Projekt 24578/01

Entwicklung eines Verfahrens zur definierten Berechnung von Gewinnungssprengungen und deren Erschütterungsimmissionen zur Reduzierung der Umwelteinwirkungen sowie Erhöhung der Sicherheit

Projektträger

Geotechnisches Sachverständigenbüro Dr.-Ing. habil. Bernd Müller - Movement and Blasting Consulting -
Wiesenring 2
04159 Leipzig
Telefon: 0341/3587030

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die derzeitigen Verfahren zur Lademengenberechnung, Dimensionierung einer Sprenganlage für verschiedene Sprengziele und die Vorgehensweise für die Erarbeitung einer Erschütterungsprognose sind empirisch bzw. werden auf der Grundlage vereinfachter, physikalisch kritisch zu bewertender Zusammenhänge durchgeführt. Das Projekt befasst sich mit der besseren Beherrschung von Umwelteinwirkungen bei Gewinnungssprengungen und verfolgt die Zielstellung, ein innovatives, emissionsärmeres, energiesparendes sowie anpassungsfähiges Verfahren zur umweltfreundlichen Produktion von Baustoffen im Bereich der 1. Brechstufe Sprengen im Festgebirge zu entwickeln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn sechs Tagebauen werden 59 Sprengungen vorbereitet, messtechnisch begleitet und analysiert unter Beachtung gezielter Veränderungen der Bohr-, Spreng- und Zündtechnik. Nach Erfassung der messtechnischen Parameter vom Istzustand werden die eingetretenen Verbesserungen durch Änderung wichtiger sprengtechnischer Größen beurteilt. Dazu wird ein Komplex mit neuen, innovativen Messverfahren wie Laserscanner, Radarsensor, Dehnungssensor, Detonationsgeschwindig-keitsmessgerät, Ultraschallgenerator, Geophone einschließlich einer händischen Klufterfassung und Haufwerkskorngrößenanalyse eingesetzt, mit dem systematisch alle wichtigen, bis zu 119 Einzeldaten je Sprengung erfasst werden. Auf diese Weise erhält man eine objektive, vielfältig nutzbare Datensammlung, mit der statistische Untersuchungen, Vergleiche und Interpretationen neuer Wirkprinzipien möglich werden. Das Kernstück der Untersuchungen bildet die Erarbeitung eines realistischen, praktisch nutzbaren physikalischen Modells.


Ergebnisse und Diskussion

Das gesteckte Ziel, ein innovatives, emissionsärmeres, wirtschaftlich verbesserndes sowie ökologisch anpassungsfähiges Verfahren zur umweltfreundlichen Produktion von Baustoffen aus gebrochenen Natursteinen im Bereich der 1. Brechstufe eines Tagebaues Sprengen im Festgebirge zu erarbeiten, konnte mit den komplexen und vielfältigen Messungen sowie Analysen erreicht werden. Aus organisatorischen und betrieblichen Gründen musste die Anzahl der Sprengungen etwas differenziert und verändert werden. Ein Tagebau wurde auf Bitten der Felswerke zusätzlich einbezogen, so dass der ursprüngliche, geplante Aufwand erheblich anstieg.
Den größten Einfluss auf die Sprengbarkeit und energetische Umsetzung des Sprengstoffes haben die vorhandenen Trennflächen. Die gemessenen P- und S-Wellengeschwindigkeiten der Gesteine sowie Detonationsgeschwindigkeiten der Sprengstoffe gestatten erstmals die Einordnung in die super-, trans- oder subsonische Stoßwellenausbreitung. Von der supersonischen Stoßwellenausbreitung zur subsonischen nimmt die zertrümmernde Wirkung ab und die Erschütterungen steigen an. Mit dem entwickelten physikalischen Modell einer Sprengung kann die Sprengenergie besser ausgenutzt werden und die Bohr-, Spreng- und Zündtechnik umweltfreundlicher, optimal in der Wirkung dimensioniert werden. Durch die Schwinggeschwindigkeits-, Dehnungs-Impuls- und Energieabstandsbeziehungen kann statistisch gesichert die Erschütterung beeinflusst und gesteuert werden, ohne dass das Sprengergebnis wirtschaftlich leidet. Werden die erzielten theoretischen und praktischen Ergebnisse in die Praxis umgesetzt, ist eine innovative, umweltfreundlichere, energiesparendere und umweltverträglichere Sprengtechnik möglich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse sind teilweise bereits erschienen: Vorträge und Aufsätze in der Spreng-Info 07, 08, 09, EFEE*)-Tagung Wien 2007, TU Bergakademie 2009, HTW-Dresden 2008, FRAGBLAST 9 in Granada 2009 mit Workshop Erschütterungen; Vorschläge zur Änderung der DIN 4150, Teil 1 und 3; Aufsätze in der Zeitschrift FRAGBLAST der ISEE **)

*) EFEE = European Federation of Explosives Engineers (Europäischer Sprengverband);
**) ISEE = International Society of Explosives Engineers (Internationaler Sprengverband, USA)


Fazit

Die wesentlichen Ziele des Forschungsprojektes wurden erreicht. Die komplexe messtechnische Begleitung hat eine solide Basis für die Untersuchungen gebildet, ohne dass alle verfügbaren Daten vollständig ausgewertet werden konnten. Es ergeben sich weitere Lösungsansätze mit den Dehnungs- und Radarmessungen, die die physikalischen Zusammenhänge tiefgründiger und mit mehr statistisch gesicherten Daten ermöglichen. Die Wirkungen der super-, trans- und subsonischen Stoßwellendurchgänge gilt es weiter zu ergründen. Die Verzögerungszeit und deren Auswirkungen sollten bei künftigen Forschungsarbeiten als offenes Problem im Komplex untersucht werden.