Spreng-Controlling – Sprengerfolg statt Kostenexplosion

Obwohl die Sprengtechnik für alle nachgeschalteten Prozessschritte in einem Gewinnungsbetrieb von großer Bedeutung ist, liegen zur Beschreibung der Qualität einer Sprengung keine ausreichend präzisen Definitionen der Begriffe Sprengergebnis oder Sprengerfolg vor. Zur Bewertung über das Vorliegen eines Sprengerfolgs wird deshalb ein Spreng-Controlling vorgestellt. Nach Schaffung der dazu erforderlichen Grundlagen, insbesondere eine Definition der Begriffe Sprengergebnis und Sprengerfolg sowie der Aufstellung eines Systems Sprengen, beschreibt dieser Beitrag die Anwendung eines Controlling-Bewertungsinstruments auf die Sprengtechnik. Dadurch ist erstmalig eine Optimierung des Sprengergebnisses mittels Controlling möglich.

Einleitung

Die in Deutschland gewonnenen mineralischen Rohstoffe bestehen zu einem überragenden Anteil aus Produkten der Naturstein- sowie der Steine und Erden-Industrie. Die Rohstoffe werden als Grundlage für Baumaterialien und mineralische Zuschläge zur Herstellung fast aller Produkte benötigt, die Gewinnung findet nahezu ausschließlich im Tage-

bau bzw. Steinbruch mittels Bohr- und Sprengarbeit statt. Obwohl der Sprengtechnik aufgrund ihres Einflusses auf alle nachfolgenden Prozessschritte eine herausragende Bedeutung auf die Gesamtwirtschaftlichkeit eines Betriebs zukommt, sind eine ganzheitliche Betrachtung des Sprengergebnisses, dessen Definition sowie eine systematische Charakterisierung der Einfluss- und Bewertungsgrößen bislang nicht verfügbar.

Wie sich das Sprengergebnis auf betriebliche Einflussgrößen wie Laden, Fördern oder Primärbrechen auswirkt, ist allenfalls qualitativ in Erfahrungswissen belegt. Viele Bewertungsgrößen sind zudem nicht oder nur unzureichend quantitativ zu erfassen; Instrumente zur umfassenden Bewertung des Sprengergebnisses stehen nicht zur Verfügung. Die klein- und mittelständische Struktur der Natursteinindustrie verhindert, dass Stabsabteilungen im Sinne der klassischen Organisationslehre vorhanden sind, die sich mit Fragen wie Instandhaltungsmanagement, Controlling oder Betriebsstudien beschäftigen.

Dieser Artikel beschreibt die systematische Erfassung des Sprengergebnisses und die Grundlagen seiner Bewertung. Um erstmalig eine umfassende Bewertung über das Vorliegen eines Sprengerfolgs durchführen zu können, wurden die Methoden des Controllings, die u. a. in der Betriebswirtschaft erfolgreich Verwendung finden, auf die Sprengtechnik übertragen. So entsteht ein neues Sprengcontrolling-Konzept (Straeten, 2006). Zu dessen Anwendung wurde ein möglichst objektives Bewertungsinstrument entwickelt, welches hilft, eine fundierte Entscheidung für die Einführung einer neuen Technologie in der Sprengtechnik zu fällen oder das Sprengergebnis im Hinblick auf die Optimierung vorhandener Technologien kontinuierlich zu überwachen.

Zum präzisen Verständnis der Begriffe Sprengergebnis und Sprengerfolg erfolgt deren Definition. Das System Sprengen wird eindeutig bestimmt, seine Systemgrenzen festgelegt sowie Einfluss- und Bewertungsgrößen erläutert. Die Definitionen sowie das System Sprengen bilden eine allgemein gültige Grundlage für das erstellte Spreng-Controlling.

Definition der Begriffe Sprengergebnis und Sprengerfolg

Die Begriffe Sprengergebnis und Sprengerfolg werden in der Fachliteratur vielfach verwendet, ihre genaue Bedeutung ist bislang jedoch nicht festgelegt. In diesem Abschnitt werden daher Definitionen für beide Begriffe formuliert.

Definition des Sprengergebnisses

Sprengergebnis nach Straeten und Rattmann: „ Unter dem Sprengergebnis versteht man die unter Einsatz von Ressourcen erreichte Gesamtheit aller Wirkungen einer Sprengung mit ihren spezifischen Eigenschaften." (Straeten und Rattmann, 2005)

Einer Sprengung voraus geht der Einsatz von Ressourcen, der zur Realisierung der Sprengung erforderlich ist. Die betriebswirtschaftliche Literatur versteht hierunter in erster Linie den Einsatz von Personal, Material, Betriebsmitteln und Geld (Schmitz, 1997). Der Ressourceneinsatz und das sprengtechnische Know-How haben unmittelbaren Einfluss auf die durch die Sprengung hervorgerufenen Wirkungen. So hat etwa bei Gewinnungssprengungen die eingesetzte Sprengstoffmenge Einfluss auf die Fragmentierung, die Ladefähigkeit oder die weitere Zerkleinerung und Aufbereitung.

Soll die Wirkung einer Sprengung in die eine oder andere Richtung geändert werden, so geht dies nur über einen geänderten Ressourceneinsatz oder über die Nutzung von internem oder externem Know-How.

Wirkungen bezeichnen alle Effekte auf die Umgebung, die durch das Zusammenspiel von Zündung und chemischer Umsetzung des Sprengstoffs hervorgerufen werden. Die Wirkungen lassen sich differenzieren in gewollte Hauptwirkungen und auftretende Nebenwirkungen. Mit Ausnahme von seismischen Untersuchungen sind die Hauptwirkungen fast ausschließlich in Form-, Gefüge- und Lageänderung zu sehen. Neben diesen gewollten Wirkungen gibt es Nebenwirkungen, beispielsweise in Form von Emissionen. Diese Emissionen können Erschütterungen, Schalldruckwellen, Stäube und giftige Bestandteile der Sprengschwaden sein. Eine andere unerwünschte Nebenwirkung kann eine Form-, Gefüge- oder Lageänderung außerhalb des zu sprengenden Bereichs sein. Hier sind beispielsweise unerwünschte Beeinträchtigungen des Nebengesteins zu nennen.

Die durch eine Sprengung hervorgerufenen Wirkungen können durch ihre Eigenschaften charakterisiert werden. So kann beispielsweise die Gefügeänderung, bei Gewinnungssprengungen die Fragmentierung, durch die Korngrößenverteilung beschrieben werden.

Ausdrücklich sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Sprengergebnis noch keine Bewertung im Sinne von gut oder schlecht vornimmt. Das Sprengergebnis, beschrieben durch die Eigenschaften der erreichten Wirkungen sowie durch den Ressourceneinsatz, ist die unbewertete, objektive Beschreibung der durchgeführten Sprengung. Zur Entscheidung, ob das Sprengergebnis den angestrebten Zielen entspricht und somit als Erfolg einzustufen ist, ist eine Definition des Begriffes Sprengerfolg erforderlich.

Definition des Sprengerfolgs

Aufbauend auf der Definition des Sprengergebnisses erarbeitet dieser Abschnitt eine Definition für den Begriff Sprengerfolg.

Sprengerfolg nach Straeten und Rattmann: „Unter dem Sprengerfolg versteht man das auf der Basis eines Zielsystems bewertete Sprengergebnis. Das Zielsystem ist dabei auf den jeweiligen Anwendungsfall bezogen." (Straeten und Rattmann, 2005)

Der Anwendungsfall beschreibt das Sprengobjekt oder den Zweck, zu dem eine Sprengung eingesetzt wird.

Ein Zielsystem umfasst die strukturierte Gesamtheit der Einzelziele unter Berücksichtigung ihrer Interdependenzen. Der Begriff Ziel bezeichnet einen in der Zukunft liegenden, gegenüber dem Gegenwärtigen im allgemeinen veränderten, erstrebenswerten und angestrebten Zustand. Ein Ziel ist ein definierter Endpunkt eines Prozesses (N.N., 1974). Die Bewertung, inwiefern die gesetzten Ziele durch das Sprengergebnis erreicht wurden, macht den Sprengerfolg aus. Dabei ist es durchaus möglich, dass dieselbe Sprengung unter der Berücksichtigung verschiedener Einzelziele als unterschiedlich erfolgreich einzustufen ist. Für ein Spreng-Controlling ist daher ein geeignetes Bewertungsverfahren oder –instrument eine Grundvoraussetzung.

In Abbildung 1 sind die Abhängigkeiten und Zusammenhänge des hier vorgeschlagenen Begriffgebäudes und seiner Definitionen dargestellt.

Sprengergebnis und Sprengerfolg
Sprengergebnis und Sprengerfolg

Das System „Sprengen“

Bevor sich nun mit einem Spreng-Controlling die Sprengtechnik gemäß den Zielvorgaben steuern lässt, ist die Abgrenzung von Elementen erforderlich, die das Sprengergebnis beeinflussen und charakterisieren. Diese Anforderung legt nahe, die Gewinnungssprengung in der Rohstoffindustrie als System zu begreifen. Das vorgestellte System Sprengen im Steinbruch beschränkt sich auf in Deutschland ansässige Betriebe und denselben Produktionsstandort, gilt aber prinzipiell für alle Betriebe der internationalen Rohstoffindustrie. Es umfasst folgende sechs Subsysteme, die miteinander in Beziehung stehen: 

 Die einzelnen Subsysteme weisen in der Regel bereits einen hohen Optimierungsgrad auf, die Beziehungen untereinander werden jedoch oft vernachlässigt, obgleich jedes Subsystem ein Produkt für das folgende Subsystem liefert, das als Kunde fungiert. Die Gesamtkosten des Systems Sprengen sind entscheidend, und nicht die in den einzelnen Subsystemen entstehenden, direkt oder indirekt auf eine Sprengung wirkenden Kosten (Abbildung 2).

Gesamtkosten als Optimum direkter und indirekter Kosten (Rattmann, 1998)
Gesamtkosten als Optimum direkter und indirekter Kosten (Rattmann, 1998)

Bei den Bewertungsgrößen gelten als bedeutende Größen vor allem die Bereitstellung eines den Planvorgaben entsprechenden Bohrrasters, die Eigenschaften des Haufwerks hinsichtlich Form, Lage und Fragmentierung sowie Sprengerschütterungen. Ein gutes Bohrraster ermöglicht die Durchführung einer gefahrlosen Sprengung mit einem guten Haufwerk, welches das Produkt für die kommenden Subsysteme darstellt. Form, Lage und Fragmentierung bestimmen den großen Kostenfaktor des Subsystems Laden. Die Fragmentierung ist bei allen folgenden Prozessschritten entscheidend.

Spreng-Controlling

Grundlagen von Controlling und Bewertungsverfahren

Allgemein lässt sich sagen, dass Controlling eine Palette qualitativer und vor allem quantitativer Steuerungsinstrumente bereitstellt, die zur Koordination von Informationsflüssen und zur Unterstützung von Entscheidungsprozessen eingesetzt werden. Controlling ist somit ein Teilaspekt der Unternehmensführung, der der Vorbereitung von Entscheidungen dient und deren Umsetzung unterstützt. Kernbereich des Controllings sind fortlaufende Soll-Ist-Vergleiche mit daraus abgeleiteten Abweichungsanalysen. Die Festlegung eines Soll-Zustands in der Planung geschieht mittels klarer, verbindlicher und erreichbarer Ziele, die am besten durch Kennzahlen beschrieben werden.

Die angestrebten Ziele einer Gewinnungssprengung werden erstmals durch das Instrument Spreng-Controlling mit den tatsächlichen Ergebnissen in Korrelation gesetzt, um bei einer Abweichung das Ergreifen von Maßnahmen an geeigneten Stellen zu ermöglichen. Komplexe technische Entscheidungssituationen erfordern Hilfsmittel, welche die Situation modellieren und derart in Teilprozesse zerlegen, dass die Gesamtentscheidung in eine Reihe besser überschaubarer Einzelentscheidungen aufgeteilt wird.

Zielfindung und Bewertung sind stark voneinander abhängig, da die festgelegten Ziele im späteren Verfahrensschritt Maßstab für die Bewertung sind. Bei der Betrachtung von komplexen Systemen umfasst die Zielsetzung in der Regel mehrere Ziele verschiedener Wichtigkeit, die in eine Zielstruktur münden. Muss-Ziele stellen Restriktionen dar, die nicht in die Zielstruktur übernommen werden und im Vorfeld als Ausscheidungskriterium benutzt werden. Kann-Ziele hingegen stellen einen Anspruch dar, der nur teilweise erfüllt zu werden braucht, deren Zielerfüllungsgrad jedoch die Eignung einer Alternative bestimmt.

Ein Bewertungsinstrument für ein Spreng-Controlling

Am besten geeignet erscheint das Bewertungsinstrument Nutzwertanalyse mit Präferenzmatrix. Diese besteht aus den Schritten Ermittlung der Ziele, Zielgewichtung, Punktevergabe für die verschiedenen Alternativen, Multiplikation der Punkte mit den Zielgewichten, Ermittlung der Punkttotalen und einer Sensivitätsanalyse. Den nicht-monetären Nutzwert verbindet die auf der Nutzwertanalyse basierende Kosten-Wirksamkeits-Analyse mit den ermittelbaren Kosten.

Eine Zielstruktur bildet die Basis einer Nutzwertanalyse. Als Muss-Ziele werden identifiziert: hohe Bohrlochs- und Planungsqualität, Erschütterungen unter dem gesetzlichen Maximalwert, Vermeidung ungewollter Detonationen, große Flexibilität bei der Gestaltung einer Sprenganlage sowie ein hoher Ausbildungstand der Mitarbeiter. Als Kann-Ziele sind folgende von Bedeutung:

Die unterschiedliche Bedeutung der verschiedenen Kann-Ziele wird durch Gewichtungsfaktoren zum Ausdruck gebracht. Zur Gewichtung wird die Präferenzmatrix benutzt, bei der durch einen Paarvergleich eines Ziels mit jedem anderen Ziel die größtmögliche Objektivität erreicht wird. Durch die Häufigkeiten der Nennungen als Präferenzziel ergibt sich eine Rangfolge, auf die üblicherweise 100 Gewichtungspunkte verteilt werden. Zur Bewertung des Zielerfüllungsgrads stehen zwei verschiedene Modi zur Verfügung: die Einführung einer neuen Technologie und die fortlaufende Überwachung des Sprengergebnisses.

Bei der Einführung einer neuen Technologie kommt eine erweiterte Ampelstruktur mit den Ausprägungen „viel besser", „besser", „gleich", „schlechter" und „viel schlechter" zur Anwendung. Bei einem fortlaufenden Controlling zur Überwachung des Sprengergebnisses ist die Verwendung einer Punkteskala von 1-10 implementiert. Dies entspricht der üblichen Vorgehensweise bei der Anwendung einer Nutzwertanalyse.

Durch Multiplikation der Bewertungspunkte mit den Gewichtungspunkten und einer anschließenden Addition ergibt sich ein Nutzwert, mit dem zwei Varianten oder Sprengergebnisse miteinander verglichen werden können. Die Variante oder das Sprengergebnis mit dem höheren Nutzwert ist als besser einzustufen.

Das Bewertungssystem wird beispielhaft auf die Einführung eines elektronischen Zündsystems in zwei realen Betrieben angewendet. Aus den verfügbaren Kosten und dem aus der Nutzwertanalyse erhaltenen Nutzwert nichtmonetär quantifizierbarer Größen ergibt sich die Kosten-Wirksamkeits-Analyse, die den finanziellen Aufwand je Nutzwertpunkt darstellt (Abbildung 3).

Die Realisierung des Bewertungsinstruments erfolgt mit Hilfe des Tabellenkalkulationsprogramms Microsoft Excel. Dieses erlaubt eine einfache Benutzung bei gleichzeitiger Verwendung aufwändiger Rechenoperationen. Kernelemente der Nutzwertanalyse, die Gewichtung der einzelnen Ränge, die Bewertung und die Rangfolge der Ziele, können vom Anwender verändert werden, um sie den speziellen Bedürfnissen des Betriebs anzupassen.

Anhand der Einführung elektronischer Zünder in zwei Betrieben wurde das Bewertungsinstrument erfolgreich getestet; die Praxistauglichkeit des Instruments ist somit gegeben. Wenn die Bewertungsgrößen vom Betrieb tatsächlich erfasst werden und in elektronischer Form vorliegen, ist eine weitestgehende Automatisierung der Auswertung mittels Nutzwertanalyse einfach zu realisieren. Somit liegt erstmalig ein wissenschaftlich erarbeitetes Spreng-Controlling für die Naturstein- und Steine und Erden-Industrie vor. Es ermöglicht die systematische Bewertung eines Sprengergebnis hinsichtlich der Erzielung seines Sprengerfolgs.

Kosten-Wirksamkeitsanalyse
verfügbare Kosten pro Jahr in Euro
altes Zündsystem
neues Zündsystem
Sprengkosten
150.000
200.000
Bohrkosten
800.000
800.000
Kosten der Nachzerkleinerung
150.000
80.000
Kosten Verkippung nicht nutzbaren Feinkorns
280.000
240.000
Rüstkosten je Sprengung
2.000
2.000
Kosten von Schäden durch Emissionen
75.000
10.000
Investitionskosten
400.000
350.000
Personalkosten
300.000
300.000
Kosten der Instandhaltung
1.500.000
1.200.000
sonstige Kosten
100.000
120.000
Kosten pro Jahr
3.757.000
3.202.000
Nutzwert
309
404
bereinigter Punktwert
228
314
Kosten je Punkt
16.478
10.516
Exemplarische Kosten-Wirksamkeits-Analyse mit fiktiven Kosten

Ludger Rattmann, Thomas Straeten
Institur für Bergbaukunde 1
RWTH Aachen

Literatur

[N.N. 1974] N.N.: Brockhaus Enzyklopädie. Wiesbaden : F. A. Brockhaus, 1974 (20 - WAM-ZZ)

[Rattmann 1998] RATTMANN, Ludger ; MAR-TENS, Per N. (Hrsg.): Aachener Beiträge zur Rohstofftechnik und -Wirtschaft. Bd. 14: Controlling in der Instandhaltung von Dieselkatzen. 1. Auflage. Verlag der Augustinusbuchhandlung, Aachen, 1998

[Schmilz 1997] SCHMITZ, Götz: Der Organisator. Bd. 1: Methode und Techniken der Organisation. Gießen : Verlag Dr. Götz Schmitz, 1997

[Straeten 2006] STRAETEN, Thomas; MARTENS, Per N. (Hrsg.): Aachener Rohstoff-Technologie. Bd. 2: Optimierung des Sprengergebnisses mittels Spreng-Controlling. I.Auflage. Verlag Glückauf, 2006

[Straeten und Rattmann 2005] STRAETEN, Thomas ; RATTMANN, Ludger: Was ist eigentlich Sprengerfolg? In: Sprenginfo 3 (2005), Nr. 27, S. 15-17