Wetterschacht

Bewetterung oder Grubenbewetterung steht als Begriff aus dem Bergbau ganz allgemein für technische Maßnahmen zur Versorgung von Bergwerken mit frischer Luft (siehe auch Wetter (Bergbau). Näher betrachtet lassen sich vier wesentliche Aufgaben unterscheiden:

• Zuführung frischer Luft (Frischwetter),
• Abführung verbrauchter Luft und schädlicher Gase (Abwetter),
• Verteilung der Wetter auf die verschiedenen Bereiche eines Bergwerks (Wetterführung),
• Senkung der Temperatur (in heißen Gruben).

Voraussetzung für die Zu- und Abführung von Luft ist grundsätzlich, dass das Bergwerk über (mindestens) zwei untertägig miteinander verbundene Öffnungen zur Erdoberfläche (Tagesöffnungen) verfügt: Durch die eine strömt die Luft hinein, durch die andere wieder heraus.

Bild 1: Natürlicher Wetterzug und dessen jahreszeitlicher Richtungswechsel infolge des Temperaturunterschieds zwischen Grube und Umgebung.

Bild 2: Schornstein eines Wetterofens zur Versorgung eines Bergwerks mit frischen Wettern

Bild 3: Technische Maßnahmen zur Verteilung der Wetter auf verschiedene Bereiche eines Bergwerks: a) der unbeeinflusste Wetterstrom lässt Teile eines Bergwerks unbewettert; b) durch Lenkung des Wetterstromes werden auch entlegene Bereiche des Bergwerkes mit Luft versorgt.

Durchgehende Bewetterung

Erzeugung der Wetterbewegung

Besteht zwischen Bergwerk und Umgebung eine Temperaturdifferenz und/oder herrschen an den Tagesöffnungen unterschiedliche Luftdrücke, beginnt die Luft durch das Bergwerk zu strömen und zwar umso stärker je größer die o.g. Unterschiede ausfallen. Luftdruck- und Temperaturwirkung überlagern sich dabei, sodass sie sich ergänzen oder einander entgegenwirken können. Der Einfluss des Temperaturunterschieds überwiegt in der Regel (Bild 1). Man spricht in diesem Zusammenhang vom natürlichen Wetterzug. In kleinen, oberflächennahen Bergwerken kann die durch natürlichen Zug entstehende Luftströmung durchaus für eine ausreichende Wetterversorgung genügen.

Die erforderliche Stärke eines Wetterstroms hängt von der Anzahl der unter Tage arbeitenden Personen, der Anzahl und Leistung dort eingesetzter Maschinen mit Verbrennungsmotoren sowie der aus dem Gebirge zuströmenden Menge schädlicher Gase ab. Bei den meisten Bergwerken reicht die natürliche Wetterführung im Allgemeinen nicht aus, sodass der Wetterstrom mit Hilfe technischer Maßnahmen erzeugt werden muss. Die diesem Zweck dienenden Einrichtungen werden als Wettermaschinen bezeichnet, die sowohl blasend, als auch saugend wirken können:

• Bei der blasenden Bewetterung befindet sich die Wettermaschine am Einziehschacht, wo sie die Frischwetter aus der Umgebung ansaugt und in das Bergwerk einpresst. Die Abwetter gelangen durch den Ausziehschacht ins Freie.
• Bei der saugenden Bewetterung wird die Wettermaschine am Ausziehschacht errichtet, wo sie die Wetter aus dem Bergwerk ansaugt und ins Freie bläst. Am Einziehschacht fallen die Frischwetter, dem bestehenden Druckgefälle folgend, in das Bergwerk ein.

Beispiele überlieferter Formen von Wettermaschinen sind auf den Schacht aufgesetzte Windfänge, die Luftströmungen an der Erdoberfläche ins Bergwerk lenken sollten, mit Menschen- oder Tierkraft angetriebene Blasebälge oder Wetterräder, die als Vorstufe des Grubenlüfters angesehen werden können.

Die erste wirklich leistungsfähige Wettermaschine war der erstmals zu Beginn des 18. Jahrhunderts eingesetzte Wetterofen (Bild 2). Er wirkte nach dem Prinzip der saugenden Bewetterung. Der Wetterofen wurde über dem Ausziehschacht errichtet. Die Konvektion des in ihm brennenden Feuers erzeugte einen Luftstrom, der durch Errichtung eines Kamins noch verstärkt werden konnte.

Heute werden als Wettermaschinen ausschließlich Grubenlüfter (d.h. große Ventilatoren) eingesetzt. Diese Maschinen werden in der Regel als zweistüfige Lüfter errichtet, um bei großen Teufen (Schachttiefen) die nötige Druckdifferenz bereitzustellen. Grubenlüfter können Nenndurchmesser bis zu 5 Meter bei einer elektrischen Antriebsleistung fast 5000 kW haben und gehören damit zu den größten gebauten Ventilatoren.

Verteilung der Wetter im Bergwerk

Ohne technische Maßnahmen zur Verteilung der Wetter im Bergwerk würde sich der Wetterstrom zwischen Ein- und Ausziehschacht immer entlang des Weges mit dem geringsten Strömungswiderstand bewegen. Damit die Wetterversorgung aber auch diejenigen Bereiche eines Bergwerkes erreicht, die abseits dieses Weges liegen, werden im Bergwerk sogenannte Wetterbauwerke errichtet. Im Prinzip soll ein solches Bauwerk den geringen Strömungswiderstand (Wetterwiderstand) in einem Grubenbau so weit erhöhen, dass sich der Wetterstrom aufteilt und ein bestimmter Teil der Wetter in einen abzweigenden Grubenbau strömt (Bild 3).

Je nachdem wie stark der Wetterwiderstand in dem einen Zweig erhöht werden muss, stellt diese Aufgabe unterschiedliche Anforderungen an die Konstruktion des Wetterbauwerks. Einfachere Konstruktionen sind sogenannte Wetterblenden. Das sind quer zur Strömungsrichtung eingebaute Bretterverschläge oder mit Tuch bespannte Holzrahmen, die durch mehr oder weniger große Öffnungen den Strömungsquerschnitt weniger oder stärker verengen und so den Wetterwiderstand weniger oder mehr erhöhen.

Ist die eher vollständige Trennung zweier Wetterwege gefordert, werden sogenannte Wetterschleusen errichtet. Hierbei handelt es sich um zwei weitgehend luftdichte Wände oder Mauern, die in geringem Abstand voneinander errichtet werden. Soll der Weg weiterhin für Fahrung und Materialtransport nutzbar bleiben, werden in die Wände Türen (Wettertüren) eingebaut. Die doppelte Ausführung wird gewählt, um zum einen die Dichtigkeit zu erhöhen und zum anderen dann, wenn zwischen beiden Schleusenseiten ein großer Luftdruckunterschied besteht, die Türen überhaupt öffnen zu können.

Der Vollständigkeit halber sollen im Zusammenhang mit den Wetterbauwerken die sogenannten Wetterbrücken nicht unerwähnt bleiben, deren Zweck es ist, einander kreuzende Wetterwege voneinander zu trennen.

Jede Beeinflussung des Wetterstroms an einer Stelle verändert allerdings die Verhältnisse in anderen Zweigen des Wetternetzes und erhöht den Widerstand des Gesamtsystems. Dies führt dann dazu, dass sich bei ansonsten gleichen Bedingungen der insgesamt durch das Bergwerk ziehende Wetterstrom (Volumenstrom) verringert. Technisch ausgleichen lässt sich dieser Umstand dadurch, dass man die (Unter-)Druckerzeugung des Grubenlüfters erhöht. Dies ist allerdings, wenn überhaupt, technisch nur in Grenzen möglich und kann aus mehreren Gründen problematisch sein:

• Mit Blick auf den Wirkungsgrad wird der Betrieb der Wettermaschine weniger wirtschaftlich.

• In größeren Bergwerken mit weitverzweigten Wetternetzen kann die Einrichtung zusätzlicher Wetterbauwerke irgendwann zur Überlastung der Wettermaschine führen, was sich dann im Extremfall in einem Strömungsabriss an den Ventilatorschaufeln äußert. Es ist daher wichtig, dass in einem Bergwerk die Größe des Wetternetzes der Auslegung der Wettermaschine entspricht. Um Überlastungen zu vermeiden müssen deshalb regelmäßig nicht mehr benötigte Teile eines Wetternetzes abgeworfen, d.h. vom in Betrieb befindlichen Bergwerksteil luftdicht abgetrennt werden.

• Die Vergrößerung der Druckerzeugung führt zu einer Erhöhung der Druckdifferenz zwischen Frisch- und Abwetterstrom. Mitunter reicht dann der Wetterwiderstand zwischen bestimmten Punkten im Wetternetz nicht mehr aus und es stellen sich unerwünschte Wetterströme ein. Wenn ein solcher Wetterstrom Frischwetter in den Abwetterstrom führt, ohne dass die Frischwetter zur Luftversorgung des Bergwerks beigetragen haben, spricht man von einem Kurzschluss(wetter)strom. Strömt Luft unkontrolliert in nach Abbau des Minerals verbrochene oder verfüllte Bereiche (Alter Mann) spricht man von einem Schleichwetterstrom. Letztere können vor allem in Kohlenbergwerken sehr gefährlich sein, da sie zur Selbstentzündung der noch vorhandenen Restkohle führen und damit Ursache für einen Grubenbrand sein können.

Sonderbewetterung

Bild 4: Sonderbewetterung nicht durchschlägiger Grubenbaue: a) blasend, b) saugend.

In der Auffahrung befindliche Grubenbaue müssen, weil sie noch nicht durchschlägig, d.h. erst nach einer Seite offen sind, in anderer Weise bewettert werden. Die bergmännische Fachsprache verwendet in diesem Zusammenhang den Begriff Sonderbewetterung. Dazu muss, dem Baufortschritt folgend, eine Luftleitung (Wetterlutte) mitgeführt werden, die mit einem Lüfter in der Nähe des Zugangs verbunden ist. Auch eine solche Sonderbewetterung kann blasend oder saugend betrieben werden (Bild 4):

• bei der blasenden Sonderbewetterung saugt der Lüfter frische Luft aus dem Frischwetterstrom und bläst sie in den Grubenbau hinein; die Abwetter strömen außerhalb der Lutte zum Eingang zurück.
• bei der saugenden Sonderbewetterung saugt der Lüfter die Abwetter aus dem Vortrieb und bläst sie am Eingang aus; Frischwetter strömen außerhalb der Lutte vom Eingang nach.

Zur Vermischung von Methangaskonzentration mit dem Wetterstrom werden, insbesondere in maschinellen Vortrieben, Wirbellutten eingesetzt.

Literatur

• Walter Bischoff, Heinz Bramann, Westfälische Berggewerkschaftskasse Bochum: Das kleine Bergbaulexikon. Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1988, ISBN 3-7739-0501-7
• Wilhelm Hermann, Gertrude Hermann: Die alten Zechen an der Ruhr. 4. Auflage, Verlag Karl Robert Langewiesche, Nachfolger Hans Köster KG, Königstein i. Taunus, 1994, ISBN 3-7845-6992-7
• Heinz Kundel: Kohlengewinnung. 6. Auflage, Verlag Glückauf GmbH, Essen, 1983, ISBN 3-7739-0389-8

Weblinks

• Wettertechnik und Belüftung im Berg- und Tunnelbau
• Wetterwirtschaft