Neuerungen in der Tiefbohrtechnik. Von E. Gad in Darmstadt. Mit Abbildungen. Neuerungen in der Tiefbohrtechnik. Das Abbohren von Schächten kommt überall in Betracht, wo die gewöhnlichen Abteufmittel zur Erreichung der nutzbaren Lagerstätten versagen, was z.B. bei allen übermässig wasserreichen Deckgebirgen der Fall ist. Hierbei macht es einen wesentlichen Unterschied, ob das zu durchsinkende Gebirge standfest ist, wie z.B. der Kreidemergel Westfalens, oder aus thonigem Schwimmsand besteht, wie am Niederrhein. Textabbildung Bd. 291, S. 265Fig. 1.Kleiner Schachtbohrer von Haniel und Lueg.Textabbildung Bd. 291, S. 265Fig. 2.Grosser Schachtbohrer von Haniel und Lueg. Im ersteren Falle ist die Aufgabe leichter und wird meist nach dem System Kind-Chandron gelöst. Das neueste hierzu von der Firma Haniel und Lueg zu Düsseldorf angefertigte Bohrgeräth ist folgendes: Der kleine SchachtbohrerFig. 1 dient zum Vorstossen eines engeren Bohrloches von 1,8 bis 2,5 m Weite und besteht aus dem stählernen Meisselstück a an dem schmiedeeisernen Meisselschaft b, der oben die Führung c besitzt und sich am Freifallstück d bewegt. Das Gewicht beträgt 4000 bis 8000 k. Der grosse SchachtbohrerFig. 2 soll den Schacht bis auf 5 bis 6 m Weite nachbohren, was meist in regelmässigem Abstande von 5 bis 10 m hinter der Vorbohrung her erfolgt. Die einzelnen Meissel a sind am Meisselschaft b an den äusseren Enden angebracht, während die Breite der Vorbohrung frei bleibt. Die Führung c ist vierarmig. Die Frei fall Vorrichtung d functionirt durch den Widerstand, den der Blechhut e beim Fall des Bohrers im Wasser findet. Eine Füllung des ganzen Schachtes mit Wasser ist zudem günstig, weil der Wasserdruck die Schachtwände standfest erhält. Geschlämmt wird mit Ventilbüchsen, meist aus dem Vorbohrloch, auch während der Schachterweiterung. Die Bewegung des Bohrgeräthes geschieht durch einen starken Bohrschwengel; die Kabelmaschine unterscheidet sich auch nur durch ihre Grössenverhältnisse von der Lochbohrmaschine. Nach vollendeter Bohrung erhält die Schachtwandung an ihren wasserführenden Stellen, also ganz oder theilweise, eine Bekleidung durch Cylinder aus gusseisernen Ringen – die Cuvelage –, welche, von Tage aus in den Schacht eingelassen, wasserdicht mit dem trockenen Gebirge verbunden und durch Hinterfüllung mit Cement befestigt wird. Textabbildung Bd. 291, S. 265Fig. 3.Fahrzeug für Cuvelageringe.Fig. 3 stellt einen solchen von Haniel und Lueg gefertigten Cuvelagering, zum Eisenbahntransport auf dem Lowry verpackt, dar. Der Durchmesser darf für den Transport 4,50 m nicht übersteigen, da das Gewicht sonst zu schwer wird. Sind grössere Schachtweiten erforderlich, so muss man Ringe an Ort und Stelle giessen oder aus Segmenten zusammensetzen. Die ersten dieser Bohrschächte nach System Kind-Chandron sind 1852 auf Zeche Dahlbusch in Westfalen über 100 m tief mit 3,65 m lichter Weite ausgeführt; jetzt sind deren bereits in grosser Zahl vorhanden und werden ohne besondere Schwierigkeit über 300 m tief, mit 4,10 m lichter Weite und darüber, wie z.B. bei Ghlin in Belgien, auf Zeche Preussen in Westfalen u.s.w., niedergebracht. Schwieriger ist die Durchsinkung schwimmender Gebirgsschichten ohne Standfestigkeit. Bei geringer Mächtigkeit solcher Schichten hilft man sich wohl durch Getriebearbeit, Gefrierverfahren, Gebirgsversteinerung durch Cementirung, Gebirgsaustrocknung durch Pressluft, oder durch Eindrücken von Senkcylindern oder Spundwänden. Eine sehr einfache Durchsinkung von nassem Kies mittels eines gusseisernen Ringschachtes ist Fig. 4 dargestellt. Textabbildung Bd. 291, S. 266Fig. 4.Eiserner Schachtcylinder. Sehr schwierig bleibt das Durchsinken mächtiger Schwimmsandschichten, wenn diese Arbeit auch in den letzten 40 Jahren, besonders dank der Firma Haniel und Lueg, wesentliche Fortschritte gemacht hat. Das Verfahren charakterisirt sich dadurch, dass eine Folge von Senkcylindern, unter Gewinnung des Gebirges mittels Sackbohrer und verwandter Instrumente, durch Belastung oder Pressung niedergebracht werden, wobei ein innerer Cylinder von geringerer Weite folgt, sobald sich der nächst äussere nicht mehr ohne Gefahr der Beschädigung tiefer bringen lässt. Das Bohrverfahren nebst Aufbau der Cylinderringe – Tubbings – schliesst nicht aus, dass man nach Möglichkeit von der Sohle aus mit Handarbeit Ringe segmentweise unterbaut. Man beginnt die Arbeit meist mit Einbau einer Fundamentmauer von 10 m lichter Weite für die Tagesanlagen, senkt dann eine 8 bis 9 m weite Senkmauer mit gusseisernem Senkschuh und eiserner Verankerung ein und lässt dann gusseiserne Cylinder, mit etwa 7 m lichter Weite beginnend und um je 0,5 m Weite abnehmend, nach Bedarf folgen. Das wichtigste hierbei übliche Bohrgeräth ist folgendes: Textabbildung Bd. 291, S. 266Fig. 5. HandsackbohrerFig. 6. Grosser SackbohrerFig. 7. Hohlgestänge f. d. Bohrer.Der Handsackbohrer (Fig. 5) wird an schmiedeeisernem Rohrgestänge von 50 mm Durchmesser von je zwei Mann gedreht. Oft werden drei dieser Instrumente von einer Bühne aus betrieben. Der grosse Sackbohrer (Fig. 6) von 4 m Durchmesser und darüber wird stets maschinell, und zwar an dem Hohlgestänge (Fig. 7) gedreht. Dieses besteht aus eisernen Rundblechen von etwa 40 cm lichter Weite, 8 mm Wandstärke, in etwa 10 m langen  Sätzen bezieh. kürzeren Verlängerungsstücken. Die Theile sind alle 1 bis 1,5 m übergreifend vernietet a, während die Sätze unter sich noch mit eisernen Muffen b nebst durchgesteckten gusstählernen Kreuzkeilen c befestigt werden. Die angenieteten Winkeleisen d dienen zum Handhaben. Das Erweiterungsinstrument (Fig. 8) kommt an demselben Gestänge zur Verwendung, wenn unter dem Senkschuh festes Gebirge zu unterschneiden ist. Der Greifapparat des Priestmann'schen Baggers wird neuerdings zum Aufholen des weichen Gebirges mit grossem Vortheil an Stelle des Sackbohrers angewendet, wo Thonklumpen im Sande, Kreidemergelblöcke u.a. den Gebrauch der Säcke erschweren oder ausschliessen. Die geöffneten Stahlrechen dringen durch ihr Gewicht sicher in weiche Gebirgsmassen ein und greifen beim Anheben etwa 1 cbm Material. Die Drehvorrichtung (Fig. 9) befindet sich auf dem Bohrwagen a, der auf Schienen b von 5 m Gleisbreite auf der Hängebank c gerollt wird. Die Schiebeluken d für Durchlass des Bohrgeräthes laufen auf den Schienen e. Das Bohrgestänge f ist oben mit der Königsstange g verbunden, die unten rund, im oberen etwa 2 m langen Theil quadratisch ist. Oben hängt sie am Wirbel h. Der Bohrwagen trägt die Hülse i, in welcher sich das Zahnrad k mit dem Kopfe l dreht. In das Zahnrad greift die Schnecke m, auf deren Achse die Treibscheibe n, die durch Riemenverbindung ihre Drehung von einer Locomobile her erhält. Die Kabelmaschine, für welche oft bei Förderschächten die später erforderliche Fördermaschine zur Verwendung kommt, hebt und senkt nicht allein das Bohrgeräth, soweit es dem Bohrfortschritt entspricht, sondern lässt es auch aus und ein. Bei Verlängerung und Verkürzung des Bohrgestänges wird der im Schacht befindliche Theil mit einem der Winkeleisen über den Schiebeluken d eingehängt. Textabbildung Bd. 291, S. 266Fig. 8.Schachterweiterungsinstrument. Die Cuvelage, die naturgemäss mit dem Bohren Hand in Hand gehen muss, geschieht je nach Umständen durch Aufbau oder durch Unterbau von Ringen, die aus abgepassten Segmenten, etwa 10 bis 12, zusammengeschraubt und in allen Fugen mittels Bleistreifen oder Pitch-pine-Brettchen gedichtet werden. Ein Aufbausegment (Fig. 10) hat meist bei etwa 60 mm Wandstärke 1 bis 1,5 m Höhe, zwei Flanschen a und zwei Verstärkungsrippen b. nebst einer Anzahl für die Horizontal- und Verticalverbindung abgepassten Schraubenlöchern c. Der Senkschuh a (Fig. 11) bildet stets den Fuss eines Eisencylinders. Nach oben schliessen sich Aufbauringe b nach Fig. 10 an. Soll zum Unterbau von Segmentringen übergegangen werden, so ist der Anschluss eines Anschlussringes c unter dem Senkschuh als Uebergang zum Unterhängecylinder erforderlich. Die Kanäle d dienen zum Einfüllen von Cement, der sich hier nicht, wie bei Aufbaucylindern, stets von oben aus nachfüllen lässt. Der Anguss e soll dem ganzen Cylinder einen besseren Halt an den Schachtstössen geben. Zu noch grösserem Halt wird je nach Beschaffenheit des Gebirges in grösseren oder geringeren Abständen ein Keilkranz in Segmenten a (Fig. 12) eingefügt. Ein Unterhänge-Tubbing b (Fig. 12) von nur 40 cm Höhe kommt in wenig standfestem Gebirge in Gebrauch, während man in festerem. Gestein auch Tubbings von 60 oder 100 cm Höhe mit entsprechenden Verstärkungsrippen unterhängt. Der Anschluss der Sohle an das feste Gebirge muss stets durch sehr sorgfältige Cementirung und Pikotage hergestellt werden. Die ersten beiden bedeutenden Senkschächte, die von der Firma Haniel und Lueg auf Zeche Rheinpreussen 1857 bis 1878 durch 100 m mächtige Schwimmsandschichten niedergebracht sind, haben bei 20jähriger Arbeitszeit 6 Millionen Mark zusammen gekostet und sind schliesslich mit nur 2,86 m lichter Weite zum festen Steinkohlengebirge gelangt, während in neuerer Zeit (1888 bis 1892) zwei unter ähnlichen Verhältnissen auf Zeche Deutscher Kaiser abgebohrte Senkschächte in je 3jähriger Arbeit für je ¾ Millionen Mark noch mit Endweiten von 5 m bezieh. 5,5 m zum festen Anschluss gebracht sind. Textabbildung Bd. 291, S. 267Fig. 9.Drehvorrichtung für Schachtbohrung. Die von Robert J. Harris in New York erfundene Methode zur Erhärtung und Durchbohrung von Schwimmsandschichten ist 1892 zuerst mit Erfolg in Providence, Rhode Island, bei der Kanalisirung der Stadt angewendet worden. Die Erfindung von Harris beruht auf folgender Erwägung: Bringt man in den Schwimmsand zwei Röhren in massiger Entfernung von einander ein und presst Wasser durch die eine Röhre nieder, so wird Sand aufgespült, der auf dem Wege des geringsten Widerstandes, also durch die zweite Röhre ausweicht. Das Ausweichen von Sand findet so lange statt, bis eine hinreichend grosse Höhlung ausgespült ist, deren Wände durch den Wasserdruck festgehalten werden. Presst man nun statt des Wassers Cement durch die erste Röhre, so lässt sich der Schwimmsand zu steinartigen Massen verdichten. Je nach dem Material des schwimmenden Gebirges lassen sich andere Stoffe zur Verdichtung einfüllen; so würde sich z.B. bei Schlamm besser Sand und Mörtel eignen. Textabbildung Bd. 291, S. 267Fig. 10. Aufbau-TubbingFig. 11. Senkschuh m. AnschlussFig. 12. Keilkranz mit Unterhänge-Tubbing. Es erinnert dieser Gedanke an den amerikanischen VorschlagTecklenburg, Tiefbohrkunde, Bd. 5 S. 80.D. p. J. 1889 271 299., beim Tieflochbohren innerhalb einer niederzusenkenden Bohrröhre den zähen Bohrschlamm so langsam durch Spülwasserdruck in der Spülröhre hinab- und an der Aussenwand zwischen der Rohr wand und der Bohrlochswand hinaufzudrücken, dass derselbe dort haften bleibt und sich zu einer festen Wand verdichtet. Auch dabei können dem Bohrschlamm, je nach Umständen, verschiedene Stoffe, wie Kies, Sägemehl, Kalk, Cement, Samen, Häcksel u.s.w., zugesetzt werden, um die Verdichtung der Aussenwand zu sichern. Textabbildung Bd. 291, S. 267Fig. 13.Schachtsohle mit Erhärtung nach Harris.Textabbildung Bd. 291, S. 267Fig. 14.Schachtwand-Erhärtung nach Harris. Es handelte sich in Providence darum, die Hauptröhren der städtischen Kanalisirung in den Schwimmsand, der die ganze Stadt umgibt, einzubringen, welche Arbeit bisher auf keiner Weise hatte gelingen wollen. Harris führte auf der Schachtsohle, die dicht über dem zu kanalisirenden Schwimmsande stand, in diesen vier Röhren von 5 cm lichter Weite, im Abstand von 1,20 m unter einander, 5,20 m tief von der Bohrsohle ab, d.h. noch 0,30 m unter die Sohle des zu bohrenden Kanals. Nachdem eine Wassercirculation zwischen den Röhren hergestellt war, wurden engere Röhren eingeführt und durch diese Cement eingepresst. Nachdem diese Cementirung 3 Wochen lang fortgesetzt war, erwies sich der Schwimmsand an der Arbeitsstelle zu einer bearbeitbaren Gebirgsmasse mit Cementschichten erhärtet. Fig. 13 stellt die Erhärtung einer Sohle dar, während Fig. 14 zeigt, wie auch durch Lüftung der Röhren um 0,60 bis 0,30 m die Herstellung von senkrechten Wänden erreicht werden kann. Bei allen Tiefbohrungen im wasserführenden Gebirge, sowohl bei Schachtbohrungen wie bei Lochbohrungen, wird man stets darauf achten müssen, dass kein Wasserauftrieb ausserhalb der Verrohrung Tagesbrüche zur Folge hat. Bei Schachtbohrungen wird dem meist durch die eingeschachtelten Senkcylinder mit zwischengefüllter Cementirung vorgebeugt. Aehnlich lässt sich auch bei artesischen Brunnenbohrungen verfahren, wie das Beispiel des artesischen Brunnens von Bourne, Lincolnshire in England (Fig. 15), zeigt. Der 40 m tiefe Brunnen von 32,5 cm lichter Weite war zunächst auf 22,26 m Tiefe durch ein eng an die Bohrlochwand anschliessendes Rohr a geschützt. Dies umgab ein wenig weiteres Rohr b bis 9,76 m Tiefe, während ein 55 ein weites Rohr c den oberen Theil auf 3 in Tiefe einschloss. Beide Zwischenräume wurden mit Cement ausgefüllt. Ausserdem schützte noch der 1,8 m hohe und 1,8 m im Lichten weite Mauerschacht d den Brunnenmund. Dieser Brunnen von Bourne galt bis vor Kurzem mit täglicher Wasserlieferung von 2 592 000 Gallonen als der ergiebigste artesische Brunnen der Welt, bis ihm neuerdings dieser Ruhm durch den für die Schwimmanstalt bei Fort Worth, Texas, erbohrten artesischen Brunnen, der mit 320,86 m Tiefe und 25 cm oberer, sowie 12,5 cm unterer Weite jede Minute 600 Gallonen Wasser liefern soll, streitig gemacht worden ist. Der genannte englische Brunnen ist von der Firma Isler and Co. in London hergestellt. Die dazu benutzte Bohrmaschine zeigt Fig. 16. Dieser hier als Diamantbohrmaschine dargestellte Mechanismus hat auch die Einrichtung, um vorkommenden Falles je nach der Gebirgsbeschaffenheit auch stossend mit einem Meisselbohrer arbeiten zu können. Der fahrbare Apparat wird durch Riemenübertragung von einer gleichfalls fahrbaren Dampflocomobile betrieben. Diese Transporteinrichtungen erleichtern die Benutzung auch in unwegsamen Gegenden. Eine solche Maschine ist daher z.B. neuerdings einer Bergwerksgesellschaft nach Chili gesandt, woselbst sie 400 m tief bohren soll. Textabbildung Bd. 291, S. 268Fig. 15.Artesischer Brunnen von Bourne. Eine zweite artesische Brunnenbohrung ist von Isler and Co. bei Keighley in England zu industriellen Zwecken ausgeführt. Dieser Brunnen ist 75 m tief, der festen Gebirgsbeschaffenheit wegen nur in den oberen 30 m, und zwar 18 m von Tage mit 25 cm weiten und ferner 12 m mit 12,5 cm weiten Rohren bekleidet, und sprudelt 15000 Gallonen stündlich 12 m hoch über die Erdoberfläche. Das Uebersprudeln von Wasser ist mit keinerlei Gefahr verbunden, solange kein Sand oder sonstiges Gebirge mit ausgeworfen wird. Ist letzteres der Fall, so entstehen leicht unterirdische Aushöhlungen und Katastrophen wie in Schneidemühl. Es ist dem meist leicht vorzubeugen, indem man die Brunnenverrohrung über Tage so hoch verlängert, bis der aufsteigende Wasserstrom die schwereren festen Materien nicht mehr heben kann, was gar keine bedeutende Erhöhung ergeben wird. Fehlerhaft ist es meist, gefährliche Brunnen zustopfen zu wollen, da sich dann das unelastische Wasser erst recht Bahn brechen wird, wobei starke Verwüstungen angerichtet werden können. In England wird ausser zur Gewinnung von Trinkwasser auch zu der von Soole im grossen Maasstabe die Tiefbohrung zu Hilfe genommen. Man rechnet, dass von den etwa 2 Millionen Tonnen Kochsalz, die England jährlich producirt, nur 10 Proc. bergmännisch als Steinsalz abgebaut, dagegen 90 Proc. als Soole aus Tiefbohrlöchern gehoben werden. Es kommen besonders zwei Salzdistricte in Betracht, der eine von Cheshire, nicht weit von Liverpool, der andere von Middlesborough an der Tees-Mündung. Die erste Lagerstätte ist bereits seit der Römerzeit bekannt, die zweite erst 1859 bis 1862 gelegentlich einer Brunnenbohrung auf 360 m Tiefe in 30 m Mächtigkeit entdeckt. Ein wesentlicher Unterschied in der Gewinnung der Soole an beiden Stellen besteht darin, dass in Cheshire unterirdische Ansammlungen natürlicher Soole bestehen, die vorsichtig mit Strecken angefahren, zuletzt aber angebohrt und abgepumpt werden, während man zu Middlesborough künstliche Soole im Erdinneren erzeugen und von dort zu Tage heben muss. Middlesborough würde mit Cheshire nicht concurriren können, wenn nicht am ersteren Orte die zum Eindampfen des Steinsalzes erforderliche Steinkohle in nächster Nähe lagerte. Zum Tiefbohrverfahren hat man sich erst 1881 entschlossen, nachdem schon bald nach der Entdeckung der Versuch, das Salzlager mittels eines Abteufschachtes zu gewinnen, wegen zu grossen Wasserzudranges aufgegeben war. Die ersten Bohrungen fanden mit Diamantbohrung statt, seit 1886 ist man aber zu der für die dortigen Gebirgsverhältnisse zweckmässigeren pennsylvanischen Seilbohrmethode übergegangen. Die Bohrlöcher erhalten eine doppelte Verrohrung. Die Futterrohre der Wandung, oben meist 20 cm, unten an der Bohrsohle nur 14 cm weit, lassen oben in den Sandsteinschichten durch Perforationen süsses Wasser ein und unten gleichfalls durch Löcher nach dem Salzlager aus. Nach Sättigung des Wassers mit 26,5 Proc. Salz wird dann die künstliche Soole mittels eines inneren Pumpenrohres von 8 bis 10 cm lichter Weite zu Tage gepumpt, wobei der ehemalige Bohrschwengel als Pumpenschwengel dient. Textabbildung Bd. 291, S. 268 Fig. 16.Isler's Brunnenbohrmaschine. Nach den bisherigen Bohrungen schätzt man die Ausdehnung des Salzlagers von Middlesborough auf etwa 20 englische Quadratmeilen mit etwa 100 Millionen Tonnen Salzgehalt auf jede Quadratmeile. (Schluss folgt.)