Continuous Miner

Ein Continuous Miner ist eine Gewinnungsmaschine, die im Bergbau Untertage zur Gewinnung von Steinsalz, Gips und Steinkohle eingesetzt wird. Der Continuous Miner gehört aufgrund seiner Bauform zu den Umfangfräsen. Es gibt Continuous Miner in unterschiedlichen Größen. Continuous Miner sind geeignet für eine Ortsbrust mit kleinem Querschnitt.

Continuous Miner

Geschichte

Der erste Vorläufer eines Continuous Miners wurde bereits in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts eingesetzt. Es handelte sich dabei um eine mit Druckluft angetriebene Maschine, mit der ein Tunnel unter dem Ärmelkanal vorgetrieben werden sollte. Das Projekt wurde allerdings aufgegeben.

Der erste erfolgreiche Einsatz eines Continuous Miners fand im Jahr 1943 statt, die Maschine war von dem Amerikaner Harold Silber gebaut worden. Das Patent für diesen Continuous Miner erwarb die Firma Joy. Im Jahr 1958 wurde der erste Continuous Miner im südafrikanischen Kohlebergbau eingesetzt. In Europa wurden die ersten Continuous Miner in den 1960er-Jahren eingesetzt. In Frankreich, Großbritannien und vereinzelt auch in Deutschland wurden diese Maschinen im Flözstreckenvortrieb eingesetzt. Auf dem Bergwerk Niederrhein erzielte ein Continuous Miner eine durchschnittliche Auffahrleistung von 23 Metern pro Tag. Im Jahr 1966 wurden auf der Zeche General Blumenthal Continuous Miner mit acht Schrämketten zur Auffahrung mehrerer Flözstrecken eingesetzt. In den 1970er-Jahren erreichte ein Continuous Miner auf Prosper-Haniel eine tägliche Auffahrleistung von bis zu 30 Metern.

Die Continuous Miner konnten sich in den europäischen Bergrevieren nicht durchsetzen und wurden durch Teilschnittmaschinen verdrängt. Dies lag insbesondere an dem durch die großen Teufen bedingten hohem Gebirgsdruck der europäischen Bergwerke, aber auch daran, dass mit Continuous Minern nur eine Querschnittsform erstellt werden kann. Im südafrikanischen Bergbau wurden Continuous Miner verstärkt eingesetzt. Erst Anfang der 1990er-Jahre wurden Continuous Miner auch wieder im europäischen Bergbau eingesetzt.

Aufbau

Jeder Continuous Miner besteht aus einem Grundrahmen, in dem sich die Hydraulik der Maschine befindet. Seitlich am Grundrahmen befindet sich auf jeder Seite als Antrieb ein Raupenfahrwerk. Der Antrieb des Raupenfahrwerks erfolgt elektromechanisch. An dem Chassis ist ein in vertikaler Richtung beweglicher Ausleger angeschraubt. Der Antrieb des Auslegers erfolgt hydraulisch. Am oberen Ende des Auslegers befinden sich die Schneidwerkzeuge. Bei früheren Maschinen wurden als Schneidwerkzeuge parallel nebeneinander angeordnete Schrämketten verwendet. Bei modernen Maschinen werden meißelbestückte Schneidwalzen eingesetzt. Der Antrieb der Schneidwerkzeuge erfolgt elektromechanisch. Zur elektrischen Versorgung wird der Continuous Miner mit einer etwa 250 Meter langen Schlepptrosse an das Stromnetz des Bergwerks angeschlossen.

Typen

Im Laufe der Jahre wurden unterschiedliche Typen des Continuous Miners entwickelt, sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Form und Art der Schneidwerkzeuge. Es gibt folgende Typen:

• Ripper Type
• Borer Type
• Auger Type
• Typ mit horizontalem Schneidkopf

Ripper Type

Continuous Miner, Ripper Type

Bei diesem Typ des Continuous Miners besteht die Schneidvorrichtung aus fünf oder auch mehr senkrecht angeordneten Schrämketten. Die Schrämketten sind dicht nebeneinander angeordnet. Der Schrämkopf lässt sich vertikal und horizontal bewegen. Der Ausleger hat eine Breite von 1,5 Metern, er wird hydraulisch bewegt. Maschinen dieses Typ können auch mildes Nebengestein mit einer Druckfestigkeit unter 300 kg/cm² schneiden. Vorteile dieses Typs sind die Flexibilität und die gute Anpassung an unterschiedliche Bergbaubedingungen. Nachteilig ist seine geringe Abbaurate, bedingt durch die kleine Angriffsfläche der Schrämketten und seine Komplexität. Es gab auch Ripper Miner mit Schwingkopf. Bei diesem Continuous Miner wurde der Grundrahmen am Anfang auf Gummireifen montiert, jedoch wurde diese Bauweise bald geändert und durch Raupenfahrwerke ersetzt. Der Schwingkopf-Ripper hatte rotierende Schneidräder, die horizontal hin und her bewegt wurden. Der Typ konnte sich jedoch nicht durchsetzen, da der Schwingkopf sehr wartungsintensiv war.

Borer Type

Bei diesem Continuous Miner besteht der Schneidapparat aus zwei unterschiedlichen Teilen. Das Hauptschneidelement ist der rotierende Schneidkopf, an dem Schneidmeißel angebracht sind. Der Schneidkopf hat einen Durchmesser von 2,4 Metern. Der Schneidkopf, auch Schneidscheibe genannt, ist fest mit der Maschine verbunden und lässt sich somit weder vertikal noch horizontal schwenken. Es gibt Maschinen dieses Typs, die mit zwei oder mit vier Schneidköpfen ausgestattet sind. Die Schneidköpfe sind synchron miteinander verbunden. Jeder Schneidkopf ist mit drei Armen mit der Maschine verbunden. Damit die Maschine umgesetzt werden kann, lassen sich die Arme so verstellen, dass der Durchmesser jedes Schneidkopfes auf 1,92 Meter reduziert werden kann. Die Schneidköpfe schneiden eine erste Form in das zu bearbeitende Mineral. Um das noch zwischen den Schneidköpfen anstehende Material wegzuschneiden, ist die Maschine mit zwei waagerecht angeordneten Schneidwalzen ausgerüstet. Diese Schneidwalzen sind mit Meißeln bestückt und drehen mit 64 Umdrehungen pro Minute. Maschinen mit vier Schneidköpfen sind hierfür mit Schrämketten ausgerüstet. Zur Verbreiterung des Profils dienen seitlich angebrachte Schrämketten.

Mit den Maschinen können Nebengesteine mit einer Druckfestigkeit von bis zu 300 kg/cm² geschnitten werden. Größere Maschinen dieses Types wurden von den Firmen Marietta, Goodman und Joy entwickelt. Der Marietta Miner Type 675 hatte ein Gewicht von 57 Tonnen und eine installierte Leistung von rund 330 Kilowatt. Der Ausbruchsquerschnitt betrug bei kleineren Maschinen bis zu 6,24 m². Mit größeren Maschinen mit zwei oder vier Rotoren konnten größere Ausbruchsquerschnitte geschnitten werden. Maschinen mit zwei Rotoren konnten Ausbruchsquerschnitte von bis zu zehn Quadratmetern erstellen. Bei Maschinen mit vier Rotoren lag der Ausbruchsquerschnitt bei 18 Quadratmetern. Der Marietta Miner ähnelte in seiner Bauweise heutigen Vollschnittmaschinen. Aufgrund der mangelnden Flexibilität beim Einsatz werden seit den 1970er Jahren immer weniger Borer-Typen eingesetzt.

Auger Type

Dieser Continuous Miner besitzt entweder zwei oder vier Schneidköpfe; jeder dieser Schneidköpfe hat einen Durchmesser von etwa einem Meter. Der Antrieb der Räder erfolgt über einen zwischen den Rädern liegenden Motor. Jedes der Räder kann von Seite zu Seite bewegt werden und erzeugt dabei oszillierende Bewegungen. Dadurch werden beim Vorfahren der Maschine mehrere Schnitte in der Ortsbrust erzeugt. Die Maschine wurde hauptsächlich zum Auffahren von Teststrecken für sogenannte englisch Longwall Panels verwendet.

Typen mit rotierendem Schneidkopf

Continuous Miner mit Querschneidkopf

Diese Continuous Miner sind mit einem mit Querschneidkopf ausgerüstet, der aus einem walzenförmigen Trägerkörper besteht, an dem die Meißel befestigt sind. Als Meißel werden klassische Rundschaftmeißel oder Diskenmeißel eingesetzt. Der Schneidkopf hat, je nach Maschine, eine Breite von über sieben Metern und einen Durchmesser von 1,2 Metern. Der Schneidkopf ist an einem Ausleger angebracht. Der Ausleger ist vertikal schwenkbar und kann den Schneidkopf somit hoch und runter bewegen. Jedoch ist der Ausleger in der Regel nicht teleskopierbar. Der Schneidkopf wird von Elektromotoren angetrieben; dabei gibt es zwei Varianten: Bei der ersten Variante befindet sich der Elektromotor im Schneidkopf und treibt den Schneidkopf direkt an. Bei der zweiten Variante befindet sich der Elektromotor im Chassis und treibt den Schneidkopf über eine Kette an.

Der Motor jeder Schneidwalze hat, je nach Maschinengröße, eine Schneidleistung von bis zu 400 Kilowatt. Damit der Teleskoparm bewegt werden kann, ist er über Hydraulikzylinder mit dem Chassis des Miners verbunden. Damit die Maschine beim Schneidvorgang der Schneidwalze keine Nickbewegungen ausführt, wird sie im Heckbereich mit einem Stützzylinder gegen die Sohle gedrückt. Um das hereingewonnene Material abfördern zu können, befindet sich im Vorderbereich ein Ladetisch mit seitlichen Leitblechen. In der Mitte des Ladetisches ist ein kleiner Panzerförderer integriert, mit dem das Material an die Streckenförderung übergeben wird. Continuous Miner mit Querschneidköpfen werden von mehreren Firmen angeboten. Die Maschinen werden für Mächtigkeiten zwischen einem und fünf Metern gebaut. Auch bei den Schneidwalzen gibt es unterschiedliche Durchmesser.

Arbeitsweise

Der Abbau der Mineralien mittels Continuous Miner erfolgt in mehreren Schritten. Hierbei muss die Schneidwalze vertikal über die Ortsbrust geführt werden. Als Erstes wird mit der Schneidwalze in der Ortsbrust ein Einschnitt erstellt. Dies erfolgt mit rotierender Walze und gehobenem Ausleger durch Vorfahren der Maschine. Der Einschnitt erfolgt in die Ortsbrust bis zur Schneidwalzenmitte. Anschließend wird die rotierende Walze im Schnitt bis zum Liegenden herabgesenkt und der untere Teil des Minerals herausgeschnitten. Der obere anstehende Teil des Minerals wird auf ähnliche Weise herausgeschnitten. Die unteren und oberen Ränder müssen mit einem Säuberungsschnitt beigeschnitten werden. Das hereingewonnene Mineral wird mittels des Ladetisches aufgenommen. Dazu wird der Miner nach vorne gefahren und dabei mit dem Ladetisch das Haufwerk untergriffig aufgenommen. Durch den Kettenkratzförderer wird das nun aufgenommene Mineral an das hintere Ende des Miners gefördert. Dort wird es entweder mit mobilen Kettenkratzförderern oder Gurtbandförderern abgefördert. Weitere Möglichkeiten für die Förderung sind Gleislosfahrzeuge z. B. Schiebekastenfahrzeuge wie Pendelwagen.

Einsatz

Continuous Miner werden überwiegend im amerikanischen Steinkohlenbergbau in der maschinellen Gewinnung beim Örterbau eingesetzt. Im deutschen Steinkohlenbergbau wurden sie zur Auffahrung von Flözstrecken eingesetzt. Die besten Ergebnisse können mit Continuous Minern in Steinkohle und weichem Nebengestein erzielt werden. Die mit einem Continuous Miner zu bearbeitenden Mineralien dürfen nur wenig schleißscharf sein. Die Maschinen sind jedoch nicht für hartes Nebengestein geeignet. Bauartbedingt können sie nur Rechteckquerschnitte schneiden, deshalb sind sie bei der Streckenauffahrung nur bedingt einsetzbar. Auch zur Erstellung von Strebaufhauen lassen sich Continuous Miner gut verwenden. Sie wurden auch zum Senken von hochgequollenem Liegenden verwendet. Continuous Miner werden aber auch im deutschen Salzbergbau, im Kalibergbau, zur Gewinnung von Natursoda und zur Gewinnung von Gips eingesetzt.

Produktivität und Kosten

Die Produktivität von Abbaubetrieben mit Continuous Minern ist nicht wesentlich geringer als die Produktivität von Walzen- oder Hobelbetriebenen. Beim Vergleich amerikanischer Steinkohlenbergwerke lag die beste mit Continuous Minern betriebene Grube noch vor der besten Grube, die im Strebbau betrieben wurde. Die Investitionskosten für einen Continuous-Miner-Betrieb lagen bei gerade mal knapp zwölf Prozent der Investitionskosten, die für eine Strebausrüstung erbracht werden müssten. Somit liegen die Investitionskosten, die für eine Strebausrüstung bei annähernd gleicher Produktivität aufgebracht werden müssen, achtmal so hoch wie die Investitionskosten für einen Betrieb, der im Room-and-Pillar-Verfahren (Kammer-Pfeilerbau) betrieben wird. Es werden auch gebrauchte Ausrüstungen für Room-and-Pillar-Betriebe angeboten, die deutlich günstiger zu bekommen sind als Neuausrüstungen.

Literatur

• Howard L. Hartman u. a. (Hrsg.): SME mining engineering handbook. Volume 1. 2nd edition. Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Littleton CO 1992, ISBN 0-87335-100-2.

Einzelnachweise

1. Eric Drüppel: Entwicklung eines Konzeptes für die schneidende Gewinnung im Steinsalz. Dissertation 2010, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
2. M. Dubois: Das Auffahren von Gesteinsstrecken, Stand der Technik Mitte 1968 und Ausblick. In: Kommission der Europäischen Gemeinschaften (Hrsg.): Forschungshefte Kohle, Heft 31, Brüssel 1970, S. 23–31.
3. Illawarra Coal: TECHNOLOGY-The history of mechanisation (abgerufen am 15. August 2011)
4. CONTINUOUS MINER SPRAY CONS IDERATIONS FOR OPTIMIZING SCRUBBER PERFORMANCE IN EXHAUST VENTILATION SYSTEMS (abgerufen am 18. März 2016).
5. J.D. Inch, J.D. Stone, I.D. Brumby, C.J. Beukes: The use of continuous miners in South African coal mines Online (abgerufen am 15. August 2011; PDF; 1,4 MB)
6. Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Zweiter Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin 1962.
7. Kommission der Europäischen Gemeinschaften (Hrsg.): Vortriebstechnik im Steinkohlenbergbau der Europäischen Gemeinschaft. Verlag Glückauf GmbH, Luxemburg 1984, ISBN 3-7739-0440-1.
8. Manfred Bernauer, Bergwerk Blumenthal / Haard (Hrsg.): Chronik General Blumenthal. 4. Auflage. Berufsbildung BW Blumenthal /Haard, Recklinghausen 2009, S. 98.
9. 40 Jahre technische Entwicklung bei der RAG. In: Steinkohle. Das Mitarbeitermagazin der RAG Aktiengesellschaft, Extra-Ausgabe, Verlag Hoffmann und Campe GmbH, Neefs & Stumme (Wittingen), Herne 2008, S. 14–15.
10. Ernst-Ulrich Reuther: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage, VGE Verlag GmbH, Essen 2010, ISBN 978-3-86797-076-1.
11. Heinrich Otto Buja: Ingenieurhandbuch Bergbautechnik, Lagerstätten und Gewinnungstechnik. 1. Auflage, Beuth Verlag GmbH Berlin-Wien-Zürich, Berlin 2013, ISBN 978-3-410-22618-5.
12. Heinz M. Hiersig (Hrsg.): VDI-Lexikon Maschinenbau. VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1995, ISBN 3-540-62133-4.
13. L. Gebhardt, M. Mitze, J. Reichel: Scher entflammbare Hydraulikflüssigkeiten. In: Kommission der Europäischen Gemeinschaften (Hrsg.): Forschungshefte Kohle, Heft 54, Luxemburg 1974, S. 62–64.
14. Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen 1988, ISBN 3-7739-0501-7
15. Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 10. Auflage, Springer Verlag, Berlin 1961.
16. Kommission der Europäischen Gemeinschaft für Kohle und Stahl (Hrsg.): Versuch mit einem „Continuous Miner“ Marietta 780 A. August 1973, Vertrags Nr. 6210-08/3/311.
17. Maxim Vorona: Optimierung des Schneidprozesses und Prognose der relevanten Arbeitsgrößen bei der Gesteinszerstörung unter Berücksichtigung des Meißelverschleißes. Dissertation 2012, Technische Universität Bergakademie Freiberg.
18. Gerd Bohnenberger: Die schneidende Gewinnung bei der Südwestdeutschen Salzwerke AG. In: Kaliverein e.V. (Hrsg.): Kali und Steinsalz, Nr. 02, Druckerei Lippert, Berlin 2007, ISSN 1614-1210, S. 30–37
19. Karl Nienhaus: Strebbau und Örterbau – Wettbewerb und Ergänzung. In: Glückauf 136, Fachzeitschrift für Rohstoff, Bergbau und Energie. Nr. 6, VGE Verlag Essen, Essen 2000, ISSN 0340-7896.

Weblinks

Commons: Continuous Miner – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Foto: Continuous Miner im Einsatz (abgerufen am 15. August 2011)