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Schachtabteufen

[578] Schachtabteufen. Das Abteufen eines Schachtes (s.d.) erfolgt mittels Anwendung der bergmännischen Gewinnungsarbeiten (s. Bd. 4, S. 497). Zum Herausschaffen der gelösten Gesteinsmassen sind einfache Fördereinrichtungen (s. Schachtförderung) vorzusehen; die angetroffenen Wassermengen sind durch Abteufpumpen (Bd. 1, S. 47) zu heben.

In festen Gesteinen gibt man der Schachtsohle Treppenform, da hierdurch die Zahl der Angriffspunkte vermehrt und die Gesteinsgewinnung erleichtert wird; das Wasser sammelt sich im tiefsten Punkte, dem Vorgesümpfe. Die Schachtstöße brauchen in diesem Falle durch Ausbau nicht gefiebert zu werden; dagegen macht sich der vorläufige Einbau von Einstrichen, Bühnen, Fahrten, Leitungen für die Förderung u.s.w. schon während des Abteufens notwendig. In weichen Gesteinen hält man die Schachtsohle tunlichst eben, da es wichtig ist, die Schachtstöße sobald wie möglich durch Ausbau zu verwahren (s. Grubenausbau). In losen (rolligen) Massen muß mittels Getriebezimmerung (Bd. 4, S. 653, vgl. a. Tunnelbau) abgeteuft werden. Bei dieser ist das Verlegen von Tragstempeln zur Stützung des Schachtausbaues nicht tunlich; um Senkungen des Ausbaues zu verhüten, muß dieser an über den Schacht verlegten starken Hölzern und Schienen oder an dort errichteten Sprengewerken mittels Tragstangen oder Seilen aufgehängt werden. – Bei bereits bestehenden Gruben kann die Herstellung eines neuen Schachtes beschleunigt werden, indem man von den Grubenbauen aus den Schachtpunkt in mehreren Sohlen unterfährt und von hier aus zugleich Ueberhauen und Abteufen betreibt; auch kann durch Stoßen eines Tiefbohrloches das Wasser aus dem Schachtabteufen in die Grube verfällt und dort den vorhandenen Pumpen zugeführt werden, so daß die Wasserhebung aus dem Schachtabteufen fortfällt.

Nach den beim westfälischen Steinkohlenbergbau gemachten Erfahrungen kostet 1 m Schachtabteufen einschließlich Ausbau in Mauerung oder in eiserner Kuvelage bei 3,0–3,5 m Durchmesser 620–720 ℳ.; bei 5,5–6,0 m 1000–1200 ℳ. Gute Leitungen sind 20–30 m Schachtabteufen im Monat, in einzelnen günstigen Fällen ist erheblich mehr, bis zu 80 m geleistet worden. Starke Wasserzugänge drücken die Leistung wesentlich herab und verteuern das Abteufen [1].[578]

Die vorstehend geschilderten Mittel zum Abteufen lassen sich nur so lange anwenden, als die Schachtsohle wasserfrei gehalten werden kann. Bei starkem Wasserandrange steigen, namentlich in losem Gebirge, die Schwierigkeiten des Abteufens ganz außerordentlich, weil einmal durch die Wasserbewegung leicht auch das Gebirge selbst hinter dem Schachtausbau in Bewegung kommt und weil ferner das Wasser fast immer erhebliche Mengen von seinem Schlamm und Sand mit sich führt, wodurch der Gang der Pumpen gestört wird. Die Arbeiten schreiten langsam fort, da die Leute oft bis zu den Knien im Wasser stehend arbeiten müssen. Man sucht daher sobald als möglich, nachdem man wasserdichtes Gebirge erreicht hat, die wasserführenden Schichten wasserdicht auszubauen (s. Bd. 4, S. 636), so daß das weitere Abteufen wieder trocken fortgesetzt werden kann. Treten Fälle ein, in welchen die Zuflüsse so stark werden, daß eine Hebung der Wasser nicht tunlich ist, so muß zu andern Verfahren gegriffen werden. In festen Gesteinen mit starker Wasserführung läßt sich dann nur das Schachtbohren [2] anwenden; in losem Gebirge sind drei wesentlich verschiedene Verfahren anwendbar und zwar für geringere Mächtigkeit des wasserführenden Gebirges das Senkrechtanstecken, für größere Mächtigkeiten die Herstellung eines Senkschachtes (s. S. 581) und das Gefrierverfahren von Poetsch (s. Gefriergründung).

Die Herstellung der Bohrschächte erfolgt in ähnlicher Weise wie diejenige der Tiefbohrlöcher (s. Tiefbohren). Zurzeit wird das durch Kind und Chaudron um 1850 ausgebildete Verfahren am meisten angewendet; es gestattet Schächte bis zum lichten Durchmesser von 4,4 m im toten Wasser abzubohren und wasserdicht auszubauen. Es wird unter stetem Vorbohren auf der Schachtsohle ein Vorschacht mittels des gewöhnlichen Verfahrens tunlichst weit abgeteuft und ausgemauert, bis man sich der wasserführenden Schicht nähert, dann wird der Schachtquerschnitt völlig freigemacht und es beginnt das Schachtbohren. Dem bedeutenden Gewichte der Werkzeuge entsprechend wird ein starker Bohrturm gebaut; es ist ein kleiner und ein großer Bohrer (Fig. 1 und 2) vorhanden. Mit dem kleineren wird ein zentrales Vorbohrloch von 1,5–2,0 m Weite auf die ganze Schachttiefe hergestellt; der Bohrlöffel hat dementsprechenden Durchmesser. Sodann wird mit dem großen Bohrer die noch verbliebene ringförmige Gesteinsmasse nachgebohrt; hierbei sammelt sich der Bohrschlamm im Vorbohrloche und die eigentliche Bohrarbeit kann längere Zeit fortgesetzt werden, ohne daß wegen des Löffelns eine Unterbrechung nötig wird. Beide Bohrer sind mit Einsatzmeißeln versehen; am oberen Teile sind Führungskreuze f angebracht. Der große Bohrer, welcher bei einem Schachtdurchmesser von 4,4 m etwa 25–30000 kg wiegt, trägt außerdem in der Mitte der Schneide zur Führung im Vorbohrloche einen der Weite desselben entsprechenden Bügel b. Macht sich im Schachte Nachfall bemerkbar, d.h. fällt von den Stößen Gestein in den Schacht, so muß mittels genieteter Eisenblechzylinder vorläufig verrohrt werden. Das Abbohren wird fortgesetzt, bis man einige Meter in wasserundurchlässiges Gestein gelangt ist, da der Fuß des. einzubringenden Schachtausbaues hier wasserdicht anschließen muß, um das Wasser der oberen Gebirgsschichten dauernd abzusperren. Der wasserdichte Ausbau, Kuvelage genannt, besteht jetzt immer aus gußeisernen Ringen von 1,0–1,5 m Höhe. Sie sind an den Stoßflächen mit gehobelten Flanschen versehen und werden durch Schraubenbolzen und eingelegte Bleiplatten gedichtet. Die Firma Haniel & Lueg wendet für diesen Zweck besondere Schrauben (Fig. 3) an, die sich gut bewähren. Unter dem Kopfe K einerseits und der Schraubenmutter des Schraubenbolzens B anderseits liegt zunächst ein eiserner, konisch ausgehöhlter Ring e und darunter ein entsprechend geformter Bleiring, der sich beim Anziehen der Mutter dicht in die Fugen hineinpreßt, während bei Anwendung von ebenflächigen Unterlagsringen ein seitliches Herausdrücken des Bleies eintritt. Vor der Ablieferung an die Grube werden die Schachtringe in der Gießerei einer Wasserdruckprobe unterworfen. Die Wandstärken ∂ in Metern werden nach der von Chaudron angegebenen Formel: ∂ = 0,02 m + R P : 500 berechnet, worin R der Halbmesser des Schachtes in Metern und P der äußere Druck in Kilogramm auf 1 qcm ist; 30–70 mm sind die üblichen Stärken. Der untere Teil der Kuvelage heißt die Moosbüchse (Fig. 4 und 4a); sie dient zur wasserdichten Abdichtung im Schachttiefsten und besteht aus zwei Ringen a und b von Z-förmigem Querschnitt, die genau übereinander passen und deren nach außen vorspringende Flanschen nur wenig kleiner sind als der Schachtdurchmesser im tiefsten Punkte; zwischen denselben wird eine Packung von trockenem Moos m eingebracht und darüber ein starkes Netz gespannt. Während des Einhängens (Fig. 4) trägt der Ring a mittels der Stangen h den Ring b; hat später die Moosbüchse auf der Schachtsohle aufgesetzt (Fig. 4a), so drückt das Gewicht der Kuvelage die Moospackung zusammen und preßt sie dicht an die Schachtstöße. Ueber der Moosbüchse befindet sich ein mehrteiliger Ring r, an dem der Gleichgewichtsboden e wasserdicht beteiligt ist; darüber folgen dann die gewöhnlichen Schachtringe s (Aufsatzringe oder -kränze). – Zum Einhängen der Kuvelage in den Schacht sind im Bohrturm drei Arbeitsbühnen, von denen die mittlere eine Schiebebühne ist, eingerichtet. Zuerst wird auf der Schiebebühne die Moosbüchse nebst dem Gleichgewichtsboden[579] montiert und dann an Tragstangen t und Senkschrauben – starke, etwa 4 m lange schmiedeeiserne Schrauben, deren Muttern auf der obersten Bühne verlagert sind – durch Drehen der letzteren zunächst hochgehoben, die Moospackung eingebracht und dann nach Entfernung der Schiebebühne gleichmäßig in den Schacht gesenkt. Auf Trägern, welche über die unterste Bühne gelegt werden, können die Tragstangen an Bunden mittels Gabeln abgefangen werden, ebenso wie die Gestänge bei der Tiefbohrung; dann werden die Senkschrauben gelöst und hochgeschraubt, darauf ein Kuvelagering auf der Schiebebühne über den Schacht gefahren. Mittels besonderen Dampfkabels wird er angehoben und die Bühne entfernt; dann werden innerhalb des Ringes die Tragstangen an die Senkschrauben angeschlossen, der Schachtausbau etwas angehoben, die Gabeln und die unterste Bühne entfernt; endlich wird der Kuvelagering auf den Bodenring niedergelassen, mit demselben verschraubt und die Bleidichtungen von innen und außen verstemmt; gleichzeitig wird das Gleichgewichtsrohr g verlängert. Am besten ist es, wenn der Schacht mit Wasser gefüllt ist; man braucht dann nur kurze Tragstangen anzuwenden, die Kuvelage taucht in das Wasser, und infolge des Gleichgewichtsbodens macht sich der Auftrieb geltend, so daß der schwere Schachtausbau im Wasser schwimmt. Wenn auch ein Schachtring einschließlich der Bleidichtung je nach der Wandstärke und dem Schachtdurchmesser 5000–10000 kg, ja noch mehr wiegt, so ist das Gewicht der verdrängten Wassermasse doch erheblich größer. Schwimmt der Schachtausbau, so können die Senkschrauben entfernt werden; das weitere Einsinken wird, wie der Aufbau der Schachtringe fortschreitet, durch Einfüllen von Wasser erreicht. So fährt man fort, bis die Moosbüchse auf der Schachtsohle anlangt. Dann wird der Ausbau durch Einfüllen von mehr Wasser stark belastet und hierdurch die Moosbüchse zusammengedrückt; das unter dem Gleichgewichtsboden befindliche Wasser kann durch das Gleichgewichtsrohr aufsteigen. Endlich wird der ringförmige Raum zwischen den Schachtstößen und der Kuvelage bis hinauf in den Vorschacht mit Beton n gefüllt, und nachdem dieser erhärtet ist, kann das Auspumpen des Wassers beginnen und dann der Ausbau des Gleichgewichtsrohres und -bodens erfolgen. Ist der Abschluß gelungen, so ist der Schacht nunmehr wasserfrei und das weitere Abteufen kann in gewöhnlicher Weise fortgesetzt werden. Zunächst pflegt man jedoch zur weiteren Sicherung des wasserdichten Abschlusses unter den Fuß der Kuvelage noch einige Meter wasserdichten Eisenausbau mit Keilkränzen k (vgl. Bd. 4, S. 636) einzubringen (Fig. 4a). – Wird auf die beschriebene Weise verfahren, dann sind so viel Kuvelageringe zu beschaffen, daß der Schachtausbau bis über den Wasserspiegel im Schachte aufgeführt wird, was überhaupt notwendig ist, wenn der Vorschacht nur geringe Tiefe hatte. Wenn jedoch der in gewöhnlicher Weise geteufte und vor Beginn des Schachtbohrens wasserdicht ausgebaute Schacht bedeutende Tiefe hatte und erst später beim Erreichen des wasserführenden Gebirges das Wasser im Schachte stieg, so kann die Aufführung der einzusenkenden Kuvelage in der Höhe der ganzen Schachttiefe vermieden werden. Es wird nach D.R.P. Nr. 28915 und Zusatzpatent Nr. 32761 eine Kuvelagesäule, deren Höhe etwa 10 m mehr beträgt als die Tiefe des abgebohrten Schachtteiles, mit einem dem Gleichgewichtsboden entsprechend gestalteten Deckel wasserdicht verschlossen eingelassen und durch Betonhinterfüllung abgedichtet. Nach dem Herauspumpen des Wassers wird der Deckel ebenso wie der Boden der Kuvelage ausgebaut. Durch dieses Verfahren erspart man die erheblichen Kosten einer größeren Zahl von Ringen. – Nach den beim Kalibergbau in der Provinz Hannover gemachten Erfahrungen kostet beim Abbohren von etwa 150 m Schachttiefe 1 m fertiggestellter Schacht 5000 ℳ., ein solches Abteufen kann bei günstigen Verhältnissen in 19 Monaten zu Ende geführt werden [3].

Das senkrechte Anstecken kann verwendet werden, um wenig mächtige (3–4 m) wasserreiche Schichten zu durchteufen. An den Stößen des Vorschachtes wird durch senkrechtes Eintreiben starker hölzerner Pfähle, die mittels Feder und Nut ineinandergreifen, eine Spundwand hergestellt und bis in wasserundurchlässiges Gebirge, z.B. Ton, niedergebracht. Man kann darauf innerhalb der Pfähle, welche die Hauptmenge des Wassers und vor allem den Sand zurückhalten, abteufen und Geviere einbauen. Haase (D.R.P. Nr. 52347) hat dieses Verfahren[580] vervollkommnet, indem er statt der Pfähle eiserne Rohre anwendet, die mit Ansätzen (Fig. 5) versehen sind, die wie Feder und Nut ineinander eingreifen; das Eintreiben der Rohre kann durch Wasserspülung oder drehendes Bohren innerhalb der Rohre erleichtert werden. Die Erfahrung lehrt, daß auch eine nach diesem Verfahren hergestellte Spundwand bei größeren Tiefen nicht dicht schließt, indem einzelne Rohre ausweichen. Ein Senkschacht (Fig. 6 und 6a) stellt gewissermaßen ein senkrechtes Anstecken aus einem Stücke dar. Auf einer starken Unterlage, dem Rost oder Senkschuh s, wird innerhalb des kreisrunden Vorschachtes V der Schachtausbau in wasserdichter Mauerung oder in eisernen Kuvelageringen allmählich aufgeführt. Während auf der Schachtsohle das Gebirge gewonnen wird, sinkt der Senkschacht, durch sein Eigengewicht oder auch durch starke Pressen belastet, die an einem im oberen Teile des Vorschachtes eingebauten Preßringe r ein Widerlager finden, allmählich tiefer ein; oben wird beständig Schachtausbau hinzugefügt. Das Ziel ist, den Senkschuh so weit in wasserundurchlässiges Gebirge einzudrücken, daß hierdurch ein Abschluß des Wassers der oberen Schichten erreicht wird. Bei mäßigem Wasserandrang kann unter Verwendung entsprechender Pumpen auf der Schachtsohle gearbeitet werden; ist dieses nicht tunlich, so stehen zum Niederbringen des mit Wasser gefüllten Schachtes (im toten Wasser) mehrere Mittel zur Verfügung. Bis zu etwa 20 m Wasser kann in schwierigen Fällen mittels Tauchern gearbeitet werden [4], die Luftschleuse (s. Preßluftgründung, S. 230) kann bis zu etwa 30 m Wassertiefe angewendet werden, bei noch größeren Schachttiefen wird der Boden innerhalb des Senkschachtes mittels Greifbagger oder Sackbohrer gewonnen. Eine neue Bauart des Sackbohrers nach Sassenberg und Clermont (D.R.P. Nr. 96015) gestattet dadurch ein schnelleres Arbeiten, daß der schwere Bohrer längere Zeit im Schachte verbleibt und nur die Säcke zur Entleerung aufgeholt werden. Nicht seiten kommt es vor, daß ein begonnener Senkschacht wegen der Reibung im Gebirge nicht weiter vorgetrieben werden kann, ehe er die wassertragende Schicht erreicht hat. Dann unterbricht man die Arbeiten, schüttet zunächst den Schacht bis zum Wasserspiegel mit grobem Sand zu, setzt auf diesem einen zweiten entsprechend kleineren Senkschuh zusammen und baut einen zweiten Senkschacht innerhalb des elften. Ja man hat [5] fünf Senkschächte ineinander verwenden müssen, um in schwierigen Fällen zum Ziele zu gelangen; die Kosten steigen dann bis zu 7000 ℳ. für 1 m Schachttiefe. Durch jeden neuen Senkschacht wird allerdings der Schachtquerschnitt weiter verengt; man beginnt daher bei großer Mächtigkeit des wasserführenden Gebirges mit einem Schachtdurchmesser bis zu 10 m. Um das Niedergehen eines eisernen Senkschachtes zu befördern, hat Sassenberg (D.R.P. Nr. 136672) in die Tubbingwandungen eiserne Rohre eingießen lassen, aus denen einige Meter über dem Senkschuh durch zahlreiche seine Oeffnungen Druckwasser zwischen die äußere Wandung des Senkschachtes und das Gebirge austritt. Das aufsteigende Wasser vermindert die Reibung erheblich. Leistungen und Kosten beim Niederbringen von Senkschächten lassen sich besonders dann nur sehr schwer schätzen, wenn in totem Wasser gearbeitet werden muß und mehrere Schächte ineinander erforderlich werden. Beim Abteufen auf der Sohle wurden bei lichten Durchmessern von 6–7 m monatlich etwa 12 m geteuft. Die Kosten für das Meter betrugen, falls keine besonderen Schwierigkeiten auftraten, 1500–2200, ℳ. Das Gefrierverfahren überwindet die bei starker Wasserführung des Gebirges entstehenden Schwierigkeiten dadurch, daß in der Umgebung des Schachtpunktes das Gebirge bis auf die wasserundurchlässigen Schichten abwärts durch Kältewirkung zum Gefrieren gebracht, in dem Frostkörper völlig trocken wie im festen Gebirge abgeteuft und dann wasserdicht ausgebaut wird. S. Gefriergründung, Bd. 4, S. 340; [6], [7]. Bei Anwendung des Gefrierverfahrens stellt sich für Schachttiefen von etwa 100 m der gesamte Zeitbedarf auf etwa 10–20 Monate, die Kosten für 1 m fertigen Schacht auf etwa 4500 ℳ.

Literatur: [1] Treptow, E., Grundzüge der Bergbaukunde u.s.w., 4. Aufl. 1907, S. 260. – [2] Tecklenburg, Th., Handbuch der Tiefbohrkunde, Bd. 6: Das Schachtbohren, Leipzig 1896. – [3] Treptow, E., Grundzüge der Bergbaukunde u.s.w., S. 270. – [4] Nordenström, G., Ueber ein Schachtabteufen mittels Taucherarbeit in Südschweden, Oesterr. Zeitschr. f. Berg- u. Hüttenwesen, Wien 1894, S. 61. – [5] Locke, Das Abteufen der Schächte II und III der Grube »Deutscher Kaiser« bei Hamborn, Zeitschr. für das Berg-, Hütten- und Salinenwesen im preußischen Staate, Berlin 1893, Bd. 41, S. 216. – [6] Helmhacker, Ueber das in Sibirien übliche Abteufen von[581] Schurfschächten im schwimmenden Gebirge, Berg- und Hüttenmännische Zeitung, Leipzig 1891, S. 87. – [7] Treptow, E., Grundzüge der Bergbaukunde u.s.w., S. 279.

Treptow.

Fig. 1., Fig. 1a.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4., Fig. 4a.

Fig. 5.

Fig. 6., Fig. 6a.