Die neueren Schachtabteufverfahren. Von Bergdirektor Landgräben, Garmisch-Partenkirchen. LANDGRÄBEN: Die neueren Schachtabteufverfahren. In den verschiedenen Bergbaugebieten unseres Vaterlandes sind in den letzten Jahren mehrfach Schachtabteufarbeiten vorgenommen worden, die weiteren Kreisen bekannt gegeben werden dürften. Vorweg seien die schwierigen Abteufverhältnisse im Vogesensandstein in Lothringen, dann diejenigen im Tertiär und Buntsandstein am Niederrhein, ferner die im Bereich des Plattendolomits angetroffenen Verhältnisse im südlichen Teile des Werra-Kalireviers erwähnt und schließlich noch die merkwürdigen geologischen Verhältnisse in den Trümmerzonen auf den Salzhorsten im Hannoverland. Der Ueberwindung der in den genannten Gebieten vorliegenden schwierigen Gebirgsverhältnisse war man bis vor wenigen Jahren nicht gewachsen. Weder das Gefrierverfahren noch das Versteinungs- und Abbohrverfahren waren nach dem damaligen Stande der Schachtbautechnik so entwickelt, daß ein Schachtbau unter solchen Erschwernissen gelingen konnte. Erst in den letzten Jahren war man durch allmähliche Verfeinerung der Instrumente und Maschinen imstande, ihrer Herr zu weiden. Bei der folgenden Erörterung der einzelnen Neuerungen auf diesem Gebiete sei zunächst des Abteufens im Tertiär gedacht, das bekanntlich am unteren Niederrhein, in dem Weseler Kohlen- und Kalirevier, von Süden nach Norden stets wachsende Mächtigkeit annimmt, und bis 400 und mehr Meter anschwillt. Im Aachener Revier weist es sogar Mächtigkeiten bis zu 700 m auf. Am Niederrhein gesellen sich zu diesen Schichten noch die Schichten des wasserreichen und klüftigen Buntsandsteins und des Zechsteins, in letzterem ist das Auftreten von Salzhorsten mit Salzhutbildungen nicht ausgeschlossen. Nachdem es im Schacht I der Schachtanlage Borth bei Wesel zum ersten Male ohne Störungen gelang, 258 m mächtige Tertiärschächten mittels Gefrierverfahren zu durchteufen, ist man anschließend dazu übergegangen, das Gefrierverfahren auch für größere Teufen anzuwenden. Der genannte Schacht wurde, um einen sicheren Wasserabschluß in dem das Tertiär unterteufenden Buntsandstein zu erreichen, damals bereits bis in 330 m Tiefe niedergebracht. Es folgten alsdann die Schächte Carl Alexander bei Aachen mit 400 m und Lohberg bei Dinslaken mit 415 m Gefrierteufen. Neudings stehen die Schächte der Anlage Wallach bis 548 m unter Frostwirkung. In Belgien waren vor dem Kriege sogar Gefrierschächte bis in 600 m Teufe mittels Gefrierverfahrens in Angriff genommen. Bei den Wallach-Schächten in der Nähe von Wesel hat man sich deshalb zur Anwendung des Gefrierverfahrens bis in diese Teufen entschlossen, weil man in den benachbarten Schächten der Anlage Borth wegen des hohen Wassergehalts des Buntsandsteins und dessen schlechter Beschaffenheit in petrographischer Beziehung mit der Anwendung anderer Schachtabteufverfahren nicht zum Ziele gelangte. Im Schacht I der Anlage Borth ist versucht worden, dem Buntsandstein von 330 bis 448 m von Hand unter Zuhilfenahme von zwei Tomsonschen Wasserzieheinrichtungen abzuteufen. In 400 m Teufe erreichten jedoch die Wasserzuflüsse eine Höhe von mehr als 20 m3/min. Die erschrotenen Wasser brachten bei einem Durchbruch der Schachtsohle außerdem gewaltige Sandmengen mit, so daß angenommen werden mußte, daß unterhalb der Sohle Buntsandsteinschichten von schwimmsandartiger Beschaffenheit zu erwarten seien. Da auch langwierige und kostspielige Versuche mit dem Versteinungsverfahren hier nicht zum Ziele führten, wurden diese Verfahren bei den andern Schächten nicht erst versucht, sondern es wurde sofort zum Gefrierverfahren übergegangen. Bezüglich der Anwendung des Versteinungsverfahrens sei noch erwähnt, daß dieses zunächst ein einigermaßen gesundes und standfestes Gebirge voraussetzt, dessen Spalten zwar reiche Wassermengen enthalten können, aber frei sein müssen von tonigen und schmierigen Verunreinigungen. Außerdem dürfen feine Haarrisse, Poren, Drüsen und andere Hohlräume nicht vorhanden sein, besonders dann nicht, wenn es sich um größere, zu versteinende Teufenabschnitte in einem mürben Gebirge handelt. Es ist nämlich außerordentlich schwer, in diese feinsten Wasseräderchen Zementmilch selbst von feinster Mahlung in höchst zulässiger Verdünnung einzupressen. Geschieht die Verstopfung nicht vollständig, und gelingt es nicht, den ganzen in Frage kommenden Gebirgsblock zu versteinen, so erweitert das anfangs nur in geringen. Mengen, aber unter hohem Druck austretende Wasser die Oeffnungen immer mehr infolge seiner nagenden und ausfeilenden Wirkung. Nach verhältnismäßig kurzer Zeit treten durch die so aufgerissenen Spalten die ursprünglichen Wassermassen wieder aus, und die ganze mühsame und teure Arbeit ist umsonst gewesen. Auf der Schachtanlage Wallach hat man versucht, nach einer neuen, von der Gewerkschaft Deutscher Kaiser weiter entwickelten und besonders durchgebildeten Abbohrmethode die Schichten des Tertiärs und des Buntsandsteins bis ins Salz zu durchbohren. Die Tagesleistung im Tertiär war befriedigend. Sie ging jedoch beim Bohren im Buntsandstein bedeutend zurück. Durch Klemmungen der Meißel infolge von Druckerscheinungen im Buntsandstein und reichlichem Nachfall sah man sich alsbald gezwungen, diese Methode aufzugeben, und wollte alsdann die Schächte ebenfalls durch vorheriges Versteinen der Wasserklüfte von der Sohle aus weiterteufen. Die Zementierarbeiten wurden auch hier bald als ergebnislos eingestellt. Damit soll nun nicht gesagt sein, daß das Versteinungsverfahren ungeeignet für das Durchteufen derartiger Schichten ist. Im Gegenteil. Das in so vielen Fällen erfolgreich angewandte Verfahren hätte zweifellos auch hier zum Ziele geführt, wenn mit der nötigen Geduld und sachgemäßen Mitteln gearbeitet worden wäre. Das alsdann von der gleichen Firma angewandte Gefrierverfahren geschah mit für diese Verhältnisse ebenfalls nicht ausreichenden Hilfsmitteln und führte ebensowenig zum gewünschten Ergebnis. Durch die in den letzten Jahren meist erfolgreiche Anwendung des Gefrierverfahrens hat sich diese in der Technik des Schachtabteufens unter schwierigen Verhältnissen fast die Alleinherrschaft gesichert. Nicht nur im niederrheinischen Tieflande unseres rheinisch-westfälischen Steinkohlen- und Kalibezirkes, sondern auch in Thüringen, im Hannoverlande und in Lothringen wird es unter allerschwierigsten Verhältnissen angewandt. Es mag noch erwähnt werden, daß man auf den Schächten Heiligenmühle und Mariengart beabsichtigte, von Hand abzuteufen und die erschrotenen Wasser mit einer eigens für die zu erwartenden großen Wassermengen gebauten elektrisch angetriebenen Turbo-Senkabteufpumpen fördern wollte. Die von der Schachtsohle gehobenen Wasser sollten ortsfesten, elektrisch angetriebenen Pumpen, die in einem die beiden Schächte verbindenden Sumpf-Querschlag im Buntsandstein untergebracht waren, zugeführt und von da zutage gehoben werden. Während man mit den früheren elektrischen Pumpen mehr als 300 m Förderhöhe bei 5 m3/min Leistung nicht überwinden konnte, ist man heute imstande, mittels einer derartigen Anlage mindestens 380 m Teufe mit einer Pumpe in einem Satz bei 5 m3/min Leistung zu bewältigen. Diese Leistung kann ohne weiteres vorübergehend bis 6 m3 in der Minute gesteigert werden. Bei geringeren zu fördernden Wassermengen sind mit einer Senkpumpe sogar schon 400 m Förderhöhe erreicht worden. Diese Neuerung ist für die Schachtbautechnik sehr bedeutend, da sie die Anwendung von elektrisch angetriebenen Sümpfungsvorrichtungen beim Schachtabteufen den Vorrang vor allen anderen Wasserhebemaschinen verschafft. Bezüglich der Wasserwältigung beim Schachtabteufen hat man neuerdings die Erfahrung machen müssen, daß bei Wasserzugängen von mehr als 8 m3 in der Minute ein Abteuffortschritt so gut wie ausgeschlossen ist. Bei diesen Wassermengen wird fast die ganze zur Verfügung stehende Zeit für die einzelnen Arbeiten der Zusumpfhaltung der Wasser beansprucht. Die Schachtbaukosten steigern sich ins Unerschwingliche. Kostet doch ein Schachtmeter unter diesen Verhältnissen bei etwa 10 m3/min Zugängen einschließlich des Eisenausbaues in 400 bis 500m Teufe schätzungsweise mindestens 20000 bis 25000 Mark. Am Niederrhein wurden im Schacht Wallach II bei einem Wasserdurchbruch die Zuflüsse zu wenigstens 50 m3/min gemessen, in Thüringen auf Heiligenmühle, wo die Wasser des Plattendolomits ähnlich wie auf dem Kaliwerk Heringen bereits im Buntsandstein durchbrachen, werden die Zuflüsse auf mehr als 30 m3/min geschätzt, und auf der Gewerkschaft Metz bei St. Avold in Lothringen übersteigen die Wassermengen des zu durchteufenden Vogesensandsteins mindestens 12 m3/min. In den genannten Gebieten hat man sich bereits überall zur Anwendung des Gefrierverfahrens entschlossen. Die weite Verbreitung verdankt dieses Verfahren zwei Umständen, einmal der hohen technischen Verfeinerung der Lotapparate, die dazu dienen, die Abweichungen der Gefrierbohrlöcher aus der senkrechten Richtung zu ermitteln, und zum anderen der technischen Durchbildung des sogenannten Tiefkälteverfahrens. Beide Neuerungen gestatten das Gefrierverfahren bis zu jeder praktisch vorkommenden Teufe und in jedem Gebirge mit noch so verwickelten geologischen Verhältnissen anzuwenden. Mit den neueren Lotapparaten (Gebhardt und Hausmann-Anschütz) ist man imstande, die Richtung von Bohrlöchern bis in 1000 m Teufe mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit zu verfolgen. Bei dem Gebhardtschen Apparat bedient man sich zur Lotung der Gefrierbohrlöcher eines Pendels mit Feinmechanismus zur Aufzeichnung der Ausschläge in der jeweiligen Lage des Bohrlochs Aus der Länge des Pendels und diesen Ausschlägen berechnet man die lineare Abweichung. Der eigentliche Lotapparat befindet sich in einem wasserdicht verschlossenen Zylinder, der an einem festen Gestänge in das Bohrloch eingelassen wird. Mit diesem Gestänge, dessen einzelne Teile mit Kreuzgelenke miteinander verbunden sind, wird gleichzeitig die Orientierung vorgenommen. Bei dem erst ganz neuerdings zum Loten angewandten Apparat von Hausmann-Anschütz wird die Orientierung durch einen Kreisel mit hoher Drehzahl herbeigeführt, wodurch sich die Rotationsachse, genau wie beim Kreiselkompaß für Schiffe, in den astronomischen Meridian einstellt. Auf die Einrichtung des Gefrierverfahrens braucht hier wohl nicht näher eingegangen zu werden. Es sei nur noch erwähnt, daß die industrielle Herstellung von Tiefkälte alle früheren Schwierigkeiten überwunden hat und beim Tiefkälteverfahren neuerdings Temperaturen von mehr als – 45° C hergestellt werden können. Das Kompressionsgas, neuerdings meist Kohlensäure, wird dabei in zwei Stufen komprimiert; und zwar wird es aus den Refrigatoren mit etwa 9 bis 11 at in Niederdruckkompressoren angesaugt und hier bis auf etwa 30 bis 40 at gepreßt. Mit dieser Spannung leitet man es alsdann in die Hochdruckkompressoren, wo es auf 70 bis 80 at gedrückt wird. Zwischen diese beiden Kompressoren schaltet man Kühlvorrichtungen, sogenannte Zwischenkühler in die Leitung ein, um die Temperatur der durch die Pressung erhitzten Gase herabzumindern. Die hohen Temperaturen sind dem exakten Arbeiten der Kompressoren sehr hinderlich. Um Betriebsstörungen möglichst zu vermeiden, läßt man auch wohl in die Zylinder der Hochdruckkompressoren direkt fertig gekühltes Kältegas aus der Druckleitung von den Refrigeratoren expandieren. Außerdem müssen diese Kompressoren stets durch Eis und Wasser gekühlt werden. Durch Undichtigkeiten der Stoffbüchsen etwa ausweichende Gase werden neuerdings durch besondere Absaugvorrichtungen aufgefangen und der Saugleitung wieder zugeführt. Eine weitere Neuerung besteht darin, daß man die Eismaschinenanlage von vornherein so einrichtet, daß sie zunächst mit einfachen Temperaturen arbeiten, und erst dann für das Tiefkälteverfahren umgeschaltet werden, wenn tiefere Kältegrade erreicht werden müssen. Um den Laugenumlauf möglichst dauernd und sofort übersehen zu können, baut man neuerdings sogenannte Flüssigkeitsmesser in die Laugeleitung ein. Die größte bisher gebaute Gefrieranlage ist zurzeit auf der bereits mehrfach erwähnten Schachtanlage Wallach bei Wesel in Betrieb, in der stündlich etwa 3000000 mg Wärmeeinheiten (Frigorien) erzeugt werden können. Das Tiefkälteverfahren ist bisher am meisten dort angewandt, wo es sich darum handelte, das laugenführende Deckgebirge von Salzlagerstätten zu durchteufen. Vor allem waren es die Salzhorste mit den verworrenen geologischen Verhältnissen, den sogenannten Salzhutbildungen. In derartigen Gebirgsabschnitten wendet man neben dem Tiefkälteverfahren neuerdings zugleich noch das Zementierverfahren an, um Laugenansammlungen, die etwa nicht ausgefroren sein sollten, durch Einführung von Zement zu versteinen und so unschädlich zu machen. Erfahrungsgemäß sollte man hier jedoch nicht zu hohe Drucke anwenden, um das teilweise sehr milde Gebirge nicht unnötig in Unruhe zu bringen, wodurch leicht neue Oeffnungen geschaffen werden, die dem Wasser einen Austritt gestatten. Auf jeden Fall ist zweckmäßig, stets eine Zementiereinrichtung in Bereitschaft zu haben. Es ist mehr als einmal vorgekommen, daß Gefrierschächte im Bereich von Salzhüten ersoffen sind. Schächte mit schwierigen Wasser Verhältnissen, wie sie in den eingangs erwähnten Gebirgen auftreten, sind bisher nur mit gußeisernen Tübbings ausgekleidet worden, da alle anderen Arten des Schachtausbaues dem hohen Wasserdruck nicht standhielten. An Stelle des einen einfachen Tübbingszylinders, der auf der Außenseite mit Beton verstampft wird, hat man neuerdings z.B. auf Lohberg (Deutscher Kaiser) und Karl Alexander, um die Widerstandsfähigkeit zu vergrößern, die Schächte mit Doppelküvelage versehen, und den Zwischenraum zwischen den beiden Tübbingszylindern mit Eisenbeton ausgefüllt. Die Zweckmäßigkeit dieser Maßkegel dürfte in Anbetracht dessen, daß die Schächte lange zu halten haben (sicherlich 100 Jahre), nicht von der Hand zu weisen sein. Ihre hohe Entwickelung verdankt die Schachtbautechnik nicht allein den oben erwähnten Verbesserungen, sondern auch zu einem ganz erheblichen Teile der hohen Entwicklung der Gießereipraxis. Heutzutage ist man schon imstande, Tübbings bis 150 mm Wandstärke sachgemäß zu gießen, was man bis noch vor wenigen Jahren für vollständig unmöglich hielt. Auf die Herstellung von Tübbings muß ganz besonders Sorgfalt gelegt werden. Die Lieferungbedingungen werden meist durch besondere Verträge festgelegt. Unterhalb 400 m verwendet man neuerdings für 6 m weite Schächte sogenannte Breitflanschtübbings. Es ist nicht ausgeschlossen, daß der Anwendung der bekannten Verbundtübbinge besonders in Verbindung mit gußeisernem Ausbau größere Verbreitung zuteil wird.