Schachtausbau

Als Schachtausbau bezeichnet man im Bergbau bei Schächten die seitliche Auskleidung der Schachtwand.<ref name= "Quelle 1" /> Nur wenige Schächte, die in festem Steinsalz stehen, kommen ohne Schachtausbau aus.<ref name="Quelle 9" /> Je nach Schachtform und seitlichem Gebirgsdruck werden für den Schachtausbau unterschiedliche Materialien verwendet.<ref name= "Quelle 1" />

Grundlagen

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Tübbingausbau eines Schachtes

Damit bei Schächten nicht die seitlichen Stöße hereinbrechen, müssen diese mit geeigneten Materialien ausgekleidet werden.<ref name="Quelle 9" /> Der Schachtausbau soll das Eindringen von Wasser verhindern und zusätzlich gegen den Nachfall von Gesteinsplatten schützen.<ref name="Quelle 16" /> Zudem soll der Schachtausbau einen bestimmten Widerstand gegen seitlich wirkenden Gebirgsdruck bieten.<ref name="Quelle 26" /> Der Schachtausbau dient außerdem zur Aufnahme der Einstriche und anderer Schachteinbauten.<ref name="Quelle 4" /> Die Anforderungen an das Ausbaumaterial sind bei Tagesschächten größer als bei Blindschächten.<ref name="Quelle 10" /> Der verwendete Schachtausbau beeinflusst auch wesentlich die Querschnittsform des Schachtes.<ref name="Quelle 13" /> Außerdem ist der Ausbau auch ein großer Kostenfaktor beim Abteufen des Schachtes.<ref name="Quelle 9" /> Der Ausbau der Schächte erfolgte früher mit unterschiedlichen Hölzern.<ref name="Quelle 15" /> Diese Form des Schachtausbaus aus Holz wurde bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts angewendet, man nannte dieses dann die Schachtzimmerung.<ref name= "Quelle 2" /> Das Ausschalen bzw. Auskleiden eines Schachtes mit Holz bezeichneten die Bergleute als Auszimmern.<ref name="Quelle 24" /> Später ging man dazu über Schächte mit einer Mauerung als Schachtausbau zu versehen.<ref name="Quelle 9" /> Im 20. Jahrhundert erfolgte der Ausbau entweder mit geschlossenen Gusseisen- oder Stahlsegmenten oder Stahlringen, die je nach Bedarf mit Verzug versehen und mit geeigneten Materialien hinterfüllt wurden. Heute werden bei neu erstellten Schächten die Stöße mittels Betonausbau abgesichert.<ref name="Quelle 10" /> Hierzu verwendet man oftmals auch Betonfertigteile, sogenannte Tübbinge.<ref name="Quelle 25" />

Schachtzimmerung

Die hölzerne Schachtzimmerung hat in ihrem prinzipiellen Aufbau oftmals Parallelen mit der Streckenzimmerung.<ref name="Quelle 21" /> Sie wird mit großer Genauigkeit in den Schacht eingebracht, damit die Stöße nicht einbrechen können.<ref name="Quelle 7" /> Je nach Erfordernis werden unterschiedliche Formen und Arten der Schachtzimmerung in den jeweiligen Schacht eingebaut.<ref name="Quelle 23" /> Um unsichere Bereiche im Schacht abzustützen, ist es in der Regel ausreichend eine, aus einzelnen Hölzern bestehende, einfache Zimmerung einzubringen.<ref name="Quelle 15" /> Eine einfache Form der Schachtzimmerung war die Reifenzimmerung, die jedoch in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, bei neu abgeteuften Schächten, bergbehördlich verboten wurde.<ref name= "Quelle 31" /> Klassische Schachtzimmerungen können nur in eckigen Schächten verwendet werden.<ref name="Quelle 9" /> Problematisch ist das Einbringen der Schachtzimmerung, da der Schacht von oben nach unten geteuft wird, die feste Zimmerung jedoch von unten nach oben gebaut wird.<ref name="Quelle 7" /> Damit beim Abteufen, insbesondere im lockeren Gestein, nicht die Stöße hereinbrechen, wird eine Hilfszimmerung, die sogenannte verlorene Zimmerung, eingebracht.<ref name="Quelle 15" /> Die verlorene Zimmerung ist eine Art Schalung, die aus Jochen und Kappen besteht, bei starkem Seitendruck werden die Seitenwände mit Einstrichen verspreizt.<ref name="Quelle 9" /> Die einzelnen Schachtgeviere werden mit Eckbolzen übereinander getragen.<ref name="Quelle 22" /> Bei rechteckigen Schächten werden die Joche an den kurzen und die Kappen an den langen Stößen angebracht.<ref name="Quelle 5" /> Sobald festes Gestein erreicht ist, wird die verlorene Zimmerung durch eine feste Zimmerung ersetzt.<ref name="Quelle 7" /> Zur Verstärkung der Zimmerung bei starkem Gebirgsdruck wurde eine Wandrutenzimmerung eingebracht.<ref name="Quelle 23" />

Schachtmauerung

Die Schachtmauerung wird so ähnlich eingebracht wie die Schachtzimmerung.<ref name="Quelle 8" /> Sie ruht, damit sie genügend Halt hat, auf einem festen Widerlager.<ref name="Quelle 14" /> Dabei werden Schächte mit einer Teufe von bis zu 100 Metern durchgängig und tiefere Schächte absatzweise ausgemauert.<ref name="Quelle 13" /> Bei Einbringen der Mauerung im lockeren Gestein kann zunächst kein genügend stabiles Widerlager eingebracht werden.<ref name="Quelle 9" /> Hierbei wird ein Geviere aus Eichenholz erstellt, das die genaue Schachtform hat und dessen Joche fest in Bühnlöcher gelegt sind.<ref name="Quelle 14" /> Diese Form dient bei der Mauerung als Schablone.<ref name="Quelle 13" /> Da die Schachtmauerung ebenfalls von unten nach oben gemauert wird, wird zur Sicherung der Stöße ebenfalls zunächst eine verlorene Zimmerung eingebracht, welche dann hinter der Mauerung zurückbleibt.<ref name="Quelle 14" /> Die dadurch entstehenden Zwischenräume werden mit geeigneten Materialien hinterfüllt.<ref name="Quelle 13" /> Bei rechteckigen Schächten müssen, je nachdem ob ein Schacht seiger oder tonnlägig ist, entweder alle Stöße oder nur einige gemauert werden.<ref name="Quelle 8" /> Vorteilhaft für die Schachtmauerung sind runde oder ovale Schächte, da sich hier der seitliche Gebirgsdruck gleichmäßiger auf die Mauerung verteilt.<ref name="Quelle 9" /> Für rechteckige Schächte ist die Schachtmauerung weniger geeignet, da gerade Mauern dem seitlichen Gebirgsdruck einen geringeren Widerstand leisten als runde.<ref name="Quelle 10" />

Eisenausbau

Beim Eisenausbau werden speziell geformte Ausbausegmente, die sogenannten Schachtringe, eingebracht.<ref name="Quelle 5" /> Die einzelnen Schachtringe bestehen aus Profilstahl wie z. B. U-Eisen oder gebogenen Doppel-T-Trägern.<ref name="Quelle 9" /> Jeder Schachtring besteht aus mehreren Segmenten, die mittels spezieller Laschen miteinander verschraubt werden.<ref name="Quelle 5" /> Zwischen den einzelnen Schachtringen befinden sich Abstandshalter aus U-Eisen, die mit den Ringen ebenfalls verschraubt werden.<ref name="Quelle 9" /> Hinter die Schachtringe werden Verzugsmatten eingebracht und der Zwischenraum wird hinterfüllt.<ref name="Quelle 5" /> Gegenüber der Schachtmauerung hat der Ausbau mit Eisensegmenten große Vorteile: Bei gleicher Stabilität und Festigkeit benötigt der Eisenausbau weniger Platz. Dadurch kann bei gleicher lichter Schachtweite der geteufte Schachtdurchmesser kleiner sein als bei der Schachtmauerung. Außerdem kann der Eisenausbau schon beim Teufen endgültig eingebracht werden und benötigt keine Hilfsschalungen. Auch die Einbauten wie z. B. die Einstriche lassen sich direkt an die Schachtringe schrauben und müssen nicht im Mauerwerk verankert werden. Dadurch ist der Schacht viel früher betriebsbereit. In rechteckigen Schächten wurde teilweise Eisenausbau aus Eisenbahnschienen, Doppel-T-Trägern oder auch U-Eisen verwendet.<ref name="Quelle 9" /> Die Verbindung der Ausbaue erfolgte entweder direkt oder mittels Verlaschung über Winkellaschen.<ref name= "Quelle 3" /> Nachteilig beim Eisenausbau ist die zerstörerische Auswirkung die durch Rostfraß am Ausbau, insbesondere in Schächten mit Zufluß von Wasser (Grubenwasser), entsteht.<ref name="Quelle 30" /> Durch Verzinken der Bauteile kann eine Schutzschicht gegen diese Korrosion erstellt werden.<ref name="Quelle 12" />

Betonausbau

Nachdem Beton und Stahlbeton als Baustoff im Allgemeinen Bauwesen starke Verbreitung gefunden hatte, wurde er auch Anfang des 20. Jahrhunderts als Schachtausbau eingesetzt.<ref name="Quelle 27" /> Seit den 1960er Jahren wird bei neueren Schächten, der Schachtausbau sehr oft aus Beton hergestellt.<ref name="Quelle 11" /> Diese Form des Ausbaus wird insbesondere in Bereichen mit starkem Wasserzufluss verwendet.<ref name="Quelle 12" /> Dies ist erforderlich, da an den Schachtausbau hohe Ansprüche bezüglich der Sicherheit, Präzision und der Effizienz gestellt werden. Der Schachtausbau wird hierbei mit vor Ort hergestelltem Spritzbeton oder mit fertigen Betonsegmenten, sogenannten Tübbingen, hergestellt.<ref name="Quelle 4" /> Beim Spritzbetonverfahren unterscheidet man zwei Verfahren, das Nass- und das Trockenverfahren.<ref name="Quelle 5" /> Beim Nassverfahren wird der Spritzbeton vorher schon mit Wasser vermischt und über eine Düse an die zu bearbeitende Wandung gespritzt.<ref name="Quelle 28" /> Beim Trockenverfahren wird das Wasser erst nach dem Rausspritzen aus der Düse beigegeben.<ref name="Quelle 29" /> Bei beiden Verfahren kann der Spritzvorgang sowohl manuell als auch maschinell erfolgen.<ref name="Quelle 5" /> Zur Erschließung von geothermischer Energie gibt es Schachtbauverfahren, bei denen spezielle Tübbinge verwendet werden.<ref name="DE102004054541" />

Wasserdichter Ausbau

Werden beim Abteufen von Schächten sehr wasserreiche Schichten durchteuft, so ist es in diesen Bereichen erforderlich einen wasserdichten Schachtausbau einzubauen.<ref name="Quelle 16" /> Eine Möglichkeit, den Schachtausbau in größeren Tiefen wasserdicht zu bauen ist das Einbringen einer Küvelage.<ref name="Quelle 17" /> Im 19.<ref name="Quelle 19" /> und 20. Jahrhundert wurden verschiedene Verfahren entwickelt und eingesetzt um wasserführende Schichten in Schächten abzudichten.<ref name="Quelle 18" /> Eines dieser Verfahren war das Zementierverfahren, bei dem die Abdichtung der wasserführenden Schichten mittels einer Zementsuspension, die unter hohem Druck eingebracht wurde, erfolgte.<ref name="Quelle 19" /> Das Chemische Verfahren<ref group="ANM" name="Anm. Wald 1." /> und das Shellperm-Verfahren<ref group="ANM" name="Anm. Wald 2." /> sind weitere Verfahren die zum Andíchten von wasserführenden Schichten dienen.<ref name="Quelle 18" /> In Schächten mit schimmendem Deckgebirge wendet man oft das Gefrierschachtverfahren um diese Schichten bis zum Einbau des wasserführenden Schachtausbaus zu stabilisieren.<ref name="Quelle 20" /> In modernen Schächten werden oftmals zur Abdichtung gegen Wasser Tübbinge als Schachtausbau verwendet.<ref name="Quelle 4" />

Einzelnachweise

<references responsive>

<ref name= "Quelle 1">Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. 7. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen 1988, ISBN 3-7739-0501-7.</ref> <ref name= "Quelle 2">Das Oberharzer Bergwerksmuseum: Der Schachtausbau (Memento vom 13. August 2006 im Internet Archive) (abgerufen am 8. Oktober 2012).</ref> <ref name= "Quelle 3">Emil Stöhr, Emil Treptow: Grundzüge der Bergbaukunde einschließlich der Aufbereitung. Spielhagen & Schurich Verlagsbuchhandlung, Wien 1892</ref> <ref name="Quelle 4">Horst Roschlau, Wolfram Heinze, SDAG Wismut (Hrsg.): Wissensspeicher Bergbautechnologie. 1. Auflage. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1974, S. 96–98.</ref> <ref name="Quelle 5">Ernst-Ulrich Reuther: Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage, VGE Verlag GmbH, Essen 2010, ISBN 978-3-86797-076-1, S. 281–297.</ref> <ref name="DE102004054541">Patentanmeldung DE102004054541A1: Schachtbau- und Betriebsverfahren sowie Transportsystem hierfür. Angemeldet am 8. November 2004, veröffentlicht am 11. Mai 2006, Anmelder: Stefan Reschberger.‌</ref> <ref name="Quelle 7">Charles Pierre Mathieu Combes, Carl Friedrich Alexander Hartmann: Handbuch der Bergbaukunst oder die Lehre von der Aufsuchung und Gewinnung der nutzbaren Mineralien. Erster Band, Verlag von Bernhard Friedrich Voigt, Weimar 1844, S. 276–296.</ref> <ref name="Quelle 8">Wilhelm Leo: Lehrbuch der Bergbaukunde. Für Bergschulen und zum Selbstunterricht, insbesondere für angehende Bergbeamte, Bergbau - Unternehmer, Grubenbesitzer. Mit 241 in den Text eingedruckten Abbildungen, Druck und Verlag von G Basse, Quedlinburg 1861, S. 250–254.</ref> <ref name="Quelle 9">Fritz Heise, Fritz Herbst: Lehrbuch der Bergbaukunde mit besonderer Berücksichtigung des Steinkohlenbergbaus. Zweiter Band, Fünfte vermehrte und verbesserte Auflage, Verlag von Julius Springer, Berlin 1932, S. 142–155.</ref> <ref name="Quelle 10">Carl Hellmut Fritzsche: Lehrbuch der Bergbaukunde. Mit besonderer Berücksichtigung des Steinkohlenbergbaus. Zweiter Band, zehnte, völlig neubearbeitete Auflage, mit 599 Abbildungen, Springer Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1962, S. 152–165.</ref> <ref name="Quelle 11">Thorsten Kratz: Entwicklung pneumatischer Lade- und Fördersysteme für das konventionelle Schachtabteufen. Dissertation an der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Aachen 2017, S. 81, 82.</ref> <ref name="Quelle 12">E. Siegmund: Weiterentwicklungen beim Schachtausbau. In: K. Karrier (Hrsg.) et al.: Zeitschrift für angewandte Geologie. Heft 5, Band 5, De Gruiter Verlag, 5. Mai 1959, S. 231.</ref> <ref name="Quelle 13">Fritz Heise, Fritz Herbst: Kurzer Leitfaden der Bergbaukunde. Zweite, verbesserte Auflage. Mit 341 Textfiguren, Verlag von Julius Springer, Berlin 1921, S. 133–137, 140, 141.</ref> <ref name="Quelle 14">Johann Georg Schoen: Der Tunnelbau. Vorlesungen über Tunnel-Bau an den k.k. technischen Hochschulen zu Wien und Brünn. Zweite vermehrte auflage, mit 86 in den Text gedruckten Holzschnitten; nebst Atlas, enthaltend 29 lithographirten Tafeln, Alfred Hölder, Beck'sche Universitäts-Buchhandlung, Wien 1874, S. 136–142.</ref> <ref name="Quelle 15">C. A. Sickel: Die Grubenzimmerung. Zweite Abtheilung. (Schachtzimmerung, Ausbau von Maschinenräumen und Grubenausbau in Eisen), mit neun lithographirten Tafeln, J. G. Engelhard'sche Buchhandlung (M. Isensce), Freiberg 1873, S. 1–3.</ref> <ref name="Quelle 16">CH. Demanet, C. Leybold: Der Betrieb der Steinkohlenbergwerke. Mit 475 Holzstichen. Übersetzt und mit einzelnen Anmerkungen versehen, Druck und Verlag von Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1885, S. 133–136.</ref> <ref name="Quelle 17">Fritz Heise, Fritz Herbst: Kurzer Leitfaden der Bergbaukunde. Dritte, verbesserte Auflage. Mit 386 Abbildungen im Text, Verlag von Julius Springer, Berlin 1932, S. 142.</ref> <ref name="Quelle 18">H. Waldeck: Neuzeitliche Abdichtungs- und Sicherungsarbeiten in Schächten. In: Glückauf – Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift, Jg. 74 (1938), Nr. 18 vom 7. Mai, S. 385–387, 389.</ref> <ref name="Quelle 19">Werner Arnold: Schachtbau- und Schachtbohrtechnik im deutschen Kalibergbau. In: Der Anschnitt. Nr. 52, 2000, Heft 2–3, S. 66, 68.</ref> <ref name="Quelle 20">H. Müller: Der wasserdichte Ausbau von Schächten in nicht standfesten Gebirgsschichten. In: Glückauf – Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift, Jg. 64 (1928), Nr. 6 vom 11. Februar, S. 169, 170.</ref> <ref name="Quelle 21">Christian Rehm: St. Michael - Schutzpatron der Bergknappen am Silberberg, Davos, Neueste Forschungen. Fortsetzung 3 (Schluss). In: Verein der Freunde des Bergbaues in Graubünden (Hrsg.): Der Bergknappe. Nr. 75, 20. Jahrgang, Januar 1996, S. 9.</ref> <ref name="Quelle 22">H. Banniza, F. Klockmann, A. Lengemann, A, Sympher (Hrsg.): Das Berg- und Hüttenwesen des Oberharzes. Unter Mitwirkung einer Anzahl Fachgenossen. Aus Anlass des VI. Allgemeinen deutschen Bergmannstages zu Hannover, mit 22 Tabellen, 8 in den Text gedruckten Abbildungen und 4 Karten als Beilage, Verlag von Ferdinand Enke, Stuttgart 1895, S. 145–150.</ref> <ref name="Quelle 23">Julius Dannenberg, Werner Adolf Franck (Hrsg.): Bergmännisches Wörterbuch. Verzeichnis und Erklärung der bei Bergbau – Salinenbetrieb und Aufbereitung vorkommenden technischen Ausdrücke, nach dem neuesten Stand der Wissenschaft – Technik und Gesetzgebung bearbeitet, F. U. Brockhaus, Leipzig 1882, S. 456–459.</ref> <ref name="Quelle 24">Erklärendes Wörterbuch der im Bergbau, in der Hüttenkunde und in Salinenwerken vorkommenden technischen Kunstausdrücke und Fremdwörter. Ein unentbehrliches Handbuch für Gewerke, Actionäre, Hüttenbesitzer und Freunde des Bergbau's. Auch als Ergänzung zu jedem Conversations - Lexicon zu betrachten, Verlag der Falkenberg’schen Buchhandlung, Burgsteinfurt 1869.</ref> <ref name="Quelle 25">H. Goldkuhle: Neuerungen auf dem Gebiet des Schacht- und Streckenausbaus. In: Glückauf – Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift, Jg. 52 (1916), Nr. 19 vom 6. Mai, S. 389–393.</ref> <ref name="Quelle 26">Paul Hilbig, Helmut Kratzsch, Hartmut Hoffmann: Die meßtechnische Überwachung eines absatzweise gefrorenen Schachtes. Forschungsberichte des Landes Nordrhein - Westfalen. Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Heinz Kühn und des Ministers für Wissenschaft und Forschung Johannes Rau von Leo Brandt, Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1971, ISBN 978-3-322-98901-7, S. 28–31.</ref> <ref name="Quelle 27">Schachtausbau und Versteinerungsverfahren. In: Chemisches Laboratorium für Tonindustrie und Tonindustriezeitung H. Seger & E. Cramer G.m.b.H. (Hrsg.): Tonindustrie - Zeitung und Fachblatt der Zement-, Beton-, Gips-, und Kalksteinindustrie. Nr. 50, 36. Jahrgang, I. Halbjahr 1912, Berlin NW 21, S. 709–712.</ref> <ref name="Quelle 28">Maria Thumann: Anpassung der Verarbeitungseigenschaften von Frischbetonmischungen für die Entwicklung von Spritzbetonen mit reduziertem Versinterungspotential. Dissertation an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Ruhr-Universität Bochum, Bochum 2019, S. 5, 6.</ref> <ref name="Quelle 29">Benedikt Lindlar, Markus Jahn, Jürg Schlumpf, Sika Schweiz AG (Hrsg.): Sika Spritzbeton Handbuch. Sika Schweiz AG Marketing & Kommunikation, Zürich 2025, S. 64.</ref> <ref name="Quelle 30">G. Marbach: Schachtschäden durch Korrosion. In: Glückauf – Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift, Jg. 69 (1933), Nr. 8 vom 25. Februar, S. 161–163.</ref> <ref name= "Quelle 31">Jacob Nöggerath (Hrsg.): Sammlung von Gesetzen und Verordnungen in Berg-, Hütten-, Hammer- und Steinbruchsangelegenheiten. Welche seit der Wirksamkeit des königlichen Preußisch-Rheinischen Ober-Berg-Amts erlassen worden sind und in dessen Haupt-Berg-Distrikt Gültigkeit besitzen. Bei Eduard Weber, Bonn 1836, S. 1–3.</ref>

</references>

Anmerkungen

<references group="ANM">

<ref group="ANM" name="Anm. Wald 1.">Beim Chemischen Verfahren wird zunächst eine kieselsäurehaltige, chemische Lösung ins Gebirge eingepresst. Anschließend wird eine zweite Lösung eingepresst, die mit der ersten Lösung reagiert. Daraufhin wird ein Gel abgeschieden, welches aufgrund der vorhandenen starken Oberflächenkräfte die abzudichtenden Massen verkittet. Außerdem erzeugt die Flüssigkeit in den Poren von durchlässigen Gesteinen und Sanden einen dichtenden Niederschlag. (Quelle: H. Waldeck: Neuzeitliche Abdichtungs- und Sicherungsarbeiten in Schächten.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. Wald 2.">Beim Shellperm-Verfahren wird eine Bitumenemulsion in das durchlässige Gebirge gespritzt. Diese Bitumenemulsion wird vor dem verpressen mit sogenannten Koagulatoren vermischt. Dadurch scheidet das Bitumen nach einer Zeit aus den Poren aus. Bedingt dadurch, dass das Bitumen in der Emulsion sehr fein verteilt ist, können sogar dicht gelagerte Sande damit durchtränkt werden. Nach einer gewissen Zeit ballen sich die runden Bitumenteilchen zusammen und díchten die vorher mit Luft oder Wasser gefüllten Poren im Sand oder in Gesteinsrissen ab. Bitumen ist wasserunlöslich und unempfindlich gegen Laugen. Das Shellperm-Verfahren lässt sich mit dem Zementierverfahren kombinieren. (Quelle: H. Waldeck: Neuzeitliche Abdichtungs- und Sicherungsarbeiten in Schächten.)</ref>

</references>