Hydraulik im Bergbau: Hydraulikstationen für den Schildausbau

Hydraulik im Bergbau sichert den Hohlraum, in dem Menschen und Maschinen arbeiten: den Streb. Für die Gewinnung von Rohstoffen wie Kohle nehmen die Abbautiefen immer weiter zu, und mit zunehmender Teufe (Tiefe) steigen die Erschwernisse: enorm hohe Temperaturen und wachsender Gebirgsdruck. Die zentrale Technik zur Beherrschung dieser Bedingungen ist der hydraulische Schildausbau, der den Streb abstützt und mit dem Abbaufortschritt nachrückt. Ein Schwerpunkt von KAMAT als weltweit marktführender Hersteller von Hydraulikstationen im Kohlebergbau ist die Entwicklung und Herstellung dieser Hydrauliksysteme mit Plungerpumpen. KAMAT-Hydraulikstationen für den Einsatz unter Tage laufen rund um den Globus, insbesondere in Hochleistungsstreben in den USA, in Australien, in China und in Indien.

Hydraulik im Bergbau, oft als Bergbauhydraulik zusammengefasst, bezeichnet die Systeme, die untertage den Schildausbau antreiben. Sie erfüllen zwei Aufgaben: Sie stützen den Hohlraum im Abbaubereich (Streb) gegen den Gebirgsdruck ab, und sie rücken Ausbau und Strebförderer mit dem Abbaufortschritt nach. Als Druckmedium dient keine Ölhydraulik, sondern eine HFA-Emulsion auf Wasserbasis, die von Hochdruck-Pumpstationen mit 350 bis 420 bar bereitgestellt wird.

Der Strebbau (international: Longwall Mining) ist bei der Gewinnung mineralischer Rohstoffe, vor allem von Steinkohle, das modernste und leistungsfähigste Abbauverfahren. Eine Gewinnungsmaschine, meist ein Walzenlader, schneidet die Kohle aus einem mehrere hundert Meter langen Abbaufeld. Der hydraulische Schildausbau dient zur Abstützung und Sicherung des Hohlraums im Abbaubereich sowie zum Rücken des Ausbaus und des Strebförderers mit dem Abbaufortschritt.

Jeder Ausbauschild besteht aus hydraulischen Stempeln (Zylindern), die den Stützdruck in die Firste, also das Gestein über dem Streb, einleiten. Die elektrohydraulische Ausbausteuerung setzt die Schilde in einer festen Sequenz: Stempel entlasten, Schild zum Abbaustoß vorziehen, Stempel wieder setzen, Förderer nachrücken. Bei modernen Hochleistungsstreben geschieht das im Sekundentakt entlang der gesamten Streblänge.

Die Energie für diese Bewegungen liefern Hydraulikstationen am Strebrand oder in der Strecke. Eine der zentralen Anforderungen besteht darin, dass die Hochdruckpumpen beziehungsweise die Hydraulikstationen den notwendigen Volumenstrom an Hydraulik-Emulsion im geforderten Druck zuverlässig und mit hoher Verfügbarkeit liefern. Fällt die Emulsionsversorgung aus, steht der gesamte Streb.

Anforderungen mit zunehmender Teufe

Neben den immer tiefer reichenden Abbaugebieten sorgen die zunehmenden Längen der Streben dafür, dass die über den Ausbau als Stützdruck in die Firste einzuleitenden Kräfte größer und größer werden. Die Folge sind steigende Hydraulikdrücke und Zylinderdurchmesser. Zunehmende Abbaugeschwindigkeit der Gewinnungsmaschinen erfordert zudem ein schnelles Rücken von Schilden und Förderer und hat deshalb hohe wechselnde Lasten im Hydrauliksystem zur Folge. Die Pumpstation muss diese Lastwechsel abfangen und den Druck stabil halten.

Im Bergbau arbeitet der Schildausbau mit HFA-Emulsion: Wasser mit bis zu 5 Prozent Additiven gegen Korrosion, Bakterien und Schaumbildung. Gegenüber der Ölhydraulik hat die Wasserhydraulik unter Tage handfeste Vorteile:

• Schwer entflammbar: HFA besteht zu mindestens 95 Prozent aus Wasser. Unter Tage, wo Methan und Kohlenstaub allgegenwärtig sind, ist das ein entscheidender Sicherheitsvorteil.
• Wirtschaftlich bei großen Volumina: Strebhydrauliksysteme enthalten mehrere tausend Liter Fluid. Wasser mit Additiven kostet einen Bruchteil von Hydrauliköl und ist einfacher zu entsorgen.
• Schnellere Steuerung: Wasser ist kaum kompressibel und niedrigviskos. Die Ausbausteuerung reagiert dadurch schneller als eine Ölhydraulik, Rohrleitungen können kleiner dimensioniert werden.
• Unkritisch bei Leckagen: Austretende Emulsion gefährdet weder Personal noch Umwelt in dem Maß wie Öl.

Das kaum schmierende, korrosive Medium stellt zugleich hohe Anforderungen an die Pumpentechnik. KAMAT-Plungerpumpen sind für den Dauerbetrieb mit HFA-Emulsion und mit reinem Wasser konstruiert; Werkstoffe und Dichtungssysteme sind auf das Medium ausgelegt.

KAMAT liefert komplette Hydraulikstationen aus dem Baukastensystem: Hochdruck-Plungerpumpen in Triplex- und Quintuplex-Bauweise mit Antrieb, Steuerung, Filtration und Überwachung, montiert auf Rahmen für Schienen, Kufen, Räder oder hängenden Transport in der Strecke.

Das Gesamtprogramm der KAMAT-Plungerpumpen reicht bis 4.000 bar, 3.000 kW und 10.000 l/min; für den Bergbau werden daraus die passenden Baugrößen konfiguriert.

Kühlung und Staubbedüsung

Servicezugang nur über den Schacht, kein Kran am Aufstellort: KAMAT-Pumpen sind auf diese Bedingungen ausgelegt. Dichtungswechsel erfolgen ohne Demontage des Pumpenkopfs, ohne Hebezeug und ohne Sonderwerkzeug. Die Pumpenköpfe sind aus geschmiedetem Edelstahl ohne Beschichtung gefertigt; damit entfällt die typische Ausfallursache abplatzender Schichten. Standardisierte Innenteile über die Baureihen halten den Ersatzteilstock klein, auch wenn mehrere Pumpengrößen im selben Bergwerk laufen.

Wartung ohne Hebezeug

Servicezugang nur über den Schacht, kein Kran am Aufstellort: KAMAT-Pumpen sind auf diese Bedingungen ausgelegt. Dichtungswechsel erfolgen ohne Demontage des Pumpenkopfs, ohne Hebezeug und ohne Sonderwerkzeug. Die Pumpenköpfe sind aus geschmiedetem Edelstahl ohne Beschichtung gefertigt; damit entfällt die typische Ausfallursache abplatzender Schichten. Standardisierte Innenteile über die Baureihen halten den Ersatzteilstock klein, auch wenn mehrere Pumpengrößen im selben Bergwerk laufen.