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Kann die Wissenschaft die Arbeitssicherheit in Bergwerken verbessern?

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Letzten Herbst starben immer mehr Menschen in Bergwerken und Minen weltweit. Einige der Tragödien ereigneten sich wegen der Vernachlässigung von Sicherheitsvorschriften, die anderen sind auf Gebirgsschläge zurückzuführen. Ein Gebirgsschlag ist Zerstörung von Gesteinsschichten, was zu übermäßiger Spannung in den Gesteinen in den Bergwerken führt. Die "Forpost" Zeitung hat beschlossen, herauszufinden, ob Wissenschaftler solche Katastrophen vorhersagen und verhindern können.

Mitte September stürzte das Dach der polnischen Mine Rudyltovy ein, wodurch eine Person starb – er war mit Steinen bedeckt. Eine Woche zuvor waren mindestens 12 Bergleute bei einem Unfall in einer Marmormine im Nordwesten Pakistans ums Leben gekommen. Und in Kongo, wo der illegale Abbau von Rohstoffen eine der Hauptbeschäftigungsarten für die lokale Bevölkerung ist, konnten sich 50 junge Menschen nicht sofort aus dem Bergwerk herausfinden. Sie arbeiteten in Goldminen.

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Solche zahlreichen Opfer sind leider für viele ressourcenreiche Länder in Afrika und Asien keine Seltenheit. Selbst die dort offiziell tätigen Unternehmen achten häufig nicht ernsthaft auf die Sicherheit ihrer Mitarbeiter. Und Handwerker denken überhaupt nicht darüber nach. Viele Menschen sind bereit, für ein doppeltes oder dreifaches Gehalt in die Mine zu gehen, unabhängig von der Anzahl der Unfälle und ohne soziale und andere Garantien.

In Russland sieht natürlich alles anders aus. Die Todes- und Verletzungsraten im ganzen Land sinken, aber Unfälle, bei denen Menschen ums Leben kommen, ereignen sich regelmäßig. Nach den Ergebnissen des letzten Jahres starben 21 Menschen bei 18 solchen Unfällen. Ist es möglich, diese Ereignisse zu vermeiden oder zumindest zu minimieren?

Горный университет
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Derzeit wird es auf diesem Gebiet an der Staatlichen Bergbau-Universität Sankt Petersburg geforscht. Zum Beispiel besuchen die Wissenschaftler regelmäßig die Minen, entnehmen dort Gesteinsproben und testen sie im Labor. Gebirgsschläge werden simuliert, um das Ausmaß des Zerstörungsrisikos jeder einzelnen Mine zu messen. Und dann testen sie die Ergebnisse ihrer Forschung im Erdinneren.

"Momentan beschäftige ich mich mit den Proben der magmatischen Gesteine, die den Erzkörper umgeben. Dieses Gestein wird Urtit genannt. Ich suche nach seismischen Anzeichen potenzieller Gebirgsschläge mithilfe der Schallemissionsmethode. Ich bestimme die Kriterien, um das Risiko der Gebirgsschläge zu messen, und gebe den Spezialisten, die Gebirgsschläge vorhersagen und verhindern, entsprechende Empfehlungen. Mit diesen Spezialisten haben wir einen Vertrag unterzeichnet", erklärte Alexander Rozanow, leitender Forscher im Labor für geodynamische Sicherheit.

Розанов
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Dieses Experiment sollte bestimmen, wie gefährlich es ist, unter normalen Bedingungen im Tunnel zu sein. Wenn das Risiko eines Gebirgsschlages hoch ist, weisen Wissenschaftler der Bergbau-Universität darauf hin und begründen die Notwendigkeit einer Reihe von Vorkehrungen, z.B. Bohrung der Entspannungslöcher, d.h. Bohrlöcher, die potenzielle Gebirgsschläge von der Arbeitszone tief in das Massiv umlagern. Aber ist es wirklich möglich, einen Gebirgsschlag in der Mine anhand eines kleinen zylindrischen Gesteins vorherzusagen?

"Wir laden die Probe in eine spezielle Anlage und simulieren einen Gebirgsschlag. Gleichzeitig identifizieren akustische Sensoren Hochfrequenzsignale, die durch Hochdruck verursacht werden − das ist Knistern, das vom menschlichen Ohr nicht gehört werden kann. Diese Methode ist Schallemission. Um die Sachlage objektiv zu beurteilen und eine genaue Prognose zu erstellen, müssen etwa 10.000 solcher Signale identifiziert werden. Dann werden die Daten zusammengefasst und daraus werden bestimmte Schlussfolgerungen gezogen. Wenn wir die Verdickung von Schallemissionsquellen und die Erhöhung der Signalenergie registrieren, bedeutet dies den Beginn einer gefährlichen Phase, d.h. dies weist auf einen potenziellen Gebirgsschlag hin", sagt Alexander Rozanow.

Розанов
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Der Wissenschaftler gibt Statistiken aus einer seiner letzten Studien an. Jede fünfte Messung der Gesteine in der Mine, die keine Bodenschätze sind, deutete auf potenzielle Gefahr für Menschen und Anlagen. Nach Messungen im Erzkörper wurde solche Gefahr seltener festgestellt, und zwar nur in 6% der Fälle.

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Die Zuverlässigkeit der Experimente wird nicht nur durch die sorgfältige Arbeit des wissenschaftlichen Teams, sondern auch durch ausreichende Ausrüstung und gutes Labor garantiert. Insofern sollen wir vor allem englische Geräte mit einem Programm zur Berechnung der Koordinaten von Emissionsquellen und mit einem Datenerfassungssystem erwähnen. Um die erhaltenen Informationen zu interpretieren, entwickeln die Wissenschaftler in St. Petersburg ihre eigene Software, die die lokalen geologischen Bedingungen berücksichtigt.

"Die Methodologie der Vorhersage vom Gebirgsschlagsrisiko wurde 2018 in den kommerziellen Betrieb eingeführt. Dies war ein Resultat der Zusammenarbeit führender Spezialisten aus drei Organisationen: die Staatliche Bergbau-Universität Sankt Petersburg, das Forschungszentrum Chabarowsk – fernöstliche Vertretung der Russischen Akademie der Wissenschaften und Kirow-Abteilung der Apatit AG. Unsere Hauptaufgabe ist, eine frühzeitige, aber gleichzeitig korrekte Prognose auszuarbeiten. Dies ist natürlich nicht einfach, denn je früher eine Studie in Bezug auf ein potenzielles gefährliches Ereignis durchgeführt wird, desto weniger genau wird sie sein. Moderne Technologien ermöglichen es uns jedoch, vorauszuspielen und einen potenziellen Gebirgsschlag präzis zu identifizieren. Und dann werden die Entspannungslöcher eingesetzt, um ein gefährliches Ereignis abzuwenden. Das ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Arbeitssicherheitssystems", betonte Alexander Rozanow.

Er erinnerte, dass Forschungen auf dem Gebiet der Arbeitssicherheit im Bergbau seit über hundert Jahren an der Staatlichen Bergbau-Universität Sankt Petersburg durchgeführt werden. Und der Begründer dieser wissenschaftlichen Ausrichtung war Professor an der Bergbau-Universität Sankt Petersburg Alexander Skotschinski. Er entwickelte eine Theorie über die Bewegung von Luft und Gasen in Minen, die das Verständnis der Physik und Mechanik des komplexen Prozesses der Minenlüftung erklärte. Der Wissenschaftler stellte fest, dass die Minenlüftung unter bestimmten Bedingungen zur Staubigkeit des Luftstroms, Staubentzündung und Explosionen führt.

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Während der Forschung formulierte Skotschinski zum ersten Mal die Theorie des aerodynamischen Anti-Staub-Regimes für Minen. Moderne Ingenieure verlassen sich bei der Entwicklung von Belüftungssystemen beliebiger Komplexität für Minen unterschiedlicher Tiefe genau auf die theoretischen Grundlagen und experimentellen Ergebnisse, die von Alexander Skotschinski und seinen Schülern erreicht wurden.