ANFO wird direkt am Bohrlochmund aus zwei im Mischladefahrzeug fertig gemischten Sprengstoffen, ANFO und EMEX, gemischt und pneurnatisch in das Bohrloch geladen. Erst bei diesem Vorgang erfolgt die vollständige Mischung zu ANFOMEX.
Bei der Westspreng heißt dieser Sprengstoff ANFOMEX, besteht also aus Anteilen ANFO und EMEX. Mit Blick auf die Leistungsdaten wird deutlich, warum sich diese Sprengstoffart (in trockenen Bohrlöchern) steigender Beliebtheit erfreut. ANFOMEX hat sowohl ein hohes Schwadenvolumen als auch eine hohe spezifische Energie und dies bei einer Sprengstoffdichte je nach Mischungsverhältnis kleiner 1 g/cm³.
Diese Sprengstoffart korrespondiert in vielen Gesteinsarten sehr gut mit der erforderlichen Sprengbarkeit des Gebirges und liefert deshalb zum Teil bessere Sprengerfolge als pumpfähige Emulsionssprengstoffe, bei geringerem spezifischen Sprengstoffaufwand. Dieses wird durch die Kombination zweier Ladelinien möglich, die durch ein spezielles Lade- und Mischrohr zusammengeführt werden.
Durch diese Technik sind nun auch kleinere Bohrlochdurchmesser zeitoptimiert mit ANFOMEX zu laden. Das Mischungsverhältnis richtet sich nach dem Zulassungsrahmen, kann aber im Prinzip beliebig sein. Auch sind hohe nahezu beliebige Ladeleistungen möglich. ANFOMEX wird mit Ladeleistungen von 75 bis 150 kg/min (Standard) in die Bohrlöcher geladen.
Das von der Westspreng entwickelte Mischrohr für Heavy-ANFO besteht aus einem Rohr in dem Emulsionssprengstoff und ANFO zu Heavy-ANFO Sprengstoff vermischt werden. Im Gegensatz zur Produktion des Heavy-ANFO mit einer Austragsschnecke, weiche sich in den meisten Fällen oberhalb des Mischladefahrzeugs befindet, erlaubt die Westsprengtechnologie ein einfacheres und schnelleres Beladen der Bohrlöcher mit Heavy-ANFO. Das von Hand zu tragende Mischrohr ist über zwei Schläuche mit dem Mischladefahrzeug UMS 2000 verbunden. Das gesamte Mischladerohr ist aus Aluminium gefertigt und wiegt nur ca. 4,5 kg.
Bedingt durch das relativ geringe Gewicht des Mischrohrs und wegen des langen Blas- und Pumpschlauches kann mit dieser Technik ein großer Aktionsradius von Bohrloch zu Bohrloch abgedeckt werden, ohne jedes mal das Mischladefahrzeug versetzen zu müssen.
Da bei dieser Technologie zwei für sich sensibilisierte Sprengstoffe eingesetzt werden, konnte auch der kritische Bohrlochdurchmesser deutlich gesenkt werden. Nach jetzigen Erfahrungen liegt der Durchmesser bei 89 mm. Im Bereich der Ladezeiten sowie im Bezug auf die Austragsmenge, die bei max. 150 kg liegt, und dem schnellen Versetzen des Mischrohrs von Bohrloch zu Bohrloch kann eine erhebliche Zeiteinsparung erzielt werden.


  Mischladefahrzeug UMS 2000   Mischladerohr Heavy-ANFO  
  Mischladefahrzeug UMS 2000   Mischladerohr Heavy-ANFO  




Vielfalt der Ladetechniken mit dem UMS 2000

Durch die Neuerungen auf dem Gebiet der Mischladetechnik ergeben sich für den Anwender, den Sprengberechtigten vor Ort, vielfältige Möglichkeiten, den Aufbau der Ladesäulen zu optimieren. In Abbildung 3 sind einige sinnvoll mit dem UMS Mischladefahrzeug herstellbare Ladesäulen aufgezeigt. Dabei handelt es sich um eine reine ANFO Ladesäule, Ladesäulen mit gepumptem Emulsionssprengstoff als Fußladung und ANFO bzw. Heavy-ANFO als Oberladung, eine reine Heavy ANFO Ladesäule sowie eine Ladesäule, bestehend aus gepumpter Emulsion. Der mögliche Ladesäulenaufbau richtet sich nach den Bohrlochzuständen trocken oder wasserführend sowie nach der benötigten Energie im Wandfußbereich.
Reiner Emulsionssprengstoff kann in bestimmten Gesteinsarten eine zu hohe Detonationsgeschwindigkeit bei zugleich relativ geringer Schwadenfreisetzung je Freisetzungsintervallzeit haben. Reine ANFO-Ladesäulen haben hingegen geringere Zertrümmerungswirkung bei allerdings hoher Schwadenfreisetzung.


Abb 3: Ladesäulenaufbau   Abb 4: Verlauf der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten einer Heavy-ANFO-Sprengung bei verschiedenen Ausbruchflächen   Abb 5: Vergleich der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten bei verschiedenem Ladesäulenaufbau, Durchmesser 115 mm   Abb 6: Vergleich der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten bei verschiedenem Ladesäulenaufbau, Duchmesser 152 mm
Abb 3: Ladesäulenaufbau

  Abb 4: Verlauf der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten einer Heavy-ANFO-Sprengung bei verschiedenen Ausbruchflächen

  Abb 5: Vergleich der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten bei verschiedenem Ladesäulenaufbau, Durchmesser 115 mm

  Abb 6: Vergleich der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten bei verschiedenem Ladesäulenaufbau, Duchmesser 152 mm

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Daraus ergibt sich, dass man bei diesen homogenen Ladesäulen aus gepumptem Emulsionssprengstoff oder reinem ANFO unter Umständen ein vermindertes Raster wählen muss, um die geringere Schwadenfreisetzung in dem einen bzw. geringere Zertrümmerungswirkung im anderen Fall auszugleichen.
Ladesäulen mit gepumptem Emulsionssprengstoff als Fußladung und ANFO bzw. Heavy ANFO als Oberladung oder auch reine Heavy ANFO-Ladungen sind in "weicheren oder eher plastisch reagierenden Gesteinsarten" für optimale Sprengergebnisse besonders geeignet und können die vorgenannten Probleme reduzieren.
Die durch den Einsatz von Heavy-ANFO erzielte Senkung der spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten sind anhand eines Beispiels in einem Kalksteinbruch für Bohrlochdurchmesser von 115 mm (18 m Bohrlochtiefe) in Abbildung 4 dargestellt.
Aus der Grafik ist zunächst der Verlauf spez. Bohr- und Sprengmittelkosten für eine Heavy-ANFO-Sprengung aus einem konkreten Anwendungsfall ersichtlich. Während der pumpfähige Emulsionssprengstoff Emex AN ein Bohrraster von 25 m² zur Erzielung der betrieblich gewünschten Haufwerksstückigkeit ermöglichte, stellten sich optimale Haufwerksergebnisse bei Verwendung von ANFO bei einem Bohrraster von 20 m² ein. Trotz erhöhtem Bohraufwand verbessert sich hierdurch die Wirtschaftlichkeit, weil der spezifische Sprengaufwand auf Grund der geringen Dichte verringert ist.
Vergleicht man die Heavy-ANFO-Kosten mit den spez. Kosten einer Sprengung unter Einsatz von Pumpsprengstoffen bzw. einer reinen ANFO-Sprengung mit den Sprengrastern wie sie sich in den letzten Jahren für diese Anwendung als Optimum herausgebildet hat, so sieht man, dass beim Einsatz von Heavy-ANFO erhebliche Einsparungen zu erzielen sind.
Zur Zeit sprengt man in diesem Steinbruch mit ANFOMEX und einem Raster von 5,0 m x 5,5 m weiches zu einer Reduzierung der spez. Bohr- und Sprengmittelkosten von 17 Prozent im Vergleich zu reinen ANFO-Sprengungen bzw. 20 Prozent gegenüber Sprengungen unter Einsatz von Pumpsprengstoffen führt! Es ist davon auszugehen, dass sich ANFOMEX durch diese vorteilhafte Ladetechnik zukünftig stärker verbreiten wird.
Zieht man Sprengungen unter Verwendung von gepumptem Emulsionssprengstoff als Fußladung und ANFOMEX 75 (75 Prozent ANFO und 25 Prozent EMEX) als Oberladung - dies hat sich mittlerweile in einigen Teilbereichen des Betriebes als Optimum für das dort anstehende Gestein herausgebildet - in diesen Vergleich mit ein, so wird deutlich, dass bei weiterer Reduzierung des Bohraufwandes zusätzliche Einsparungen in der Größenordnung von 4 Prozent gegenüber der reinen Pumpsprengung möglich sind.
Heavy-ANFO-Mischungen mit einem Verhältnis von 50 Prozent Emulsion (EMEX) und 50 Prozent ANFO - ANFOMEX 50 - sind bei diesem Beispiel noch nicht berücksichtigt, haben aber bei einer Anwendung in Österreich bei Sprengungen in Bohrlochdurchmessern von 152 mm hervorragende Sprengergebnisse mit Reduzierung der spez. Bohr- und Sprengmittelkosten von bis zu 26 Prozent erzielen können.
Setzt man die spezifischen Bohr- und Sprengmittelkosten bei der Verwendung von reinen Emulsionssprengstoff Ladesäulen zu 100 Prozent an, so können Einsparungen von rund 15 Prozent bei der Verwendung von gepumptem Emulsionssprengstoff als Fußladung und ANFOMEX 75 als Oberladung - oder einer homogenen Ladesäule aus ANFOMEX 50 erzielt werden. Bei Verwendung von EMEX als Fußladung und ANFOMEX 50 als Oberladung konnten im konkreten Fall Einsparungen von 26 Prozent erzielt werden.


Schlussbemerkung

Durch die ständige Weiterentwicklung der Mischladesysteme und deren vielfältige Einsätze in der Steine und Erden- und Bauindustrie, wird das Anforderungsprofil immer kundenspezifischer. Mit dem Mischladesystem UMS 2000 hat der Anwender die Möglichkeit, den Aufbau seiner Ladesäulen individuell den Gegebenheiten kurzfristig und optimal anzupassen. Einsparungen der spez. Bohr- und Sprengmittelkosten in Größenordnungen von über 20 Prozent sind dadurch bei verschiedenen Anwendungen erzielt worden.




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