Grubenklima

Als Grubenklima bezeichnet man im Bergbau unter Tage die Wirkung verschiedener Klimakomponenten auf den Organismus des Menschen.<ref name="Quelle 1" /> Als einwirkende Komponenten gelten hierbei die Lufttemperatur, die Wettergeschwindigkeit und die Luftfeuchtigkeit.<ref name="Quelle 2" />

Geschichtliches

Im Jahr 1905 entdeckte Fritz Heise den Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit der Wetter auf das Grubenklima.<ref name="Quelle 9" /> Allerdings ist eine Betrachtung der einzelnen physikalischen Größen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw.) aus physiologischer Sicht nur wenig geeignet.<ref name="Quelle 3" /> Im Jahr 1920 entdeckte Heise, dass die Vergrößerung der Wettermenge, die größtmögliche Trockenheit und die niedrigste Temperatur der Wetter, sich positiv auf die Verbesserung des Grubenklimas auswirkten. Außerdem wurde ein Klimasummenmaß, das als Nasswärmegrad bezeichnet wurde, definiert. Bei der Bestimmung des Nasswärmegrades wurden jedoch nur die Wettertemperatur und die Luftfeuchtigkeit berücksichtigt, die Wettergeschwindigkeit blieb unberücksichtigt.<ref name="Quelle 9" /> Dies erfolgte erst in den 1920er Jahren durch den US-amerikanischen Arbeitsphysiologen Constantin Yaglou (1897–1960). Dieser definierte durch eine Forschung aus allen beeinflussenden Faktoren die Effektivtemperatur als Klimamaß.<ref name="Quelle 3" />

Grundlagen

Mit zunehmender Teufe werden die in das Grubengebäude einströmenden Wetter in ihrem Zustand verändert.<ref name="Quelle 10" /> Dabei verändern sich der Luftdruck und die Temperatur der Wetter. Zusätzlich kommt es, je nach örtlichen Gegebenheiten, zu einer Aufnahme von Wasserdampf.<ref name="Quelle 3" /> Alle diese Einflussfaktoren führen zu einer Verschlechterung der grubenklimatischen Bedingungen.<ref name="Quelle 4" /> Dies hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Bergleute.<ref name="Quelle 5" /> Das liegt daran, dass der Mensch sich nur in einem relativ schmalen Bereich von Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur wohl fühlt. Dieser Bereich wird in der Klimatechnik als Behaglichkeitsbereich bezeichnet.<ref name="Quelle 3" /> Der menschliche Körper erzeugt stets einen Überschuss an Wärme. Dieser Überschuss ist umso größer, je mehr körperliche Arbeit geleistet wird. Damit es nicht zu einer Gefährdung des menschlichen Organismus durch Wärmestauung im Körper kommen kann, muss der Körper die überschüssige Körperwärme an die Umgebung abgeben.<ref name="Quelle 6" /> Dies geschieht durch Wärmestrahlung, konvektiven Wärmeübergang, Wasserverdunstung der Haut und durch die Atmung.<ref name="Quelle 7" />

Die Klimafaktoren

Einer der wesentlichen Einflussfaktoren auf das Grubenklima ist die Wettertemperatur.<ref name="Quelle 3" /> Hierbei wird zwischen der Trockentemperatur und der Feuchttemperatur unterschieden.<ref name="Quelle 1" /> Die Trockentemperatur wird unter Tage von verschiedenen Einflüssen geprägt.<ref name="Quelle 3" /> Hierbei wirkt in erster Linie die Temperatur des Gebirges in den Grubenbauen auf die Lufttemperatur ein.<ref name="Quelle 5" /> Entscheidend ist hierbei die geothermische Tiefenstufe.<ref name="Quelle 3" /> Aber auch das Fördergut (z. B. die Steinkohle) hat eine höhere Temperatur, welche es an die Umgebungsluft abgibt. Dies führt dann an den betroffenen Betriebspunkten zu einer Erhöhung der Wettertemperatur.<ref name="Quelle 4" /> Aber auch Maschinen, der Betrieb von Motoren, der Sprengbetrieb und letztlich auch die Wärmeabgabe der Bergleute sind Wärmequellen, die einen Einfluss auf die Temperatur haben.<ref name="Quelle 5" /> Hohe Trockentemperaturen in Verbindung mit geringer Luftfeuchtigkeit erzeugen ein trockenwarmes Klima.<ref name="Quelle 3" /> In den einströmenden Wettern ist bereits eine gewisse Luftfeuchtigkeit vorhanden. Je nach den örtlichen Gegebenheiten kommen die Wetter aber auch zusätzlich mit Wasser in Berührung, welches aus dem Gebirge austritt oder auch anderweitig in den Grubenbauen vorhanden ist.<ref name="Quelle 5" /> Auch der verstärkte Einsatz von Maßnahmen zur nassen Staubbekämpfung führt zur Erhöhung der freien Wassermengen in den Grubenbauen.<ref name="Quelle 8" /> Von der erwärmten Luft wird nun ein Teil der Feuchtigkeit aufgenommen, dies führt zu einer Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit der Wetter.<ref name="Quelle 3" /> Durch die Feuchtigkeitsaufnahme kühlen die Wetter ab.<ref name="Quelle 5" /> Allerdings führt die hohe Luftfeuchtigkeit zu einem feuchtwarmen Klima.<ref name="Quelle 3" /> Die Trockentemperatur in Verbindung mit der Luftfeuchtigkeit und der Wettergeschwindigkeit sind die bestimmenden Faktoren für die Effektivtemperatur.<ref name="Quelle 8" />

Auswirkung auf den Menschen

Die Klimafaktoren wirken sich unterschiedlich auf den menschlichen Körper aus.<ref name="Quelle 3" /> Dies liegt daran, dass der menschliche Körper nur im begrenzten Maß von der Umgebungstemperatur stark beeinflusste Möglichkeiten zur Wärmeregulierung hat.<ref name="Quelle 7" /> So wirkt sich die Wärmeabgabe durch Strahlung an benachbarte kühlere Gegenstände nur unwesentlich aus.<ref name="Quelle 6" /> Diese Wärmeabgabe ist bis zu 33 Grad Celsius positiv, zwischen 33 und 35 Grad indifferent und über 35 Grad negativ.<ref name="Quelle 7" /> Die Wärmeabgabe durch Konvektion ist schon wesentlich effektiver.<ref name="Quelle 6" /> Diese Form der Wärmeabgabe ist von der Temperatur und der Wetterbewegung abhängig. Eine sehr große Wärmeabfuhr wird durch Wasserverdunstung über die Haut, die Lunge und die Atemwege erzielt.<ref name="Quelle 7" /> Insbesondere die Wärmeabgabe mittels Verdunstung des Schweißes spielt dabei eine große Rolle. Diese Form der Wärmeabgabe ist allerdings vom Sättigungsunterschuss der Luft und von der Wettergeschwindigkeit abhängig.<ref name="Quelle 6" /> In einem feuchtwarmen Klima kann vom menschlichen Körper weniger Wärme mittels Verdunstung an die Umgebungsluft abgegeben werden. Aus diesem Grund wird ein feuchtwarmes Klima als weniger erträglich empfunden als ein trockenwarmes Klima.<ref name="Quelle 3" />

Gegenmaßnahmen

Insbesondere bei Gruben mit Teufen über 1000 Meter ist die Effektivtemperatur so groß, dass sie, ohne Maßnahmen zur Verbesserung des Grubenklimas, an bestimmten Betriebspunkten Werte von über 32 Grad annehmen würde. An solchen Betriebspunkten ist die Arbeit für den Bergmann unzumutbar.<ref name="Quelle 8" /> Bereits im Jahr 1905 wurde das Allgemeine Berggesetz dahingehend geändert, dass bei Bergleuten, die an Betriebspunkten mit über 28 Grad arbeiteten, die tägliche Arbeitszeit maximal sechs Stunden betragen durfte.<ref name="Quelle 9" /> Durch zusätzliche Pausen, gesetzlich geregelte zulässige Beschäftigungszeiten und die Länge der Schichtzeiten wird versucht, die klimatischen Auswirkungen zu verringern. Im deutschen Bergbau werden diese Maßnahmen in der Klimabergverordnung geregelt. Auf Grundlage dieser Verordnung können auch für bestimmte klimatisch belastete Betriebspunkte Beschäftigungsverbote erlassen werden.<ref name="Quelle 3" /> Aber auch technische Maßnahmen werden zur Wetterkühlung angewendet.<ref name="Quelle 6" /> In den Golderzgruben Südafrikas wird in der Wettertechnik das Augenmerk auf die am Grubenklima beteiligten Wärmequellen gelenkt.<ref name="Quelle 3" /> Eine andere Maßnahme ist die verstärkte Kühlung der Wetter.<ref name="Quelle 8" /> Hierbei werden die Wetter mittels einer Wetterkühlmaschine abgekühlt.<ref name="Quelle 1" />

Einzelnachweise

<references> <ref name="Quelle 1"> Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage. Verlag Glückauf, Essen 1988, ISBN 3-7739-0501-7.</ref> <ref name="Quelle 2"> Herbert Drost, Thomas Kessler: DSK Bergwerk Saar Schacht Primsmulde - Zentrale Kälteanlage. In: Gussrohr-Technik. Heft 42, S. 72–77.</ref> <ref name="Quelle 3"> Ernst-Ulrich Reuther: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage. VGE Verlag, Essen 2010, ISBN 978-3-86797-076-1, S. 61–64, 635–639, 707–710.</ref> <ref name="Quelle 4"> Kommission der Europäischen Gemeinschaften: Grubengas, Grubenklima und Wetterführung im Steinkohlenbergbau der Europäischen Gemeinschaften. Informationstagung vom 4. bis 6. November 1980, Verlag Glückauf, Essen 1980, S. 352–353.</ref> <ref name="Quelle 5"> B. Stoces, B. Cernik: Bekämpfung hoher Grubentemperaturen. Mit 110 Textabbildungen und 2 Tafeln. Verlag von Julius Springer, Berlin 1931, S. 2–3, 163–164.</ref> <ref name="Quelle 6"> Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 10. Auflage. Springer Verlag, Berlin / Göttingen / Heidelberg 1961, S. 622–627.</ref> <ref name="Quelle 7"> Leo Brandt (Hrsg.), S. Schimanski: Stand und Auswertung der Forschungsarbeiten über Temperatur- und Feuchtigkeitsgrenzen bei der bergmännischen Arbeit. In: Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen. Nr. 253, Springer Fachmedien, Wiesbaden, S. 7–8.</ref> <ref name="Quelle 8"> M. Deiß, V. Döhl, D. Sauer, F. Böhle, N. Altmann: Öffentliche Maßnahmen als Bedingungen betrieblicher Aktivitäten zur menschengerechten Gestaltung des Arbeitslebens. Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen, HdA-Projekt 01 HA 086-A-V-TAP 0015, Institut für Sozialwissenschaftliche Forschung E.V., München 1980, S. 36–37.</ref> <ref name="Quelle 9"> Reinhard Wesely: Die Entwicklung der Wettertechnik und des Explosionsschutzes im frühen 20. Jahrhundert bis zum Grubenunglück auf dem Steinkohlenbergwerk Anna II in Alsdorf am 21.10.1930. In: Anna. Blatt Nr. 23, November 2005, S. 6–7.</ref> <ref name="Quelle 10"> F. Kogelheide: Die Bekämpfung hoher Wettertemperaturen durch besondere Gestaltung der Bewetterung und der Grubenräume. In: Glückauf, Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift. Verein für die bergbaulichen Interessen im Oberbergamtsbezirk Dortmund (Hrsg.), Nr. 41, 63. Jahrgang, 8. Oktober 1927, S. 1489–1497.</ref> </references>