Bewetterung im Untertagebau

Was ist Bewetterung im Untertagebau?

Untertagebewetterung ist die planmäßige Führung und Verteilung der Wetter im Grubengebäude, damit Luftqualität, Grubenklima und Arbeitsbedingungen in einem zulässigen Bereich bleiben. Frischwetter werden zu belegten Arbeitsstätten und aktiven Betriebspunkten geführt. Mit Gasen, Staub, Dieselmotoremissionen, Wärme oder Feuchte belastete Abwetter werden anschließend über festgelegte Abwetterwege aus dem Bergwerk abgeführt.^[1][2]

Ein vollständiges Bewetterungssystem umfasst typischerweise:

• Tagesöffnungen, Schächte, Stollenmundlöcher beziehungsweise Portale, Rampen, Aufhauen und untertägige Strecken;

• Frischwetter- und Abwetterwege;

• Wetterteilungen zur Versorgung von Abbaurevieren, Sohlen, Werkstätten und Vortrieben;

• Wetterdämme, Wettertüren, Wetterregler, Wetterbrücken, Abdichtungen und weitere Wetterbauwerke;

• starre oder flexible Luttenleitungen für Blindörter, Ortsbrüste und örtliche Arbeitsbereiche;

• Hauptgrubenlüfter, gegebenenfalls Zusatzlüfter sowie Hilfsgrubenlüfter und Ortslüfter; und

• Mess- und Überwachungseinrichtungen für Wettermenge, Druck, Gase, Temperatur, Feuchte und Anlagenzustand.

Diese Elemente müssen als zusammenhängendes System bewertet werden. Eine gemessene Wettermenge an der Tagesöffnung zeigt nicht automatisch, welche Wettermenge an einer entfernten Ortsbrust ankommt. Zweigwiderstände, Leckagen, Wetterbauwerke und der Zustand der Luttenleitung bestimmen die tatsächlich verfügbare Wettermenge. Die deutschen Bewetterungsvorschriften verknüpfen deshalb Haupt- und Sonderbewetterung, Überwachung, Bewetterungsplan und Maßnahmen bei Störungen.^[1]

Abbildung 1. Vereinfachter, saugend betriebener Wetterkreis mit Frischwetterzufuhr, Verteilung auf die Sohlen, Abwetterführung und Hauptgrubenlüfter über Tage. Die Darstellung ist schematisch; reale Grubengebäude können deutlich abweichen.

Wie funktioniert ein untertägiger Wetterkreis?

Wetter strömen durch das Grubengebäude, weil zwischen Frischwetter- und Abwetterseite eine Druckdifferenz erzeugt wird. Diese Druckdifferenz muss die Widerstände von Schächten, Rampen, Strecken, Aufhauen, Lutten, Bögen, Abzweigen, Wetterbauwerken und übertägigen Anschlussbauteilen überwinden.^[1][8]

Ein vereinfachter Wetterkreis lässt sich in fünf Schritte gliedern:

1. Die Wetter treten in das Bergwerk ein. Frischwetter gelangen über einen einziehenden Schacht, ein Stollenmundloch, eine Rampe oder eine andere festgelegte Tagesöffnung in das Grubengebäude.

2. Der Hauptwetterstrom wird aufgeteilt. Die gesamte Wettermenge wird entsprechend dem Bedarf auf Sohlen, Reviere, Werkstätten, Fahrwege, Pumpenräume und weitere Bereiche verteilt.

3. Die Wetter erreichen die Arbeitsbereiche. Grubenbaue mit durchgängigem Frisch- und Abwetterweg werden vom Hauptwetterstrom versorgt; Blindörter und Streckenvortriebe benötigen in der Regel eine Sonderbewetterung mit Ortslüftern und Lutten.

4. Belastete Wetter gelangen in das Abwettersystem. Die Wetter sollten von weniger belasteten Bereichen zu den Emissionsquellen und anschließend in die vorgesehenen Abwetterwege strömen, ohne weitere belegte Arbeitsbereiche unnötig zu beaufschlagen.

5. Die Abwetter verlassen das Bergwerk. Der Abwetterweg führt sie zu einem ausziehenden Schacht, einem Aufhauen, einem Portal oder einer Hauptgrubenlüfteranlage über Tage.

Ein reales Wetternetz besteht selten aus nur einem geraden Strömungsweg. Es enthält Zweige in Reihen- und Parallelschaltung. Wettertüren werden geöffnet, Regler verstellt, neue Strecken angeschlossen, alte Grubenbaue abgedämmt und Leckagewege verändert. Bewetterung ist deshalb ein fortlaufender Betriebsprozess und keine einmalige Installation.

Wie Hauptbewetterung, Wetterverteilung, Sonderbewetterung und Zusatzlüfter zusammenwirken

Das Wetternetz verbindet die Bewetterung des gesamten Grubengebäudes mit der Verteilung auf Reviere und der örtlichen Bewetterung von Blindörtern. Sofern bergrechtlich zulässig, können Zusatzlüfter in ausgewählten Netzabschnitten eine zusätzliche Druckerhöhung bereitstellen. Messung, Überwachung und Wetterbauwerke verbinden diese Ebenen und zeigen, ob die tatsächlichen Zustände mit dem Bewetterungsplan übereinstimmen.^[1][2]

Hauptbewetterung

Die Hauptbewetterung bewegt die Wetter zwischen den wichtigsten einziehenden und ausziehenden Öffnungen. Die erforderliche Wettermenge und Druckerhöhung hängen unter anderem von Teufe, Abbauverfahren, Streckenquerschnitten, Maschinenpark, Schadstoff- und Wärmelasten sowie der geplanten Entwicklung ab. Da Schächte, Hauptstrecken, übertägige Anschlussstücke, Leckagen und Abwetterwege den Ventilatorbetriebspunkt beeinflussen, sollte die Auswahl eines Hauptgrubenlüfters auf einer Wetternetzanalyse beruhen.^[1]

Wetterverteilung auf Reviere und Zweige

Die Revierverteilung teilt den Hauptwetterstrom auf Abbau-, Vortriebs- und Nebenbetriebe auf. Wetterregler beeinflussen die Verteilung, indem sie den Widerstand eines Zweiges erhöhen; sie erzeugen jedoch keine zusätzliche Gesamtwettermenge. Übermäßiges Drosseln beansprucht Druckreserve und kann andere Zweige beeinträchtigen. Wo möglich, sind eine Verbesserung des Streckenquerschnitts, die Beseitigung von Leckagen, ein direkterer Abwetterweg oder ein zusätzlicher Parallelweg langfristig oft günstiger.

Sonderbewetterung

Blindörter benötigen normalerweise eine Sonderbewetterung mit Lutten, weil kein durchgängiger Wetterweg zum Abwettersystem vorhanden ist. Der Ortslüfter muss ausreichend Frischwetter aus dem Hauptwetterstrom ansaugen, die erforderliche Wettermenge zur Ortsbrust fördern beziehungsweise belastete Wetter dort erfassen und sie ohne Rezirkulation in den vorgesehenen Abwetterweg überführen. Blasende, saugende und kombinierte Anordnungen werden weiter unten erläutert; die Geräteauswahl ist auf der Seite Grubenventilatoren beschrieben.

Zusatzlüfter und Wechselwirkungen im Wetternetz

Ein Zusatzlüfter beziehungsweise Druckerhöhungsventilator erhöht – sofern zulässig und im Bewetterungsplan berücksichtigt – den Druck in einem ausgewählten untertägigen Netzabschnitt. Dadurch ändern sich die Druckverhältnisse auch in verbundenen Zweigen. Zu prüfen sind daher das Zusammenwirken mit den Hauptlüftern, das Risiko von Wetterkurzschluss und Rezirkulation, der Umgehungsweg, das Ausfallkonzept sowie Regelung und Überwachung. Ein Zusatzlüfter darf nicht wie ein isoliertes Einzelgerät ausgelegt werden.^[1]

Wie Wettermenge und Druckbedarf bestimmt werden

Eine belastbare Bewertung trennt zwei Fragen:

1. Welche Wettermenge wird an jedem Arbeitsort und in jedem Betriebszustand benötigt?

2. Welche Druckerhöhung ist erforderlich, um diese Wettermenge über die vorgesehenen Wege zu fördern?

Die erforderliche Wettermenge ergibt sich aus den zu beherrschenden Gefährdungen und Tätigkeiten. Je nach Bergwerk gehören dazu Beschäftigte, dieselbetriebene Fahrzeuge, Grubengasfreisetzungen, Sprengschwaden, Staub, Wärme, Feuchte, Ladestellen für Batteriefahrzeuge, Werkstätten und prozessbedingte Emissionen. Rechtsvorschriften und der Bewetterungsplan können außerdem Mindestwettermengen oder Mindestwettergeschwindigkeiten vorgeben. Entscheidend ist der Bedarf je Bereich und für realistisch zu erwartende Kombinationen gleichzeitig ablaufender Tätigkeiten – nicht nur der Gesamtvolumenstrom des Hauptlüfters.^[1][2]

Die nachfolgenden Grundbeziehungen ordnen Wetter- und Druckdaten. Sie ersetzen weder ein kalibriertes Wetternetzmodell noch die standortspezifische Gefährdungsbeurteilung oder den genehmigten Bewetterungsplan.

Wettermenge und Wettergeschwindigkeit

Für einen festgelegten Streckenquerschnitt gilt grundsätzlich:

Q = A × v

• Q = Wettermenge beziehungsweise Volumenstrom, üblicherweise in m³/s

• A = wirksame Querschnittsfläche des Grubenbaus in m²

• v = mittlere Wettergeschwindigkeit in m/s

Für Wettermessungen ist diese einfache Beziehung entscheidend. Eine Geschwindigkeitsmessung ohne zuverlässige Querschnittsbestimmung liefert keine belastbare Wettermenge; ein einzelner Messpunkt bildet bei unregelmäßigen Querschnitten die mittlere Geschwindigkeit häufig nicht ab. Messverfahren, Messstelle, Querschnitt, Zustand und Kalibrierstatus des Messgeräts sowie gegebenenfalls erforderliche Korrekturen sind zu dokumentieren.^[4]

Wetterbilanz an Teilungen und Zusammenführungen

Werden Zweige bei annähernd gleicher örtlicher Luftdichte betrachtet, muss die Summe der zufließenden Volumenströme – abgesehen von bekannten Leckagen und Messunsicherheit – ungefähr der Summe der abfließenden Volumenströme entsprechen:

ΣQ_ein ≈ ΣQ_aus

Unterscheiden sich die Luftdichten an den Messstellen deutlich, ist die Massenstrombilanz zu verwenden oder die Volumenströme sind vor der Bilanzierung auf einen gemeinsamen Bezugszustand umzurechnen.

Wetterbilanzen sind besonders an Sohlenzugängen, Wetterteilungen zu Revieren, Abwetterknoten sowie an Ortslüfterstandorten hilfreich. Eine nicht plausibel erklärbare Differenz kann auf Leckagen, eine nicht dokumentierte Verbindung, ungeeignete Messstellen oder Messungen bei unterschiedlichen Netzstellungen hinweisen.

Wetterwiderstand und Druckverlust

Für einen vereinfachten Zweig wird der Druckverlust häufig mit der quadratischen Beziehung beschrieben:

Δp = R × Q²

• Δp = Druckverlust im Zweig, üblicherweise in Pa

• R = äquivalenter Zweigwiderstand, zum Beispiel in Pa/(m³/s)² oder N·s²/m⁸

• Q = Wettermenge im Zweig, üblicherweise in m³/s

Diese vereinfachte quadratische Beziehung wird bei turbulenter Wetterströmung für einen definierten Zustand des Grubenbaus und einen festgelegten Luftdichtebezug angewendet. Ändern sich Querschnitt, Rauheit, Einbauten, Wetterbauwerke oder Bezugsdichte, muss der Widerstand neu bewertet werden.^[8]

In der Grubenbewetterung wird der äquivalente Wert in dieser Beziehung als Wetterwegwiderstand beziehungsweise Atkinson-Widerstand bezeichnet. Sein Zahlenwert ist nur zusammen mit Einheitensystem und Dichtebezug aussagekräftig.^[8]

Der Widerstand umfasst die Wirkung von Länge, Umfang, Querschnitt, Rauheit, Einengungen, Bögen, Abzweigen, Wetterreglern und weiteren Einzelverlusten. Besonders kleine oder verschlechterte Querschnitte können einen erheblichen zusätzlichen Druckbedarf verursachen. Nach § 16 ABBergV muss die Bewetterung mit ausreichendem Sicherheitsspielraum stabil aufrechterhalten werden; daraus folgt, dass verfügbare Druckreserve und Zustand der Wetterwege gemeinsam zu betrachten sind.^[1]

Die quadratische Beziehung erklärt auch den starken Leistungsanstieg bei höheren Wettermengen. Bleibt der Widerstand unverändert, führt eine Verdopplung der Wettermenge näherungsweise zum vierfachen Druckverlust. Die theoretische Luftleistung Q × Δp steigt damit auf etwa das Achtfache, bevor Wirkungsgrade von Ventilator, Motor und Antrieb berücksichtigt werden. Eine Engstelle zu beseitigen oder einen geeigneten Parallelweg zu schaffen kann deshalb wirtschaftlicher sein als eine fortlaufende Druckerhöhung.

Druckgröße, Volumenstrombezug und Luftdichte

Projektdaten müssen angeben, ob statischer oder Gesamtdruck gemeint ist und an welchen Stellen gemessen wurde. Bei einem Differenzdruck sind beide Messstellen sowie die miteinander verglichenen Druckgrößen zu benennen. Eine am Ventilator ermittelte Druckerhöhung darf nicht unmittelbar mit dem Druckverlust eines einzelnen Zweigs verglichen werden, wenn Druckdefinition, Messorte oder Luftdichtebezug nicht übereinstimmen.

Auch beim Volumenstrom ist anzugeben, ob er unter den örtlichen Bedingungen unter Tage gilt oder auf festgelegte Referenzbedingungen umgerechnet wurde. Druckerhöhung und Luftleistung eines Ventilators sind dichteabhängig; Höhenlage, Temperatur, Feuchte und barometrischer Druck sind daher beim Vergleich von Messwerten mit Kennlinien oder Daten aus Leistungs- und Abnahmeprüfungen zu berücksichtigen.^[7][9]

Folgende Angaben dürfen nicht ohne einheitlichen Bezugszustand miteinander verglichen werden:

• Volumenstrom am Ventilator und tatsächlich am Auslass einer Drucklutte gelieferte beziehungsweise am Einlass einer Sauglutte erfasste Wettermenge;

• statische und Gesamtdruckwerte sowie Differenzdrücke ohne Angabe beider Messstellen;

• tatsächlicher Volumenstrom und auf Norm- oder Referenzbedingungen umgerechneter Volumenstrom; oder

• Modellwerte und Messungen, die bei einer anderen Netzstellung oder anderen Ventilatoreinstellungen aufgenommen wurden.

Wetterwege in Reihen- und Parallelschaltung

In Reihe geschaltete Wetterwege führen nacheinander dieselbe Wettermenge. Ihre Widerstände addieren sich:

R_ges = R_1 + R_2 + R_3 +...

Bei parallel geschalteten Wetterwegen teilt sich die Wettermenge auf mehrere Wege auf. Für die quadratische Widerstandsbeziehung gilt:

1 / sqrt(R_ges) = 1 / sqrt(R_1) + 1 / sqrt(R_2) + 1 / sqrt(R_3) +...

Dabei bezeichnet sqrt(R) die Quadratwurzel des Widerstands.

Zwei gleichartige Parallelwege können den Gesamtwiderstand rechnerisch auf ein Viertel des Widerstands eines einzelnen Wetterwegs senken, sofern beide Wege verfügbar, ausreichend dimensioniert und richtig verbunden sind. Dieser Vorteil geht verloren, wenn ein Weg verengt, schlecht unterhalten oder so genutzt wird, dass belastete Wetter in einen anderen belegten Bereich gelangen.^[8]

Leckagen und örtliche Druckverluste

Nicht die gesamte vom Hauptsystem bewegte Wettermenge erreicht den vorgesehenen Arbeitsort. Ein Teil der Wettermenge kann über beschädigte Türen, undichte Dämme, Abdichtungen, Luttenverbindungen oder unbeabsichtigte Öffnungen verloren gehen. Zusätzliche Druckverluste entstehen an Wetterreglern, abrupten Querschnittsänderungen, Bögen, Abzweigen, Gittern, Schalldämpfern, Übergangsstücken und weiteren Einbauten.

Eine Systembewertung unterscheidet deshalb:

• Wettermenge, die in das Bergwerk eintritt;

• Wettermenge, die ein Revier erreicht;

• Wettermenge, die einen belegten Arbeitsbereich erreicht;

• Wettermenge am Auslass einer Drucklutte beziehungsweise erfasste Menge am Einlass einer Sauglutte; und

• Wettermenge, die über den vorgesehenen Abwetterweg zurückgeführt wird.

Auf Grundlage eines ersten belastbaren Bereichs für Wettermenge, Druckbedarf, Betriebszustände und Einbaubedingungen können Ventilatorbauart, Modell, Kennlinie, Motor und Regelung auf der Seite Grubenventilatoren verglichen werden. Anschließend sind Ventilator und Wetternetz anhand der gewählten Anlage und der Einbaubedingungen iterativ abzugleichen.

Planung von Frischwetter-, Arbeits- und Abwetterwegen

Frischwetter von weniger zu stärker belasteten Bereichen führen

Soweit das Grubengebäude es zulässt, sollten Frischwetter zunächst belegte und weniger belastete Bereiche durchströmen und erst danach Bereiche erreichen, in denen Gase, Staub, Dieselmotoremissionen, Sprengschwaden oder Wärme entstehen. Anschließend sind die belasteten Wetter dem Abwettersystem zuzuführen, ohne sie erneut durch einen anderen belegten Arbeitsbereich zu leiten. Dieses Prinzip der Wetterführung von weniger zu stärker belasteten Bereichen verringert zusätzliche Expositionen und erleichtert das Erkennen ungewöhnlicher Zustände.^[1][2]

Wird Reihenbewetterung nach den einschlägigen Vorschriften zugelassen und im Bewetterungsplan berücksichtigt, müssen Schadstoff-, Wärme-, Rauch- und Störfallfolgen für nachgeschaltete Bereiche ausdrücklich bewertet werden. Der nachgeschaltete Bereich erhält Wetter, die bereits belastet oder erwärmt sein können; ein Brand oder eine Freisetzung im vorgeschalteten Bereich kann den gesamten folgenden Wetterkreis beeinflussen.

Wetterkurzschlüsse und Rezirkulation vermeiden

Ein Wetterkurzschluss liegt vor, wenn Wetter einen unbeabsichtigten Weg mit geringem Widerstand vom Frischwetter- zum Abwettersystem nehmen, ohne den vorgesehenen Arbeitsbereich zu bewettern. Rezirkulation entsteht, wenn Abwetter wieder in einen Frischwetterstrom oder an den Ansaugort eines Ortslüfters gelangen. In beiden Fällen kann der Ventilator eine hohe Gesamtmenge bewegen, während an der Ortsbrust zu wenig Frischwetter verfügbar ist.

Typische Ursachen sind:

• eine geöffnete oder beschädigte Wettertür;

• Leckagen an Wetterdämmen oder Abdichtungen;

• ein Ortslüfter, dessen Ansaugstelle nicht ausreichend mit Frischwettern versorgt wird;

• unzureichender Abstand zwischen Luttenauslass, Ausblasstelle und Ansaugstelle;

• ein falsch eingestellter Wetterregler;

• eine neue Verbindung zwischen Frischwetter- und Abwettergrubenbauen; oder

• geänderte Ventilatoreinstellungen, durch die sich die Druckverteilung im Wetternetz verschiebt.

Wetterbauwerke planmäßig betreiben und instand halten

Wetterdämme, Wettertüren, Regler, Wetterbrücken beziehungsweise Wetterkreuze, Abdichtungen und Abschlussbauwerke führen und trennen die Wetterströme. Ihr tatsächlicher Zustand ist ebenso wichtig wie die ursprüngliche Auslegung. Ein beschädigter Wetterdamm oder eine offenstehende Wettertür kann die Wetterverteilung weit über den unmittelbaren Bereich hinaus verändern. Wetterbauwerke sind im Bewetterungsplan zu kennzeichnen, regelmäßig zu prüfen und in das Änderungsmanagement einzubeziehen.^[1]

Wetterregler erfordern besondere Aufmerksamkeit. Sie verteilen Wetter durch zusätzliche Drosselung, erhöhen aber die Gesamtwettermenge nicht. Die Verstellung eines Reglers kann die Versorgung eines Bereichs verbessern, zugleich aber zusätzliche Druckverluste verursachen oder die Wettermenge in anderen Zweigen verringern. Wesentliche Änderungen sind deshalb anhand des gesamten Wetternetzes zu beurteilen und durch Messungen zu bestätigen.

Die weitere Entwicklung des Grubengebäudes berücksichtigen

Das Wetternetz verändert sich, wenn Vortriebe fortschreiten, Abbaubereiche in Betrieb genommen oder stillgelegt, Fahrwege verlegt oder Abwetterverbindungen verlängert werden. Eine Anordnung, die in der aktuellen Abbauphase ausreicht, kann nach dem Anschluss einer weiteren Sohle oder nach Verlängerung eines Luttenstrangs unzureichend werden.

Die Bewetterungsplanung sollte mindestens berücksichtigen:

• die aktuelle Betriebsstellung;

• die nächsten Erschließungs- und Abbauphasen;

• die längsten erwarteten Frischwetter- und Abwetterwege;

• den künftigen Einsatz dieselbetriebener oder elektrisch angetriebener Maschinen;

• wahrscheinliche Wärme- und Wasserverhältnisse bei größerer Teufe;

• geplante Stilllegungen, Abdämmungen und Änderungen von Wetterwegen; und

• Normalbetrieb, Teillast, Sprengarbeiten, Instandhaltung und Notfallszenarien.

Sonderbewetterung von Streckenvortrieben und Blindörtern

Mit fortschreitendem Vortrieb ist die Sonderbewetterung regelmäßig neu zu bewerten. Eine längere Luttenleitung erhöht den Widerstand und schafft zusätzliche Verbindungsstellen, an denen Leckagen entstehen können. Druckverlust und Leckage wirken jedoch auf unterschiedliche Weise.

Reibung und Einbauten erhöhen den erforderlichen Druck für eine bestimmte Wettermenge. Bei gleicher Drehzahl und gleicher Schaufelstellung verschiebt sich dadurch der Betriebspunkt am Schnittpunkt von Ventilator- und Anlagenkennlinie. Reibung „verbraucht“ in einer dichten Lutte keine Luft; ohne Leckage bleibt der Massenstrom erhalten, auch wenn sich der gemessene Volumenstrom bei veränderter Dichte unterscheiden kann.^[7][9]

Leckagen verändern dagegen das Verhältnis zwischen Ventilatorvolumenstrom und Wettermenge an der Ortsbrust. Bei blasender Bewetterung tritt ein Teil der Wetter vor dem Luttenauslass aus. Bei saugender Bewetterung wird an undichten Stellen Streckenluft in die Sauglutte eingesaugt; der Volumenstrom am Ventilator kann deshalb größer sein als die an der Ortsbrust erfasste Menge. Rezirkulation ist ein weiterer, davon getrennter Fehler: Sie verringert die Frischwetterversorgung, obwohl der Ventilator weiterhin einen hohen Gesamtvolumenstrom bewegt.^[1]

Bei der Systemprüfung sind unter anderem zu kontrollieren:

• verfügbare Frischwettermenge am Aufstellort des Ortslüfters;

• Lage des Ventilators zum Frischwetter- und Abwetterstrom;

• Luttendurchmesser, Länge, Werkstoff, Verbindungen, Bögen und Schäden;

• Abstand des Luttenauslasses beziehungsweise der Ansaugöffnung zur Ortsbrust;

• tatsächlich gelieferte Wettermenge am Auslass der Drucklutte oder erfasste Menge am Einlass der Sauglutte – nicht nur der Nennvolumenstrom des Ventilators;

• der Wetterweg außerhalb der Lutte, der den örtlichen Wetterkreis vom Frischwetter zum Abwetter schließt;

• Staub-, Gas-, Wärme- und Sprengschwadenverhältnisse;

• Auswirkungen von Maschinenbewegung und Luttenverlängerung; und

• Verriegelungen, Alarme und Maßnahmen bei Ausfall der Sonderbewetterung.

Blasende Systeme arbeiten üblicherweise mit einer Drucklutte; saugende Systeme benötigen eine Lutte, die dem Unterdruck ohne Zusammenfallen standhält. Kombinierte Systeme können in bestimmten Anwendungen Vorteile bieten, erfordern aber aufeinander abgestimmte Wettermengen und Luttenpositionen. Eine blasende Anlage darf nicht allein durch Umkehr der Motordrehrichtung als saugende Anlage betrachtet werden; Aerodynamik, Luttenausführung, Ein- und Auslauf, Regelung und Abwetterweg müssen für die vorgesehene Betriebsart geeignet sein.

Weitere Hinweise zu Ventilatoren und Lutten finden Sie auf der Seite Hilfsgrubenlüfter.

Zentrale Herausforderungen der Untertagebewetterung

Grubengase und Sprengschwaden

Die relevanten Gasgefahren hängen von Lagerstätte und Gewinnungsverfahren ab. Im Steinkohlenbergbau ist Methan eine zentrale Bewetterungsgröße. In anderen Bergwerken können Sprenggase, Kohlenstoffmonoxid, Stickoxide, Schwefelverbindungen, Radon oder prozessbedingte Gase maßgeblich sein. Der Bewetterungsplan muss wahrscheinliche Quellen, Freisetzungsraten, Messstellen, Alarmwerte, Auswetterzeiten und Freigabeverfahren berücksichtigen.^[1][2]

Nach dem Sprengen beweist das bloße Wiederanlaufen eines Ventilators nicht, dass der Arbeitsort freigegeben werden kann. Die erforderliche Auswetterzeit hängt von Menge und Lage der Sprengschwaden, Wettermenge, Weg zum Abwetter, Totzonen und Zustand der Sonderbewetterung ab. Die Wiederbefahrung richtet sich nach dem betrieblichen Verfahren und den erforderlichen Messungen der Grubenatmosphäre.

Dieselmotoremissionen (DME)

Unter Dieselmotoremissionen (DME) werden Dieselrußpartikel und gasförmige Bestandteile wie Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid zusammengefasst. Im deutschen Arbeitsschutz beschreibt die TRGS 554 die Gefährdungsbeurteilung und technische, organisatorische sowie personenbezogene Schutzmaßnahmen für Abgase von Dieselmotoren. Bewetterung ist ein wichtiger Bestandteil, ersetzt aber weder emissionsarme Motorentechnik noch Abgasnachbehandlung, Wartung und Expositionskontrolle.^[3]

Ein praxisgerechtes Schutzkonzept kann verbinden:

• ausreichende Wettermenge zur Verdünnung und Abführung der Emissionen;

• emissionsarme Motoren und geeignete Kraftstoffqualität;

• planmäßige Wartung und Emissionsprüfung;

• Partikelfilter oder andere geeignete Abgasnachbehandlung;

• Regeln für Leerlauf, Verkehr und Abstellbereiche;

• Maschinenplanung und Begrenzung gleichzeitig betriebener Dieselgeräte je Revier; und

• Arbeitsplatz- und Grubenatmosphärenmessungen.

Eine höhere Wettermenge kann die Konzentration verringern, erhöht jedoch den Energiebedarf und behebt keine Emissionen aus unzureichend gewarteten Maschinen. Wetterführung und Emissionsminderung an der Quelle sind gemeinsam zu planen.

Staubminderung

Bewetterung verdünnt und transportiert luftgetragenen Staub, erfasst ihn jedoch nicht automatisch an der Entstehungsstelle. Zu hohe Wettergeschwindigkeiten können abgelagerten Staub erneut aufwirbeln. Bohren, Schneiden, Brechen, Laden, Umschlag und Spritzbetonarbeiten können zusätzlich Wasserbedüsung, Einhausung, Nassabscheidung, Filter oder örtliche Absaugung erfordern. Für quarzhaltigen Staub beschreibt die TRGS 559 spezifische Anforderungen und Schutzmaßnahmen.^[5]

Ist eine Erfassung oder Abscheidung erforderlich, sind Erfassungsvolumenstrom, Haubenlage, Leitungswiderstand, Wasser- oder Filtersystem und der weitere Abwetterweg als eigenes Quellenabsaugsystem auszulegen. Die zugehörige Gerätekategorie finden Sie unter Entstaubungsventilatoren für Bergwerke.

Wärme und Feuchte bei großer Teufe

Wärmeeinträge entstehen durch Gebirge, Autokompression im Einziehschacht, warmes Grubenwasser, Dieselmotoren, elektrische Antriebe, Sprengarbeiten und die Beschäftigten selbst. Für Deutschland enthält die Klima-Bergverordnung Anforderungen an Temperatur- und Klimawerte, Beschäftigungszeiten, Messungen und Aufzeichnungen. Sie ist keine einheitlich für den deutschsprachigen Raum geltende Vorschrift; für österreichische, schweizerische und andere Projekte gelten die jeweiligen nationalen Regelungen.^[4]

Eine höhere Wettermenge ist nicht immer die vollständige Lösung. Sind die Frischwetter bereits warm und feucht, bleibt die Kühlwirkung begrenzt. Hohe Wettergeschwindigkeiten können zudem Staub aufwirbeln oder den Aufenthalt in Fahrwegen beeinträchtigen. Eine Klimauntersuchung kann deshalb folgende Punkte umfassen:

• Trocken- und Feuchttemperatur beziehungsweise die im Projekt vorgeschriebene Klimakenngröße;

• Feuchte und Wasserzutritte in Frischwetterwegen;

• Gebirgs- und Grubenwasserwärme;

• Maschinen- und Sprengwärme;

• Länge der Wetterwege und Autokompression;

• örtliche Kühlung, Kaltwassersysteme oder zentrale Wetterkühlung; und

• Arbeitszeit-, Pausen- und Hitzeschutzregelungen.

Veränderliche Produktion und Wetterbedarf

Der Wetterbedarf verändert sich, wenn Maschinen und Beschäftigte ihre Einsatzorte wechseln, Abbaubereiche zwischen Sohlen verlagert werden, Sprengungen stattfinden oder Vortriebe fortschreiten. Starre Einstellungen können in inaktiven Bereichen zu hohe Wettermengen liefern, während ein aktiver Vortrieb unzureichend bewettert bleibt. Eine Verringerung ohne zuverlässige Mess- und Zustandsinformationen kann jedoch Sicherheitsreserven abbauen.

Das System muss deshalb Normal- und Störzustände, Mindestwettermengen, Mess- und Alarmanforderungen sowie die Berechtigung zum Verstellen von Wetterbauwerken oder Ventilatoren eindeutig festlegen.

Energiebedarf und Systemeffizienz

Die Bewetterung gehört in vielen Untertagebetrieben zu den größten kontinuierlichen Stromverbrauchern. Der tatsächliche Anteil hängt jedoch stark von Teufe, Grubengeometrie, Maschinenpark, Klimatisierung und Betriebsweise ab; pauschale Prozentwerte sind daher keine Auslegungsgrundlage. Die deutschsprachige Fachliteratur zur bedarfsgerechten Wetterführung stellt die Systemsteuerung und die bedarfsgerechte Bereitstellung der Wettermenge als wesentliche Ansatzpunkte zur Energieeinsparung heraus.^[6]

Systemeffizienz darf nicht auf den Wirkungsgrad des Ventilators reduziert werden. Energie geht unter anderem verloren durch:

• hochwiderständige Frischwetter- oder Abwetterwege;

• unnötige Wetterregler und Drosselstellen;

• Leckagen an Wetterbauwerken oder Lutten;

• ungünstige Einlauf-, Übergangs- oder Ausblasbedingungen an Lüfterstationen;

• überhöhte Wetterversorgung in inaktiven Bereichen;

• ungeeignete Regelparameter; und

• Ventilatoren, die deutlich außerhalb des erforderlichen Betriebspunkts arbeiten.

Wettermessungen, Überwachung und Modellabgleich

Eine Auslegung oder ein Rechenmodell bleibt eine Prognose, bis Messungen unter Tage die tatsächliche Wetterverteilung und die Druckverhältnisse bestätigen. Wettermessungen erfassen den Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt; kontinuierliche Überwachung ergänzt diese Informationen zwischen den Messkampagnen.^[1][4]

Welche Größen sollten gemessen werden?

Wettergeschwindigkeit und Querschnitt. Gemeinsam ergeben sie die Wettermenge in einem Zweig oder Arbeitsbereich. Sie dienen der Prüfung der Verteilung, dem Erkennen von Wetterverlusten und der Aktualisierung des Wetternetzmodells.

Druckmessungen. Es ist festzuhalten, ob statischer oder Gesamtdruck betrachtet wird und zwischen welchen Punkten eine Druckdifferenz gemessen wurde. Zusammen mit Wetterdaten unterstützen konsistente Druckmessungen die Prüfung des Ventilatorbetriebspunkts und die Suche nach Engstellen, Leckagen oder veränderten Reglerstellungen.

Gas- und Schadstoffkonzentrationen. Messgeräte und Probenahme müssen zu den ermittelten Gefährdungen passen. Die Ergebnisse unterstützen Freigaben, Expositionsbeurteilung, Alarme, Maschinensteuerung und Maßnahmen nach Störungen.

Temperatur und Feuchte. Diese Werte dienen der Bewertung des Grubenklimas und der Wirksamkeit von Kühlmaßnahmen. Vergleiche zwischen Arbeitsorten und Betriebszuständen zeigen Teufenwärme, saisonale Einflüsse und Veränderungen der Kühlleistung.

Zustand der Ventilatoren. Zu erfassen sind unter anderem Betriebszustand, Drehzahl, Leistung, Schwingung und Lagertemperatur. So lassen sich Anlagenverschlechterungen mit Veränderungen im Wetternetz in Beziehung setzen.

Stellung von Türen, Reglern und weiteren Wetterbauwerken. Die reale Netzstellung muss mit dem Bewetterungsplan übereinstimmen. Eine veränderte Stellung kann eine unerwartete Wetterverschiebung erklären, obwohl der Ventilator unverändert arbeitet.

Messverfahren, Messstellen, Grenzwerte und Häufigkeit richten sich nach Gefährdungsbeurteilung, Bewetterungsplan und zuständigem Recht. Die Klima-Bergverordnung enthält für Deutschland beispielsweise Anforderungen an Messungen von Temperaturen und Wettergeschwindigkeiten sowie an die Dokumentation; diese Vorgaben dürfen nicht ungeprüft auf andere Länder übertragen werden.^[4]

Messqualität ist entscheidend

Typische Fehlerquellen sind ungeeignete Messquerschnitte, ungenaue Querschnittsaufnahme, Turbulenz in der Nähe von Bögen oder Türen, nicht kalibrierte Geräte, zu wenige Messpunkte und Messungen bei einer nicht dokumentierten Netzstellung. Ein brauchbarer Messdatensatz enthält Datum, Ort, Querschnitt, Verfahren, Messgerät, Betriebszustand sowie nahegelegene Wetterbauwerke oder Hindernisse.

Modell und Grubengebäude vergleichen

Weichen gemessene Wettermengen vom Modell ab, ist eine Erhöhung des Ventilatordrucks nicht automatisch die richtige Reaktion. Mögliche Ursachen sind:

• ein falsch angesetzter Wetterwiderstand;

• eine Wettertür oder ein Regler in anderer Stellung;

• Leckagen an einem Damm oder zu alten Grubenbauen;

• ein eingeengter oder verschlechterter Wetterweg;

• eine undichte oder beschädigte Luttenverbindung;

• eine neue, noch nicht im Modell erfasste Verbindung; oder

• ein Ventilator oder eine Regelung, die nicht im angenommenen Zustand arbeitet.

Das Wetternetzmodell ist anhand der Messungen zu kalibrieren und nach wesentlichen Änderungen am Grubengebäude fortzuschreiben.

Typische Warnmuster und erste Prüfungen

Die folgenden Muster sind Ausgangspunkte für die Fehlersuche, keine endgültigen Diagnosen. Die Prüfungen müssen nach den betrieblichen Verfahren und bei dokumentierter Netzstellung erfolgen. Druck-Volumenstrom-Vergleiche setzen außerdem vergleichbare Ventilatoreinstellungen, Messstellen und Luftdichten voraus.^[1][7][9]

Die Bewetterung an der Ortsbrust verschlechtert sich, obwohl der Ortslüfter scheinbar normal läuft.

Undichte oder beschädigte Lutten, ein verlängerter Luttenstrang, Querschnittseinengung, ungeeignete Lage des Luttenendes oder Rezirkulation können die gelieferte beziehungsweise erfasste Wettermenge verringern.

Volumenstrom am Ventilator und am Auslass der Drucklutte beziehungsweise am Einlass der Sauglutte unter demselben Betriebszustand vergleichen, Lutten prüfen und den örtlichen Wetterkreis vom Frischwetter zum Abwetter kontrollieren.

Die Wettermenge in einem Zweig nimmt ab, obwohl keine geplante Änderung am Ventilatorbetrieb vorgenommen wurde.

Veränderte Türen oder Regler, ein beschädigter Wetterdamm, eine neue Verbindung oder eine Einengung können die Druckverteilung verändern. Die Ursache kann in einem verbundenen Zweig liegen.

Stellungen der Wetterbauwerke prüfen, Wetterweg befahren und Wettermenge sowie Druck erneut messen. Reale Netzstellung mit dem Bewetterungsplan vergleichen.

Der Ventilatordruck steigt, während der Volumenstrom sinkt.

Bei unveränderten Ventilatoreinstellungen kann dieses Muster auf einen steigenden Anlagenwiderstand hindeuten, etwa durch eine eingedrückte oder zusammengefallene Lutte, verstopftes Gitter, beschädigtes Übergangsstück oder verschlechterten Streckenquerschnitt.

Ventilatoreinstellung, Druckdefinition und Messstellen bestätigen; Druckverlauf entlang des Wetterwegs vergleichen und Bauteile mit erhöhtem Verlust prüfen.

Der Volumenstrom steigt unerwartet, während der Ventilatordruck sinkt.

Bei vergleichbarer Ventilatoreinstellung können eine geöffnete Wettertür, ein größerer Leckageweg oder ein Wetterkurzschluss den wirksamen Anlagenwiderstand senken, ohne die am Arbeitsort verfügbare Frischwettermenge zu erhöhen.

Wetterbilanz durchführen, Wettertüren, Dämme, Abdichtungen, Regler und neue Verbindungen prüfen und feststellen, wohin die zusätzliche Wettermenge tatsächlich strömt.

Messwerte zu Gasen, Temperatur oder DME verschlechtern sich nach einer Produktionsverlagerung.

Der Wetterbedarf kann sich verlagert haben, ohne dass Wetterregler oder Betriebszustände angepasst wurden. Auch Maschinenplanung, Messqualität oder die Lage von Sensoren können sich geändert haben.

Tätigkeiten und Maschinenstandorte bestätigen, Messgeräte beziehungsweise Probenahme prüfen und die Wettermenge im betroffenen Revier messen.

Modellierte und gemessene Wettermengen weichen dauerhaft deutlich voneinander ab.

Mögliche Ursachen sind falsche Geometrie oder Widerstände, nicht erfasste Wetterbauwerke und Verbindungen, Leckagen, ungeeignete Messstellen oder Messungen bei unterschiedlichen Betriebszuständen.

Die Messung bei dokumentierter Netzstellung wiederholen, Bewetterungsplan und tatsächliches Grubengebäude abgleichen und das Modell kalibrieren, bevor der Ventilatorbetriebspunkt verändert wird.

Bedarfsgerechte Wetterführung und adaptive Regelung

Bei der bedarfsgerechten Wetterführung (Ventilation on Demand, VoD) wird die Wettermenge an tatsächliche Tätigkeiten und Umgebungsbedingungen angepasst, statt alle regelbaren Teile des Systems ständig mit einem festen Sollwert zu betreiben. Eingangsgrößen können Produktionsplan, Fahrzeug- und Personenpositionen, Gas- und Temperaturwerte, Zweigwettermengen, Druck, Stellungen der Wettertüren und Anlagenzustände sein.^[6]

Eine schrittweise Umsetzung kann folgende Stufen umfassen:

1. Zeitabhängige Regelung: vorgegebene Einstellungen für Schichten, Sprengzeiten, Instandhaltung oder Stillstandszeiten.

2. Ereignisabhängige Regelung: Anpassung, wenn Fahrzeuge ein Revier erreichen oder eine Tätigkeit beginnt.

3. Regelung mit Messwert-Rückführung: Anpassung anhand gemessener Gas-, Temperatur-, Druck- oder Wetterwerte.

4. Netzweit koordinierte Regelung: abgestimmter Betrieb von Haupt-, Zusatz- und Ortslüftern sowie Wetterreglern und Wettertüren.

Deutschsprachige Fachbeiträge beschreiben Ventilation on Demand (VoD) als Entwicklung von der geregelten Wetterführung hin zu einer bedarfsabhängigen Versorgung komplexer und tiefer werdender Grubengebäude. Die erreichbare Einsparung ist kein garantierter Pauschalwert; sie hängt von Lastwechseln, Regelbarkeit des Wetternetzes, Sensorik, Kommunikation, Inbetriebnahme und bisheriger Betriebsweise ab. ^[6]

VoD darf nicht als Erlaubnis verstanden werden, Wettermengen allein wegen scheinbar inaktiver Bereiche beliebig zu senken. Erforderlich sind:

• festgelegte Mindestwettermengen und Sicherheitsgrenzen;

• geprüfte Sensorstandorte und kalibrierte Messgeräte;

• sichere Ersatzstellungen bei Ausfall von Sensorik oder Kommunikation;

• Verriegelungen, Alarme und festgelegte Reaktionen;

• ein geprüftes Wetternetzmodell oder eine validierte Regelstrategie für verbundene Zweige;

• Berechtigungen und Verfahren für Handbetrieb; und

• der messtechnische Nachweis, dass die befohlenen Wetteränderungen unter Tage tatsächlich eintreten.

Ausfallplanung und Änderungsmanagement der Bewetterung

Die Wetterführung kann sich nach dem Stillstand eines Haupt-, Zusatz- oder Ortslüfters, einer Stromunterbrechung, einem Brand, einem beschädigten Wetterbauwerk, einer Reglerverstellung, einer neu geöffneten Verbindung oder dem Ausfall beziehungsweise der Beschädigung der Sonderbewetterung schnell verändern. Die Auswirkungen können weit über den unmittelbaren Bereich hinausreichen.

Ein standortspezifischer Maßnahmenplan sollte unter anderem behandeln:

• Stillstand von Haupt-, Zusatz- und Ortslüftern;

• Ausfall von Energieversorgung, Steuerung, Sensorik oder Kommunikation;

• Alarme bei zu niedrigem Druck oder zu geringer Wettermenge;

• Gas-, Rauch-, Temperatur- und Schadstoffalarme;

• Rückzug betroffener Personen und Stillsetzen von Betriebsmitteln;

• Bedingungen für das Wiederanfahren von Maschinen;

• Befahrung und Messung der Grubenatmosphäre vor der Freigabe;

• genehmigte vorübergehende Bewetterungsmaßnahmen; und

• Dokumentation, Untersuchung und Freigabe der Änderung.

Für Deutschland verlangt § 16 ABBergV eine ausreichende Bewetterung mit ausreichendem Sicherheitsspielraum, maschinelle Hauptbewetterung, wenn natürliche Bewetterung nicht ausreicht, die Überwachung der Hauptbewetterung sowie einen fortgeschriebenen Bewetterungsplan. Die EU-Richtlinie 92/104/EWG bildet einen übergeordneten europäischen Mindestschutzrahmen. Für Österreich, die Schweiz und andere Projektländer sind die jeweils geltenden nationalen und betrieblichen Vorschriften maßgeblich. ^[1][2]

Praktisches Vorgehen zur Bewertung eines Bewetterungssystems

1. Betriebs- und Abbauphasen festlegen. Aktuelle Grubenbaue, geplante Erschließung, Abbaubereiche, Maschineneinsatzpläne, Sprengzyklen, Instandhaltungszustände und künftige Erweiterungen erfassen.

2. Gefährdungen und Wetterkriterien bestimmen. Grubengase, Dieselmotoremissionen (DME), Staub, Sprengschwaden, Wärme, Feuchte sowie Brand- und Prozessquellen auflisten. Mindestwettermengen, Wettergeschwindigkeiten, Grenzwerte und betriebliche Kriterien prüfen.

3. Wetternetz aufnehmen. Einziehende und ausziehende Öffnungen, Zweigverbindungen, Wetterbauwerke, Sonderbewetterungen, Abdämmungen, Leckagewege, Ventilatoren und Messstellen dokumentieren.

4. Ist-Zustand messen. Wettermenge, Druck, Grubenatmosphäre und Klima bei bekannter Betriebsstellung messen. Bei Sonderbewetterung die am Auslass der Drucklutte gelieferte beziehungsweise am Einlass der Sauglutte erfasste Wettermenge prüfen.

5. Wetternetzmodell erstellen oder aktualisieren. Gemessene Druck- und Wettermengen zur Ermittlung von Zweigwiderständen und zur Kalibrierung nutzen; nicht ausschließlich auf Planquerschnitte oder angenommene Rauheiten vertrauen.

6. Alternativen untersuchen. Querschnittsverbesserungen, Leckagebeseitigung, Parallelwege, Änderungen von Wetterbauwerken, Produktionsfolge, Ventilatoreinstellungen und spätere Ausbaustufen vergleichen.

7. Ventilatoren anhand der Systemanforderungen vergleichen. Betriebspunkte für Mindest-, Normal- und Höchstlast, Dichtebezug, Einbausituation, Regelung, Verfügbarkeit sowie das Konzept für Störungen und Ausfälle festlegen. Anschließend Ventilator und Wetternetz iterativ aufeinander abstimmen.

8. Inbetriebnehmen und nachweisen. Die Leistung der installierten Anlage durch Messungen vor Ort, Alarm- und Funktionsprüfungen sowie erforderliche Werks- oder Standortabnahmen bestätigen. Weitere Informationen finden Sie auf unserer Seite zur Fertigung und Qualitätskontrolle von Grubenventilatoren.

9. Instandhalten und überprüfen. Bewetterungsplan und Modell nach wesentlichen Änderungen fortschreiben, Trends auswerten, Wetterbauwerke und Lutten prüfen und nicht erklärte Abweichungen untersuchen.

Unterschiedliche Bewetterungsschwerpunkte nach Bergwerkstyp

Untertägige Kohlebergwerke. Methan, Kohlenstaub, Selbstentzündungs- und Brandgefahr sowie Zündquellen können die Bewetterung maßgeblich bestimmen. Trennung der Wetterströme, Gasüberwachung, Explosionsschutz, Ventilatorbetrieb und Rezirkulationskontrolle müssen den bergrechtlichen Anforderungen des jeweiligen Betriebs entsprechen.^[1][2]

Untertägige Erzbergwerke. Dieselmotoremissionen, Sprengschwaden, Quarz- oder Erzstaub und Wärme bei großer Teufe stehen häufig im Vordergrund. Lange Rampen und verteilte Abbaubereiche machen Wetternetzwiderstand, Maschineneinsatz, Sonderbewetterung und die Entwicklung weiterer Sohlen zu wichtigen Planungsgrößen.^[3][4][5]

Untertägige Nichtmetall- und Salzbergwerke. Dieselmotoremissionen, Staub, Sprengschwaden und Klima bleiben wesentlich. Bei großräumigem Kammerbau oder Örter-Festenbau sind die Wetterverteilung über ausgedehnte Arbeitsbereiche, die Vermeidung von Wetterkurzschlüssen sowie der Abgleich mit Maschineneinsatz und Abbauplanung besonders zu beachten.^[4][5][10]

Diese Gegenüberstellung ist allgemein. Lagerstätte, Abbauverfahren, Teufe, Land, Genehmigung und betriebliche Gefährdungsbeurteilung bestimmen den endgültigen Bewetterungsplan.

Erforderliche Projektdaten für die Bewertung von Bewetterung und Ventilatorbetriebspunkt

Für eine belastbare Vorprüfung sollten – soweit verfügbar – folgende Angaben bereitgestellt werden:

• aktueller und geplanter Grubenriss mit Sohlen, Schächten, Portalen, Rampen, Aufhauen und Hauptstrecken;

• Lage der Frischwetter- und Abwetteröffnungen sowie vorgesehene Strömungsrichtungen;

• Querschnitte, Längen, Zustand und wesentliche Einengungen der Wetterwege;

• Betriebspunkte für Mindest-, Normal- und Höchstlast im aktuellen und künftig geplanten Betrieb;

• gemessene Wettermengen und Drücke an Hauptmessstellen und belegten Arbeitsorten einschließlich Messort und Betriebsstellung;

• Angabe, ob Volumenströme am tatsächlichen Zustand oder auf Referenzbedingungen bezogen sind und ob Druckwerte statischen Druck, Gesamtdruck oder Differenzdruck beschreiben;

• Luftdichte beziehungsweise Referenzzustand für Berechnung, Kennlinie und Abnahme;

• Teufe, Höhenlage, Temperatur, Feuchte und Grubenwasserverhältnisse;

• Abbauverfahren, Vortriebsplan und spätere Ausbaustufen;

• Art, Leistung, Anzahl, Einsatzort und Betriebszeit dieselbetriebener Maschinen;

• Gefährdungen durch Grubengase, Staub, Dieselmotoremissionen (DME), Sprengschwaden, Wärme und Prozessemissionen;

• Luttendurchmesser, Werkstoff, Länge, Bögen, Leckagezustand und erforderliche Wettermenge an der Ortsbrust;

• Typenschilddaten vorhandener Ventilatoren, Kennlinien, Drehzahl oder Schaufelstellung, Messwerte, Regelung sowie Betriebs- und Reserveanordnung;

• verfügbare Spannung, Frequenz, Anlauf- beziehungsweise Drehzahlregelung und erforderliche Schnittstellen;

• Wettertüren, Regler, Dämme, Abdichtungen, Leckagewege und weitere Wetterbauwerke;

• Messstellen, Alarmwerte und verfügbare Trenddaten; und

• einschlägige Rechtsvorschriften, Bewetterungsplan und Abnahmekriterien des Projekts.

Unvollständige Daten schließen ein erstes Gespräch nicht aus, begrenzen jedoch die Genauigkeit von Empfehlungen zu Wettermenge und Druckbedarf. Gemessene Zweigdaten und ein aktueller Bewetterungsplan sind meist aussagekräftiger als Motorleistung oder Ventilatordurchmesser allein.

Häufig gestellte Fragen zur Untertagebewetterung

Worin unterscheiden sich Bewetterungssystem und Grubenventilator?

Das Bewetterungssystem umfasst Frischwetter- und Abwetterwege, Strecken, Wetterbauwerke, Lutten, Messung, Betriebsverfahren und Ventilatoren. Ein Ventilator erzeugt die Druckerhöhung, die die Wetterströmung im System antreibt. Deshalb müssen zunächst die Systemanforderungen bestimmt und anschließend mit der gewählten Anlage abgeglichen werden.

Worin unterscheiden sich Hauptbewetterung und Sonderbewetterung?

Die Hauptbewetterung bewegt Wetter durch die übergeordneten Frischwetter- und Abwetterwege des Bergwerks. Die Sonderbewetterung versorgt Blindörter, Vortriebe und andere örtliche Bereiche, die nicht ausreichend vom Hauptwetterstrom erfasst werden. Sie benötigt ihrerseits eine ausreichende Frischwettermenge am Standort des Ortslüfters.

Warum kann die Wettermenge an der Ortsbrust deutlich kleiner sein als am Ventilator?

Bei blasender Bewetterung verringern Leckagen die Wettermenge am Luttenauslass. Bei saugender Bewetterung kann Streckenluft durch Leckagen in die Sauglutte eintreten, sodass der Ventilator mehr Luft fördert, als an der Ortsbrust erfasst wird. Reibung und Einbauten verändern den Betriebspunkt; Rezirkulation kann zusätzlich den Frischwetteranteil senken.

Löst eine höhere Ventilatordrehzahl immer das Problem einer zu geringen Wettermenge?

Nein. Einengungen, beschädigte Wetterbauwerke, Leckagen, Wetterkurzschlüsse, Rezirkulation, schlechte Verteilung oder ungeeignete Lutten können die eigentliche Ursache sein. Eine Druckerhöhung ohne Diagnose steigert möglicherweise Leistung und Geräusch, ohne die am Arbeitsort nutzbare Wettermenge wesentlich zu verbessern.

Wie häufig sollte eine Wettermessung durchgeführt werden?

Die Häufigkeit richtet sich nach Rechtsvorschrift, Bergwerkstyp, Gefährdungen, Bewetterungsplan und Änderungsrate. Zusätzlich zu vorgeschriebenen Intervallen sind Messungen nach wesentlichen Netzänderungen, unerwarteten Werten, Änderungen an Lüftern oder Wetterreglern, neuen Verbindungen und größeren Vortrieben erforderlich.

Kann Bewetterung allein die Wärme in einem tiefen Bergwerk beherrschen?

Nicht immer. Gebirgstemperatur, warmes Grubenwasser, Feuchte, Autokompression und Maschinenwärme können die mit Wetterführung erreichbare Kühlung übersteigen. Dann können örtliche Kühlung, Kaltwasser, Kälteanlagen, Entwässerungsmaßnahmen oder zentrale Wetterkühlung erforderlich sein.

Kann dasselbe Bewetterungskonzept für Kohle- und Erzbergwerke verwendet werden?

Nein. Kohlebergwerke können vor allem durch Methan, Kohlenstaub, Selbstentzündung und Explosionsschutz geprägt sein. Erz- und Nichtmetallbergwerke können stärker durch Dieselmotoremissionen, Sprengschwaden, Quarz- oder Erzstaub, Wärme und weit verteilte Grubenbaue bestimmt werden. Die Auslegung muss den tatsächlichen Gefährdungen und den geltenden Vorschriften entsprechen.

Fazit

Eine wirksame Untertagebewetterung liefert die erforderliche Wettermenge an jeden belegten Arbeitsort – nicht nur einen hohen Gesamtvolumenstrom am Ventilator. Der belastbare Ablauf besteht darin, Bedarf und Gefährdungen festzulegen, das Wetternetz zu messen und zu modellieren, vermeidbare Widerstände und Leckagen zu beseitigen, den erforderlichen Betriebsbereich zu bestimmen und Ventilator sowie Wetternetz anschließend iterativ aufeinander abzustimmen.