Hydraulischer Felsbohrhammer für Kohlebergwerke: Sicherheits- und Auswahlregeln

Ein hydraulischer Felsbohrhammer, der in einem Kohlebergwerk eingesetzt wird, ist einer Gefahrenkategorie ausgesetzt, die bei Metallbergbau oder Tunnelbau einfach nicht zutrifft: Zündung von Methan. Der Schlagmechanismus erzeugt Wärme an der Kolbenschlagfläche und an der Schnittstelle zwischen Schaftführungsbuchse und Schaft; der hydraulische Kreislauf arbeitet mit einem Druck von 160–220 bar bei einer warmen Rücklaufölttemperatur; und falls durch einen Leckagefehler am Anschluss eine Ölnebelwolke in eine Gasansammlung gelangt, besteht unmittelbar Brandgefahr. Jede Komponentenauswahl und jedes betriebliche Verfahren im Einsatz eines hydraulischen Bohrhammers in einem Kohlebergwerk muss vor diesem Hintergrund bewertet werden – nicht nur anhand der üblichen Kriterien für Leistung und Lebensdauer.

Kohlebergwerke werden zudem nach der Gasgefahrklassifizierung – von nichtgasführend bis hochgasführend – eingeteilt, wobei entsprechende behördliche Anforderungen an die Ausrüstungsspezifikationen gelten, die je nach Rechtsordnung variieren. Die Auswahlregeln in diesem Artikel gelten speziell für hydraulische Gesteinsbohrhammer-Drifter und deren zugehörige Fluidkreisläufe innerhalb der Gerätekategorie und ersetzen keinesfalls die standortspezifische Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

Anforderungen an explosionsgeschützte Konstruktionen

Flammbeständige Hydraulikflüssigkeit ist die Basisanforderung für jeden hydraulischen Kreislauf in unterirdischen Kohlebergwerken. Standard-Mineralöl-Hydraulikflüssigkeit ist entzündlich; ein Schlauchbruch, bei dem Mineralöl auf heiße Oberflächen oder einen elektrischen Lichtbogen spritzt, stellt einen realen Zündweg dar. Wasser-in-Öl-Emulsionen (HFA-E, typischerweise 95–97 % Wasser mit Ölkonzentrat) oder Wasserglykole (HFC) sind die gängigen flammbeständigen Alternativen für unterirdische Kohlebergwerk-Schlagkreisläufe. Der Kompromiss: Beide weisen eine geringere Schmierfähigkeit als Mineralöl auf, was höhere Anforderungen an die Dichtungsmaterialien sowie an das Verschleißschutzadditivpaket der Flüssigkeit stellt.

PU-Schlagdichtungen weisen bei Wasser-in-Öl-Emulsionen mit Konzentrationen innerhalb der Spezifikation eine akzeptable Leistung auf. Wenn die Emulsionskonzentration unter 5 % Ölkonzentrat absinkt (üblicherweise das Minimum), nimmt die Schmierfähigkeit stark ab und PU-Dichtungen verschleißen schneller als ihre konstruktiv vorgesehene Lebensdauer. HNBR-Dichtungen tolerieren Schwankungen der Konzentration besser und sind daher in Betrieben bevorzugt, bei denen es schwierig ist, die exakte Emulsionskonzentration einzuhalten. Wasser-Glykol-Flüssigkeiten mit falscher Glykolkonzentration können Standard-NBR-Statikdichtungen (O-Ringe) durch Quellung angreifen – für Wasser-Glykol-Kreisläufe werden stattdessen FKM- oder HNBR-O-Ring-Compounds anstelle von Standard-NBR spezifiziert.

Gerätespezifikationen für gasbehaftete Umgebungen

Betriebssicherheit: Die drei wichtigsten Verfahren

Die Inspektion des Fluidkreislaufs vor jeder Schicht ist in einem Kohlebergwerk unverzichtbar, da ein Schlauchversagen während des Betriebs unmittelbar eine Brandgefahr darstellt. Die Inspektion umfasst: den Zustand des Schlauchs (keine Schnitte, Abrieb durch die Außenschicht oder Aufblähungen, die auf innere Beschädigung hindeuten), die Anschlüsse der Armaturen (kein Auslaufen an Gewindeverbindungen, keine Bewegung der Armaturen unter Handdruck) sowie den Flüssigkeitsstand im Tank mit Prüfung der Emulsions- oder Glykolkonzentration. Eine abgebauten Emulsion, die farblich normal erscheint, aber bei der Prüfung eine Öl-Konzentration von weniger als 5 % aufweist, stellt gleichzeitig ein Risiko für Dichtungsschäden und Zündung dar.

Die Verhinderung von Leerstößen ist im Kohlenbergbau kritischer als in anderen Anwendungen. Wenn der Bohrkopf den Kontakt zum Gestein verliert und die Schlagwirkung gegen Luft erfolgt, öffnet das Entlastungsventil des Schlaggerätes kontinuierlich, wodurch Wärme am Ventilgehäuse entsteht. In Standardanwendungen des Bergbaus und des Bauwesens stellt dies ein Wartungsproblem dar; in einer Methanatmosphäre birgt ein erhitztes Ventilgehäuse zudem ein zusätzliches Zündrisiko. Automatische Leerstoß-Abschaltsysteme – die bei Erkennung eines unbelasteten Schlages mittels Druckmusteranalyse innerhalb von 200–500 Millisekunden die Schlagwirkung unterbrechen – gehören bei gut geführten Kohlebergwerks-Bohrgerätekonfigurationen zur Standardausstattung.

Die Entlüftung und Druckentlastung des Schlagkreislaufs nach der Schicht, bevor der Bohrhammer abgetrennt wird, entfernt die unter Druck stehende feuerhemmende Flüssigkeit aus den Schlauchabschnitten, die während des Schichtwechsels am wahrscheinlichsten gestört werden. Das Abtrennen eines unter Druck stehenden Schlauchs in einem gasführenden Streckenabschnitt birgt sowohl ein Kontaminationsrisiko als auch ein Risiko von Flüssigkeitssprühbränden. Das Verfahren erfordert die Druckentlastung über den vom System vorgesehenen Sicherheitsweg und nicht durch das Lösen von Armaturen unter Druck.

Auswahlkriterien speziell für Kohlebergwerksumgebungen

Drifter-Designmerkmale zur Risikominderung im Kohlenbergwerk: geschlossener Schlagkreislauf (Rücklauföl fließt ohne atmosphärische Exposition in den Tank zurück und minimiert so Ölnebel in der Streckenatmosphäre); dichtes Gehäuse des Drehmotors mit Überdruckbarriere zum Verhindern des Eindringens von Kohlenstaub in den Lagerbereich; Frontfutter-Spülwasserkreislauf mit Rückschlagventil zum Verhindern des Rückflusses von Schlagöl in den Spülkreislauf (kontaminiertes Spülwasser in einer Kohlenstrecke stellt eine sekundäre Gefährdung dar); sowie antistatische Mantelummantelung aller Schlag- und Drehleitungen.

Dichtungssatz-Spezifikation für Kohlebergwerk-Bohrgeräte: Schlagdichtungssätze aus HNBR-Compound für die Verträglichkeit mit HFA-E- oder HFC-Flüssigkeiten, Frontspüldichtungen aus PTFE-unterstütztem Compound (chemisch inert gegenüber pH-Schwankungen im Grubenwasser) sowie alle statischen O-Ringe aus HNBR oder FKM für die Verträglichkeit mit Wasser-Glykol-Kreisläufen. Diese Compound-Spezifikationen müssen ausdrücklich in der Ausschreibungsunterlage angegeben werden und dürfen nicht einfach auf „Standard-Satz“ festgelegt werden. HOVOO liefert für alle gängigen Bohrgerät-Marken dichtungssätze, die speziell für den Einsatz im Kohlebergbau geeignet sind; die verwendeten Compound-Varianten wurden hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit HFA-E und HFC bestätigt. Vollständige Modellbezeichnungen unter hovooseal.com.