Staub- und Silikosebekämpfung im Bergbau [Reprint 2022 ed.] 9783112645260

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STOÖES•JUNG S T A U B - U N D S I L I K L O S E B E K Ä M P F U N G IM B E R G B A U

STAUBUND S I L I K O S E B E K Ä M P F U N G IM BERGBAU

BOHUSLAV STOCES

HERMANN J U N G

Professor Dipl.-Ing.

Professor an der Bergakademie

Prag

Freiberg/Sa.

Mit 390 Abbildungen und 57 Tabellen

A K A D E M I E - V E R LAG

1962

- B E R L I N

© Prof. Dr. Bohuslav Stoces, Prag, 1962 Erschienen im Akademie-Verlag GmbH, Berlin W 8 , Leipziger Straße 3 — 4 Copyright 1962 by Akademie-Verlag GmbH Lizenznummer: 202 • 100/519/61 Gesamtherstellung: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg Bestellnummer: 5437 • ES 20 F 1 / 17 E

Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . 1 1.1 1.2 1.3

Einleitung Allgemeines Terminologie der durch Staub verursachten Krankheiten Zusammenstellung der benutzten Maßeinheiten

2 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11

Schädlichkeit des Staube» Bedeutung der Korngröße Bedeutung der Kornform Bedeutung der stofflichen Beschaffenheit der Staubteilchen Schädlichkeit verschiedener Staubarten Schutzstaub Wirkung des Kohlenstaubes Quarzstaub in Kohlengruben Staubgrenzwerte Radioaktiver Staub Bedeutung von Mischstäuben Schädlichkeitsgrad der Mineralgemenge

3 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11

XIII

Staubbildung Unterschied zwischen dem Staubgehalt der L u f t unter und über Tage . . . . Staubquellen in der Grube Einfluß der Mechanisierung auf die Staubmenge Einfluß der Betriebskonzentration auf die Staubmenge Einfluß der Gesteins- oder Mineralart auf die Staubmenge Einfluß der Mächtigkeit auf die Staubmenge Einfluß des Einfallens auf die Staubmenge Einfluß des Nebengesteins auf Zusammensetzung und Menge des Staubes . . . Einfluß der Bewetterung auf die Staubmenge Einfluß des Inkohlungsgrades auf die Staubmenge Einfluß der petrographischen Beschaffenheit und Lagerung der Flöze auf die Staubmenge 3.111 Zusammenhang zwischen petrographischem A u f b a u der Flözkohlen und der Schlechtenbildung 3.112 Inkohlungsgrad 3.113 Bankrechte Schlechten ( = glatte a-Schlechten)

1 1 4 5 6 6 7 8 9 11 11 12 13 17 18 20 24 24 25 26 26 26 27 28 28 29 29 29 30 30 30

VI

Inhaltsverzeichnis

3.114 „Geriefte" c-Schlechten 3.115 Tektonische Lage 3.12 Größe der Staubmengen in der Grube

31 32 32

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Physikalische Eigenschalten des Staubes Größe der Staubteilchen Gewicht der Staubteilchen verschiedenen Durchmessers Sichtbarkeit der Staubteilchen Schwebefähigkeit der Staubteilchen Transport des Staubes durch die Grubenbaue Oberflächengröße der Staubteilchen Elektrostatische Aufladung Zunahme des Staubgehaltes

37 37 38 41 41 45 46 48 49

5 5.1 5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.3 5.31 5.32 5.4 5.41 5.42 5.43 5.44 5.45 5.5

Staubmessungen und -Untersuchungen . Allgemeines . Geräte zur Messung der Schwebestaubmenge Konimeter Filtergeräte und -verfahren Gravimeter (Impinger) Thermalpräzipitator Tyndallometer Elektrostatisches Staubsammelgerät nach Prof. GAST Methoden zur Bestimmung der Korngröße des Staubes Optische Methode Sedimentationsanalyse Methoden zur Bestimmung der stofflichen Beschaffenheit des Staubes' . . . . Veraschungsmethode Mikroskopische Untersuchungen Röntgenanalyse Thermische Analyse (Differential-Thermoanalyse, DTA) . Chemische Untersuchungen Das im westdeutschen Steinkohlenbergbau gebräuchliche betriebliche Staubmeßverfahren (Routinemeßverfahren)

51 51 52 52 55 58 59 61 63 64 64 65 66 66 67 69 70 71

76 76 76 79 81 84

6.7 6.8

Mittel zur Staubverhütung und -bekämpfung Allgemeines. Grundsätzliches zur Staub Verhütung Kombinierte Staubbekämpfung Wirkungsgrad einer Staubbekämpfungsvorrichtung [213] Gesichtspunkte für die Wahl der Staubbekämpfungsmittel Einteilung der Staubbekämpfungsmaßnahmen vom Standpunkt des Betriebsingenieurs Klassische Staubbekämpfungsmaßnahmen Mechanisierung und Arbeitskonzentration als Mittel zur Silikosebekämpfung .

7 7.1 7.2

Staub Verhütung beim Bohren Allgemeines Anfallende Staubmengen

88 88 91

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

72

84 85 86

Inhaltsverzeichnis 7.3 7.4 7.5 7.51 7.52 7.521 7.522 7.53 7.54 7.55 7.6 7.61 7.62 7.63 7.631 7.632 7.633 7.634 7.635 7.636 7.636.1 7.636.2 7.636.3 7.636.4 7.636.5 7.636.6

Staubbildung S t a u b b e k ä m p f u n g mittels neuer Bohr- und Gewinnungsverfahren . . . . . Naßbohren (Wasserspülung) Anbohren Zuführen des Wassers zur Bohrlochsohle Naßbohren mit Spülröhrchen Zuführen des Wassers durch einen Spülkopf oder zentral durch die Bohrmaschine Naßbohren bei aufwärts gerichteten Bohrlöchern Zusatzeinrichtungen zur Verbesserung des Naßbohrens Wasserverbrauch beim Naßbohren Trockenbohren Allgemeines Trockenbohren mit Spiralbohrern ohne Absaugen, Wasserspülung oder Schaum Trockenabsaugverfahren Absaugen des Bohrkleins durch die Bohrstange Absaugen des Bohrkleins von der Bohrlochsohle durch ein Rohr, welches die Bohrstange umgibt u n d in das Bohrloch eingeschoben wird Absaugen des Bohrkleins am Bohrlochmund Kombination verschiedener Verfahren u n d Abführung des Staubes Erfassen, Binden u n d Unschädlichmachen des abgesaugten Staubes . . . . Anwendungsbeispiele f ü r das Trockenabsaugverfahren Trockenabsauggerät Hemscheidt-Königsborn . Hückstädtgerät Sowjetisches Trockenabsauggerät S P N 7 Staubfrei arbeitende Bohrmaschine Holman Dryductor Bohrhammer Suprham 20ZSK der F i r m a K r u p p mit zentraler Absaugung . Vorrichtung zum Absaugen am Bohrlochmund nach OTÄSEK

VII 94 98 99 99 100 100 100 108 108 109 114 114 114 115 116 117 117 120 121 122 122 124 126 127 128 128

7.636.7 B o h r s t a u b h a u b e n a c h LÖBBERT

129

7.637 7.638 7.639 7.7 7.8 7.81 7.82 7.83 7.84 7.85

131 132 134 135 140 140 142 142 143

7.86 7.87 7.88 7.9

Vorteile und Nachteile des Trockenabsaugverfahrens Staubkonzentrationen beim Naß- u n d Trockenbohren Zukunft des Trockenbohrens mit Absaugung Staubniederschlagen mit Schaum Weitere Maßnahmen zur Staub- und Silikoseverhütung beim Bohren . . . . Verwendung von Hartmetallen und scharfen Schneiden Drehbohren u n d Bohren mit Diamantbohrkronen Groß- u n d Langlochbohren Geringe Vor-Ort-Belegung beim Bohren Verminderung der ungünstigen Auswirkungen des Bohrstaubes durch Verringerung der körperlichen Arbeit beim Bohren Vermeiden schwebender Bohrlöcher Verminderung der Gesteinshärte Durchfeuchten des Gesteins Übersicht der S t a u b b e k ä m p f u n g s m a ß n a h m e n beim Bohren

8

Erfassen des Staubes in Albsetzkammern, Zyklonen und Filtern

149

8.1 8.2 8.3

Absetzkammern Zyklone Elektrofilter

149 149 151

143 146 146 147 148

VIII

Inhaltsverzeichnis

8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

Holzmehl-, Kunstfaser- und Eisenfeilspänefilter Trockenfilter nach Freund-Keienburg Schlauchfilter Membranfilter Besondere Arten von Staubabscheidern Silikose und Entstaubungsanlagen

152 153 156 156 157 159

9 9.01 9.02 9.03 9.04 9.05 9.06 9.07

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen Allgemeines Anfallende Staubmengen Grundsätzliches zur Staubbekämpfung beim Schießen Bedeutung einer gründlichen Entfernung der Schießschwaden Nebelwandverfahren Zerstäuben von Kochsalzlösung Geräte zur Bekämpfung der Schießschwaden im Mansfelder Kupferschieferbergbau Mansfeldgerät Allgemeines Anwendung der Mansfeldgeräte Schlickdüsengerät Allgemeines Anwendung des Schlickdüsengeräts Flüssigkeits- und Druckluftverbrauch des Schlickdüsengeräts Luttensprühgeräte Allgemeines Anwendung der Luttensprühgeräte Flüssigkeits- und Druckluftverbrauch der Luttensprühgeräte Beispiele der Schießschwadenbekämpfung Obligatorische Pause nach dem Schießen Bedeutung der elektrischen Aufladung der Teilchen beim Nebelwandverfahren Schutzstaubwand Zweckmäßiger Besatz als Mittel gegen die Staubbildung beim Schießen. . . Verwendung von Wasserbeuteln Trockenfilter

163 163 164 165 166 168 171

Stoßtränkverfahren Allgemeines Grundsätzliche Betrachtungen : Ansatzpunkt und Richtung der Tränklöcher Durchmesser der Tränklöcher Abstand der Tränklöcher Länge'der Tränklöcher und Lage der Abdichtung im Loch Wasserdruck Wassermenge Zuflußmenge Tränkversuche Geräte für das Stoßtränken Tränkgerät mit Spindel Automatisches Tränkrohr

195 195 197 198 199 199 200 201 202 202 203 205 206 207

9.071 9.071.1 9.071.2 9.072 9.072.1 9.072.2 9.072.3 9.073 9.073.1 9.073.2 9.073.3 9.074 9.08 9.09 9.10 9.11 9.12 9.13 10 10.1 10.2 10.21 10.22 10.23 10.24 10.25 10.26 10.27 10.3 10.4 10.41 10.42

172 172 172 174 176 176 176 176 177 177 178 178 178 180 182 186 188 194 194

Inhaltsverzeichnis

IX

10.43 10.44 10.441 10.442 10.443 10.444 10.5 10.6 10.7

Tränkschlauch Hochdruck-Tränkgeräte Impulsgerät Hochdruckgerät P a t e n t Jerusel Hausherr-Hochdruckgeräte Hochdruckpumpe Tieftränkverfahren Tränken mit Dampf Stoßtränkschießen

208 209 209 210 212 215 217 219 219

11

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

223

12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7

Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung Staubbildung beim Schrämen Staubbildung beim maschinellen Gewinnen und Laden Naßschrämen Vergleich des Stoßtränkens und des Naßschrämens Abbau mit Hobeln als Mittel zur Verminderung des Schwebestaubes Fernsteuerung als Bekämpfungsmittel Ablenkung des Staubstromes

229 229 230 231 236 236 236 236

13 13.01 13.02 13.03 13.04 13.05 13.06 13.07 13.08 13.09 13.10 13.11 13.12 13.13 13.14 13.15 13.16

Wasser als Staubbekämpfungsmittel Bespritzen und Berieseln Vorteile und Nachteile der Verwendung von Wasser zum Berieseln Verwendung von reinem Wasser Wasserzerstäubung u n d Vernebelung Theoretische Erwägungen über die Wasserzerstäubung und Vernebelung . . Düsenarten u n d deren Anwendung Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber Allgemeine Bemerkungen über die Verwendung der W a s s e r z e r s t ä u b e r . . . . Anwendung von Düsen im Mansfelder Kupferschieferbergbau Zusatz von Netz- u n d Verfestigungsmitteln zum Wasser Nebel- oder Wasser-Blenden Wasserverteilung Wasserversorgung mit transportablen Behältern Wasserzufuhr mittels Wagen Wasseraufbereitung Staubniederschlagung durch Wasser

237 237 238 239 239 240 242 245 257 258 261 261 262 263 264 264 269

14 14.1 14.2

Netzmittel Allgemeines Wirkung von Netzmitteln

270 270 274

15 15.01 15.02 15.03 15.04 15.041

Staubverhütung und -bekämpfung bei der Förderung Allgemeines Staubbekämpfung beim Laden Staubverhütung beim Fördern auf einer Böschung Staub Verhütung bei der Förderung mit R u t s c h e n , Bändern u n d Kratzförderern Vergleich von Rutschen, Bändern und Kratzförderern hinsichtlich der Staubentwicklung

276 276 277 277 278

. . . .

278

X 15.042 15.043 15.044 15.05 15.06 15.07 15.08 15.09 15.10 15.11 15.12 15.13 15.14 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 17 17.1 17.2 17.3 17.4 17.401 17.402 17.403 17.404 17.405 17.406 17.407 17.408 17.409 17.410 17.411 17.412 17.413 17.414 17.415 17.416 17.417

Inhaltsverzeichnis Staubverhütung an Bandverbindungen Absaugen des Staubes an Übergabestellen Berieseln und Vernebeln der Übergabestellen Beseitigen des bei der Förderung durch den Wetterstrom aufgewirbelten Staubes Berieselungsanlagen f ü r Förderwagen Staubbekämpfung an den Füllstellen S t a u b b e k ä m p f u n g bei der Gefäßförderung Druckluftverschlüsse an Stelle von Wettertüren Streckenabsauggeräte Unschädlichmachen des Staubes in d e n S t r e c k e n durch Auftragen einer Salzschicht (Salzstreuverfahren) Laugensprengverfahren Staubverfestigen durch Zerstäuben von Sulfitablauge Wahl zweckmäßiger Förderwagen

283 283 284 285 286 289 290 295 296 297 299 300 300

Bewetterung . . 301 Allgemeines 301 Staubverminderung durch Sedimentation 305 Sonderbewetterung 306 Abwärtsbewetterung 326 Bewetterung zweier Arbeitsstellen mit gleichem Wetterstrom 327 Bewetterung sehr langer nicht durchschlägiger Strecken 327 Staubbekämpfung im Abbau bei der Arbeit mit Gewinnungsmaschinen. Ablenkung der staubhaltigen Wetter vom Standort des Arbeiters 328 Einfluß des Grubenklimas auf die Silikose 329 Staubentwicklung beim Abbau Allgemeines S t a u b b e k ä m p f u n g beim Bergeversatz S t a u b b e k ä m p f u n g beim Bruchbau Betrachtung der wichtigsten Abbauverfahren vom S t a n d p u n k t der Staubentwicklung Strebbau . . . • Pfeilerbau Pfeilerbau bei steiler Lagerung Offener Festenbau Offener Firstenstoßbau (ohne Versatz) Offener Strossenbau (ohne Versatz) Kombinierter Firstenstoß- und Strossenbau Teilsohlen-Weitungs- oder Teilsohlen-Kammerbau Untertägiger Trichterbau Kammerbau Firstenstoß- und Kammerbau m i t Magazinierung des Haufwerks (Magazinbau) Firstenstoßbau mit Versatz Schrägbau (Firstenstoß-Schrägbau) Querbau Firstenstoßbau mit Spreizenausbau Abbau mit Rahmenzimmerung Teilsohlenbruchbau und Querbruchbau

331 331 337 341 344 344 345 345 345 346 347 347 348 349 349 350 352 352 353 353 354 355

Inhaltsverzeichnis

XI

17.418 Blockbruchbau 17.5 Projektierung von Gruben

356 357

18

Gesteinsstaub verfahren und Ultraschall

358

18.1 18.2

Gesteinsstaub verfahren Staubabscheidung mit Hilfe von Ultraschall

358 359

19

Schutzaerosole

361

19.1 19.2 19.21 19.22 19.3 19.31 19.32 19.33 19.34

Allgemeines Verwendung von Aerosolen unter Tage zur Staubkoagulation Theoretische Grundlagen ÜAUTREBANDEScher Aerosolzerstäuber Inhalation von Aerosolen oder Schutzstäuben Inhalation von Kalziumstaub Inhalation von Aluminiumstaub Inhalation von Salzaerosolen Inhalation von Elektroaerosolen

361 361 361 363 364 364 365 366 366

20

Tägliche Reinigung der Arbeitskleidung

370

21

Indirekte Maßnahmen zur Silikose Verhütung

372

21.1 21.2

Verminderung der körperlichen Anstrengung Verkürzung der Arbeitszeit

372 373

22

Staubmasken

374

22.1 22.2

Allgemeines Theoretische Grundlagen und Konstruktion der Staubmasken

374 378

23

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen . . . 382

23.1 23.2 23.3 23.4 23.5

Allgemeines S t a u b b e k ä m p f u n g beim Transport . . . S t a u b b e k ä m p f u n g beim Zerkleinern, Klassieren u n d Anreichern Beseitigung des Staubes aus dem Fördergut Entstaubungsvorrichtungen

24

Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

396

24.1 24.2 24.3

Bau der Atemwege Durchgang der Staubteilchen durch die Atmungsorgane Pathogenese u n d Klinik der Silikose

396 397 398

25

Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

410

25.1 25.2 25.3 25.4

Allgemeines 410 Faktoren, die Silikose hervorrufen können 411 Menge des sich in den Lungen ansammelnden Staubes 413 Krankheitsverlauf u n d durchschnittliche Krankheitsdauer (Beispiel f ü r ein bestimmtes Bergbaugebiet) 414 Krankheitsverlauf bei Arbeitsplatzwechsel 415 Überwachen der Belegschaft 416 Statistische Angaben über die Silikosegefährlichkeit der Grube 420

25.5 25.6 25.7

382 382 383 385 388

XII 26 26.01 26.02 26.03

Inhaltsverzeichnis

26.04 26.05 26.06 26.07 26.08 26.09 26.10 26.11

Aufgaben des Arztes bei der Silikosebekämpfung 424 Auswahl der Arbeiter f ü r silikosegefährliche Gruben 424 Ausscheiden tuberkulöser Arbeiter aus der Arbeit 425 Ständige ärztliche Überwachung der in silikosegefährlichen Gruben beschäftigten Arbeiter 425 Arbeitsplatzwechsel 426 Richtige u n d ausreichende Ernährung 427 Badegelegenheit nach Arbeitsschluß 428 Bestrahlen mit Höhensonne 428 Verabreichen von Vitamin C und D 428 Ergänzen der durch die Schweißabsonderung verlorenen Stoffe 428 E i n a t m e n von zerstäubtem Penicillin 429 Bedeutung der Tuberkulosetherapie für die Silikoseentwicklung 429

27 27.1 27.11 27.12 27.13 27.14 27.2 27.3 27.4

Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose Silikose statistisch u n d versicherungsrechtlich betrachtet Allgemeines Statistik der Silikose Wirtschaftliche Bedeutung der Silikose Silikose und bergmännisches Nachwuchsproblem Durch Silikose verursachte wirtschaftliche Verluste (Beispiel) Bedeutung der zur Staubverhütung aufgewendeten Mittel Entwicklung der Staub- u n d Silikosebekämpfung im Bergbau

28 28.1 28.2 28.21 28.22 28.23 28.24 28.3 28.4 28.5 28.6 28.7 28.8 28.9

Organisation des Staubbekämpfungsdienstes in verschiedenen Ländern Deutsche Demokratische Republik Westdeutschland Steinkohlenbergbau im Ruhrgebiet Steinkohlenbergbau im Saargebiet Erzbergbau Weitere Forschungsstellen Sowjetunion Belgien. Frankreich Großbritannien Niederlande Österreich Schweiz

430 430 430 431 438 440 440 442 443 . . . .

445 445 460 460 464 467 469 470 474 475 476 477 477 479

Literaturverzeichnis

481

Sach- und Namenverzeichnis

494

Vorwort

Die Literatur über die Verhütung und Bekämpfung der Silikose ist sehr umfangreich; die Zahl der Einzelarbeiten, in denen spezielle Probleme behandelt werden, geht in die Tausende. Es gibt jedoch keine systematische Zusammenfassung, in der alles das, was der Bergingenieur in der Praxis über diese Frage wissen muß, enthalten ist. Das vorliegende Werk soll diese Lücke ausfüllen. Da es in erster Linie für den Praktiker bestimmt ist, wird besonderes Gewicht auf die Darstellung der technischen Maßnahmen zur Staubbekämpfung im Grubenbetrieb gelegt. Auf medizinischem Gebiet wird nur soviel gebracht, wie zum Verständnis der Wirkung des Staubes auf den menschlichen Organismus notwendig ist. Auch das Kapitel über Staubmessungen und -Untersuchungen wurde verhältnismäßig kurz behandelt. Damit soll keineswegs gesagt sein, daß diese Arbeiten von untergeordneter Bedeutung sind. Sie bilden in jedem Fall die Grundlage, von der man ausgehen muß; sie sind ferner ein unerläßliches Kontrollmittel, um festzustellen, wie sich eine Staubbekämpfungsmaßnahme auswirkt. Staubmessungen werden jedoch im allgemeinen nicht vom Betriebsingenieur, sondern von einem Staubtechniker durchgeführt, der eine besondere theoretische und praktische Ausbildung auf dem Gebiet der Staubmeßtechnik erhält. Die Silikose ist die folgenschwerste Berufskrankheit. Schon im Anfangsstadium setzt sie die Leistungsfähigkeit der davon Betroffenen mehr oder weniger herab. Der silikotische Arbeiter ermüdet leichter als der gesunde, und die Ermüdung kann wieder eine mittelbare Unfallursache sein, weil die Aufmerksamkeit darunter leidet. Im fortgeschrittenen Stadium muß eine große Zahl gerade der tüchtigsten und erfahrensten Bergleute ihren Beruf aufgeben. Nicht wenigen unter ihnen bereitet die Silikose ein qualvolles Ende. Es ist deshalb verständlich, daß diese Berufskrankheit auch einen ungünstigen Einfluß auf die Neuanwerbung von Nachwuchs hat. Erwähnt sei noch, daß der Staub die Sicht verschlechtert und damit Unfälle verursachen kann; er trägt auch zum frühzeitigen Verschleiß der Maschinen bei. Bis jetzt läßt sich die Silikose durch keinerlei Medikamente heilen. So ist es Aufgabe des Technikers, durch Ausschaltung des Staubes die Entstehung dieser

XIV

Vorwort

Krankheit zu verhindern. Deshalb wird in diesem Buch auf die Darstellung der technischen Maßnahmen großer Wert gelegt. Da der Kampf gegen die Silikose von internationaler Bedeutung ist, durften die Darlegungen nicht auf die deutschen Erz- und Kohlengruben beschränkt bleiben, sondern es mußten auch die Staubbekämpfungsmaßnahmen in den Gruben des Auslandes erläutert werden. Bei der Zusammenstellung des Manuskripts sind wir von verschiedenen Seiten unterstützt worden. Die Verhältnisse im Ruhrgebiet werden von Bergrat E. A. H A H N in zwei eigenen Kapiteln („Stoßtränken" und „Die Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose") dargestellt. Auch zu anderen Kapiteln hat er Beiträge geliefert und sämtliche Kapitel mit Angaben über die Verhältnisse im Ruhrgebiet ergänzt. In diesem, auf dem europäischen Kontinent wohl wichtigsten Kohlenrevier arbeitet man schon seit Jahrzehnten sehr intensiv und mit beachtlichem Erfolg auf dem Gebiet der Staubbekämpfung. Dipl.-Ing. K A R L P A T T E I S K Y , ehem. Leiter der Forschungsstelle für Gebirgsdruck und Schlagwetterbildung der westfälischen Berggewerkschaftskasse, Bochum, lieferte ebenfalls einen Beitrag aus dem Ruhrgebiet über: „Einfluß der petrographischen Beschaffenheit und Lagerung der Flöze auf die Staubmenge", während Dr. H E I D E N R E I C H , Saarbrücken, wichtige Unterlagen hauptsächlich für das Kapitel „Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen" zur Verfügung stellte. Aus der Zeitschrift „Glückauf" haben wir die Beiträge von P A H L K E und C H A B A N und aus der „Bergbau-Rundschau" die Arbeit von Dr.-Ing. K . W A G N E R übernommen. Bergassessor K. S C H U L T E , Leiter der Hauptstelle für Staub- und Silikosebekämpfung des Steinkohlenbergbauvereins Essen, und seine Mitarbeiter, insbesondere Dipl.-Ing. VON E I C K E N , haben uns freundlicherweise auf verschiedene wichtige Fragen aufmerksam gemacht. Eine weitere sehr wertvolle Hilfe war uns auch das Buch von Dr. J A R O S L A V „Zneskodnoväni prachu v dolech (Unschädlichmachen des Grubenstaubes), das im Verlag Präce, Prag 1960, erschienen ist. Der Autor hat uns in entgegenkommender Weise gestattet, diesem Werk eine große Zahl von Abbildungen und wichtigen Angaben zu entnehmen. Die medizinischen Kapitel haben M U Dr. P. P E L N I Ü und M U Dr. P. P A C H N E R verfaßt; Prof. Dr. B R A N D T , Berlin, hat diese Kapitel einer kritischen Durchsicht unterzogen. Prof. J . G O U G H , Cardiff, und Prof. Sc. Dr. M U Dr. A. F I N G E R L A N D , Hradec Kralove, haben uns freundlicherweise einige wertvolle Abbildungen für diese Kapitel überlassen. SIMEÖEK:

Besonders hervorzuheben ist die Mitarbeit von Dr.-Ing. G. SCHRAMM, Assistent am Institut für Grubensicherheit und Arbeitsschutz an der Bergakademie Freiberg, der bei der Abfassung des Manuskriptes wertvolle Hilfe leistete, das Buch mit wichtigen Beiträgen aus seiner Praxis ergänzt und auch die Korrekturen sorg-

Vorwort

XV

fältig gelesen hat. E. SOLBBIG, technischer Mitarbeiter am gleichen Institut, hat auf die Umzeichnung der Abbildungen viel Mühe verwendet. Allen genannten Herren sprechen wir für ihre Mitarbeit unseren aufrichtigsten Dank aus. Gewiß wird es für uns alle eine Anerkennung und Genugtuung sein, wenn das Buch seinen Zweck dadurch erfüllt, daß es zur Herabsetzung des Staubgehaltes der Grubenwetter beiträgt und damit das Aufkommen neuer Silikosefälle verhütet. Weiterhin danken wir den Instituten, Firmen und Behörden für zahlreiche Auskünfte und die Überlassung von Zeichnungen und Druckstöcken. Unser Dank gebührt auch dem Verlag, der zusammen mit der Druckerei unseren Wünschen weitgehend entsprochen hat. Schließlich richten wir an die Leser die Bitte, uns durch Hinweise und Vorschläge bei der weiteren Verbesserung und Ausgestaltung des Buches behilflich zu sein. Im Frühjahr 1962 B . STOÖES

Prag

H . JUNG

Freiberg/Sa.

1 Einleitung

1.1 Allgemeines Viele Bergleute leiden an einer durch Staub verursachten Lungenkrankheit, die früher mit „Grubentuberkulose" bezeichnet wurde. Die Krankheit tritt hauptsächlich da auf, wo der eingeatmete Staub feinverteilten Quarz (Siliziumdioxyd, Si0 2 ) enthält, und wird deshalb Silikose genannt. Sie kommt oft zusammen mit der Tuberkulose vor. Der Begriff „Silikose" wurde im Jahre 1871 von dem Italiener VISCONTI eingeführt. JÖTTEN (1886 — 1958) [102], der sich Jahrzehnte mit der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Staublungenerkrankungen befaßte, definierte die Silikose folgendermaßen: „Silikose ist eine gewerbliche Staublungenerkrankung, die anatomisch auf einer durch Staub verursachten Bindegewebsvermehrung in der Lunge beruht; sie muß also allgemein als Lungenfibrose bezeichnet werden. Diffuse Fibrosen entstehen zum Beispiel durch Sillimanitstaub; die durch freie kristalline Kieselsäure verursachte knötchenförmige Fibrose mit spezifischen Granulomen stellt jedoch klinisch, anatomisch und ursächlich etwas Besonderes, nämlich die Silikose, dar." Diese Lungenerkrankung ist jedoch nicht nur auf Beschäftigte der Bergbaubetriebe beschränkt. Sie befällt beispielsweise auch Arbeiter in Quarzmühlen und in Fabriken zur Herstellung von feuerfestem Material, Kohlenverlader in den Häfen, Arbeiter in Kaolin- und Tongruben, keramischen Werken, Porzellanfabriken, Gießereien sowie beim Tunnelbau, ferner Bildhauer und Steinmetzen. Sie tritt überall dort auf, wo die Arbeit mit dem Einatmen quarzhaltigen Staubes verbunden ist. In den USA wurde im Jahre 1918 eine Liste von 150 staubgefährdeten Berufen veröffentlicht. Das hatte allerdings einen besonderen Grund: Mehrere amerikanische Bergbaukonzerne wurden von ihren Arbeitern wegen Entschädigung für die in staubigen Gruben erlittenen Gesundheitsschäden verklagt. Die Grubenbesitzer legten daraufhin die obenerwähnte Zusammenstellung vor, da sie ein Interesse daran hatten, zu ihrer Entlastung zu beweisen, daß es auch noch andere Berufe gibt, in denen der Arbeiter durch Staub Schaden erleidet und nicht entschädigt wird. Die Zahl der an Silikose Erkrankten ist in den letzten Jahren in vielen Bergbaubezirken sehr angestiegen (Abb. 1), und die durch die Silikose verursachten Todesfälle sind mancherorts drei- bis viermal höher als die Zahl der tödlichen Unfälle. Das liegt — neben einer Vielzahl anderer Gründe — wohl auch daran, daß die Ingenieure und Techniker während ihrer Ausbildung bisher nicht genügend dar1

Silikosebekämpfung

2

Einleitung

über belehrt wurden, welche Maßnahmen zur Silikose- und Staubbekämpfung zweckmäßig und notwendig sind. Wie ungenügend man in vielen Gegenden lange Zeit über die Bekämpfung der Silikose unterrichtet war, zeigt sich darin, daß noch vor einigen Jahren zur Verminderung der Explosionsgefahr von Kohlenstaub 3500 vielfach mit Gesteinsstaub bestaubt wurde, der größere Mengen Quarz enthielt. Man wollte auf der einen Seite ein Unglück vermeiden und untergrub auf der anderen die Gesundheit der Bergleute. In manchen Gebieten wurde die Silikose erst festgestellt, als man mit der systematischen Röntgenreihenuntersuchung der Arbeiter begann. Sie h a t sich stellenweise erst in den letzten Jahrzehnten stärker ausgebreitet, und zwar seitdem in größerem Ausmaße Bohrmaschinen, Abbauhämmer, Schrämmaschinen, Schüttelrutschen, Wipper und andere Maschinen benutzt werden, durch deren Betrieb die Grubenwetter weitaus mehr verstauben als früher. 52 54 Jahr Über die Entwicklung im deutschen SteinkohlenAbb. 1 a. Anzahl der entschädig- bergbau, vor allem über die Verhältnisse im Ruhrbergbau, berichtet HAHN [79]: „Die Ausbreitung ten Silikosefälle im Steinkohlender Silikose ist sicherlich zum Teil auf Änderungen revier von Pees (Ungarn) in den Jahren 1948-1958 [207b] in der bergbaulichen Arbeitsweise zurückzuführen, die sich in den letzten Jahrzehnten durch den Zwang zur Rationalisierung und Konzentration im Untertagebetrieb ergeben haben. Der Übergang von kleinen Betriebspunkten mit geringer Belegung zu Großbetrieben mit starker Belegung und großer Betriebspunktförderung hat die Staubverhältnisse in

Silikosefälle m % ä) mit Expositionsze/1 über 2 Jahre b)a//e Untertagearbeiter

Abb. I b . Anzahl der Silikosefälle bei den Untertagearbeitern im Steinkohlenrevier von Pees (Ungarn) in Abhängigkeit von der Expositionszeit [207 b]

Allgemeines

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der Grube ungünstig beeinflußt. E s ist leicht ersichtlich, daß die Staubkonzentration in einem langen u n d stark belegten Streb höher ist als in einem kurzen Streb, in dem nur wenige Hauer arbeiten. Das gilt insbesondere auch f ü r die steile Lagerung, wo früher vielfach die Einmannbelegung üblich war. Hinzu k o m m t , d a ß die Hackenleistung stark gestiegen ist, seitdem die einfache Hacke durch den Preßluft-Abbauhammer ersetzt wurde. Besonders ungünstig ist schließlich, d a ß in d e n letzten 20—25 J a h r e n immer mehr aschereiche Flöze gebaut worden sind, so d a ß der durchschnittliche Bergegehalt der Rohförderung, der damals 10—15% betrug, heute auf etwa 2 5 % — mit Spitzen von 40—45% — angestiegen ist. D a m i t ist auch der anfallende Staub immer aschereicher, also gefährlicher geworden." D a s Ansteigen der Silikosefälle ist aber auch durch die Verbesserung der Diagnose und durch Änderungen der Verordnungen bedingt. Als ernste E r k r a n k u n g t r i t t die Silikose bei den Betroffenen erst nach vielen J a h r e n in Erscheinung, da sie im Anfangsstadium keine Schmerzen oder andere Beschwerden verursacht. Die Krankheit blieb deshalb lange Zeit unbeachtet u n d fand erst größere Aufmerksamkeit, als sie sich immer mehr verbreitete u n d als m a n begann, das Krankheitsbild zu erforschen. GRAHAM u n d J O N E S [ 7 3 ] führen noch folgenden Gesichtspunkt a n : „Seitdem durch Gesetz festgelegt worden ist, daß den an Silikose leidenden Arbeitern eine Entschädigung gezahlt werden muß, stieg die Zahl der Betroffenen erheblich an, weil die Arbeiter seit dieser Zeit dem Staub größere Beachtung schenken u n d sich selbst viel mehr beobachten." Zweifellos m u ß m a n bei einer Beurteilung dieser Krankheit in erster Linie die menschliche Tragik würdigen, die sie für alle Betroffenen u n d ihre Familien m i t sich bringt. Darüber hinaus aber sind die schwerwiegenden arbeitshygienischen, sozialen und wirtschaftlichen Folgen zu berücksichtigen, die diese Krankheit zu einem bedeutenden volkswirtschaftlichen Problem werden lassen. Dabei m u ß m a n folgendes berücksichtigen: 1. den enormen Kostenaufwand, verursacht durch Heilverfahren u n d Fürsorge f ü r den Kranken, 2. die vorzeitig zu zahlende Invalidenrente, 3. die Renten an die hinterbliebenen Familienangehörigen (Näheres S.440), 4. den Umstand, daß auch die Leistung der Silikotiker sehr bald sinkt (Näheres S. 410, 414, 438), 5. daß die Krankheit vorzeitig gerade die besten u n d fleißigsten Arbeiter (s. S. 415, 438) ausscheidet, 6. daß die Silikösegefährdung auf die Werbeaktion f ü r den Nachwuchs (s. S. 440) von Einfluß ist, 7. daß mit Rücksicht auf den baldigen Abgang der Silikosekranken jährlich eine weit größers Anzahl neuer Arbeiter angelegt werden m u ß (s. S. 442), 8. d a ß den Beschäftigten wegen Gefährdung berechtigterweise höhere Löhne bzw. Staubzuschläge gezahlt werden müssen, 9. daß die schlechte Sicht in den staubhaltigen Gruben die schon ohnehin hohe Unfallzahl noch zusätzlich vergrößert (s. S. 7), 1*

4

Einleitung

10. d a ß der große S t a u b g e h a l t die Arbeitsfreudigkeit beeinträchtigt, was n i c h t u n t e r s c h ä t z t werden darf (s. S. 7) u n d schließlich 11. der U m s t a n d , d a ß die Maschinen d u r c h S t a u b Schaden erleiden (s. S.7). E s k a n n d a h e r n i c h t überraschen, d a ß h e u t e überall in der W e l t die größten Anstrengungen in medizinischer u n d technischer Hinsicht g e m a c h t werden, u m die E n t s t e h u n g der Silikose n a c h Möglichkeit zu verhindern u n d das Los der K r a n k e n zu verbessern. Die Silikose ist keine neue K r a n k h e i t ; wie m a n den Schriften von PLINIUS [166], HIPPOKRATES, CELSUS [37] u n d anderen e n t n e h m e n k a n n [174], h a b e n schon in ältesten Zeiten die Bergleute d a r a n gelitten. N a c h COLLIS (1915) [44] ist a n z u n e h m e n , d a ß bereits im Neolithikum der Bergm a n n , der Feuerstein untertägig a b b a u t e , an Silikose e r k r a n k t e . F e r n e r k o n n t e n a n zwei prähistorischen Leichen sowie an mehreren Mumien aus Ä g y p t e n m i t Sicherheit Anzeichen einer Staublungenkrankheit nachgewiesen werden — RUFFER (1921) [189] —. Die Silikose ist somit als älteste Berufskrankheit zu betrachten. CELSUS [37] beschreibt die K r a n k h e i t schon verhältnismäßig genau, insbesondere die E n t w i c k l u n g der L u n g e n k r a n k h e i t u n d der Fieberanfälle. Auch AGRÍCOLA (1494—1555) [2] beschreibt in seinem W e r k „De re metallica" die K r a n k h e i t : „ D e r Bergbau ist ein gefährlicher Beruf, weil die Bergleute m a n c h mal durch die eingeatmete L u f t getötet werden, m a n c h m a l sterben ihre L u n g e n a b . . . Manche Gruben sind sehr trocken, u n d der S t a u b dringt in die Lungen u n d in das B l u t hinein u n d verursacht Atembeschwerden, also eine K r a n k h e i t , die die Griechen A s t h m a n e n n e n . " „ I s t der S t a u b scharf", so berichtet AGRÍCOLA weiter, „ d a n n zerfrißt er die L u n g e n u n d verursacht deren E n t z ü n d u n g ; infolgedessen k a m es vor, d a ß sich in den K a r p a t e n einige F r a u e n sogar siebenmal verheirateten, d a diese fürchterliche K r a n k h e i t die Männer immer wieder vorzeitig in das G r a b gebracht h a t . " N a c h AGRÍCOLAS Angaben war schon im 16. J a h r h u n d e r t b e k a n n t , d a ß n i c h t jeder S t a u b gleich schädlich ist. Schon damals unterschied m a n zwei S t a u b a r t e n , von denen die eine als Ursache der einfachen Silikose b e t r a c h t e t wurde, w ä h r e n d die andere als Ursache der mit der Tuberkulose zusammen a u f t r e t e n d e n Silikose galt. PARACELSUS (1493 — 1541) [160] berichtet ebenfalls über die Silikose. E r spricht von einer „ B e r g s u c h t " u n d bemerkt, d a ß der angegriffene Organismus nicht mehr zu heilen ist.

1.2 Terminologie der durch Staub verursachten Krankheiten U n t e r der Bezeichnung Pneumokoniose (richtiger Pneumonokoniose) sind alle K r a n k h e i t e n zusammengefaßt, die durch E i n w i r k u n g gewisser S t a u b a r t e n auf die Lunge hervorgerufen werden. Dieses W o r t s t a m m t v o m griechischen p n e u m o n = Lunge u n d konis = S t a u b . Die Silikose ist eine d u r c h Quarzstaub hervorgerufene K r a n k h e i t ; das W o r t Silikose k o m m t von dem lateinischen W o r t silex = Kiesel. Bei dieser K r a n k h e i t t r e t e n die sogenannten Silikoseknötchen auf.

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Zusammenstellung der benutzten Maßeinheiten

Die Silikate verursachen Süilcatose. Durch V e r s t a u b u n g der Lunge m i t Kohlens t a u b e n t s t e h t die Anthrakose. Die Bezeichnung ist auf das griechische W o r t a n t h r a k o n = Kohle z u r ü c k z u f ü h r e n . Die Siderose wird d u r c h E i s e n s t a u b hervorgerufen (griechisch sideros = Eisen), der sich d u r c h O x y d a t i o n bei Anwesenheit von Wasser in E i s e n h y d r o x y d u m w a n d e l t . Aluminóse s t a m m t vom lateinischen alumen. Es h a n d e l t sich u m eine K r a n k h e i t , die d u r c h E i n a t m e n von S t a u b des Aluminiums oder dessen Legierungen e n t s t e h t . Asbestose wird d u r c h Asbestfasern verursacht. W ä h r e n d die eigentliche Silikose bei längerem E i n a t m e n von quarzreichem S t a u b e n t s t e h t , bildet sich d u r c h die meisten a n d e r e n S t a u b a r t e n die diffuse Lungenfibrose, die im allgemeinen weniger bösartig als die Silikose v e r l ä u f t . I n diesem f ü r Techniker b e s t i m m t e n B u c h werden wir jedoch die einzelnen A r t e n der S t a u b l u n g e n e r k r a n k u n g e n nicht unterscheiden, sondern ganz allgemein n u r von Silikose sprechen.

1.3 Zusammenstellung der benutzten Maßeinheiten Die Staubteilchen sind sehr klein, m a n m i ß t sie d a h e r in Mikrometern u n d m a n c h m a l auch in N a n o m e t e r n oder Ángstromeinheiten. Ein Mikrometer ist ein tausendstel, ein N.anometer ein millionstel Millimeter. Folglich werden wir folgende Maßeinheiten, die neuerdings i n t e r n a t i o n a l v e r e i n b a r t u n d im Gesetzb l a t t veröffentlicht wurden, b e n u t z e n : alte Bezeichnung 0,001 mm =

0,000001 mm = 0,0000001 mm =

1 — 1000 1 1000000

mm = 10

3

mm

mm = 10"6 mm

1 mm = 10"' mm 10000000

neue Bezeichnung

1 Mü oder Mikron u.

1 u.m (1 Mikrometer),

1 Milli-Mü mu.

1 nm (1 Nanometer),

1 Á = 1 Ängström =

0,1 nm.

r

r

v

Von der Winzigkeit eines ¡im können wir uns leicht eine Vorstellung m a c h e n , wenn wir ausrechnen, d a ß in d e m Würfel von einem Kubikmillimeter theoretisch 1 Milliarde Würfelchen von der Größe eines K u b i k m i k r o m e t e r s Platz h a b e n . Die in der L u f t e n t h a l t e n e S t a u b m e n g e (Staubgehalt der L u f t , Staubkonzentration) wird m i t der Anzahl der Staubteilchen angegeben, die in 1 cm 3 L u f t enthalten sind (T/cm 3 ), oder m i t d e m Staubgewicht in 1 m 3 L u f t (z. B. 6 mg/m 3 ). O f t werden n u r Teilchen kleiner als 5 [im berücksichtigt, weil n u r solche in die Alveolen eindringen k ö n n e n .

2 Schädlichkeit des Staubes

2.01 Bedeutung der Korngröße Heute gelten allgemein nur die Staubteilchen kleiner als 5 / 1000 mm (5 [xm) als schädlich, deshalb kommen nur diese, für die Messungen in Betracht. Darüber, welche Staubteilchen in die Lungen gelangen können, belehrt uns die Untersuchung der Lungen der an Silikose Verstorbenen. Man kann die in den Lungen abgelagerte Staubmenge sowie die Korngröße messen. Hierbei wurde festgestellt, daß in den Lungen nur Staubteilchen bis zu einer Größe von 5 fxm vorhanden sind; die überm/um Kß wiegende Zahl der Teilchen ist jedoch weitaus kleiner. n.o n.o Ausnahmsweise fand man in den Lungen auch Pars.o Diese Teilchen werden tikeln von einer Größe über 10 [xm, da die Einatmung e,o •in den langen nur veru der Teilchen auch von der Kornform abhängig ist. In einzelt vorgefunden 6.0 SA. die Lunge können zum Beispiel Asbestfasern gelangen, ** a die länger als 100 ¡xm sind. (Näheres s. S. 19.) •«Ä-ä-ä io Teiichpn dieser 1013 Die meisten der in den Lungen abgesetzten StaubGröße sind für die 0.SJS__ Silikoseentstehung teilchen haben eine Größe von 0,2 ¡xm—2 ¡xm, ins0,8 am wichtigsten. 0.7 besondere unter 1 [xm (Abb. 2). Doch finden sich Teilo.e Wahrscheinliches o,s häufiges Vorkom- chen, die kleiner als 20 Ängström ( = 2 nm = 0,002 (xm) 0,i men ist durch Abszisse oj gekennzeichnet. sind, nicht in den Lungen. Ein derart feiner Staub 0.2 0.1 wird aus den Lungen mit der durch die Lungen o.os Teilchen dieser OröHe befinden strömenden Flüssigkeit weggeschwemmt, er durch0,06 sich auch in den Lungen. Von der 0,07 unteren Grenze weifi man nichtszieht wahrscheinlich leicht die verschiedenen Gewebe 0,06 Genaues. Die ganz kleinen Teil0.05 oder löst sich schnell auf, weil die Löslichkeit der chen werden aber rasch aufgelöst o.m oder durchdringen das Gewebe. 0,03 Partikeln mit abnehmender Größe rasch zunimmt. 0.02 0.01 Im Silikoseforschungsinstitut der BergbauberufsAbb. 2. Größe der in der Lunge genossenschaft in Bochum wurde gemeinsam mit Prof. D A U T R E B A N D E die Retention des Staubes unterabgesetzten Staubteilchen sucht. Bei den Untersuchungen des Staubes wird die Menge und die Distribution in der ein- und ausgeatmeten alveolaren Luft verfolgt. Man stellte fest, daß Teilchen kleiner als 0,5 [xm mit 9 6 % retiniert werden und daß die Retention von der Anzahl und Tiefe der Atemzüge, d. h. von dem toten Raum und von dem spezifischen Gewicht des benutzten Stoffes abhängig ist. Auch wurde festgestellt, daß die Retention nicht nur von der Größe der Staubteilchen, sondern auch von der spezifischen Staubdichte abhängt. Die kritischen Korngrößenbereiche für die maximale Retention in den Alveolen sind 0,5—3 ¡xm

I

Bedeutung der Kornform

7

und kleiner als 0,5 ¡M. Im ersteren hatte das Maximum der in die Alveolen gelangenden Teilchen eine Größe unter 1 ¡j.m. Die feinsten Teilchen, die man in der Luft vorfand, waren gleich 0,01 ¡xm. Über die untere Schädlichkeitsgrenze läßt sich noch nicht diskutieren, weil darüber vom ätiologischen Standpunkt nichts Sicheres bekannt ist [172]. Im allgemeinen tritt bei der Staubbildung neben Fein- auch Grobstaub auf. Es wurde bereits erwähnt, daß Grobstaub nicht in die Lungen gelangt und sich daher dort auch nicht festsetzen kann. Daraus folgt aber nicht, daß er ganz unschädlich ist. Auch er belastet die Atmungsorgane, und tritt er zu reichlich auf, beansprucht er die Ausscheidungsorgane zu stark. Er schadet außerdem den Augen und erschwert die Sicht. In einer Grube mit guter Sicht ist auch die Zahl der Unfälle gering. Außerdem darf man auch den seelischen Zustand des Arbeiters nicht außer acht lassen; der Arbeiter soll bei der Arbeit das Gefühl haben, daß er von reiner Luft umgeben ist und daß für ihn gesorgt wird. Da eine schlechte Gemütsstimmung sich auf die Arbeitsleistung ungünstig auswirken würde, gilt es daher auch den Grobstaub zu bekämpfen. Übersteigt der Grobstaub eine gewisse Menge, so werden bei der Einatmung alle Schleimhäute derart bedeckt, daß der Feinstaub nicht mehr festgehalten werden kann und dann ungehindert in die Lungen wandert. Die mit Feinstaub beschwerte Luft strömt dann durch eine innen ausgelegte Leitung in die Lungen. Der Grobstaub beraubt den menschlichen Organismus teilweise des natürlichen Schutzes, so daß der Feinstaub nicht mehr intensiv zurückgehalten und ausgeschieden werden kann. Hier soll hauptsächlich der Einfluß des Staubes auf den menschlichen Körper behandelt werden. Es sei jedoch auch darauf aufmerksam gemacht, daß Staub, hauptsächüch Grobstaub, den Maschinen schadet, da er in die Lager eindringt. In einer staubigen Grube mit schlechter Sicht können infolge Unvorsichtigkeit auch Maschinen häufiger Schäden erleiden als in einer staubarmen ordentlich beleuchteten Grube. 2.02 Bedeutung der Kornform Früher vertrat man die Ansicht, daß scharfkantige Quarzkörnchen das Lungengewebe verletzen und dadurch die Lungen schädigen. Deshalb hat man stets die Scharfkantigkeit der Staubkörnchen betont. Heute wissen wir jedoch, daß es sich gar nicht um eine direkte Verletzung des Lungengewebes handelt, sondern um eine viel kompliziertere Wirkung, und daß den Lungen auch abgerundete Staubteilchen schaden. In Tierversuchen riefen scharfkantige Korundkörner keine silikotischen Lungenveränderungen hervor, während bei Inhalation rundlicher Quarzpartikeln Silikose auftrat. Die Kornform hat jedoch eine gewisse Bedeutung für das Eindringen der Teilchen in die Alveolen (s. S. 19).

8

Schädlichkeit des Staubes

2.03 Bedeutung der stofflichen Beschaffenheit der Staubteilchen Nicht jeder Staub ist gleich schädlich. Staub, der sich in den Lungen leicht und rasch auflöst, kann sich darin nicht festsetzen. So ist Salzstaub (Steinsalz, Kalisalz u. a.) leicht lösüch, aber auch Kalkstein, natürlich reines CaC0 3 ohne Kieseleinlagerungen, löst sich in der Lungenflüssigkeit. Wegen des Überschusses an Kohlensäure in den Lungen ist das CaC0 3 besonders leicht löslich und wird von der Lungenflüssigkeit abgeführt. Auch viele andere Stoffe, zum Beispiel Kieselsäure Verbindungen, lösen sich in den Lungen auf und zerfallen in ihre Bestandteile. Dies können wir aus den Veränderungen schließen, die diese Stoffe in der Natur durchmachen (Verwitterung); in der Lunge sind die Prozesse ähnlich. Nehmen wir zum Beispiel die am häufigsten in der Natur auftretenden gesteinsbildenden Minerale: Albit (Natronfeldspat)

Na[AlSi 3 0 8 ]

Orthoklas (Kalifeldspat)

K[AlSi 3 0 8 ]

Plagioklas (Natronkalkfeldspat) x Na[AlSi 3 0 8 ], y Ca[Al 2 Si 2 0 8 ] Glimmer (Muskovit)

(OH)2KAl2[Si3AlO10]

(Serizit ist Si0 2 -reicher) Amphibol

[Si 4 O u ] (OH) 2 R [R = (Mg, Fe) 7 oder Ca2Mg5]

Pyroxen

[Si 2 0 6 ]R [R = (Mg, Fe) 2 oder CaMg(Fe) oder (AI, Fe)Na]

Aus diesen Mineralien lösen sich in der Natur verhältnismäßig leicht durch Verwitterung (durch die chemische Wirkung schwacher Lösungen) Kalium und Natrium heraus. Sie bilden K 2 C0 3 und Na 2 C0 3 , also leicht lösliche Stoffe. In gleicher Weise lösen sich Kalzium, Eisen und Magnesium und bilden CaC0 3 , FeC0 3 und MgC0 3 , gleichfalls lösliche Stoffe. Aluminium und Silizium treten beim Zerfall zuerst in Ionenform auf. Auf diese Weise können wir uns erklären, warum Silikate, auch solche, die sehr viel Kieselsäure enthalten, sich in den Lungen nicht absetzen, sondern aus den Lungen herausgespült werden und daher nur eine relativ schwach silikogene Wirkung haben. Dagegen ist der Quarz fast unlöslich und bleibt deswegen sehr lange in der Lunge. Kieselsäure-Gel — das ist amorph vorkommende Kieselsäure — wirkt vorwiegend toxisch. Von Bedeutung ist vielleicht auch, ob der Staub frisch oder alt ist und ob es sich um zertrümmerte Kristalle mit viel freien Valenzen an den frischen Bruchstellen handelt (s. Bemerkung S. 18). Durch Versuche wurde jedoch festgestellt, daß auch gealterter Quarzstaub silikogen wirkt.

Schädlichkeit verschiedener Staubarten

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2.04 Schädlichkeit verschiedener Stauharten Der Staub kann je nach seiner Wirkung auf den menschlichen Organismus inert sein, falls er keine oder nur eine geringe schädliche Wirkung hat, er kann aber auch biologisch aktiv sein, und zwar entweder giftig (toxisch), allergisch (reizend,

wobei Hals-, Bronchial-, Hautentzündungen verursacht werden) oder fibroblastisch, d. h. er verursacht Bindegewebswucherung und die Bildung silikotischer Knoten. Als schädlichster Staub gilt heute der Quarzstaub1. Da man die mineralische Zusammensetzung des Staubes nur schwer ändern, da man auch nicht eine bestimmte Sorte von Staubteilchen ausscheiden und eine andere in der Luft belassen kann, ist es notwendig, jeden quarzhaltigen Staub zu beseitigen. Für den Bergbau liegt die große Silikosegefabr darin, daß die meisten nutzbaren Lagerstätten in Gesteinsschichten mit hohem Quarzgehalt (oft mehr als 30%) liegen. Auch die anderen Modifikationen der freien kristallinen Kieselsäure (Cristobalit und besonders Tridymit), die zwar nicht im Bergbau, wohl aber in manchen Übertagebetrieben vorkommen, führen zu Silikoseerkrankungen. In der folgenden Tabelle sind die Mineralien und Gesteine zusammengestellt, die auf Grund der bisherigen Erfahrung mehr oder weniger silikogene Eigenschaften haben: Mineralien: Quarz und andere Si02-Mineralien (Cristobalit, Tridymit, Chalcedon), Alkalifeidspäte, Glimmer, Serpentinasbest, Talk, Beryll. Sillimanit, 1

Einige Ärzte halten den Quarzstaub nur deshalb für den schädlichsten, weil die Menschen, welche diesen Staub einatmen, eher zur Tuberkulose neigen. Durch Versuche wurde festgestellt, daß das Wachstum der Tuberkelbazillen beschleunigt wird, wenn den Kulturen Quarz beigemengt wird. Es könnten also die Si0 2 -Lösungen in den Lungen die Entwicklung der Tuberkulose begünstigen und beschleunigen. Von anderen Ärzten wird es verneint. Jeder Staub ist als schädlich zu betrachten, wobei freilich der sich nur allmählich auflösende Staub noch schädlicher ist, weil er längere Zeit in den Lungen verbleibt. Zur Bildung von fibrösem Gewebe ist eine bestimmte Zeit erforderlich, daher hat Staub, der an sich fibroblastisch wirkt und sich länger in den Lungen hält, auch eine größere Wirkung. STEFANOVIÖ und SIMIC stellten in vier untersuchten jugoslawischen Gruben fest, daß die Silikosehäufigkeit dem Gehalt an Si0 2 in den Gesteinen und im Schwebestaub direkt proportional ist. SIMBÖEK [207 b] führt an, daß auf einer slowakischen Erzgrube, in der die Gesteine bis zu 80% Quarz enthalten, die Silikose bei einigen Bergleuten bereits nach einer sehr kurzen Expositionszeit von 1—5 Jahren auftrat. Auf einer anderen Erzgrube, in der Pyrit, Pyrrhotin und Arsenopyrit das häufigste Mineral sind, betrug die Inkubationszeit 6 Jahre. Im Steinkohlenrevier von Pees (Fünfkirchen) in Ungarn enthält das Nebengestein 40% und die Kohle selbst 10% Quarz. Nach einer Expositionszeit von 5—10 Jahren sind 20%, nach 10—15 Jahren 43%, nach 15—20 Jahren 71% und nach einer längeren als 25jährigen Expositionszeit fast 80% Bergleute von der Silikose betroffen worden (Abb. l a , l b ) [207b].

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Schädlichkeit des Staubes

serpentinisierter Olivin. Die Wirkung von Quarz verstärken: Kryolith, Flußspat, kohlige Substanzen und Schwefelkies. Nicht sicher ist die Wirkung von Leucit und Nephelin. Gesteine: Quarzite, Quarzsande, Sandsteine (Silika, Dinas), Hornstein, Kieselgur, Tripel, Kieselsinter. Wenn quarzhaltig: Kaolin, Ton, Graphit und Ocker. Granit, Quarzdiorit, Diorit, Quarzporphyr, Porphyr, Arkosen, Konglomerate, Grauwaeken, Gneis, Glimmerschiefer, Phyllit, Greisen, Dach-, Griffel- und Alaunschiefer. Als Regel gilt: Je quarzreicher ein Gestein, um so größer ist die Silikosegefahr; je eisen- und kalkreicher ein Gestein, um so ungefährlicher ist der daraus entstehende Staub. Ungefährlich sind demnach: Kalkreiche Plagioklase, Pyroxene, Gips, Kalkspat sowie die folgenden quarzfreien Gesteine bzw. Erze: Feldspatbasalt, Diabas, Kalksteine, Dolomite, Mergel, Roteisenstein, Eisenspat. Besondere Vorsicht ist wegen der Gift- bzw. Staubwirkung bei der Verhüttung und Verarbeitung der Erze von Arsen, Beryllium, Kupfer, Blei und Uran geboten. Die Zusammensetzung des Gesteins ist zwar für die Zusammensetzung des Staubes maßgebend, jedoch spielen hier auch noch andere Eigenschaften des Gesteins eine Rolle, wie zum Beispiel die Art des Gefüges. Die Mineralien verhalten sich auf Grund ihrer Härte, Spaltbarkeit usw. bei der mechanischen Beanspruchung (Bohren, Schießen u. a.) sehr verschieden, so daß die Zusammensetzung des Gesteins sehr erheblich von der des daraus entstandenen Staubes abweichen kann (Tab. 1). Tabelle 1. Unterschied zwischen Feinstaub- und Gesteinsanalyse (Beispiel nach LANDWEHR) Kalkiger Sandstein

Gesteinsanalyse

Feinstaubanalyse

Quarz Serizit

44,3%

10,5% 2,9%

9,1%

Besondere Sorgfalt muß geübt werden bei der Beseitigung von Staub solcher Erze und anderer nutzbarer Mineralien, bei denen Quarz als Begleitmineral überwiegt. Es sind dies insbesondere Gold- und Zinnerze, quarzhaltige Kupfererze, manche Silber- und Bleierze, viele kieselhaltige Eisenerze, aber auch mit Kieselsäure durchsetzter Kalkstein, quarzhaltiger Schiefer1, mit quarzhaltigen Bergen durchsetzte Kohle, selbstverständlich auch Sandstein, Konglomerate, Brekzien und viele andere Gesteinsarten, wie zum Beispiel Gneis, Granit, eine große Zahl anderer Eruptivgesteine und zahlreiche Erzbegleitmineralien mit Beimengungen von Quarz. 1

Schiefer enthält gewöhnlich 50 - 60% Si0 2 , davon etwa 20 - 3 0 % Quarz.

Wirkung des Kohlenstaubes

11

2.05 Schutzstaub Vielleicht könnte man die schädliche Wirkung des Quarzstaubes dadurch wenigstens teilweise aufheben, daß man den Quarzstaub mit irgendeinem anderen Staub mengt, der den Quarzstaub niederschlägt und zu größeren Teilchen zusammenballt, oder der bewirken würde, daß sich die Quarzpartikeln mit einem Schutzbelag überziehen, der ihre Auflösung oder überhaupt ihre direkte Einwirkung, wie zum Beispiel Piezoeffekte, unmöglich macht. Da die Frage des Schutzstaubes sehr wichtig ist und da er heute als Schutz gegen Silikose bereits Anwendung findet, sind die theoretischen Unterlagen im Kapitel 19 auf S. 361 erläutert. Bereits oben wurde gesagt, daß sich der Kalkstaub (Gips oder Kalkspat) in den Lungen schnell auflöst und nicht schädlich wirkt. Es gibt sogar Ansichten, wonach der Kalkstaub eine wohltuende Wirkung ausübt, daß er die Entwicklung der Silikose verhütet oder sie zumindest verlangsamt, die Wirkung des Quarzstaubes neutralisiert und so gewissermaßen als negativer Katalysator dient. (Näheres auf S. 364.) 2.06 Wirkung des Kohlenstaubes Auch die Kohlen selbst, insbesondere schwer oxydierbare Arten, sind hart und neigen zur Staubbildung, und der Kohlenstaub, der durch die Flüssigkeiten in den Lungen nicht gelöst wird, kann sich in großen Mengen in den Lungen anhäufen und silikoseähnliche Wirkungen hervorrufen. Bei Schädigung der Lungen durch Kohlenstaub spricht man von Anthrakose. Bei den Symptomen beim Kohlenbergmann handelt es sich aber gewöhnlich um eine Kombination von Silikose und Anthrakose, weil auch in den Kohlengruben Quarzstaub vorkommt. Gewöhnlich liegt sein Anteil unter 3%, wenn man die Kohlenstaubmenge zu 100% rechnet. Trotzdem sammelt er sich mit der Zeit in den Lungen an und ruft Silikose hervor. Ganz allgemein läßt sich sagen, daß die Erkrankung bei Kohlenbergleuten viel langsamer verläuft als bei Arbeitern in Gruben mit quarzhaltigem Erz, und daß sich die schädlichen Folgen erst nach längerer Zeit zeigen. Die Beschwerden stellen sich im allgemeinen erst nach 15 —20 Jahren ein. Manchen Arbeitern schadet die Lungenverstaubung durch Kohle nicht besonders. Selbst die Tuberkulose, die sich oft anschließt, nimmt im allgemeinen einen milden und langsamen Verlauf und ist nur in begrenztem Umfange ansteckend. Uberhaupt tritt zur Silikose der Kohlengrubenarbeiter Tuberkulose nicht so leicht und oft hinzu wie zur Silikose der Erzgrubenarbeiter. Es gibt jedoch auch Kohlengruben, wo dies umgekehrt ist und wo die Silikose einen schnelleren Verlauf nimmt als in manchen Erzgruben. Dies trifft hauptsächlich für Steinkohlengruben mit älterer und höher inkohlter Kohle zu und da, wo der Staub außer Kohle auch genügend Quarz enthält. So beträgt im Ostrauer Revier der Quarzanteil im Grubenstaub mancherorts sogar 5%, wodurch sich der verhältnismäßig schnelle Verlauf der Silikose

12

Schädlichkeit des Staubes

erklärt. Das Berufsalter liegt dort vielfach bei 17 — 18 Jahren, während es in den Pribramer Gruben, wo der Quarzanteil im Grubenstaub 50% ausmacht, häufig 20 Jahre und mehr beträgt. Dies hat seine Ursachen auch in der Menge des Staubes, in der Anstrengung bei der Arbeit u. a.

Die Silikoseforschungsabteilung der Rheinpreußen Aktiengesellschaft für Bergbau und Chemie in Homberg (Abteilung Walsum) [172] befaßt sich mit der Frage, ob das Alter der Kohle die Aggressivität des Staubes beeinflußt. Hierzu wendet man die Methode mit peritonealem Test an. Es zeigte sich, daß Kohle allein keine fibrogenetische Wirkung hat und deshalb auch das Alter der Kohle keine Rolle spielt. Die Kohle ist jedoch mit einer bestimmten Quarzmenge vermengt. Und ältere Kohle enthält im allgemeinen mehr Quarz als jüngere Kohle (s. S. 29). Im Bereich von Homberg beträgt der Quarzgehalt der Kohle etwa 3%. Diese SiOa-Beimengung genügt zur Bildung eines zwiebelschaligen Granuloms. Durch weitere Arbeiten kam man dort zu der Ansicht, daß Aluminium die Staublöslichkeit und dadurch die Aggressivität vermindert, daß die Alkalien wahrscheinlich den Quarz potenzieren und daß die gehemmte Abförderung des inerten Staubes Ursache dafür ist, daß auch eine kleine Quarzmenge eine fibrogenetische Wirkung ausübt [172]. 2.07 Quarzstaub in Kohlengruben Da auch Kohlengrubenarbeiter an Silikose leiden, muß untersucht werden, woher der Quarzstaub in der Kohle stammt. Vor allem darf man nicht vergessen, daß auch in Kohlengruben viele Strecken im Gestein aufgefahren werden, im Hangenden und Liegenden der Flöze, also in Gesteinen, unter denen Sandstein, Konglomerate und Brekzien sowie quarzhaltige Schiefer einen bedeutenden Platz einnehmen. Aber auch Kohlenflöze selbst enthalten-Quarz. Ist er ja doch in die Moorböden und Sümpfe, in denen und aus denen sich die Kohlenflöze gebildet haben, hineingetragen worden, teils aus der Umgebung durch Wind, teils durch das Wasser. Es ist Feinstaub, der auch in der Luft leicht schwebt und deshalb durch Wasser angeschwemmt werden kann. Hier hat auch die Silikose der Kohlenarbeiter ihren Ursprung. Es gibt freilich Kohlengruben, wie zum Beispiel Braunkohlengruben, wo die Erkrankungsgefahr nur sehr gering ist, da es nicht viel Gesteinsstaub gibt. Die Braunkohle hat sich ebenfalls in Sümpfen gebildet, und die Umgebung war dicht bewaldet. Es bestand also wenig Möglichkeit zur Staubbildung. Nur aus Wasser konnte sich Kieselsäure niederschlagen. Braunkohle hat außerdem einen hohen Wassergehalt und zeigt keine Neigung zur Feinstaubbildung. Im Gegensatz zur Steinkohle sind in Braunkohlenflözen nur selten Zwischenmittel vorhanden, und fast alle Strecken werden in der Kohle aufgefahren. Den Quarzstaubgehalt westdeutscher Kohlenlager hat Röbe-Oltmanns [179] untersucht. Das Auftreten von Silikose bei Kohlenbergleuten hat uns überrascht, besonders deshalb, weil sie ein größeres Ausmaß angenommen hat, als man erwartet hätte.

13

Staubgrenzwerte

Wir können uns jedoch ihr Auftreten auch wie folgt erklären: In den Kohlengruben gibt es viel Kohlenstaub. Ein Teil davon gelangt bis in die Lungen, sofern es sehr feiner Staub ist. Dieser Staub kann sich in den Lungen mit Sauerstoff anreichern, weil es sich um kleine Teilchen mit einer verhältnismäßig großen Oberfläche handelt. Durch Oxydation von Kohle, auch wenn diese allmählich vor sich geht, entsteht jedoch Asche, weil keine Kohle nur aus brennbaren Stoffen besteht. I m Schwebestaub mancher Gruben ist sogar zwei- bis dreimal mehr Asche als in der Kohle selbst, und zwar deshalb, weil der Staub stets mit Gesteinsstaub vermengt ist. Diese Asche bleibt in den Lungen. Es ist allerdings möglich, daß ein Teil ausgeschieden wird, besonders jene Bestandteile, die sich auflösen und dann mit Blut, Lymphe u. a. abgeführt oder ausgehustet werden können; aber die Asche hat auch Bestandteile, die sich nicht auflösen. Übrigens enthält jede Pflanze — und die Kohle ist pflanzlichen Ursprungs — etwas Kieselsäure. Diese muß bei der Oxydation der Kohle übrigbleiben. So kann sich auch in Kohlengruben Quarzstaub in den Lungen anhäufen.

2.08 Staubgrenzwerte Die Grubenwetter sollten möglichst staubfrei sein wie die atmosphärische L u f t . D a jedoch dieser ideale Zustand nie zu erreichen ist, h a t m a n in verschiedenen Staaten höchstzulässige Staubmengen festgelegt. E r s t wenn deren Grenze überschritten wird, m u ß in einigen Staaten die Arbeit an einer solchen staubigen Arbeitsstelle unterbrochen oder müssen entsprechende Maßnahmen getroffen werden. Da nur Teilchen unter 5 ¡¿m in die Alveolen eindringen, sind n u r diese in Betracht zu ziehen, und da Quarzstaub gefährlicher ist als der Kohlenstaub, m u ß m a n auch hier unterscheiden. I n England h a t m a n früher als höchste Norm die Zahl von 660 Teilchen/cm 3 kleiner als 5 ¡/m festgesetzt, wovon jedoch nicht mehr als 60 Teilchen Quarzoder überhaupt Bergeteilchen sein dürfen. I n den Anthrazitgruben ist die Grenze f ü r Kohleteilchen auf 400, jene f ü r Mineralteilchen auf 40 herabgesetzt. Die neue N o r m ist in Tab. 2 angegeben. L a u t Verordnung der Bergbehörde in den USA (Bureau of Mines) No 3631 aus- dem J a h r e 1942 soll die Zahl der Staubpartikeln pro 1 cm 3 L u f t 185 Teilchen, wenn es sich u m Quarzteilchen handelt, u n d bei Kohleteilchen 750 Teilchen nicht übersteigen. E s werden nur Teilchen in der Größe von 0,2 bis 5,0 ¡im in Betracht gezogen. Tab. 3 enthält die N o r m von 1954. Tabelle 2. Zugelassene Staubgrenzwerte Staub bei Gesteinsarbeiten Staub in Anthrazitflözen Staub in sonstigen Flözen

in England

(1948) 1

450 T/cm 3 (0,5—5 [im) 650 T/cm 3 (0,5—5 |xm) 850 T/cm 3 (0,5—5 ¡xm)

Oft wird die Staubmenge gewichtsmäßig festgestellt. Aber auch da darf m a n nur Teilchen kleiner als 5 ¡xm in Betracht ziehen. Als Grenze wird meist ein Gehalt von 5 mg Staub in 1 m 3 L u f t u n d hiervon nicht mehr als 0,5 mg Quarzstaub angegeben. F ü r die Kohlengruben in England wurde im J a h r e 1947 als Höchstgrenze f ü r Kohlenstaub 10 mg/m 3 u n d f ü r Gesteinsstaub 1 mg/m 3 L u f t festgesetzt. 1

Aus der Verordnung der Sozialversicherung von 1948 für den Steinkohlenbergbau.

14

Schädlichkeit des Staubes Tabelle 3. Zugelassene Staubgrenzwerte der USA (1954) 1

Toxische Stäube, Rauche und Nebel Fluorid Selenverbindungen (als Se) Uran (lösliche Verbindungen) Uran (unlösliche Verbindungen)

mg/m 3 2,5 0,1 0,05 0,25 T/cm 3

Mineralstäube Tonerde (Aluminiumoxyd) Asbest Carborund (Siliziumkarbid) Zement Staub (Abfall, keine freie Kieselsäure)

1750 175 1750 1750 1750

Mineralstäube Glimmer (5% freie Kieselsäure) Talk

5 25 50 über 50

700 700

Kieselsäure hoch (etwa 90% freie Kieselsäure) mittel ( 5 - 5 0 % Si0 2 ) niedrig (5% Si0 2 ) Schiefer (5% freie Kieselsäure) Speckstein (5% freie Kieselsäure) Gesamtstaub (5% freie Kieselsäure)

Tabelle 4. In der CSSR gelten folgende Bei Quarzgehalt in Gewichtsprozenten

T/cm 3

175 700 1750 1750 700 1750

Vorschriften

Zulässiger Staubgehalt in mg/m 3

in T/cm 3

30 10 5 2

1000 500 250 150

Vgl. Abb. 3. In der neuesten Verordnung h a t man auf die Angabe des zulässigen Staubgehaltes in T/cm 3 verzichtet.

Abb. 3. Zulässige Staubmenge in Abhängigkeit vom Quarzgehalt (ÖSSR) 1

Auf der 16. Jahrestagung der American Conference of Governmental Industrial Hygiene (Chicago 2 4 . - 2 7 . 4. 1954) festgelegt.

Staubgrenzwerte

15

Nach den in der UdSSR geltenden Normen ist ein Gesteinsstaub bis zu 2 mg/m 3 L u f t z u l ä s s i g ( v g l . WOLKOW [260], S . 100).

„In der Sowjetunion ist im Wege der Gesetzgebung eine sogenannte .Sanitäre Norm' festgelegt worden, welche die Gefahr in bezug auf Silikoseerkrankung bei einem Gehalt von über 10% Si0 2 im Schwebestaub erkennen läßt. In diesem Fall darf der Staubgehalt der Grubenwetter 2 mg/m 3 nicht überschreiten. Dort ist gesetzlich in allen silikosegefährlichen Gruben für besonders gefährdete Untertagearbeiter der sechsstündige Arbeitstag vorgeschrieben und außerdem ein Urlaub von zweimal 3 Wochen im Jahr zu gewähren. Auch für andere Staube hat man in der UdSSR bereits 1938 gewisse Höchstmengen zugelassen. Tab. 5 enthält diese zugelassenen Staubgrenzwerte der UdSSR. Tabelle 5. Zugelassene Staubwertgrenze der UdSSR 1938 Gemischter, metallischer und mineralischer Staub beim Schmirgeln, Schleifen und Polieren Quarzstaub Asbeststaub Mineralischer Staub ohne oder mit nur geringem Quarzgehalt Staub pflanzlicher oder tierischer Herkunft

1

3 mg/m 3 2 mg/m 3 2 mg/m 3 5 mg/m 3 5 mg/m 3

Die Gehalte aus der UdSSR sind als sehr niedrig anzusehen. Sie liegen teilweise wesentlich unter den Gehalten, die man bisher in Bergbaubetrieben auch bei guter Staubbekämpfung gemessen hat. Aus der sowjetischen Literatur ist ersichtlich, daß diese Norm nicht bei allen Arbeitsverrichtungen einzuhalten ist. Die Werte der USA sind praktisch die beim Internationalen Arbeitsamt in Genf 1952 beschlossenen. Der englische Grenzwert für Gesteinsbetriebe ist unreal, weil nicht für alle Gesteine die gleiche Norm gültig sein kann und die Zahl 450 T/cm 3 für Gesteine, die an Kieselsäure reich sind — wie beispielsweise Sandstein —, viel zu hoch ist. Für den kanadischen Golderzbergbau hat GODIN [72] als zulässig erachtet: Gehalt an freier Kieselsäure

< 50%

400 T/cm 3

>50%

200 T/cm 3

Im südafrikanischen Golderzbergbau, dessen Gestein einen sehr hohen Quarzgehalt hat, hat man folgende Grenzwerte festgelegt: 2 0 0 - 300 T/cm 3

erträglich

1 0 0 - 2 0 0 T/cm3

gut

< 100 T/cm

3

sehr gut

In Südafrika betrug der Staubgehalt früher 50 mg/m 3 ; bei 1 mg/m 3 ist die Silikose nach MAYERS noch ein ernsthaftes Problem" [32]. 1

Nach ISRAELSON und CHUCHRIN.

16

Schädlichkeit des Staubes

Vergleicht man die obigen Vorschriften, so sieht man, daß einmal nur 0,5 mg, anderswo bis zu 2 mg/m3 Luft zugelassen sind. Die Tabelle auf Seite 38 und 39 zeigt, daß auf 1 mg 5,7 Mill. Teilchen von 5 ¡un Durchmesser, 88,4 Mill. Teilchen von 2 ¡j.m Durchmesser, 707,4 Mill. Teilchen von 1 ¡i.m Durchmesser oder 88418,9 Mill. Teilchen von 0,2 ¡xm Durchmesser entfallen. Wenn man also nur davon ausgeht, daß die Luft nicht mehr als 175 Teilchen kleiner als 5 |xm (USA) oder weniger als 650 Teilchen kleiner als 5 ¡j.m (England) enthalten darf, so ist diese Angabe nicht genügend genau. 600 Quarzpartikeln können bei einem Durchmesser von 5 ¡an 12 • 10 - 6 mg, bei einem Durchmesser von 0,2 i^m aber auch 6 • 10~10 mg wiegen. Selbst wenn wir jedoch die zulässige Grenze durch das Gewicht ausdrücken würden, wäre dies illusorisch. 1 mg kann 5 • 10® Teilchen mit einem Durchmesser von 5 |i.m repräsentieren, es können aber auch bis 88 • 10® Teilchen sein, falls sie eine Größe von nur 0,2 [un haben. Hierauf mußte hingewiesen werden, weil es ratsam ist, die Staubmenge irgendwie genauer zu messen; wenn wir nur die zulässige Teilchenzahl in 1 cm 3 oder das Gewicht der Staubteilchen in I m 3 festsetzen, kann uns dies nur zum Vergleich dienen. Man müßte daher genau feststellen, wieviel Teilchen jeder Größe in der Luft sein können. Solche Messungen wären sehr schwierig, praktisch undurchführbar, und nur deshalb nimmt man davon Abstand. Aber so wie die Vorschriften heute lauten, besagen sie eigentlich nicht viel. Wenn wir aber zum Beispiel in einer Grube festgestellt hohen, daß die Staubzusammensetzung bei gleicher Arbeitsmethode im großen und ganzen immer die gleiche ist und Teilchen verschiedener Größe stets in dem annähernd gleichen Mengenverhältnis vertreten sind, dann können wir, falls wir die Teilchenzahl in 1 cm3 feststellen, ohne weiteres die Qualität der Luft vergleichen. Doch auch trotz aller Ungenauigkeiten sind ähnliche, für einzelne Reviere, Gruben oder Arbeitsorte festgelegte Richtwerte für die maximalzulässige Staubkonzentration sehr nützlich, ja sogar notwendig, da dadurch die Silikosegefahr besser eingeschätzt und die Wirksamkeit von Staubbekämpfungsmaßnahmen besser beurteilt werden kann. Die Nützlichkeit solcher Normen wurde durch langjährige Erfahrungen in großen Bergbaurevieren bewiesen. Im Ruhrgebiet wird nach den bisherigen Erfahrungen auf die Festlegung zulässiger Staubkonzentrationen verzichtet und lediglich angegeben, ob die bei den Staubmessungen ermittelten Werte im Vergleich zu denen aus anderen Betrieben als gering, mittel, hoch oder sehr hoch zu betrachten sind. Der Einsatz der Bergleute mit Staubveränderungen der Lungen ist im RuhrGebiet seit 1957 nach diesen Staubbelastungsstufen geregelt, die durch regelmäßige Messungen an jedem Betriebspunkt ermittelt werden1. (Vgl. dazu Seite 51 — 72.) Hingewiesen sei ferner auf die Ausführungen auf Seite 460. 1

Stimmt «für einsatzbeschränkte Bergleute nicht mehr. Vgl. O. B. A. Verordnung vom 15. 5. 57.

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Radioaktiver Staub

In der Deutschen Demokratischen Republik gelten die in Tab. 6 aufgeführten Staubnormativen. Durch die Arbeitsschutzanordnung 622 ist vorgeschrieben, daß durch Staubbekämpfungsmaßnahmen gefährliche Staubkonzentrationen zu vermeiden sind. Insbesondere verlangt diese Arbeitsschutzanordnung, daß die Betriebsleiter die dem neuesten Stand der Technik und Wissenschaft entsprechenden Staubbekämpfungsmittel in Anwendung zu bringen haben und die Staubgehalte der Grubenwetter durch Staubmessungen ständig überwacht werden müssen. Tabelle 6

Staubgruppe und Staubart

Staubgruppe

I

1. Mineralische Stäube mit > 5 0 % freier kristalliner Kieselsäure 1 2. Asbeststaub Staubgruppe

Zulässige mittlere Staubkonzentration in T / c m 3 < 5 [xm

II

bis 100 bis 100 (alleGrößen bis 120 ¡im)

1.

Mineralische Stäube mit 5 — 5 0 % freier kristalliner Kieselsäure a) > 2 0 — 5 0 % freie kristalline Kieselsäure b) 5 — 2 0 % freie kristalline Kieselsäure 2. Talkstaub Staubgruppe

bis 250 bis 500 bis 500

III

1.

Mineralische Stäube mit < 5 % freier kristalliner Kieselsäure 2. Mineralische und nichttoxische metallische Stäube ohne freie kristalline Kieselsäure 3. Nichttoxische pflanzliche, tierische und Plaststäube ohne freie kristalline Kieselsäure

800 800 800

2.09 Radioaktiver Staub Im Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt (Main) befassen sich Mitarbeiter von Prof. R A J E W S K I mit Problemen der Radiologie unter rein hygienischem Aspekt; man stellt zulässige Dosierungen und die Wirkung der ionisierenden Strahlungen fest, insbesondere jedoch Ra, Rn und deren Zerfallsprodukte. Behandelt werden Probleme radioaktiver Aerosole und deren Ablagerung im Atmungstrakt. Den Einfluß der Röntgenstrahlen auf die Entstehung der Silikose hat K . W A N A TABE an 72 Ratten in 3 Gruppen zu je 24 Tieren unter verschiedenen Versuchsbedingungen studiert. Die Tiere der Gruppe A ließ er regulär Quarzstaüb inhalieren und wöchentlich mit Röntgenstrahlen bestrahlen. Gruppe B wurde der gleichen Inhalation unterzogen, jedoch ohne Bestrahlung. Die Tiere der Gruppe C wurden wöchentlich einmal bestrahlt, ohne Inhalation von Gesteinsstaub. 1

2

Unter freier kristalliner Kieselsäure sind Quarz, Tridymit und Cristobalit zu verstehen. Sililtosebekämpfung

18

Schädlichkeit des Staubes

Nach 5 Monaten zeigten die Lungen der Tiere der Gruppe C normales Aussehen, die von B leichte Knötchenbildung. Stark ausgedehnte knötchenförmige Schädigungen der Lunge konnte man bei Gruppe A feststellen. Hier haben die Röntgenstrahlen die Einwirkung des Quarzes auf das Lungenbindegewebe verstärkt. Diese Beobachtungen erinnern an die Hypothese von Dantin-Gai^lego aus dem Jahre 1948, daß die Radioaktivität des Gesteins bei der Entstehung der Silikose eine Rolle spiele. Vielleicht kommt dem K 40 in den glimmerhaltigen Gesteinen eine besondere Bedeutung zu. Die biologische Wirkung der radioaktiven Elemente beruht darauf, daß in den Atomen des lebenden Gewebes Elektronen abgelöst werden, so daß sich positiv geladene Atomreste bilden. Durch längeres Einatmen von radioaktivem Staub oder Emanation kann daher Lungenkrebs entstehen. Das ist zum Beispiel der Fall bei der sogenannten Schneeberger Lungenkrankheit, die schon Agricola 1556 beschrieben hat. 2.10 Bedeutung von Mischstäuben Früher hielt man Kohlenstaub für unschädlich, weil die Bergleute der Kohlengruben, solange nur manuell gearbeitet wurde, nicht stark an Silikose litten. Zumindest hatte es den Anschein, weil man sich infolge der geringen Verbreitung der Krankheit nicht viel um die Sache kümmerte, dies um so mehr, als die Röntgentechnik nicht so entwickelt war wie heute. Manche Forscher, wie zum Beispiel Haldane, nahmen an, daß eine Beimischung von Kohlenstaub geringe Mengen von Quarzstaub sogar unschädlich macht. Nach Haldane wird die Tätigkeit der Lungen und der Atmungsorgane durch Kohlenstaub intensiviert, und infolge der erhöhten Lungentätigkeit wird auch der Quarzstaub aus den Lungen ausgeschieden1. Ist also sein Gehalt im Kohlenstaub niedrig, zum Beispiel weniger als 25%, so war er angeblich ungefährlich. Heute jedoch wissen wir, daß dies nicht der Fall ist und daß auch Kohlenarbeiter an Silikose bzw. an Anthrakose leiden. Tierversuche in den Jahren 1949/50 haben gezeigt (King), daß die Wirkung kleiner Mengen Quarz, die für sich allein fast unschädlich sind, durch die Anwesenheit größerer Mengen von Kohlenstaub wesentlich erhöht wird.- So hat zum Beispiel ein Gemenge von 10% Quarz und 90% Kohle etwa die gleiche Wirkung wie die gleiche Menge reiner Quarzstaub. Dies wird durch die Blockierung der Lymphbahnen durch den Kohlenstaub erklärt 2 . 1

2

Der menschliche Körper sowie jeder andere Organismus wehren sich immer selbst gegen jeden Eingriff in die Organisation und Funktion seiner Organe und bilden oft in gewissen Fällen von selbst die Abwehrstoffe, deren Wirkung sie im Bedarfsfälle verstärken. In der biochemischen Abteilung des Max-Planck-Instituts in Göttingen wurde festgestellt, daß der reine Kohlenstaub ohne Spuren von Quarz keine Fibrose hervorruft, während schon eine Zugabe von 1—2% Quarz fibroblastisch wirkt. Auch wird neuerdings behauptet, daß die kristalline Struktur des Quarzes für eine fibroblastische Wirkung nicht maßgebend sei. Die gleiche Wirkung soll auch die „amorphe" Kieselsäure haben [155].

Bedeutung von Mischstäuben

19

Zu dieser Sache schreibt H A H N [79] folgendes: „Während man in den Anfängen der Silikoseforschung glaubte, die Kieselsäure allein sei bei der Entstehung der Silikose beteiligt, erkannte man später, d a ß auch andere Mineralien, vor allem die Kohle, auf irgendeine Weise mitwirken. I m Experiment von K I N G zeigte sich, wenn nur reiner Kohlenstaub zugeführt wurde, höchstens eine ganz geringfügige Fibrose. Tatsächlich ist es heute ja auch unbestritten, daß auch die Kohlenhauer, die nie reine Gesteinsarbeiten ausgeführt haben, an Silikose erkranken können. Der in den Abbaubetrieben entstehende Staub ist niemals reiner Kohlenstaub, sondern stets aus Kohle und Gesteinsstaub gemischt, wobei fast immer ein gewisser Anteil von Quarz zu finden ist. Noch hatte man aber nicht die Ursache der erwähnten Verstopfung der Lymphbahnen durch den Begleitstaub erkannt. L A N D W E H R [131] stellte dann 1954 durch Untersuchungen, bei denen er die besonderen Formen der einzelnen Staubarten zur Deutung der Vorgänge heranzog, folgendes fest: Er unterscheidet nadelige, eindimensionale' Teilchen (z. B. Asbest, Rutil), die bis zu einer Länge von 100 ¡xm in der Lunge zu finden waren, blättchenförmige zweidimensionale' Teilchen (z. B. Glimmer, Talk, Graphit, Kohle), die bis zu einer Größe von 10 ¡zm, bei weniger als 1 ¡j.m Dicke, in die Lunge eindringen können, und rundliche dreidimensionale' Teilchen (z. B. Quarz, Feldspäte, Karbonate), deren lungengängige Partikeln eine Größe von 3 [j,m kaum überschreiten. Die nadeligen und blättchenförmigen Gebilde können in der Lunge eine Verstopfung des Lymphsystems bewirken, so daß die Quarzteilchen oder die in Lösung gegangene Kieselsäure nicht mehr abgeführt werden kann. I)emnach wirken diese Staubarten nicht auf chemischem Wege, sondern lediglich verstopfend, und ihre Wirkung hängt allein von der Größe und der Form der Teilchen ab. Da die blättchenförmigen Teilchen die Lymphbahnen verstopfen und somit die Abfuhr des Quarzes aus der Lunge behindern, muß man unterscheiden zwischen jenen Minerahen, welche die Silikose unmittelbar hervorrufen, und jenen, die ihre Entwicklung begünstigen. Bei dem Kohlenstaub ist die Bedeutung der Form noch nicht ganz geklärt. Der Aufbau der Kohle nähert sich mit steigendem Inkohlungsgrad immer mehr dem zweidimensionalen Graphitgitter. L A N D W E H R glaubt, daraus schließen zu können, daß auch der Staub der verschiedenen Kohlenarten verschiedene Kornform hat. Danach ist der Staub von hoch inkohlten Kohlen mehr schuppen- oder bläschenförmig, also dem Graphitgitter verwandter als der Staub weniger inkohlter jüngerer Kohlen."

2*

20

Schädlichkeit des Staubes

2.11 Schädlichkeitsgrad der Mineralgemenge Um den Schädlichkeitsgrad von Mineralien bzw. Mineralgemengen zu kennzeichnen, hat Landwehr [125] Staubwertzahlen eingeführt. Der Quarz als gefährlichstes Mineral hat den Mineralfaktor 1, Kalkspat als vollkommen ungefährliches den Faktor 0. Dazwischen Hegen die Werte von Tonmineralien, Glimmer, Feldspat usw., die in der folgenden Tab. 7 angegeben sind. Tabelle 7. Oefährdungskennziffern Quarz Feldspat Serizit, mehr als 2 5 % Si0 2 weniger als 2 5 % Si0 2 ohne Si0 2

1,0 0,7 0,7 0,5 0,3

Ton Erz, Kohle und Karbonate (außer CaC0 3 ) Kalziumkarbonat (CaC0 3 )

0,3 0,1 0,0

Man verwendet zur Ermittlung der Staubwertzahlen den Anteil < 4 2 jj.ni (feinstes genormtes Sieb) vom Bohrmehl. Der prozentuale Anteil der einzelnen Mineralien im Bohrmehl wird mit dem Mineralfaktor multipliziert. Die Summe ergibt eine Wertzahl für die mineralogische Zusammensetzung des Feinbohrmehls. Diese wird mit dem prozentualen Anteil der Kornklasse < 42 ¡jun des Bohrmehls multipliziert, woraus sich die Staubwertzahl ergibt. Beispiel: Quarz (1)

= 23% x 1

= 23

Glimmer (0,5)

= 2 5 % x 0,5 = 12,5

Tonige Substanz (0,2) = 2 4 % x 0,2 =

4,8

x 0,1 =

1,2

Erz (0,1)

= 12%

Kalziumkarbonat (0) = 16% X 0 Wertzahl des Mineralgemenges im Feinbohrmehl Staubwertzahl

(Feinstaubanteil < 42 ¡j.m im Bohrmehl = 18,5%)

= 0 41,5

41,5 x 18,5 = 767,75

Staubwertzahlen unter 200 sind unbedenklich, mit steigender Wertzahl erhöht sich die Silikosegefährlichkeit des betreffenden Gesteins. Der Wert bewegt sich zwischen 1 und 4000. Um die Gefährdung an einzelnen Arbeitsstellen zu bestimmen, hatten Landwehr und Levi [138] eine andere Staubwertzahl vorgeschlagen. Dabei wird an Stelle des Feinstaubanteils unter 42 ¡j.m im Bohrmehl die durch Staubmessungen ermittelte Staubkonzentration verwendet. Als zweiter Faktor dient an Stelle der Wertzahl für die mineralogische Zusammensetzung des Feinbohrmehls eine neue Wertzahl für die mineralische Zusammensetzung des Schwebestaubes.

Nummer: 232 VomVr:

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Im Mikroskop: In vurwiegtild trillitischer; z. T. tumor lirundmasse sein reichlich Quarz. Daneben chloritisihi Iteimcngungen so»«: wcnic Karbonat Micro: Preilominantly sericite or argillaceous groundma^s with high (unicm .000

7

Abb. 78. Spühvasserverbrauch bei verschiedenem Wasserdruck u n d verschiedenem Durchmesser des Zuführungsröhrchens

7 2

s\

3 4 5 6 18 9 Wdsserverbrauch'l/min

Abb. 79. Verminderung der S t a u b k o n z e n t r a t i o n vor Ort in Abhängigkeit v o m Spülwasserverbrauch, Bohren m i t Bohrstütze (nach KEKIN)

110

Staubverhütung beim Bohren

Vorteile des Naßbohrens: 1. Möglichkeit einer ständigen Reinigung der Bohrlochsohle von Bohrmehl und Staub. Der Bohrfortschritt steigert sich, weil der Bohrer auf reinen Boden schlägt. 2. Kühlung der Bohreinrichtung und Gewährleistung einer langen Lebensdauer des Bohrgestänges, was bei Verwendung von Bohrern aus Werkzeugstahl besonders wichtig ist. 3. Verminderung der Gesteinshärte, insbesondere mit einem Spülwasser, das entsprechende Beimengungen enthält. Die meisten Gesteine „erweichen" jedoch schon durch Benetzen mit Wasser. Das unter Druck stehende Wasser dringt in das Gestein längs der feinen Risse gerade an der Bohrlochsohle ein. 4. Die Vorbereitung zum Bohren ist einfacher und die Rüstzeit kürzer. Bei Auswechslung des Bohrers braucht man die Dichtung nicht abzunehmen. 5. Sehr oft tritt eine Leistungssteigerung um 25—30% und in einzelnen Fällen sogar um 6 0 % im Vergleich zum Bohren ohne —1— Spülung und Absaugung ein. Die Spülbohrung ! beseitigt also nicht nur den Staub, sondern erhöht teilweise auch die Bohrgeschwindigkeit .

Abb. 80. Sohlammfänger der Firma Flottmann

Abb. 81. Sohlammabscheider nach N i g r i

Naßbohren (Wasserspülung)

111

Wenn auch keinesfalls sämtlicher Feinstaub beim Naßbohren gebunden wird, so ist doch eine Staubniederschlagung bis über 98% möglich, wenn die Stöße vor Aufnahme der Bohrarbeit ordentlich abgespritzt werden und die Wetterführung gut ist. Das Abspritzen der Stöße ist deshalb von entscheidender Bedeutung, weil häufig der Abluftstrom — bei den verschiedenen Hammertypen mehr oder weniger stark — infolge des Wiederaufwirbelns trockenen Staubes vom Stoß die Ursache ungewöhnlich hoher Staubkonzentrationen beim Bohren ist.

Abb. 82. Schlammfänger Konstruktion VNIIGORMET 1 Gehäusekörper; 2 konischer Teil zum Auffangen des Bohrschlamms; 3 Gummidichtung; 4 Gummidämpfer; 3 Schlauchanschluß; 6 konisches R o h r ; 7 H a l t e r ; 8 Bügel; 9 Befestigungsschraube

Abb. 83. Sowjetischer Schlammfänger aus Zeltstoff (zusammenfaltbar) 1 H a u b e aus Leichtmetall; 2 Zeltstoffrohr (faltbar); 3 Äbführungsrolir

Nachteilig ist beim Naßbohren neben der Verschlechterung des Grubenklimas die Belästigung der Bohrhauer durch den erheblichen Wasserzulauf bei stark ansteigenden Bohrlöchern bzw. beim Überkopf bohren. Daher sind Schlammabscheider bzw. Schlammfänger [97] der verschiedensten Konstruktionen entwickelt worden. Einige davon zeigen die Abb. 80—83. Das Gerät der Fa. Bussmann, Gevelsberg, ist ein kombiniertes Gerät mit trockener Absaugung und nasser Staubniederschlagung direkt hinter dem Saugkopf (Abb. 84). Beim Bohren aufwärts gerichteter Bohrlöcher ist folgendes zu berücksichtigen: 1. Der Wasserdruck soll möglichst hoch sein, weil nur dann die Gewähr besteht, daß das Wasser aus den Öffnungen in der Krone in der Richtung nach oben bis

112

2.

3. 4.

5.

6.

7.

8. 9. 10.

11. 12.

Staubverhütung beim Bohren

auf die Bohrlochsohle spritzt und, in genügender Menge vorhanden, sowohl die Bohrlochsohle wie das Bohrklein gründlich benetzt. Damit beim Austritt aus den Öffnungen in der Krone keine zu große Druckabnahme stattfindet, ist es notwendig, auch die Austrittsöffnungen und den Kanal in der Bohrstange ausreichend zu dimensionieren. Nur dann wird der Wasserstrom genügend stark sein. Es ist notwendig, daß das Wasser möglichst vertikal nach aufwärts strömt. Die Austrittsöffnungen müssen entsprechend ausgebildet sein. Damit das Wasser nach Austritt aus der Krone nicht sofort abläuft, sondern im Raum zwischen Bohrlochsohle und Krone genügend lange Zeit verbleibt, die Sohle gut anfeuchtet und durch die Risse auch ins Gestein eindringt, ist es notwendig, die Bohrkrone so auszubilden, daß sie fast den ganzen Bohrlochquerschnitt einnimmt. Man kann dies auch mittels einer Gummihülse um die Bohrstange herum erreichen, die dicht unter der Krone angebracht wird. Da der Wasserdruck um etwa 1 / 2 atü niedriger sein muß als der Preßluftdruck (s. S. 102), ist es notwendig, daß auch der Preßluftdruck möglichst hoch gehalten wird. Dies hat übrigens den Vorteil, daß dadurch der Bohrfortschritt größer ist und der Bohrhauer die silikosegefährliche Arbeit nur kurze Zeit auszuführen braucht. Bei hohem Preßluftdruck ist das Bohrklein auch gröber. Ferner sind spezielle Bohrmaschinen für vertikales Bohren zu verwenden (Abb. 85). Mit diesen Maschinen ist die Bohrarbeit wesentlich leichter, und Abb. 84. Bohrstaubabsaugder Bohrhauer braucht nicht direkt unter dem gerät der Firma Bussmann Bohrloch zu stehen. Grundsätzlich soll man auf- mit nassem Niederschlag wärts gerichtete Bohrlöcher nicht von Hand bohren, und Schlammabführung sondern es sind Bohrstützen zu verwenden. Auch ist es vorteilhaft, anstatt direkt nach oben, etwas schräg zu bohren, weil dann der Bohrhauer von dem ausfließenden Wasser und Schlamm weniger belästigt wird. Der Bohrhauer soll eine geeignete, wasserundurchlässige Kleidung tragen. Der Schweiß muß jedoch leicht verdunsten können. Es sollen Schlammfänger benutzt werden. In heißen Gruben ist es notwendig, den Schlamm durch eine Rohrleitung abzuführen, um eine Verdunstung des Wassers zu vermeiden. Zu diesem Zweck muß man oft den Schlamm noch zusätzlich mit Wasser verdünnen. Auch in kalten Gruben muß man den Schlamm unschädlich machen, weil nach dem Austrocknen der Staub wieder in Schwebe gelangt. Aufwärts gerichtete Bohrlöcher sollen möglichst vermieden werden.

Naßbohren (Wasserspülung)

8

Silikosebekämpfung

113

114

Staubverhütung beim Bohren

Abschließend soll zu diesem Kapitel noch bemerkt werden, daß man nicht nur bei nach unten gerichteten oder waagrechten Bohrlöchern, sondern auch vor allem beim Überkopfbohren stets naß bohren soll, weil die anderen Verfahren (Absaugen und Schaumbohren) große Mängel aufweisen. Beim Absaugen vom Bohrlochmund ist die Abdichtung schwer durchzuführen, und beim Absaugen von der Bohrlochsohle mittels Hohlbohrer müssen Bohrstangen mit einer stärkeren Bohrung verwendet werden, was häufig zum Bruch der Bohrstange führt, oder man muß Bohrlöcher mit größerem Durchmesser ansetzen. 7.6 Trockenbohren 7.61 Allgemeines Das Naßbohren hat sich zwar bewährt und wird heute noch überwiegend angewandt. Allerdings wird es immer mehr von dem Trockenbohren mit Staubabsaugung verdrängt. Dieses Verfahren wird besonders angewendet: 1. bei stark quellendem oder klüftigem Gebirge; 2. in tiefen heißen Gruben, wo eine zusätzliche Zufuhr von Wasser das Grubenklima ungünstig beeinflußt; 3. beim Bohren in Überhauen und beim Ankerausbau, wo die Hauer durch das Spülwasser stark belästigt werden. Mittels Ejektors wird das Bohrklein durch die Hohlbohrstange abgesaugt und auf irgendeine Weise unschädlich gemacht. Da'der Energieverbrauch des Ejektors verhältnismäßig hoch ist, hat man versucht, die Abluft des Bohrhammers zur Absaugung des Bohrstaubes zu verwenden. Es hat sich allerdings gezeigt, daß man vorerst damit keine befriedigenden Ergebnisse erzielen kann. 7.62 Trockenbohren mit Spiralbohrern ohne Absaugen, Wasserspülung oder Schaum Trockenbohren mit Spiralbohrern ohne Absaugung, Wasserspülung oder Schaumbehandlung ist vom Standpunkt der Staubbekämpfung abzulehnen. Es ist ungesund und man sollte es überall verbieten. Es ist auch unwirtschaftlich. Auf der Bohrlochsohle entsteht Bohrklein, das durch weitere Meißelschläge zu Mehl und Flugstaub zermahlen wird. Bei diesem Bohrverfahren wird der gegen die Bohrlochsohle gerichtete Meißelschlag ständig durch ein Feinmehlpolster gedämpft. Dadurch werden der Bohrfortschritt verringert und die Meißelschneide abgestumpft; außerdem entsteht viel Feinstaub. Das Trockenbohren mit Spiralbohrern findet man heute nur noch in seltenen Sonderfällen. Wird es dennoch angewandt, dann soll das Bohrklein wenigstens mit einer Spritzdüse befeuchtet werden. In den meisten Bergbaubetrieben, zum Beispiel im Ruhrgebiet, ist die Anwendung von Spiralbohrern verboten. Aber auch das noch teilweise angewendete Ausblasen von Bohrklein ins Freie ist zu verwerfen.

115

Trockenbohren

Jn Deutschland müssen entsprechend den Vorschriften bei Arbeiten mit gesundheitsschädigender Staubentwicklung die Arbeitsstellen mit einem Wasserleitungsanschluß versehen sein. Daher wird in den Gruben fast überall mit Wasserspülung gebohrt. 7.63 Trockenabsaugverfahren Das Bohrklein kann entweder durch die Bohrstange von der Bohrlochsohle oder am Bohrlochmund abgesaugt werden (Abb. 86).

Absaugung

Abb. 86 Verschiedene Möglichkeiten der Beseitigung des Bohrkleins

Wird am Bohrlochmund abgesaugt, dann geschieht dies am häufigsten mit einer Stopfbüchse (Abb. 87), beim Absaugen von der Bohrlochsohle entweder durch einen Hohlbohrer oder durch den Raum zwischen dem Bohrer und dem in das Bohrloch eingeschobenen Rohr.

Abb. 87. Verschiedene Möglichkeiten der Staubabsaugung 8*

116

Staubverhütung beim Bohren

7.631 Absaugen des Bohrkleins durch die Bohrstange Es gibt zwei Verfahren: Das Bohrklein wird entweder unmittelbar von der Schneide durch eine Hohlbohrstange abgesaugt u n d dann durch einen Saugkopf, ähnlich einem Spülkopf, abgeleitet (Abb. 97), oder es wird zentral durch die Bohrmaschine abgesaugt und am Ansatz der Bohrstütze durch Schläuche abgeführt (Abb. 105). Wird der Staub durch die Bohrstange abgesaugt, d a n n m u ß der durch die Stange gebohrte K a n a l einen etwas größeren Durchmesser haben als beim Wasserspülen. Der Durchmesser der Sauglöcher im Bohrerkopf m u ß der Korngröße des Bohrkleins angepaßt sein (also nicht zu groß, aber auch nicht zu klein). Ferner m u ß die Kanaloberfläche möglichst glatt ausgeführt sein, d a m i t eine Verstopfung durch das Bohrklein nicht eintritt. Ebenso ist zu fordern, daß die Bohrungen vom Zentralkanal der Bohrstange zum Saugkopf zweckmäßig dimensioniert und angesetzt sind, u m den tragenden Querschnitt der Bohrstange nicht zu sehr zu schwächen und Störungen sowie Bohrstangenbrüche zu vermeiden. Schwierig ist auch die Abdichtung des Absaugkopfes, um Druckverluste zu vermeiden. Das Bohren mit Absaugen des Bohrkleins u n d des Staubes durch die Bohrmaschinenmitte scheint vorteilh a f t e r zu sein, d a infolge direkter L u f t s t r o m f ü h r u n g die Druckverluste kleiner sind. Der Saugkopf, der die H a n d h a b u n g erschwert u n d Ursache von Druckverlusten ist, entfällt ebenfalls. Abb. 88. Aus einem nach oben gerichteten Bohrloch (a) fällt das Bohrklein sehr leicht heraus. Bei horizontalem Bohrloch (6) muß man das Bohrklein beseitigen. Die Abführung des Bohrkleins aus einem abwärtsgerichteten Bohrloch (c) ist am schwierigsten

Bei der zentralen Absaugung m u ß die Verbindung zwischen dem Saugröhrchen und dem Bohreinsteckende möglichst dicht sein, u m an der Bohrerschneide die erforderliche Saugwirkung herzustellen. Das Saugröhrchen m u ß eine gewisse Elastizität aufweisen, damit beim Bohrerwechsel keine Schwierigkeiten entstehen, insbesondere bei etwas ausgeschlagener Bohrerhülse oder bei nicht genau zentrischer Aufbohrung des Bohrereinsteckendes. Der Absaugschlauch soll nicht zu breit sein, da sonst die Geschwindigkeit des durch den Schlauch strömenden Bohrkleins zu niedrig ist. Schläuche mit 19 m m lichter Weite bewährten sich besser als solche mit 28 m m lichter Weite.

117

Trockenbohren

Beide Verfahren, Saugkopf oder zentrale Absaugung, sind bei genügendem Unterdruck (0,3—0,6 kg/cm 2 ) recht wirksam; jedoch kann bei zu geringem Unterdruck der große Leitungswiderstand nicht bewältigt werden, und die Reinigung des Bohrloches bleibt unvollkommen. Es bildet sich ein Staubpolster, das den Bohrfortschritt hemmt und viel Feinstaub erzeugt. Beim Bohren mit Absaugen verzeichnet man bisweilen geringeren Bohrfortschritt infolge der Energieverluste in den Konusverbindungen zwischen Bohrgestänge und Bohrkrone bzw. zwischen Bohrgestänge und Einsteckende. Die Energieverluste in den Verbindungen sind zwar bei neuen, einwandfrei hergestellten Kegeln unwesentlich, aber unter Betriebsverhältnissen bei den nicht mehr ganz exakten Steigungen der Kegel sind sie jedoch meist erheblich. Die Einsteckenden werden bei der Arbeit so heiß, daß die Bohrhauer Handschuhe tragen müssen. Diese Verluste lassen sich durch feste Einsteckenden, aufgeschrumpft oder angeschmiedet, vermeiden. Desgleichen sollen die Schneiden fest angestaucht sein, derart, daß Monoblockbohrer entstehen [259].

Durch alle bisher vorhandenen Bohrmaschinenarten mit Luftabsaugung durch den Bohrer werden die schwebenden, horizontalen und gering einfallenden Bohrlöcher gut gereinigt; bei steil einfallenden Bohrlöchern ist diese Reinigung weniger günstig (Abb. 88). 7.632 Absaugen des Bohrlcleins von der Bohrlochsohle durch ein Rohr, welches die Bohrstange umgibt und in das Bohrloch eingeschoben wird Dieses Verfahren kann man auf zweierlei Art durchführen: Entweder schließt sich das Rohr dicht an die Bohrlochwandungen an und man führt durch die Bohrstange Druck- oder Auspuffluft zu, oder das staubabführende Rohr ist nur lose ins Bohrloch eingeschoben, und dann strömt die L u f t längs der äußeren Rohrwand in das Bohrloch, um an der Bohrlochsohle das Bohrklein mitzureißen und nach außen abzuführen. Das erste Verfahren ist eine Kombination des Luftausspülens und der Absaugung. Es hat gegenüber dem zweiten Verfahren den Vorteil, daß der Luftstrom viel stärker ist und das Bohrklein leichter mitnimmt (Abb. 89,90). 7.633 Absaugen des Bohrlcleins am

Bohrlochmund

Wird das Bohrklein vom Bohrlochmund abgesaugt, so ist die Richtung des Luftstromes, der den Staub mitreißen soll, entgegengesetzt zu dem auf S. 116 beschriebenen Verfahren (Abb. 91). Bedingung ist, die Bohrlochmündung durch einen Verschluß (Glocke, Teller, Deckel, Haube, Stopfbüchse) abzudichten und, wenn dies nicht geschehen kann, einen großen Unterdruck zu erzielen (Abb. 91,92). Die Druckverluste sind bei diesem Verfahren viel geringer. Das Abdichten der Bohrstange im Bohrlochverschluß verursacht jedoch Schwierigkeiten. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist die geringe Geschwindigkeit des Luftstromes, der die Staubpartikeln und Bruchstücke herausschaffen soll. Sie ist verhältnismäßig niedrig, weil der Kreisring, durch den die L u f t strömt, einen großen Querschnitt hat. Deshalb ist dieses Verfahren weniger wirksam. Soll eine größere Wirkung

118

Staubverhütung beim Bohren

Abb. 89. Staubabsaugung durch ein ins Bohrloch eingeschobenes Rohr (Erzeugung des Luftstromes durch einen direkt am Bohrhammer befestigten Injektor) Abb. 90. Staubabsaugung durch ein ins Bohrloch eingeschobenes Rohr 1 Bohrkrone; 2 Bohrstange; 3 Absaugrohr für Staub; 4 Sammelkammer für Staub; 5 Anschluß für Absaugschlauch; 6 drehbarer Stoßdämpfer; 7 Bohrhülse; 8 Gehäuse des Bohrhammers; 9 Kolben; 10 Abschlußbuchse

Abb. 91. Einsatzstück für sowjetische Absaugvorrichtung TBIOT-54 M 1 Saug-Einsatzstück; 2 Schlauchanschluß

Trockenbohren

119

erreicht werden, dann muß durch die Bohrstange wie beim Luftspülen dem Bohrloch Druckluft zugeführt werden, aber meist nur so viel, daß der Bohrlochverschluß (Glocke) unter einem ständigen Unterdruck steht. Die Geschwindigkeit des Stromes im Bohrloch wird dadurch vervielfacht und die Staubabführung verbessert. Oft ist es notwendig, dieses Luft-Ausspülen mit der Stauberfassung durch Schaum zu kombinieren. Man könnte auch mit Nebel ausspülen, doch ist dieses Verfahren noch nicht vollständig ausgearbeitet. Das Absaugen des Bohrkleins von dem Bohrlochmund ist lediglich bei horizontalen und nach oben gerichteten Bohrlöchern durch1670 führbar; bei steil nach unten einfallenden muß dieses Verfahren mit Abb. 92. Absaughaube für Bohrloch Metallmantel; 2 Gummihaube; 3 Schlauchanschlußstück; Luftspülung kombiniert werden. 4 Schlauch; 5 Bohrstange Dieses Verfahren wird nur selten angewandt. Beim Bohren mit Absaugen des Bohrmehls vom Bohrlochmund handelt es sich meist um eine Vorrichtung mit Zyklonabscheider und Filtern. Die ganze Vorrichtung besteht aus einem Verschluß oder einer Glocke, die den Bohrstaub auffängt, einem Luftejektor, einem Absaugschlauch, der die Glocke mit dem Staubabscheider verbindet, und einer Einrichtung für die Staubabscheidung. Durch die Glocke, die den Bohrlochmund abschließt, geht der ¡/ordere Blende "¿ISSf. ZuführungrnnPreßluft Bohrer hindurch. Konstruktionen, bei denen /••:••.•? -zs^für Blenden die Glocke sich an den Bohrlochmund dicht s/Hintere Blende anlegt, haben sich nicht bewährt. Bei neueren Konstruktionen ist dieser Mangel berücksichtigt worden, was jedoch eine größere Absaugegeschwindigkeit erfordert (mindestens 15 m/s). Beispiele des Absaugens am Bohrlochmund Astaub/uft zur Saugstelle vgl. S. 115 und die Abbildungen 89—94, 107.

Interessanterweise sei hier noch die Abb. 93. Schema der Lufthaube nach ARISKIN Bauart von A R I S K I N erwähnt. A R I S K I N löst die Abdichtung durch Luftblenden. Infolge des Unterdruckes ziehen sich die Blendenränder in der Richtung zum Einsteckende (vgl. S.117) zusammen und verhindern den Austritt des Staubes in die Wetter (Abb. 93). Das Einsteckende wird an einer Teleskopstütze befestigt, die am Hammer aufgesetzt ist. Man benutzt nur Abluft, jedoch kann man auch Preßluft verwenden.

120

Staubverhütung beim Bohren

7.634 Kombination

verschiedener Verfahren und Abfuhrung des Staubes

Die Verfahren des Ausspülens des Bohrkleins mit Luft und Absaugens am Bohrlochmund können auch kombiniert werden, um einen kräftigen Luftstrom zu erzeugen, der dann das Bohrklein aus dem Bohrloch besser austrägt. Auch hier unterstützt man das Saugen durch Druckluft, welche durch einen angesetzten Druckkopf zugeführt wird (meist genügt Abluft) (Abb. 94). Abb. 94. Trockenbohrverfahren nach OBODA (Schema) 1 Bohrbesatz;

2 Bohrstange;

3 Blaskopf;

4 Bohrhammer E D L K 60; 5 Filterbehälter; 6 Manometer; 7 Kegulierventil; S Schlauch zum H a m m e r ; 9 Schlauch zur B o h r s t ü t z e ; 10 B o h r s t ü t z e ; Ejektor;

11 Schlauch aus P VC zum

12 E j e k t o r ; 13 Schlauch aus P V C zum F i l t e r

Für die Staubabförderung vom Bohrloch in das Filter oder in einen anderen Staubabscheider kann man entweder Überdruck oder Unterdruck anwenden. Im ersteren Fall wird der Filtervorrichtung ein Ejektor vorgeschaltet (Abb. 95). Der Ejektor treibt dann den Staub mit Überdruck durch den Abscheider hindurch, während vor dem Ejektor, d. h. im Bohrloch, Unterdruck besteht. Im zweiten Fall wird der Ejektor dem Staubabscheider nachgeschaltet. In diesem Falle herrscht Unterdruck sowohl im Abscheider wie im Bohrloch (Abb. 95).

Abb. 95. Abführung des Bohrkleins durch das Filter durch Unter- oder Überdruck des Luftstromes

Das Überdrucksystem weist folgende M ä n g e l auf: a) Durch das Filter passiert nicht nur die Staubluft vom Bohrloch, sondern auch die gesamte Luft, mit welcher der Ejektor angetrieben wird. Die Filterfläche muß dementsprechend größer bemessen werden, damit sie eine derart große Luftmenge durchgehen läßt; in der Regel wählt man sie doppelt so groß. b) Die Preßluft expandiert im Ejektor und kühlt sich ab. Dies hat das Kondensieren des Wasserdampfes und die Benetzung des Staubes zur Folge, der dann das Filter, hauptsächlich das Tuchfilter, versetzt.

Trockenbohren

121

Der daraus resultierende geringere Luftdurchgang durch das Filter bewirkt, daß sich auch im Zuführungsschlauch Bohrklein ansammelt und der Schlauch verstopft wird. c) Hinter dem Ejektor herrscht Überdruck, so daß an jeder undichten Stelle die Staubluft in die Umgebungsatmosphäre entweicht. Demzufolge sind Unterdruck-Vorrichtungen weit vorteilhafter. In den meisten Fällen erfolgt die Abförderung durch Unterdruck. Bei einem Preßluftverbrauch von 0,4 m 3 /min erzeugt der Ejektor einen Unterdruck von 2 0 0 - 2 2 0 mm WS. Daraus läßt sich erkennen, daß der Preßluftverbrauch bedeutend, der erzielte Unterdruck aber nicht besonders groß ist. DaNetzmittelgegen ist die Vorrichtung einfach, sie Läsung arbeitet störungsfrei, und man kann sie überall dort anwenden, wo Preßluft vorhanden ist. Der Wirkungsgrad ist jedoch gering, und außerdem verursacht der Ejektor viel Lärm, was sich in der Grube sehr nachteilig auswirkt. Bohrhammerkopf Bei manchen Konstruktionen wird Abb. 96. Bohrhammer mit angebautem Ejektor der Ejektor direkt auf der Bohrmaschine befestigt, was nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile, wie jedes Überdrucksystem, hat. Auch wird der Bohrhammer dadurch schwerer und unhandlicher (Abb. 96). 7.635 Erfassen, Binden und Unschädlichmachen des abgesaugten Staubes Es ist einerlei ob der Staub aus dem Bohrloch gesaugt oder geblasen wird, immer ist es notwendig, ihn zu erfassen, zu binden und unschädlich zu machen. Man kann dies tun: 1. mit Zyklonen; 2. mit Filtern verschiedener Konstruktion, u. a. Elektrofiltern, Schlauchfiltern; 3. durch Benetzen; 4. durch direktes Abführen in den ausziehenden Wetterstrom; 5. durch kombinierte Verfahren; 6. durch Erfassen mit Schaum. Da vor Ort gewöhnlich wenig Platz ist und vor dem Schießen alle Geräte beiseite geschafft werden müssen, wurden zur Stauberfassung verschiedene kleine tragbare Geräte entwickelt, von denen einige weiter unten beschrieben werden. Da jedoch auf ähnliche Art der Staub auch bei anderen Gelegenheiten erfaßt werden kann, wird über diese Verfahren der Staubunschädlichmachung in den nächsten Kapiteln, insbesondere auf Seite 149, eingehend berichtet.

Staubverhütung beim Bohren

122 7.636

Anwendungsbeispiele

für das

7.636.1 T r o c k e n a b s a u g g e r ä t

Trockenabsaugverfahren

Hemscheidt-Königsborn

Die M a s c h i n e n f a b r i k H e m s c h e i d t , W u p p e r t a l , h a t in Z u s a m m e n a r b e i t m i t d e r S t e i n k o h l e n g r u b e K ö n i g s b o r n ein T r o c k e n a b s a u g g e r ä t entwickelt, bei d e m d a s

Abb. 9 7 . Trockenabsauggerät Königsborn (SCHMIDT-HEMSCHEIDT). Abführung des Bohrmehls durch einen Saugkopf und Reinigung der abgesaugten Luft in einem Filtergerät. Die Saugwirkung wird durch einen Ejektor hervorgerufen

Trockenbohren

Abb. 98. Fahrbares Gerät für den Großeinsatz beim Streckenvortrieb

Abb. 99. Gerät zum Einsatz in niedrigen Flözen und Blindörtern

123

124

Staubverhütung beim Bohren

anfallende Bohrklein durch Bohrungen in der Krone und im Gestänge über einen Saugkopf und einen Saugschlauch in einen Filterbehälter abgesaugt wird (Abb. 97 bis 99). In der üblichen Ausführung hat das Gerät zwei Stutzen zum Anschluß von zwei Bohrhämmern. Der Unterdruck, der bei ganz geöffnetem Ventil 435 mm QS beträgt, wird von einem auf dem Niederschlagsbehälter angebrachten Ejektor erzeugt. Dieser ist an die Preßluftleitung angeschlossen. Der Luftverbrauch beträgt bei geöffnetem Hahn l,4m 3 /min. Bei richtiger Handhabung hat das Gerät, das sich in jahrelangem Einsatz bewährt hat, einen Wirkungsgrad von 90% und mehr im Feinstaubbereich. Im Ruhrgebiet sollen über 5000 Stück im Einsatz sein. Für Abteuf arbeiten, für großprofihge Auffahrungen u. a. sind spezielle Formen des Abscheidebehälters konstruiert worden. Der anfallende Staub wird entweder trocken niedergeschlagen oder in dem Kessel mit Wasser verschlämmt. Schwierig ist oftmals die Beseitigung des aufgefangenen Bohrmehls, da es wieder flugfähig und damit gefährlich werden kann, wenn es trocken oder als Schlamm an ungeeigneten Stellen aus dem Kessel entleert wird. Die Bergleute müssen immer wieder eingehend darüber belehrt werden, daß sie den Kesselinhalt nicht zwischen das Haufwerk oder in die Bergewagen schütten dürfen. In Tagebauen kann man auf den Abscheider verzichten und den abgesaugten Staub an einer Stelle, wo keine Gefahr für die Arbeiter besteht, ins Freie abblasen. 7.636.2 H ü c k s t ä d t g e r ä t

In der DDR wurde 1951 von H Ü C K S T Ä D T ein Trockenbohrabsauggerät entwickelt und in den folgenden Jahren im Rahmen der Forschungsarbeiten des Institutes für Grubensicherheit und Arbeitsschutz an der Bergakademie Freiberg in zahlreichen Versuchen in Steinkohlen- und Erzgruben erprobt und betriebsreif gemacht (Abb. 100). Das Prinzip Abb. 100. Trockenabsauggerät nach ist das gleiche wie beim Königsborngerät. HÜCKSTÄDT Durch Ejektor Wirkung wird das Bohrklein durch das Hohlbohrgestänge über einen auf das Bohrgestänge aufgesetzten Saugkopf und einen Verbindungsschlauch in den unteren Teil des Staubabscheiders abgesaugt. Hier setzt sich bereits der gröbere Staub infolge der verringerten Luftgeschwindigkeit auf Grund des größeren Querschnittes ab. Der Feinstaub wird durch zwei hintereinander geschaltete Filter zurückgehalten. Das erste Filter besteht aus Perlon und hat sich besonders bei feuchter Luft gut bewährt,

125

Trockenbohren

da es wasserabstoßend wirkt, sich nicht vollsaugt und so der Filterwiderstand erhöht wird. Das zweite Filter ist ein Wolltuchfilter. Die Silikoseforschungsstelle Eisleben hat zum Vergleich des Hückstädt- und des Königsborngerätes Untersuchungen durchgeführt. Tabelle 25 bringt eine Zusammenstellung der Resultate der Versuche zur Ermittlung des erzeugten Unterdruckes pz (mm Q,S) und des Preßluftverbrauches des Ejektors Q (m3/min) in Abhängigkeit vom Preßluftdruck p1 (atü). Tabelle 25 Königsborngerät Pi Q Vi

4,0 1,22 345

4,5 1,33 373

5,0 1,46 403

Hückstädtgerät

Hückstädtgerät 5,5 1,54 416

4,0 1,72 575

4,5 1,86 563

5,0 2,07 559

5,5 2,21 545

4,0 1,22 429

4,5 1,33 447

5,0 1,46 489

5,5 1,54 515

Wie aus der Tabelle 25 ersichtlich ist, liegt der beim Hückstädtgerät erzeugte Unterdruck wesentlich höher als der beim Königsborngerät. Der Entstaubungsgrad des Hückstädtgerätes ist höher als 99%. Die Abhängigkeit des Filterwiderstandes von der Staubbelastung ist aus den Abbildungen 101 — 103 zu ersehen.

Abb. 102. Filterwiderstand des Wolltuchfilters in Abhängigkeit von der Staubaufnahme

126

S t a u b v e r h ü t u n g beim Bohren

400r mmWS 300

10 IS Gesamtstaubaufnahme Abb. 103. Filterwiderstand der Kombination Perlon-Wolltuch-Filter in Abhängigkeit v o n der G e s a m t s t a u b a u f n a h m e 7.636.3 S o w j e t i s c h e s T r o c k e n a b s a u g g e r ä t

SPN7

In der Sowjetunion ist ein Trockenabsauggerät mit der Bezeichnung SPN 7 für die Erzgruben gebaut worden. Der Ejektor ist am Bohrhammer angebracht und erzeugt einen Unterdruck bis zu 680 mm QS. Der Druckluftverbrauch beträgt angeblich nur 0,25 m 3 /min. Man kann den Staub bis zu 200 m vom Abbauort wegleiten und anschließend im Abscheider (Abb. 104) niederschlagen. Der

Abb. 104. Sowjetisches Trockenabsauggerät S P N 7 1 Staubzuführung; 2 Zyklon; 3 Staubbehälter; 4 Verbindungsrohr; 5 Staubbehälter; 6 Filtergehäuse; 7 Filter; 8 Öffnungen zum Austritt der gereinigten L u f t ; 9 mechanischer Rüttler

größte Teil des Staubes wird bereits im Zyklon abgefangen. Die Entleerung des Staubbehälters des Zyklons muß daher nach jeder Schicht erfolgen. Der im Filterbehälter abgeschiedene Staub braucht nur in größeren Zeitabständen entfernt zu werden. D a s Gerät (Abb. 104) besteht aus einem Vorabscheider f ü r den Grobstaub u n d einem Feinkornabscheider, der m i t Filtern versehen ist. Die staubhaltige L u f t wird aus d e m Bohrloch durch ein Zuführungsrohr (1) in den Zyklon (2) geleitet. Der durch den Zyklon abgeschiedene

127

Trockenbohren

Staub fällt in den Staubsammelbehälter (3), während die vorgereinigte Luft durch das Verbindungsrohr (4) in den zweiten Abscheider gelangt, wo sie durch die Filter (7) im Filtergehäuse (6) gereinigt wird und durch die Öffnungen (5) ins Freie austritt. Mittels des mechanischen Rüttlers (9) wird er auf den Filtern abgesetzte Staub entfernt und im Staubbehälter (5) gesammelt. 7.636.4 S t a u b f r e i a r b e i t e n d e B o h r m a s c h i n e H o l m a n

Dryductor

Mit der trocken und staubfrei arbeitenden Bohrmaschine „Dryductor" wird der im Bohrloch entstehende Staub abgesaugt und einem Zyklonabscheider, einem Sackfilter oder einer kombinierten Abscheider-Filter-Vorrichtung zugeführt (Abb. 105). Mit Hilfe eines in der Nähe der Bohrmaschine aufgestellten Zyklonabscheiders können durch den Zyklon bis zu 9 5 % Staub erfaßt werden. Hierbei sammelt sich der Staubrest in einem Filter an, das außerhalb der Arbeitsstelle aufgestellt ist. Der Staub kann, falls er sehr gesundheitsschädlich ist, auch mit W/dia-Schneide

Hohlbohrer

AmboB-Btock

Staubabsaugerohr

»

Umsetzvorrichtung

Ä

T

zThrung

Automat. Automat. DruckluftSchmierung Ventil

zum Abführen des Staubes

Abb. 105. Trockenabsaugbohrhammer der Firma Holman, Camborne (England)

Hilfe von Rohrleitungen an eine beliebige Stelle abgeführt werden, an der er wirksam erfaßt wird. Da in dieser Leitung ein Unterdruck herrscht, besteht keine Gefahr, daß der feine und gesundheitsschädliche Staub entweicht. Der erforderliche Druck wird durch einen saugenden Lüfter erzielt, der in einer behebigen Entfernimg von der Bohreinrichtung aufgestellt werden kann. Wichtig ist, daß die Bohrmaschine bei Stillstand des Sauglüfters nicht in Tätigkeit gesetzt werden kann. Wie aus dem beigefügten Schema zu erkennen ist, geht durch die Bohrmaschine ein Rohr von großem Durchmesser. Das Bohrgestänge ist mit einer Bohrung von weitaus größerem Durchmesser versehen als bei den zum Naßbohren benutzten Bohrstangen. Die Verbindung des Rohres mit dem Schlauch ist in einer Geraden mit der Rohrachse angeordnet, so daß ein Druckverlust durch Wirbelbildung nicht eintreten kann. Der Holman Bohrhammer Dryductor hat einen Kolben mit großem Durchmesser und einen eingeschobenen Schläger. Dadurch wird verhindert, daß Abluft des Bohrhammers durch den Kolben um das Saugrohr herum in die Bohrstange eindringt. Die Einsteckhülse wird durch einen Teil der Abluft gekühlt, die in den Vorderteil des Hammers geleitet und durch Öffnungen im Gehäuse in die Grubenluft abgeführt wird. Das Saugrohr hat eine Öffnung von 10 mm und weitet sich allmählich aus. Die Schlagkraft beträgt 5 kgm und die Zahl der Schläge 2400/min. Der Durchmesser des Bohrgestänges ist 26 mm und der Durch-

128

Staubverhütung beim Bohren

messer der Bohrung 9,5 mm. Die Kronen werden auf den Kegel der Bohrstange aufgesetzt. Die Einbettung in der Krone besteht aus Kupfer. Der Ejektor wird dem Filter'nachgeschaltet, d a m i t in der ganzen Vorrichtung Unterdruck herrscht. 7.636.5 B o h r h a m m e r S u p r h a m 20 Z S K d e r F i r m a mit zentraler

Krupp

Absaugung

Daß man auch den sonst für das Bohren mit Wasserspülung gebauten Hammer Suprham 20 ZSK der Firma Krupp für das Bohren mit Zentralabsaugung verwenden kann, beweisen W O L F und H A R N I S C H M A C H E R [259]. Den dieser Bohrungsart angepaßten Hammer zeigt Abb. 106. Auch andere Bohrhämmer mit Zentralspülung lassen sich bestimmt für das Trockenbohren mit Zentralabsaugung verwenden.

;

2

3

4

5

6

Abb. 106. Bohrhammer Suprham 20 ZSK der Firma K r u p p für zentrale Absaugung des Bohrkleins 1 B o h r s t a n g e ; 2 Stahlhülse; ¿ K u n s t s t o f f r ö h r c h e n ; 4 K o l b e n ; 5 Metallröhrchcn; 6 Saugschlauch zum Absauggerät

7.636.6 V o r r i c h t u n g z u m A b s a u g e n a m B o h r l o c h m u n d n a c h OTÄSEK (Abb. 107)

Die Bohrlöcher werden bis zu einer Tiefe von 7 cm mit einem lichten Durchmesser, der dem Außendurchmesser der Stopfbüchse der Absaugevorrichtung •entspricht, vorgebohrt. Zur Vermeidung der Flugstaubbildung beim Anbohren der kurzen Löcher wird die auf dem Bohrer frei aufsitzende Hilfseinrichtung benutzt. Nach Bedarf kann der Rand des auf dem Gestein aufsitzenden Hilfsverschlusses mit einem porösen, zusammendrückbaren Gummiring versehen sein, der die Zerstäubung von Feinstaub verhindert. Durch Anschluß des Hilfsverschlusses mit einem Gummischlauch an das Filter wird der entstehende Staub in das Filter abgesaugt. Nach dem Anbohren der kurzen Löcher führt man den normalen Hauptver«chluß mit Gummidichtung in die vorgebohrte Öffnung ein. Auf diese Weise wird •ein luftdichter und fester Abschluß des Bohrloches geschaffen. Der Hauptverschluß trägt an seinem unteren Ende ein Saugrohr, an das ein 1"-Gummischlauch, verbunden mit einem Filter, angeschlossen wird. Nach Einführung eines Bohrgestänges normaler Länge in den festgemachten Hauptverschluß wird das Loch

129

Trockenbohren

abgebohrt. Die Druckluft strömt durch den Hohlbohrer bis auf den Bohrlochboden und befördert das zerriebene und zermahlene Gestein sowie den Flugstaub durch das AbfaUrohr in das Filter, in dem ein Druckluftinjektor einen konstanten Unterdruck von 2000 mm WS erzeugt. Das gröbere Bohrmehl sinkt im Filter zu Boden, und der Feinstaub prallt mit einer Geschwindigkeit von einigen cm/s an das Filtertuch, wo er größtenteils haften bleibt. Der feinste Flugstaub, der durch das Leinwandfilter noch hindurchgeht, bleibt in einem weiten mit Metallspänen gefüllten Spezialfilter zurück. Für den laufenden Betrieb ist es jedoch zweckmäßig, die Filter in einem Gruben wagen unterzubringen. In dem Wagen wird eine noch geringere Strömungsgeschwindigkeit erzielt und die Filterwirkung erhöht. Ist Gummidichtung

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Filzdichtung

7777M

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Druckluft

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v^vyvy^^A^i— \Bajonett> Verschluß ^ Absaugstutzen

A b b . 1 0 7 . V o r r i c h t u n g z u m A b s a u g e n d e s B o h r k l e i n s a m B o h r l o c h m u n d n a c h OTÄSEK

dieses Filter mit Staub angefüllt, wird der Wagen nach über Tage gebracht, gereinigt und das Metallfilter mit Öl durchgespült. Dann ist der Wagen wieder einsatzbereit. Der Bohrlochverschluß läßt sieh auch beim Bohren mit Wasserspülung anwenden. Das aus dem Bohrloch ausfließende Wasser wird mit einem Gummischlauch in ein niedriges Gefäß abgeleitet, wo der Grobstaub zu Boden sinkt, das Wasser mit dem allerfeinsten Staub über ein Sandfilter läuft und die letzten Spuren des Staubes beseitigt werden. 7.636.7

Bohrstaubhaube

nach

LÖBBERT

Bohrstaubhauben sind vor allem für aufwärts gerichtete Bohrlöcher gedacht. Sie arbeiten ohne Saugstrom; das Bohrmehl fällt durch die Schwerkraft in den an der Haube hängenden Staubbeutel (Abb. 108). Die Leichtmetallhaube von L Ö B B E K T (Abb. 108a) wird zum Beispiel mit Druckluft an die Firste gedrückt und durch Schaumgummiringe abgedichtet. Diese Abdichtung ist oft schwierig und bleibt auch meist dann unvollständig, wenn die Firste um das Bohrloch sehr ungleichmäßig ist. Der Wirkungsgrad wird daher auch oft sehr verschieden angegeben. 9

Silikosebekämpfiing

130

S t a u b v e r h ü t u n g beim Bohren

Abb. 108 a. LöBBERTSche B o h r s t a u b h a u b e 1 Haubengehäuse; 2 Haubendichtung; 3 Beuteldichtung; 4 Staubbeutel; 5 Durchbruchplatte; 6 Bohrerdichtung; 7 Dichtungshalbschale; 8 Schalenfeder; 9 Konusfeder; 10 Verschlußgabel; 11 Preßluftstütze

Trockenbohren

7.637

Vorteile und Nachteile des

131

Trockenabsaugverfahrens

Vorteile des Trockenbohrens im Vergleich zum Naßbohren: 1. Das Ort bleibt sauber, wird nicht verschlammt. 2. Bei Naßbohrung kann der Wasserverbrauch recht hoch sein, 2—3 m 3 je Abschlag, und sich daher ungünstig auf das Grubenklima auswirken. 3. Manche Gesteine quellen durch Wasser, wodurch beim Firstenbau die Arbeiter durch Steinfall aus der Firste (Dach) gefährdet sind. Dies ist beim Trockenbohren nicht der Fall. 4. In anderen Fällen ist das Gestein von einem derart dichten Netz von Schlechten und Rissen (Klüften) durchzogen, daß das Spülwasser sofort in das Gestein entweicht und das Bohrmehl aus dem Bohrloch nicht herausträgt. Der Wasserverbrauch ist bedeutend. Auch in diesem Falle muß man zum Trockenbohren greifen, obwohl auch hier in solchen Fällen Schwierigkeiten auftreten können. Vom Standpunkt der Staubbeseitigung beim Naßbohren wäre ein tieferes Eindringen des Bohrmehls in das klüftige Gestein ganz annehmbar, jedoch trocknet das Bohrmehl später aus und wird beim Schießen und bei weiteren Arbeiten herausgetragen, wodurch der Staub in Schwebe kommt. 5. Einige Gesteine lösen sich durch Wasser auf. Für diese kommt nur das Trockenbohren in Betracht. 6. Beim Bohren mit Absaugung wird die Staubkonzentration vor Ort mit zunehmender Bohrdauer immer geringer und sinkt erheblich unter den Wert vor dem Bohren (Vorbelastung), weil die ausströmende Abluft die anfänglich vorhandene staubhaltige Luft verdünnt, und weil durch den beim Absaugen erzeugten Unterdruck staubhaltige Luft in das Bohrloch gesaugt und gereinigt wird. 7. In einigen Fällen, hauptsächlich in harten Gesteinen und bei größerer Vorschubkraft, kann der Bohrfortschritt größer sein, falls Trockenbohren mit Absaugung angewendet wird. Allerdings muß man gut befestigte Kronen verwenden, die jedoch den Nachteil haben, daß sie die Gefahr der Bohrstangenbrüche vergrößern. 8. Bei optimaler Vorschubkraft ist der Kronenverschleiß beim Naßbohren größer als beim Trockenbohren (vgl. Versuche von PORSCHKE [ 1 6 7 ] und F I S H [66]), insbesondere bei Verwendung schwerer Abbauhämmer. 9. Der Energieverbrauch kann beim Trockenbohren niedriger sein als beim Naßbohren. 10. Wird in Tongesteinen naßgebohrt, dann klemmt sich der Bohrer. Nachteile des Trockenbohrens mit Absaugung: 1. Alle Vorrichtungen, die den Staub trocken absaugen, abführen oder unschädlich machen sollen, sind nicht so einfach und robust wie beim Naßbohren. 9*

132

Staubverhütung beim Bohren

2. Sie beanspruchen auch relativ viel Platz, so daß sie sich für die Arbeit in schwer zugänglichen und begrenzten Arbeitsplätzen weniger gut eignen. Auch kleine tragbare Entstaubungsgeräte und Zyklone, die nur für eine Arbeitsstätte oder nur für einen Bohrhammer bestimmt sind, weisen diese Mängel auf. 3. Der Luftverbrauch für die Staubabsaugung ist bedeutend, bisweilen so groß wie der Luftverbrauch der Bohrmaschinen selbst. (Beim Trockenbohren mit Absaugung soll die Druckluft einen Mindestdruck von 3,5 atü aufweisen.) 4. Ein großer Nachteil besteht darin, daß der Innendurchmesser der Hohlbohrstange möglichst groß sein muß, was wiederum die Gefahr des Stangenbruches erhöht. Insbesondere, wenn der Staub durch Bohrstange und Bohrmaschine abgesaugt wird,- muß die Bohrung im Gestänge genügend weit vorgesehen werden. Aber auch dann, wenn durch die Bohrung reine Luft strömt, soll er genügend weit sein; denn bei gleichbleibender Luftmenge ändert sich der Widerstand bei verringertem Durchmesser der Bohrung von d auf im Verhältnis

. Wir haben also einen bedeutenden Energieverbrauch, falls

der Durchmesser der Bohrung nicht groß genug ist. Auch die der Bohrkrone zugeführte Luftmenge reicht dann nicht aus. 5. Der Bohrfortschritt im feuchten Gestein ist beim Trockenbohren geringer als beim Naßbohren. Bei Wasserzufluß aus den Klüften des Gesteins ist das Trockenbohren überhaupt unmöglich. 6. Ein großer Nachteil beim Trockenbohren besteht darin, daß man mit manchen Geräten das Bohrmehl nicht gleich beim Anbohren absaugen kann. Da jedoch die Bohrarbeit zu Beginn gewöhnlich ohne jeden Schutz vor sich geht, kommt eine gewisse Staubmenge in Schwebe. Demzufolge würde das Trockenbohren mit Staubabsaugung eine viel größere Bedeutung erlangen, wenn es gelänge, auch diese Mängel zu beseitigen. 7. Bei freiem Staubausblasen ist es nur schwer möglich, durch Wassernebel und Berieselung den Staub nachträglich niederzuschlagen. 7.638

Staubkonzentrationen

beim Naß-

und

Trockenbohren

Vergleichende Untersuchungen über das Bohren mit Trockenabsaugung und Wasserspülung wurden von P O R S C H K E [167] durchgeführt, deren Ergebnisse in den Abb. 109 a—e dargestellt sind. MARGARYundGAGLiORMELL [143 b] stellten in einer Kohlengrube folgende Staubwerte fest: 1. vor dem Bohr beginn 170 T/cm 3 (Vorbelastung der Wetter); 2. beim Trockenbohren 10000 T/cm 3 ; 3. beim Absaugen durch das Bohrgestänge 1200 T/cm 3 ; 4. beim Absaugen am Bohrlochmund 2000 T/cm 3 ; 5. beim Naßbohren 1000 T/cm 3 .

K

^

30

133

Trockenabscupen, aufg eschrum/.iftes Einsi eckende Qßag) Wasserst. iü/ung(E,

20

i

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10

•s

Trockenabsaui en. loses Einsteckende i 'EEI)

£

S

20

40 60 Vorschubkraft (kg)

80

100

720

Abb. 109 a. Bohrgeschwindigkeit beim trockenen u n d nassen Bohren in Abhängigkeit von der Vorschubkraft (Bohrhammer M o t t m a n n AZ 2 0 ) (nach P O R S C H K E ) 1 Wasserspülung ( E E g ) ;

2 Trockenabsaugung, aufgeschrumpftes Einsteckende ( E E a g ) ; loses Einsteckende ( E E I )

3 Trockenabsaugung,

25

Wasser, Spülung fEEl) 20 Absaug >n(EEâty-

f .c;

1 I

5 ¡j.m beträgt je nach der Bauart der Zyklone 75 — 95%. Nach kleineren Korngrößen nimmt er schnell ab. Deshalb müssen die Zyklone mit Filtern kombiniert werden.

8.3 Elektrofilter Elektrofilter beruhen im Prinzip darauf, daß die Staubteilchen der Luft beim Passieren des oft zylindrisch geformten Abscheiders durch einen Sprühdraht elektrisch negativ aufgeladen und auf dem geerdeten Stromzuführung Zylindermantel niedergeschlagen werden (Abb. 130). 20+50W Diese klassische Form wird Röhrenfilter genannt. gereinigte Meist wird der Staub jedoch auf plattenförmigen Luft ' Elektroden (Plattenfilter) abgeschieden. Die Reinigung der Niederschlagselektroden erfolgt durch SprühdrahtQ Rüttel- oder KlopfVorrichtungen. Die Aufstellung zurAufladung ' men eines Elektroabscheiders in Erzgruben ist in Abb. 131 dargestellt. Elektrofilter reinigen die Luft sehr gründlich. Sie als Niederschlagswerden hinter mechanischen Abscheidern angeordnet, da es unwirtschaftlich wäre, durch das Elektrofilter 0 auch grobe Teilchen abzuscheiden. Vorteilhaft ist, daß I -Staub I Elektroabscheider dem Luftdurchgang fast keinen •mb^Am. Widerstand bieten. Das Kohlenforschungsinstitut in Ostrava-RadvaAbb. 130. Elektroabscheider nice (ÖSSR) entwickelte ein kleines Nachreinigungs(Schema) Elektrofilter, das hinter mechanische Staubabscheider angeordnet wird. Es ist transportabel und besitzt eine eigene Hochspannungsquelle. Es kann jedoch nicht in schlagwettergefährdeten Gruben verwendet werden.

152

Erfassen des Staubes in Absetzkammern, Zyklonen und Filtern

Elektrofilter, wie sie bei der elektrischen Gasreinigung üblich sind, wurden in kleinerer Ausführung auch für die Reinigung der Wetter unter Tage verwandt. Berichte über den Einsatz dieser Geräte sind nicht bekannt.

Abb. 131. Elektrostatische Filteranlage unter Tage 1 Luttenleitung, Durchmesser 500 mm für 255 m'/min staubhaltige Luft; 2 225 ni'/min staubhaltige Luft; 3 Tür; 4 Wasserleitung zur Beseitigung des abgesetzten Staubes (Durchmesser 50 mm); 5 480 m'/min staubhaltige Luft; 6 Kabel (500 V); 7 Isolator; 8 Sprühelektrode; 9 Betonwand; 10 Wettertür; 11 Stahltür; 12 Gleis; / 3 Abführung des Wassers; 14 Hochspannungstransformator; 15 Synchron-Elektromotor (3,8 kW, 3000 U/min); 16 Gleichrichter; 17 Spannungsregler; 18 Schalttafel

8.4 Holzmehl-, Kunstfaser- und Eisenfeilspänefilter Holzmehlfilter haben gewisse Vorteile. Man kann sie zum Beispiel auch an feuchten Stellen verwenden. Sie nehmen jedoch mehr Raum als Tuchfilter ein, und ihr Abscheidegrad ist geringer. -Harro. BetOfl AuchSilon-(Polyamid-)Fädenfilter sind vorteilhaft. Sie laden sich Stdubluft beim Durchgang des Staub-LuftFUtrahonsschicht :i>: Gemisches elektrostatisch auf und i ziehen dadurch die Staubpartikeln Dcrne/tes Drahtnete \ i] an. Die Anordnung eines Filters, welcher aus einer 75 mm dicken Abb. 132. Filteranlage Eisenspäneschicht besteht, ist in Abb. 132 veranschaulicht. Die Eisenspäne liegen auf einem Drahtgewebe in einem Betonbehälter von 2,7 m • 1,2 m Ausmaß und 1,3 m Höhe. Die Luft strömt durch

Trockenfilter nach

153

FREUND-KEIENBURG

die Filterschicht mit einer Geschwindigkeit von 0,4—0,65 m/s. Der Widerstand dieses Filters beträgt anfänglich 50 mm WS, steigt jedoch im Laufe von 14 Tagen auf etwa 120 mm WS an. Es wird Staub bis zur Größe 0,2 ¡xm aufgefangen. Der Abscheidegrad für Teilchen dieser Korngröße beträgt am Anfang nur 25%, später, wenn sich das Filter zugesetzt hat, erhöht er sich auf über 90%. 8.5 Trockenfilter nach Freund-Keienburg Die staubhaltigen Wetter strömen durch einen Behälter mit Tuchfiltern, von denen auch die feinsten Stäube fast völlig zurückgehalten werden (Abb. 133 — 136).

Abb. 133. Trockenfiltergerät nach F R E U N D - K E I E N B U R G 2 Absaugstatzen; 3 Abklopf1 Ventilator; vorrichtung; 4 .Filtergehäuse; 5 Unterteil; 6 Mischvorrichtung; 7 H ä n g e r a h m e n ; 8 Filtertaschen ; 0 E i n l a u f s t u t z e n

Abb.

134.

Trockenfiltergerät nach

FREUND-KEIENBURG

unter Tage

Abb. 1 3 5 . Trockenfiltergerät nach F R E U N D K E I E N B U R G mit nasser Staubniederschlagung und Schlammabzug

Abb. 136. Trockenfiltergerät nach F R E U N D K E I E N B U R G mit nasser Staubniederschla- • gung und Schlammabzug (Schnitt) 1 Gehäuse; 2 Deckel mit Austrittstutzen; 3 Eintrittstutzen; 4 Staubschublade; 5 Frltertaschen; 6 Spannschienen; 7 Berieselung mit K r a t z e r ; 8 Wasseranschluß; 9 Schlammabzug; 10 Preßluftanschluß; 11 Rüttelknöpfe; 12 Schaugläser

Abb. 137. Anordnung eines Trockenfiltergerätes bei blasender Bewetterung

Abb. 135

Abb. 136

Schacht3, Vortriebrichtung Wettertuch blende^

Ilektrolüfter V Filter \5m 5m

Meßstelle M

Meßstelle I

Verschlag Abb. 137

Trockenfilter nach

155

FRETJND-KEIENBURG

Scharnier üoppetk tappe Stellt sicn selbsttätig um

Abb. 138. Anordnung eines Trockenfiltergerätes bei saugender Bewetterung

Hat sich eine größere Menge Staub auf den Tüchern angesammelt, so werden diese mit einer Rüttelvorrichtung abgeklopft, und der Staub fällt in den unteren Teil des Behälters, wo er durch Wasser angefeuchtet wird. Die Aufstellung des Abscheidegerätes bei blasender Bewetterung, bei geschlossener Wettertuchblende oder Schießdamm nach dem Schießen ist aus Abb. 137 zu ersehen. Der Lüfter am Trockenfilter muß eine etwas größere Leistung haben als der Lüfter der Bewetterungsanlage des Betriebspunktes. Das Trockenfiltergerät kann auch an die saugende Luttenleitung angeschlossen werden (Abb. 138). Eine Doppelklappe stellt sich hierbei nach dem Schießen selbsttätig um. Bei höherem Feuchtigkeitsgehalt der Grubenwetter können die Tuchfilter durch Kondensation des Wasserdampfes naß werden und eine gute Funktion des Filtergerätes verhindern. Man kann dies vermeiden, indem man den Ventilator vor dem Filter einbaut, da dann die Filterung in einem Überdruckraum mit erwärmter Luft vor sich geht. Noch besser sind wasserabweisende Perlonfilter. Der Wirkungsgrad des F R E U N D - K E I E N B U R G Gerätes ist außerordentlich hoch (95—99 %), wie sich aus Staubmessungen ergeben hat. Die gefilterte Luft ist so rein, daß sie an andere Arbeitsplätze weitergeleitet werden kann (Abb. 139).

mg im 3 ip 'nstaubnipderschlagung • 99,9 %

Vor dm

Trockenflltergerät

Meßzeit {min]

Abb. 139. Staubabscheidung durch das Trockenfiltergerät nach F R E U N D KEIENBURG

156

Erfassen des Staubes in Absetzkammern, Zyklonen und Filtern

8.6 Schlauchfilter Neben der Verwendung von kleinen Raschigringen, Stahlwolle und dergleichen als Filtermassen werden häufig Filterschläuche aus Wollgewebe und dergleichen in der in Abb. 140, 141 schematisch dargestellten Anordnung benutzt. pl Die Abscheidung beruht bei allen diesen Konstruktionen neben dem Siebvorgang auf einem Auf----t= prallen und Haften der Teilchen an den Fasern des Gewebes. Die Verwendung von Filtern mit kleineren t\ 5i '//fei he Porenweiten als den abzuscheidenden Korndurchaus V = messern (Siebprinzip) kommt wegen der dabei auf= / / tretenden großen Luftwiderstände nicht in Frage. - / I / Der Wirkungsgrad ist stark von der Qualität des Filtergewebes und von dessen Gebrauchsdauer abhängig. Naturgemäß steigen die Filterwiderstände mit dem Gebrauch an. Die durchgesetzte Luftmenge soll nicht mehr als 1 m3 • min -1 je m2 Filterfläche betragen. Der Filterwiderstand beträgt gewöhnlich 35—60 mm WS. Abb. 140. Schlauchfilter Baumwollfilter sollen den Staub bis zu 99,8% zurückhalten. Der Anfangsfilterwiderstand von 15 bis 35 mm WS steigt später beim Versetzen des Filters bis auf 120—200 mm WS an.

) )

8.7

Membranfilter

Membranfilter kommen wegen ihres hohen Widerstandes für die Luftreinigung nicht in Betracht. Sie eignen sich dagegen gut für Meßinstrumente wegen ihres hohen Wirkungsgrades bei der Abscheidung von Teilchen geringer Korngröße. Staub/uff

v * Staubluft

Sch/ducfifi/ter

Ventildtorneo

•if Ansicht /-/

V » »Vi tf-y*"

Abb. 141. Schlauchfilter

/-i

•

157

Besondere Arten von Staubabscheidern

8.8 Besondere Arten von Staubabscheidern Abb. 142 zeigt den Wirkungsgrad eines in den letzten Jahren entwickelten, recht leistungsfähigen Abscheiders nach W. KAUFMANN, der im Prinzip auf einem Stahlwolle-Naßfilter mit dauernder Bespülung der Filtermasse beruht. Die mit einem sehr feinen Testquarzstaub vorgenommene Prüfung des Filters im Laboratorium des Eidgenössischen Materialprüfungsamtes ergab bis zu einer Korngröße von 5 (im einen Wirkungsgrad von nahezu 100%.

Abb.

142.

Wirkungsgrad des Staubabscheiders nach

KAUFMANN

Die Filterwirkung kann noch erhöht werden, wenn man den Filterstoff durch Öle oder hygroskopische Stoffe anfeuchtet. Das gewöhnliche Filter wird so zum Adhäsionsfilter. Die staubhaltige Luft wird auch dann gereinigt, wenn man sie durch eine Flüssigkeit oder einen Schaum aus Lösungen mit geringer Oberflächenspannung .führt. Es ist jedoch vorteilhaft, die -¿500 Flüssigkeit zu zerstäuben (Abb. 143). Der Staub kann ferner durch Befeuchtung, sei es durch Wasserzerstäuber (Abb. 144) oder Nebelbildner, unschädlich gemacht werden. Der Luftstrom mit Wassernebeln oder zerstäubtem Wasser wird entweder gegen den Staubstrom geführt (Gegenstromprinzip), oder man läßt die staubhaltige Luft gegen Platten Abb. 143. Luftwäscher stoßen, die mit einem Flüssigkeits1 Wasserzuführung; 2 Düsen film überzogen sind. Es wurden auch Abscheider konstruiert, bei denen die Staubpartikeln durch Zentrifugalkraft gegen die Wände des Behälters, die mit einem Film der Benetzungsflüssigkeit überzogen sind, geschleudert werden (Abb. 145).

158

Erfassen des Staubes in Absetzkammern, Zyklonen und Filtern

I n der Sowjetunion wurden Ventilatoren, Type V P P 5 und V P P 6 (Abb. 145) entwickelt, die den Zweck haben, den Staub aus der L u f t dynamisch abzuscheiden [301]. Die Staubteilchen prallen auf die Ventilatorflügel, die mit Wasser fortwährend berieselt werden, wobei sich auf diesen ein Wasserfilm bildet. Die auf die Flügel geschleuderten Staubteilchen bilden d a n n einen feinen Schlamm, der infolge seiner Trägheit auf die Ventilatorwandung geschleudert und dadurch beseitigt wird. Der Ventilator wird durch eine zweistufige Turbine angetrieben. Die Ausmaße des Ventilators sind so bemessen, daß m a n diesen in die üblichen Wetterlutten einbauen k a n n (Wasserverbrauch 5 1/min). Das Wasser wird mit einer Düse im Ansaugstutzen des Ventilators zerstäubt; der Luftstrom reißt es mit u n d lenkt es auf die Schaufeln des Umlaufrades. Infolge großer Rotationsgeschwindigkeit stoßen die Staubteilchen mit den Wassertröpfchen zusammen. Der Ventilator wird durch eine schnellaufende Luftturbine (bis 5000 U/min) angetrieben, die an derselben Umlaufwelle wie der Ventilator befestigt ist. Der Preßluftverbrauch ist von dem Durchmesser der L u t t e n Abb. 144. Nasser Staubabscheider 1 Zyklon mit Wasserberieselung; 2 Wasserzuführung; 3 Boden des Zyklons; 4 Überlauf; 5 Ventilator mit Elektromotor; 6 Deckel; 7 Eintritt der staubhaltigen L u f t ; 8 Kähmen

Schnitt /-/

Abb. 145. Sowjetischer Staubabscheider V P P 6 1 Flansch; 2 Wasserzerstäuber; 3 Zerstäuberkegel; 4 Schaufelrad; 5 Preßluftanschluß

u n d dem Preßluftdruck abhängig u n d bewegt sich zwischen 2,5—4,1 m 3 /min; Ventilatorleistung 0,5—0,7 m 3 /s, Druck 225 m m W S u n d Gewicht der Vorrichtung 23 kg. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der relativ niedrige Wirkungsgrad, hoher Preßluftverbrauch u n d große Lärmentwicklung.

159

Silikose und Entstaubungsanlagen

Die Zerstäuber und die Nebelbildner haben allgemein einen geringen Wirkungsgrad, so daß nur eine unvollkommene Luftreinigung erzielt wird. Das Auffangen des Staubes in einer großen Flüssigkeitsmenge ist noch weniger wirksam, weil hier die kinetische Energie der Staubpartikeln nicht ausgenützt wird. Besser ist es, den aktiven Stoff auf eine Prallplatte aufzutragen. In der Sowjetunion werden Versuche angestellt, den Staub auch in der Grube mit Geräten abzuscheiden, die auf dem Prinzip des Thermalpräzipitators aufgebaut sind. Die Drähte, die den Staub aus der Luft ausscheiden sollen, werden elektrisch erwärmt. Der vom Draht abgestoßene Staub wird dann erfaßt und unschädlich gemacht. Näheres darüber auf S. 59.

8.9 Silikose und Entstaubungsanlagen (K.

WAGNEB

[245])

„Zur Reinhaltung der Luft an Arbeitsplätzen dienen Entstaubungsanlagen, die den Staub durch einen absaugenden Luftstrom aufnehmen. Aus der mit Staub beladenen Luft (Rohluft) muß der Staub wieder entfernt werden, ehe die vom Ventilator an den Maschinen abgesaugte Luft ins Freie geblasen wird. Zu den Forderungen des Arbeitsschutzes treten noch die des Nachbarschutzes hinzu. Besonders schwierig wird die Frage, wenn die entstaubte Luft wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt werden muß. Die Absaugung der Luft an den Maschinen bedingt, daß Frischluft in den Arbeitsraum einströmt. In kalten Wintermonaten muß deshalb, um Zugerscheinungen zu vermeiden, diese Luft angewärmt werden. Es entstehen somit zusätzliche Kosten für Heizung, sofern die Luft von der Entstaubungsanlage nicht in den Raum zurückgeht. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Entstaubungsanlagen unter Tage. Hier kann es vorkommen, daß die Bewetterung der Grube die unschädliche Abführung der ,Reinluft' von der Entstaubungsanlage nicht ermöglicht. Bei quarzhaltigem Staub müssen wegen der Silikosegefahr besonders hohe Anforderungen an die Reinheit der zurückgeführten Luft gestellt werden. Um gesundheitliche Schäden zu vermeiden, wird von seiten des Mediziners eine Mindestteilchenzahl pro Kubikzentimeter der Abluft verlangt. Die andere Frage ist die, ob der Techniker dieser Forderung entsprechen kann. Für ihn steht es fest, daß jeder Arbeitsprozeß nur einen bestimmten Wirkungsgrad aufweisen kann. So wenig es ein Perpetuum mobile gibt, so wenig kann er lOOprozentig abscheiden, d. h. allen Staub aus der Luft entfernen. Er spricht von dem Gesamtabscheidungsgrad eines Staubabscheiders. Das ist das Verhältnis des von dem Abscheider zurückgehaltenen Staubes zu der ihm durch die Rohluft zugeführten Staubmenge. Außerdem weiß der Techniker, daß sein Abscheider nicht alle Teilchen, ob groß oder klein, abfängt, sondern je kleiner die Teilchen sind, um so weniger gut wird der Abscheider arbeiten. Das Verhältnis der im Abscheider abgeschiedenen Staubteilchen von bestimmter Größe zu den in der Rohluft enthaltenen Staubteilchen gleicher Größenordnung nennt man Stufenentstaubungsgrad.

160

Erfassen des Staubes in Absetzkammern, Zyklonen und Filtern

Soll der Techniker den Staubgehalt der Abluft, der sogenannten Reinluft, angeben, so muß er den Staubgehalt der Rohluft, die den Staub von den Apparaten und Maschinen bringt, kennen. Erst dann kann er auf Grund der Kenntnis des Wirkungsgrades seines Abscheiders die verlangten Werte nennen. Enthält zum Beispiel die Rohluft 10g/m 3 Staub und beträgt der Gesamtabscheidegrad 99 Gewichts-%, so weist die Reinluft noch 0,lg/m 3 Staub auf. Den Mediziner interessiert jedoch nur die Anzahl der Teilchen und deren Korngröße in der Reinluft. Eine Angabe des Staubgehaltes der Reinluft genügt ihm auch dann nicht, wenn eine Garantie übernommen wird, daß alle Teilchen über eine gewisse Korngröße, •zum Beispiel von 0,003mm an aufwärts, noch restlos abgeschieden werden. Über die Anzahl der Staubteilchen im Verhältnis zum Staubgehalt der Rohluft und zum Abscheidegrad herrschen vielfach keine klaren Vorstellungen. Oft werden Angaben über den Gehalt an Teilchen in der Reinluft gemacht, die bei dem vorliegenden Rohstaubgehalt und garantierten Abscheidegrad gar nicht erreicht werden können. Bei Klarstellung des tatsächlichen Sachverhaltes wird ohne weiteres eindeutig, was erreichbar ist und praktisch auch nur verlangt werden kann. Für einen Rechnungsgang sei zur Vereinfachung angenommen, daß alle Teilchen kugelförmige Gestalt haben. Ist m = die Anzahl der Staubteilchen je Kubikzentimeter Abluft des Entstaubers, d = Teilchendurchmesser in ¡im, y = spez. Gew. in g/cm 3 , dann ist das Gewicht eines Teilchens G = ^ d * . 7 i - y 10-"

fe].

(1)

Ist ferner y = Staubgehalt der Rohluft in g/m 3 = y • 10~6 g/cm 3 , r] = Gesamtabscheidungsgrad, a = Staubgehalt der Reinluft in g/m 3 = a • 10 -6 g/cm 3 , d a n n ist

6 m - a • 10"

G

m —

a•

a • 10"6 ~~~ * 7i * d3 ' y '

106

0,525 • d3 • y

.

10-12

(2)

y

'

Geht man bei der Ermittlung der Teilchenzahl von dem Staubgehalt der Rohluft und dem Abscheidegrad aus, die für eine gegebene Anlage festliegen, so ermittelt sich die Teilchenzahl pro Kubikzentimeter zu m =

y • (100 — ri) • 104. 0,525 -yd*

(3) K '

161

Silikose und Entstaubungsanlagen

Ein Zahlenbeispiel veranschaulicht am besten; wie schwer es für den Techniker ist, der Forderung des Mediziners gerecht zu werden. Der Staubgehalt der Rohluft sei 10g/m 3 , der Gesamtabscheidegrad 99,9%. Es werden alle Teilchen größer als 2 Mikrometer zurückgehalten. In der Reinluft liegt demnach die Teilchengröße zwischen 2 und 0 [¿m. Deshalb wird eine mittlere Größe von 1 ¡xm angenommen. Das spezifische Gewicht des Materials sei 2,5 g/cm 3 , dann sind in der Reinluft noch WOO-m Teilchen/cm3

m =

10-(100-99,9) . 104 = 8500 T/cm 3 0,525 • 2,5 • l 3

-

1

1

\ ^L

d3-r-0,525 I y-20 g/m3 lg/cm3

P AA \ \

enthalten. Wenn pun mit Rücksicht auf die Silikosegefahr bei quarzhaltigen Stäuben eine Teilchenzahl von einigen Hundert gefordert wird, so zeigt dieses Beispiel, welche schwierige Aufgabe dem Techniker gestellt wird, andererseits bewahrt — sie aber den Nichttechniker davor, jeder technischen Angabe Glauben zu — schenken. Wenn zum Beispiel eine \ > Anlage, die einen Rohstaubgehalt von 93,8% \99,5% \aa% L-si — 20 g/cm 3 aufweist, nur Teilchen bis zu 3[i.m restlos abscheidet, so kann es nicht zutreffen, daß in der Abluft nur 120 Teil— chen enthalten sein sollen. Wie sehr sich die Teilchenzahl in Abhängigkeit von der Korngröße und dem Abscheidegrad ändert, zeigt das Diagramm (Abb. 146). Selbst bei einem Gesamtabscheidegrad a Ti 11 0>5 7J 2j 3fim von 99,98% sind, wenn es sich nur um Teilchen von 1 [¿m handelt, noch Abb. 146. Abhängigkeit des Abscheidegrades 3000 Teilchen/cm 3 enthalten. Da jedoch von der Korngröße ein großer Teil der 0,02% nicht abgeschiedenen Staubes kleiner als 1 ¡j.m ist, wird die Teilchenzahl eher noch größer sein.

\ \ \

\

Wichtig ist es für den Techniker, eine Betrachtung anzustellen. Er wird bei den hohen Anforderungen vor der Frage stehen, ob er die Abscheidung in einem Arbeitsprozeß oder in mehreren hintereinandergeschalteten Arbeitsgängen vornehmen soll. Auch hier hilft die rechnerische Betrachtung. Ausgegangen sei von einer Staubbelastung der Rohluft mit 20 g/m 3 und von der Möglichkeit, einen hochwertigen Fliehkraftabscheider (Wirbier) und Filter zu nehmen. Der Abscheider habe 95% Gesamtabscheidegrad, das Filter jedoch 99,8 — 99,9%. In der ersten Anordnung werde das Filter dem Wirbier nachgeschaltet, und da das Filter nur wenig von dem gröberen Staub erhält, so sei sein 11

Silikosebekämpfung

162

Erfassen des Staubes in Absetzkammern, Zyklonen und Filtern

Abscheidegrad nur 99,8%- Von den 20g/m 3 Staub gehen demnach 5% = 1 g/m 3 zum Filter, das davon 0,2% nicht abscheidet, so daß 0,002 g/m 3 Staub in der Reinluft verbleiben. Wird stattdessen nur ein Filter für die gesamte Staubmenge verwendet, so sei sein Abscheidegrad 99,9%. Von dem Staubgehalt der Luft von 20 g verbleiben 0,1% = 0,02 g/m 3 in der Reinluft. Gelingt es, den Abscheidegrad auf 99,98% zu steigern, so verbleiben in der Reinluft immer noch 0,004 g/m 3 , also doppelt soviel wie bei der Kombination Wirbier und Filter. Dieses Prinzip der stufenweisen Abscheidung hat sich auch bei der Gestaltung der Multizyklone als richtig erwiesen."

9 Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

9.01 Allgemeines Die Entstehung und Ausbreitung des Staubes beim Schießen kann durch folgende Mittel eingeschränkt werden: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

14. 15. 16. 17. 18.

Verwendung von Sprengstoffen von geringerer Brisanz; Vermeidung des Überladens von Bohrlöchern; Verwendung von Zeitzündern (des Millisekunden-Schießens); Anwendung von Druck walzen; Anwendung des Cardox-Schießverfahrens; Anwendung des Airdox-Schießverfahrens; Hereingewinnen des Minerals mit Druckwasser (Aquadox); Verwendung von Einbrüchen; Ausnutzung der Schwere, des Gebirgsdruckes und der Schlechten ([226] S. 235-249); Verhieb aus großen Flächen; Verhieb aus Ecken und an Kanten; Anwendung eines geeigneten Besatzes; Beseitigen oder Binden des abgelagerten Staubes: a) durch Wasser; d) durch Sulfitlauge oder andere Bindemittel; b) durch Salzlauge; e) durch Absaugen; c) durch Salzstreuen; Berieseln der Stöße vor dem Schießen; Stoßtränken-, Gute Bewetterung des Arbeitsortes; Anwendung des Nebelwandverfahrens-, Absaugen und Filtern.

Ferner sind folgende Schutzmaßnahmen möglich: 1. 2. 3. 4.

11*

Einschaltung einer Pause nach dem Schießen. Einschränkung der Belegschaft nach dem Schießen. Benutzung von Staubmasken. Es wurde auch vorgeschlagen, den Staub nach dem Schießen durch Ultraschall niederzuschlagen. Die praktische Anwendung dieses Verfahrens in der Grube ist jedoch heute noch nicht möglich.

164

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

9.02 Anfallende Staubmengen Die beim Schießen entstandene Staubmenge ist außergewöhnlich hoch, und die Wetter enthalten gleich nach der Explosion einige hunderttausend Staubteilchen in 1 cm3. Gewichtsmäßig entspricht das einer Staubmenge von einigen tausend Milligramm in 1 m 3 . Der Arbeiter atmet jedoch den Staub nicht in diesen hohen Konzentrationen ein, weil er zu dieser Zeit nicht vor Ort ist. Die Bekämpfung des sich beim Schießen bildenden Staubes ist besonders wichtig, da es sich teilweise um einen sehr feinen und somit äußerst schädlichen Staub handelt, der sich nur schwer absetzt. SATSCHKOW stellte in Zusammenarbeit mit NIGRIZOLOTO fest, daß der Staubgehalt der Grubenluft nach dem Härtekoeffizient nach Protodjakonow Abb. 147. Sprengstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Gresteinshärte

25

30

35

40

45

Sprengstoff verbrauch [kg/m 3]

Abb. 148. Schwebestaubmenge in Abhängigkeit vom Sprengstoffverbrauch

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 mittlere Bohrlochlänge in m Abb. 149. Schwebestaubmenge in Abhängigkeit von der Bohrlochlänge

Schießen 400—1000 mg/m3 beträgt, davon sind 90—97% Staubteilchen von der Größe < 5 |I,m. Mit dem Konimeter ermittelte E X F I L L Y (bei 2—2,2 kg Sprengstoff auf 1 m 3 hereingeschossenes Gestein) nach dem Schießen Staubgehalte von 1 6 0 0 0 0 - 2 2 5 0 0 0 Teilchen in 1 cm3 Luft der Größe 0 , 3 5 - 5 (un.

Grundsätzliches zur Staubbekämpfung beim Schießen

165

Die Staubmenge ist u. a. abhängig von der Sprengstoffmenge, die zum Hereinschießen von 1 m 3 Gestein notwendig ist, von der Art des Sprengstoffes sowie von der Anzahl, Länge und Verteilung der Bohrlöcher. Je härter das Gestein, desto mehr Staub bildet sich. Auf Bild 147 ist die Abhängigkeit des spezifischen Sprengstoffverbrauches von der Gesteinshärte veranschaulicht. Abb. 148 zeigt die Abhängigkeit der Staubmenge vom spezifischen Sprengstoffverbrauch und Abb. 149 die Abhängigkeit der Staübmenge von der Bohrlochlänge. Den Diagrammen liegen die beim Auffahren einer Strecke von 4,5 m 2 Querschnitt gewonnenen Angaben zugrunde. Die mittlere Länge der Bohrlöcher betrug 1,3 m. Es wurde Ammonit (2 T) verwandt (s. a. Tab. 30). Tabelle SO. Abhängigkeit der sich beim Schießen bildenden von der Bohrlochlänge Gesamtlänge Mittlere Länge aller Bohrlöcher eines Bohrloches

Menge des Haufwerkes

m

m

m3

18,0 19,8 21,6 23,4 25,2 27,0

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

3,35 3,95 4,85 5,53 5,45 4,75

Stavbmenge

Menge des in die Wetter gelangenden Staubes nach Abtun aller Schüsse g 706 591 496 414 371 308

9.03 Grundsätzliches zur Staubbekämpfung beim Schießen Um die Staubbildung beim Schießen von vornherein einzuschränken, werden vor dem Schießen die Stöße, Firste und Sohle gründlich angefeuchtet. Man benutzt möglichst Sprengstoffe von geringerer Brisanz. Durch brisante Sprengstoffe wird das Gestein in der allernächsten Umgebung des Bohrloches zu Feinstaub zertrümmert, während es bei Verwendung von deflagrierenden und weniger brisanten Sprengstoffen in größeren Stücken anfällt, wobei sich naturgemäß weniger Feinstaub bildet. Diese Ausführungen haben aber nur beschränkte Gültigkeit, da häufig bei deflagrierenden Sprengstoffen mehr Schüsse erforderlich sind. Auch beim Streckenvortrieb im Gestein sind die kleineren Ladungen und weniger brisante Sprengstoffe kaum anwendbar und meist unwirtschaftlich. Man muß immer die örtlichen Gegebenheiten berücksichtigen. Auch konzentrierte Ladungen haben große Staubmengen zur Folge, da auch da in der Nähe der Sprengladung das Gestein zu Feinstaub zermahlen wird (s. Bemerkung S. 166). Da die Aufgabe darin hegt, das Gestein aus seinem Verbände lediglich loszulösen, ist mancherorts die Verwendung weniger brisanter Sprengstoffe und kleiner Ladungen nicht nur vom Standpunkt der Silikoseverhütung,

166

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

sondern auch in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft. Bei Anwendung brisanter Sprengstoffe und großer Sprengladungen wird das Gebirge zu stark erschüttert, die Firste reißt, auch der Ausbau leidet, und das nicht nur infolge der Erschütterungen, sondern ^uch durch das herausgeschleuderte Haufwerk. Das über eine große Fläche zerstreute Haufwerk bereitet überdies beim Laden Schwierigkeiten. Es ist daher notwendig, die für das jeweilige Gestein zweckmäßige Sprengstoffart auszuwählen und die Sprengstoffmenge richtig zu bemessen. Es ist vorteilhaft, nach Möglichkeit das Millisekunden-, das Cardox-1, das Airdox-2 oder das Druckwasserverfahren anzuwenden, weil bei diesen Verfahren nur sehr wenig Staub entsteht, die Erschütterungen sich nur in einem kleinen Umkreis vom Schießort verbreiten und die Druckwelle gering ist. Eine Verminderung der Staubmenge wird ebenfalls erreicht, wenn man zur Erleichterung der Schießarbeit Einbrüche, insbesondere den kanadischen Einbruch 3 , anwendet, weil hierbei oft eine kleinere Sprengstoffladung genügt. Beim kanadischen Einbruch wird der Gesteinsverband schon durch das Ansetzen von Bohrlöchern, die man ungeladen läßt, geschwächt. Die Folge ist, daß sich das Gestein beim Abschuß gewöhnlich nur loslöst und in größere Stücke zerfällt. Das gleiche tritt ein, wenn bei der Arbeit nur aus großen Flächen, Ecken oder Kanten abgeschossen wird, weil auch so bei geringem Sprengstoffverbrauch große Mengen von Haufwerk anfallen. Die Vorteile des kanadischen Einbruches sind im Ruhrgebiet sehr umstritten. Die Erfahrungen waren nicht zufriedenstellend, und der kanadische Einbruch konnte sich nicht durchsetzen. Beschädigungen des Ausbaus traten auf, man benötigte mehr Bohrlöcher als beim normalen Schießen, zudem war der Sprengstoffverbrauch größer. Wirtschaftlich ist der kanadische Einbruch erst bei Abschlägen von über 3,50 m [226], 9.04 Bedeutung einer gründlichen Entfernung der Schießschwaden Die sich beim Schießen bildenden Schwaden schädigen die Schleimhäute der Atmungsorgane und schwächen damit den Abwehrmechanismus des menschlichen Körpers. Sie berauben dadurch die Lungen ihres natürlichen Schutzes und ermöglichen das Eindringen des Staubes in großer Menge (STRACHAN [207] u. [227], 1 2 3

Ausnutzung des Dampfdruckes plötzlich verdampfender flüssiger Kohlensäure. Schießen mit Druckluft von hoher Spannung. Der kanadische Einbruch: Vor Ort werden im Kreis einige geradeverlaufende lange Bohrlöcher so angelegt, daß sie einige ungeladene Bohrlöcher größeren oder gleichen Durchmessers umschließen. In diese freien Bohrlöcher werfen dann die geladenen ab. Dabei wird das Grestein zertrümmert, aber nicht gestreut wie bei den bisher üblichen Schießverfahren. Die ganze Wirkung beschränkt sich auf den eigentlichen Einbruch. Wird der Kranz der Schüsse um den Einbruch herum abgetan, so fällt stückiges Haufwerk an. Der Sprengstoffverbrauch ist gering, und das Haufwerk beschädigt nicht den Ausbau. Infolgedessen ist auch die Staubmenge geringer, schon weil es meistens weniger Bohrlöcher gibt als bei den anderen Verfahren.

Bedeutung einer gründlichen Entfernung der Schießschwaden

167

Nr. 49, S. 395). Das haben auch die von K I N G , R I B S O N und IKVTN an Tieren durchgeführten Versuche bestätigt. Dem verstaubten Milieu wurden geringe Mengen N 0 2 und S 0 2 beigemengt, Gase, die sich auch beim Schießen entwickeln. Die Tiere erkrankten sehr bald an schwerer Silikose, obwohl die Gaskonzentration nur unbedeutend, 1 : 1 0 0 0 0 - 1 : 2 0 0 0 0 , war. Nach dem Schießen breiten sich die Gase zunächst mit einer Geschwindigkeit von 5—7 m/min aus, später mit einer Geschwindigkeit von nur 0,55 m/min f ü r Kohlenoxyd und 0,5 m/min f ü r Stickoxyde. Durch Abtun einer Sprengladung von 1 kg bilden sich etwa 100 1 toxische Gase, umgerechnet auf CO (dabei entspricht 1 1 N 0 2 . . . 6,5 1 CO). Durch gründliche Bewetterung u n d Einschalten längerer Pausen nach dem Schießen werden diese Gase und auch Staub zwar in bedeutendem Maße, aber nicht völlig entfernt (Abb. 150). Auch bleiben Gase ebenso wie Flüssigkeiten 25

20 I§>70 *

^

5

ft

s 20

40

T-O-L.

60

80

700

t min

720 M

160 180 200

Abb. 150. Staubkonzentration nach dem Schießen in Abhängigkeit von der Zeit in 100 m Entfernung von der Ortsbrust bei kombinierter Bewetterung

infolge Adhäsion an den Wänden haften und dringen in die Poren vieler, besonders kolloidaler Stoffe ein. Daher ist es sehr wichtig, diese Schießschwaden durch zerstäubtes Wasser, durch Nebelwandverfahren, sogleich nach dem Schießen zu beseitigen. Die Schießschwaden enthalten nach Sprengstoffexplosionen, besonders bei unvollkommener Explosion, bei Versagern, Auskochen, Ausblasen usw., h a u p t sächlich C0 2 , CO, N 0 2 , N 2 0 3 , 0 2 , N 2 und S 0 2 (Tab. 31). Zum Abscheiden der nitrosen Gase werden nach R E E S [170] in den Gruben am Witwatersrand die Schießschwaden durch eine Filterschicht geleitet, die mit einer l%igen Kaliumpermanganatlösung und einer Sodalösung getränkt ist [32], Tabelle 31

co 2

H2O

N2

o2

Donarit I

25,4 13,8

40,8 54,5

31,0 26,7

2,2 1,6

Gramm Liter

WetterDetonit B

10,9 5,9

35,5 47,4

26,2 22,5

8,4 6,3

Gramm Liter

(Je 100 g Sprengstoff, 760 mm Druck.)

Staub Verhütung und -bekämpfung beim Schießen

168

9.05 Nebelwandverfahren Zunächst sei das Nebelwandverfahren (Abb. 151) angeführt, weil es viel angewendet wird und weil hierbei verschiedene grundsätzliche Feststellungen getroffen werden können. In einem Abstand von etwa 15 m von der Ortsbrust wird die Strecke durch eine etwa 20—30 m lange Wassernebelzone mit anschließender Niederschlagszone abgeriegelt. In der Nebelzone wird Wasser zu einem Nebel zerstäubt ; die Staubteilchen hängen sich an die feinen Tröpfchen, und diese werden in der anschließenden Zone mit Hilfe reiner Wasserdüsen, die relativ große Tropfen erzeugen, wie bei einem Platzregen abgeschieden. Bei eingeschalteter Bewetterung wird eine ähnliche Anordnung auch in der saugenden Luttenleitung angebracht. tk. M. A. fc ,d * Nebelwand 30-40m

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Abb. 151. Nebelwandverfahren. Anordnung der Düsen und Lutten bei blasender und kombinierter Bewetterung

An Stelle des Wassers wird vielfach eine 2- bis 5%ige Kochsalzlösung empfohlen, wodurch es zu einer schnelleren Koagulation des Staubes kommen soll. Der Schießberechtigte, der die Schüsse zündet, öffnet die Düsen der Zerstäuber etwa 5—15 Minuten vor dem Abtun der Schüsse und läßt sie etwa 15 Minuten nach dem Schießen in Tätigkeit. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da sich gleichzeitig mit dem Staub auch viele schädliche Gase, die beim Schießen entstehen, im Wasser auflösen (z. B. Stickstoffverbindungen und Kohlenoxyd). Auf einigen Gruben läßt man die Düsen noch bis kurz vor Beginn der nächsten Schicht in Tätigkeit, um noch Staub- und Gasreste niederzuschlagen und so die Luft noch weiter zu reinigen. Bei diesem Verfahren ist wichtig, daß: 1. die Nebelzone groß und dicht genug ist und 2. hinter ihr eine Niederschlagszone folgt. Diese beiden Bedingungen werden im Betriebe leider nicht immer streng genug beachtet.

169

Nebelwandverfahren

Nach sowjetischen Angaben soll die spezifische Nebeldichte 4— 12,5g/m 3 betragen. Man kann die Wasserdispersität nach der Änderung der Intensität des Lichtes, das durch das zerstäubte Wasser durchgeht, ermitteln. Die Nebeldichte kann gewichtsmäßig bestimmt werden, indem man die Nebelluft durch Kalziumchlorid durchsaugt. Die Größe der Tröpfchen läßt sich nach ihrer Fallgeschwindigkeit in einer anderen Flüssigkeit feststellen (z. B. in Petroleum). Man mißt sie auch mit Hilfe eines Mikroskops auf einem mit Öl- und Vaseline-Gemisch bedeckten Objektträger. Der Wasserdruck hat, wie aus Tab. 32 erkenntlich, auf die Größe der Tröpfchen Einfluß. Tabelle 32. Abhängigkeit

der mittleren Tröpfchengröße

des zerstäubten Wassers vom

Wasserdruck

Wasserdruck [kg/cm 2 ]

Mittlere Tröpfchengröße

[¡im]

1,0

1,6

2,5

3,5

4,3

176

137

102

79

59

Die „Sprühnebel" werden durch Gruppen von Düsen erzeugt, in denen das Wasser durch Druckluft sehr fein — aber nicht zu einem eigentlichen Nebel — verstäubt wird. Die Wassertröpfchen sollen so fein sein, daß sie etwa 2—3 Minuten lang in der Schwebe bleiben, bevor sie absinken. Dies ist nur durch richtige Einstellung von Luft und Wasser zu erreichen, die beide möglichst denselben und gleichbleibenden Druck haben sollten. Das ist in der Grube oft sehr schwer zu erreichen. In der Niederschlagszone wird durch reine Wasserdüsen ein Schleier von größeren Tropfen erzeugt, welche die Schwebeteilchen zu Boden reißen sollen. Ohne diese Niederschlagszone wird der Staub von den feinen Nebeltröpfchen, die oft noch Luftbläschen einschließen, lange in Schwebe gehalten.

Nebeldüsen

\*10-I2m-

Nebelzone. T T T T T T T " 20m

Nebeldüsen

Blasende Bewetterung Wasserdüse

.

Jr,.A i

. Niederschlagszone ' ' T ^ i t T T ) -10

-è

m-

40m-

Säugende Bewetterung !*-/'Om-*** -10m— i Nebelzone] Nebeldüserr, Wasserdüsen

Lüfter

F

>:• Niederschlagszone r r v T T r T T T T T T T •16m-*

J* L 3;F gL \*r

• v m>. > T » y T T j

40m-

Abb. 152. Nebelwandverfahren (nach HAHN)

170

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

Die Düsen müssen ausreichend breit streuen, damit der Sprühnebel den ganzen Streckenquerschnitt ausfüllt, und in der Reichweite so bemessen sein, daß mit wenigen Düsen eine ausreichend lange Nebelzone entsteht. Abb.152 ^ ohne Berieselung, ohne Bewetterung zeigt, wie die Düsen bei saugender und bei blasender Sonderbewetterung angeordnet werden sollen. , ohne Berieselung, mit Bewetterung Vor allem müssen in eine saugende Luttenleitung Düsen eingebaut sein, damit die abgesaugten \^mit Berieselung, ohne Bewetterung Schießschwaden gereinigt in den Wetterstrom gelangen. Der Wirmit Berieselung, ''mit Bewetterung kungsgrad dieses Verfahrens beträgt bei sachgemäßer Anwendung bis zu 85%'. 20 />0 60 80 100 720 Pause nach dem Schießen min

„Die Methodik des Nebelschießens muß durch eine gute Sonderbewetterung unterstützt Abb. 153. Staubkonzentration nach dem Schießen in Abhängigkeit von der Zeit werden (Abb. 153). Bei saugender Ortsbewetterung lassen sich die Schießschwaden wesentlich leichter unterdrücken als bei blasender Bewetterung, weil das Staub-Nebel-Gemisch in der Lutte zusammengefaßt und konzentrierter benetzt werden und sedimentieren kann. Die Niederschlagung im saugenden

® Heilmittel bzw. Emulgiermittelversuch O Wasser bzw. Luft- Wasserversuch ¿Luft-Wasser Nebel u Wasserniederschlag •Luft- Wasser Hebel u Niederschlag, Naßfilter u. Oasctugfilter e Metallgespinstfilter

l/m 3

15

2.0

Zfi

Abb. 154. Abhängigkeit der Schießschwaden-Niederschlagung in Prozent von dem Verhältnis der Wassermenge in 1/min zu dem Streckenquerschnitt in m 2 und der Wettergeschwindigkeit in m/min

Zerstäuben von Kochsalzlösung

171

Luttenstrang soll möglichst 20—40 m vor dem Ventilator erfolgen, um seine Beschädigung durch die Wasserzuflüsse zu verhindern." [26], Was den Wasserverbrauch anbelangt, so hat das Silikose-Forschungsinstitut Bochum nachgewiesen, daß wenigstens 1,5 1 Wasser/m 3 Luft notwendig sind, um den Staubgehalt der Wetter um etwa 90% zu vermindern (Abb. 154). Der Wasserverbrauch kann also recht beträchtlich sein (3 m 3 /Abschlag und mehr). Nebelwände ermöglichen es, die für die Reinigung der Wetter nach dem Schießen erforderliche Zeit um etwa die Hälfte zu verringern, wodurch naturgemäß auch die Wartezeit verkürzt werden kann. Es empfiehlt sich jedoch nicht, die Wartezeit zu kürzen, weil sie gewöhnlich ohnehin zu kurz gewählt wird. Es ist eher zweckmäßig, die Pause zu verlängern.

9.06 Zerstäuben von Kochsalzlösung Eine fein zerstäubte Kochsalzlösung (etwa l%ig) vermindert die Staubdichte und auch die Konzentration des Kohlenoxydes (Abb. 155) sehr wirkungsvoll und schnell, wie durch Versuche von S I M E Ö E K [207b] festgestellt wurde. Die zulässige CO-Konzentration (0,003%) wurde etwa in der Hälfte der Zeit erreicht, die für die Verminderung der Staubkonzentration auf 2 mg/m 3 erforderlich war. Da die CO-Konzentration mit einer Genauigkeit von 0,005% und in etwa 1 Minute mit InfrarotAnalysator festgestellt werden kann, kann man mit diesem Verfahren indirekt auch die Verringerung der Staubdichte verfolgen.

Abb. 155. Staubkonzentration nach dem Schießen in Abhängigkeit von der Zeit bei Zerstäubung 3%iger NaCl-Lösung 1 gemessen vor O r t ; 2 gemessen im Ausziehwetterstrom

172

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

9.07 Geräte zur Bekämpfung der Schießschwaden im Mansfelder Kupierschieferbergbau 9.071 Mansfeldgerät [111] 9.071.1

Allgemeines

Dieses Gerät besteht aus einem zylindrischen Behälter, der etwa 8 1 Flüssigkeit faßt, einem Verbindungsröhrchen und einem aus drei Vinidurscheiben zusammengesetzten Teller von 20 cm Durchmesser und 4 cm Stärke (Abb. 156—158). Es dient zum Zerstäuben bestimmter Flüssigkeiten und damit zum Herstellen feinen Nebels, der geeignet ist, die in den Schießschwaden enthaltenen feinen Stäube zu binden. Die durch die Bindung zwischen Stäuben und Nebeltröpfchen hervorgerufene Gewichtsvergrößerung bewirkt ein schnelleres Absinken der Stäube. Zur Erzeugung von Aerosolen wird eine 5%ige Natriumchloridlösung benutzt. Die Flüssigkeit gelangt durch das mit einem Schauglas versehene Verbindungsröhrchen in einen Ringkanal, der zwischen der obersten und mittleren Vinidurscheibe eingedreht ist. Reguliert wird die Tropf geschwindigkeit durch ein Nadelventil kurz über dem Schauglas. Aus dem Ringkanal gelangt die Flüssigkeit durch 20 gleichmäßig auf den äußeren Umfang des Tellers verteilte Abb. 156. Mansfeldgerät (Schnittzeichnung) 1 mm feine Bohrungen ins Freie und I Behälter; 2 Preßluftanschluß; 3 Verschlußmutter; 4 Sieb; 5 Überwurfmutter; 6 Doppelnippel; 7 Düsenoberfließt in einem dünnen Film am teil; 8 Düsenmittelstück; 9 Düsenunterteil; 10 Verschluß; Tellerrand abwärts. Kurz unter der II Sieb; 12 Sieb; 13 Schauglas; Ii Nadelventil; 15 Verteiler Austrittsstelle der Flüssigkeit befindet sich ein sehr feiner Schlitz, aus dem die Druckluft mit einem Druck von 4,5—5 atü austritt und den Flüssigkeitsfilm zu einem feinen Aerosolnebel zerstäubt. Die Preßluft wird dem Teller durch eine am Außenrand des Behälters befestigte Rohrleitung zugeführt, die auf ihrem Wege zum Teller mit einem feinen Sieb zum Abfangen der Verunreinigungen der Truckluft versehen ist. Die Druckluft, die bis in die unterste Vinidurscheibe geleitet wird, gelangt dort in einen Sammelkanal und verteilt sich von hier aus auf die bereits erwähnten 20 Schlitze in der Peripherie des Tellers.

Geräte zur Bekämpfung der Schießschwadefi

173

Infolge der Eigenart der Konstruktion erzeugt das Mansfeidgerät mit einer 5 %igen Natriumchloridlösung einen außerordentlich dichten und in seiner Tröpfchengröße sehr feinen Nebel. Die Forschungsstelle des YEB Medizintechnik, Leipzig, hat in ihrem Gutachten über dieses Gerät die Nebeldichte mit etwa 500 mg/1 angegeben. Die Tröpfchen der Größe von 0—1 ¡im machen 50% des erzeugten Nebels aus.

Abb. 157. Mansfeldgerät

Abb. 158. Mansfeldgerät unter Tage

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

174

9.071.2

Anwendung

der

Mansfeldgeräte

Die B e w e t t e r u n g selbst erfolgt durch kurze blasende L u t t e n , die mögliehst bis n a h e vor Ort n a c h g e f ü h r t werden sollen u n d durch saugende L u t t e n von 600 m m Durchmesser (Abb. 159). I n einer E n t f e r n u n g von etwa 100—150 m vor Ort sind in der Strecke zwei Mansfeld-Geräte aufgehängt, die etwa 10 Minuten vor A b t u n der Schüsse in Tätigkeit gesetzt werden, so d a ß sich der e n t s t a n d e n e Wassernebel bis vor Ort ausbreitet u n d so eine lange Nebelzone bildet. E t w a 200 m vom Ort e n t f e r n t befindet sich in der Strecke noch eine Zerstäubungsvorrichtung mit

. JL -a. ».

a)

*

i

3

m- -ft-

fa

saugende luttentour blasendeLuttenlBury T T T

\5cMiM0sen^nM3 00 gerät

Frischwetterstrom

Schien Schwaden Ring 7 Ring 2 Ring 3

Garbendüsenkopf

Abb. 159. Schießschwadenbekämpfung in Ortsbetrieben a bei k o m b i n i e r t e r B e w e t t e r u n g ; b D ü s e n a n o r d n u n g a m E n d e der saugenden L u t t e n t o u r ; c A n o r d n u n g u n d S p r ü h r i c h t u n g der Düsen in der W e t t e r l u t t e ; d bei blasender B e w e t t e r u n g

einer großen Anzahl v o n Schlick-Düsen. K u r z -vor d e m Schießen wird die Bew e t t e r u n g ausgeschaltet. Fünf Minuten n a c h A b t u n der Schüsse wird ein Saugu n d s p ä t e r a u c h ein blasender Ventilator eingeschaltet. D a d u r c h soll die L u f t s t r ö m u n g vor O r t beschleunigt werden. Die Düsensprühgeräte in den L u t t e n u n d der Düsenkopf a m L u t t e n e n d e werden gleichzeitig m i t d e m saugenden L ü f t e r in Gang gesetzt. I n der Abbildung ist auch die A n o r d n u n g der Geräte bei blasender B e w e t t e r u n g dargestellt. D a s G e r ä t eignet sich besonders zur B e k ä m p f u n g von F e i n s t ä u b e n , wie sie vor allem in den Schießschwaden in außerordentlicher Menge a u f t r e t e n . D a r u m wird es besonders in den Ortsbetrieben der Ausrichtung angewendet. Die Anzahl

Geräte zur Bekämpfung der Schießschwaden

175

der gleichzeitig einzusetzenden Geräte richtet sich je nach dem Streckenquerschnitt und der Art der Ortsbewetterung — blasende, saugende oder kombinierte Bewetterung. I n den großen Streckenquerschnitten wie 3 m • 3 m werden mindestens zwei Geräte nebeneinander aufgehängt. E t w a 10 Minuten vor dem Zünden werden die Geräte in Betrieb gesetzt, damit mehrere Meter der Strecke bereits mit dichtem Nebel angefüllt sind, wenn die Schwaden durch den Explosionsdruck in die Strecke gelangen. Die feinen Nebeltröpfchen verbinden sich in häufiger Wechselwirkung mit den Feinstäuben. Die Koagulation bewirkt eine Volumen Vergrößerung u n d dadurch ein rascheres Absinken der Verunreinigung der Wetter. Die Mansfeldgeräte werden meist in Verbindung mit dem Schlickdüsengerät eingesetzt. Dieses Verfahren ist besonders dort zweckmäßig, wo m a n die W e t t e r eines Arbeitsortes zur Bewetterung weiterer Betriebspunkte verwendet. Dies ist möglich, weil der Staub u n d auch die Schießschwaden recht gut aus den W e t t e r n entfernt werden. Dieses Gerät verwendet m a n auch zur Aerosolherstellung f ü r prophylaktische Zwecke (vgl. K a p . 19, S. 366). Ay*-

Abb. 160. Schlickdüsengerät (Schnittzeichnung) 1 Flüssigkeitsbehälter; 2 Preßluftzuleitung; 3 Flüssigkeitszuleitung; 4 Schellen; 5 Flansch; 6 Nippel; 7 Überwurfmutter; 8 Behälterverschluß; 9 Verschlußkappe; 10 Doppelnippel; 11 Doppelnippel; 12 F i t t i n g ; 13 Fitting; 14 P r e ß l u f t h a h n ; 15 Flüssigkeitshahn; 16 Überwurfmutter; 17 Dichtring; 18 Dichtung; 19 Schraube; 20 Federring; 21 Schraube; 22 M u t t e r ; 23 Federring; 24 Schlauch; 25 Schelle; 26 Düse

176

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

9.072 Schlickdüsengerät [111] 9.072.1

Allgemeines

Dieses Gerät besteht aus einem zylindrischen, etwa 201 Flüssigkeit enthaltenden Kessel, zwei rd. 1,20 m langen Bohren, zwischen denen fünf Schlickdüsen (Hochleistungswirbelstromdüsen) gleichmäßig verteilt sind. Das obere Rohr ist an die Druckluftleitung angeschlossen, das untere steht mit dem Flüssigkeitsbehälter durch eine kurze Gummischlauchleitung in Verbindung (Abb. 160, 161).

Abb. 161. Schlickdüsengeräte unter Tage

9.072.2 Anwendung des Schlickdüsengeräts Das Schlickdüsengerät dient, vor allem in Verbindung mit dem Mansfeldgerät, zur Bekämpfung der Schießschwaden. I n diesem Falle wird der Flüssigkeitsbehälter mit einer 5%igen Sodalösung gefüllt, welche die in den Schießschwaden enthaltenen nitrosen Gase binden soll. Das Schlickdüsengerät wird, von der Ortsbrust aus gesehen, hinter den Mansfeldgeräten aufgehängt, so daß die Schießschwaden zuerst in die von den Mansfeldgeräten erzeugten feinen Nebel gedrückt werden und dann in den Sprühregen der Schlickdüsen geraten (Abb. 159). Da die Tröpfchengröße dieses Sprühregens nicht so fein ist wie der Nebel des Mansfeldgerätes, tritt jetzt bei der Vereinigung der Flüssigkeitströpfchen wiederum eine Volumenvergrößerung ein, die ein beschleunigtes Absinken zur Folge hat. Der Abstand zwischen beiden Geräten beträgt im allgemeinen 30—50 m. 9.072.3 Flüssiglceits- und Druckluftverbrauch des Schlickdüsengeräts Die Schlickdüsengeräte werden in zwei Ausführungen hergestellt, mit drei oder mit fünf Düsen, und je nach den Dimensionen der Strecke eingesetzt. Bei den Geräten mit drei Düsen stellt sich der stündliche Flüssigkeitsverbrauch bei einem Betriebsdruck von 4 atü auf rd. 10 1, denen 5% Na 2 C0 3 = 500 g zugesetzt werden. Damit ergeben sich 0,85 DM Kosten je Betriebsstunde; bei den Geräten mit 5 Düsen liegen sie bei 1,50 DM.

Geräte zur Bekämpfung der Schießachwaden

177

9.073 Luttensprühgeräte [111] 9.073.1

Allgemeines

Die Silikoseforschungsstelle Eisleben hat zum Niederschlagen der Schießschwaden in Lutten Vorrichtungen entwickelt, die den Funktionen der Mansfeldund der Schlickdüsengeräte ähneln. Ein in die Luttentour — und zwar in den letzten Teil der Saugluttenleitung — einzubauender Ring h a t den gleichen Durchmesser wie die Lutte, ist etwa 8 cm breit und an den Rändern nach außen durch

Abb. 162. Luttensprühring mit 3 Düsen am Umfang

Abb. 163. Luttensprühring mit neundüsigem Garbenkopf

Rippen verstärkt, die wiederum untereinander mit Verstärkungsrippen verbunden sind (Abb. 162, 163). Auf den Umfang jedes Ringes gleichmäßig verteilt sind drei Hochleistungswirbelstromdüsen eingebaut, deren Strahlrichtung so eingestellt ist, daß die Staubsäule mit der Flüssigkeit g u t durchgewirbelt wird. Von diesen Ringen werden drei mit einem Abstand von zwei Luttenlängen (4 m) eingebaut, nach weiteren 8 m folgt ein Ring, der in der Mitte mit einem Garbendüsenkopf ausgestattet ist. Auf dem Garbendüsenkopf sind neun Wasserdüsen garbenförmig angesetzt, die die Flüssigkeit dem Wetterstrom fächerartig entgegensprühen. Ein anderes Gerät ist auf Abb. 164 veranschaulicht. 12

Silikosebekämpfung

178

S t a u b v e r h ü t u n g u n d - b e k ä m p f u n g beim Schießen

9.073.2 Anwendung

der

Luttensprühgeräte

Diese Geräte sind überall dort geeignet, wo Stäube durch Luttenleitungen gesaugt werden. J e mehr die Staubschwaden im Räume konzentriert werden, um so eher lassen sie sich niederschlagen. Die Sprührichtung geht aus der schematischen Darstellung (Abb. 164) hervor. jrnf.Ax.iäldüse Anlage für Lutte

Anlage für Strecke

Radialdüse Injektor mit Anschlüssen für Luft und

Abb. 164. Nebelwandschießen bei saugender u n d blasender L u t t e m i t verstellbaren Düsen von PÖPPINGHAUS a Axialdüse; b Badialdüse

9.073.3 Flüssigkeits- und Druchluftverbrauch

der

Luttensprühgeräte

Der über jedem Sprühring angebrachte Behälter faßt 81; diese Menge reicht für eine Betriebsdauer von einer halben Stunde. Der Flüssigkeit sind auch in diesem Falle 5 % NaCl zugesetzt, so daß für eine Betriebsstunde insgesamt Kosten von 0,90 DM entstehen. Der Flüssigkeitsverbrauch der drei ersten Ringe beträgt 30 1/h und der des Garbendüsenkopfes 400 1/h. Der Garbendüsenkopf ist an die Betriebswasserleitung angeschlossen. I m allgemeinen sind die Luttenringgeräte je Schicht nach dem Schießen eine halbe Stunde in Betrieb. 9.074 Beispiele der Schießschwadenbekämpfung [32] Die Silikoseforschungsstelle Eisleben hat in den letzten Jahren eine Methode entwickelt, die auf Abb. 159 gezeigt wird und dieKEYSSEK [111] bereits dargelegt hatte. Es handelt sich um das Zusammenwirken der kombinierten Bewetterungsmethode mit den Mansfeldgeräten, dem Schlickdüsengerät und den Luttensprühgeräten. Die Mansfeldgeräte werden beim Anstecken der Schüsse bzw. beim

Geräte zur Bekämpfung der Sehießschwaden

179

Verlassen des Ortes eingeschaltet, die Luttensprühgeräte sofort nach Beendigung des Schießens. Das Mansfeidgerät, das durch Druckluft eine 5%ige Kochsalzlösung zu einem feinen Nebel versprüht, erzeugt die Nebelzone und dient zum Benetzen und Koagulieren der feinen Schwebstoffe. Das ebenfalls druckluftbetriebene Schlickendüsengerät wird dem Mansfeidgerät 30—50 m nachgeschaltet und erzeugt mit einer 5%igen Sodalösung einen Sprühregen, der insbesondere die nitrosen Gase in den Schießschwaden binden und endgültig niederschlagen soll. Bei saugender Bewetterung werden zusätzlich die in die Luttentour eingesetzten Sprühvorrichtungen verwendet. Sie sprühen entweder Wasser aus dem Betriebsnetz oder aus besonderen Behältern — gegebenenfalls mit Kochsalz versetzt — aus. Die Niederschlagung der Schießschwaden erfolgt hinter dem Ventilator im letzten Teil der Lutte, indem von diesen Ringen drei Ringe mit einem Abstand von zwei Luttenlängen (4 m) und nach weiteren 8 m ein Ring, der in der Mitte einen Garbendüsenkopf trägt, eingebaut werden. Bei den ersteren sind — auf den Umfang des Ringes gleichmäßig verteilt — drei Düsen angebracht, deren Strahlrichtung so eingestellt ist, daß die Staubsäule mit der Flüssigkeit gut durchgewirbelt wird. Auf dem Garbendüsenkopf sind neun Wasserdüsen garbenförmig angesetzt, welche die Flüssigkeit dem Wetterstrom fächerartig entgegensprühen. Der Wasserverbrauch beträgt bei 30 Minuten Laufzeit für die drei ersten Ringe insgesamt 151 und für den Garbenkopf 2001. Die mit dem Wetterstrom austretenden Feuchtigkeitsnebel werden auf ein etwa 15 cm vom Luttenende entfernt aufgestelltes Prallblech geschleudert, um hier die mit dem Wasser mitgerissenen Staubteilchen zu Schlammwasser gebunden ablaufen zu lassen. Die Apparatur wird zweckmäßig etwa 50 — 60 m vom Ortsstoß entfernt angebracht, damit sich die Schwaden in dem Raum zwischen Ortsstoß und Nebelanlage zunächst verteilen können und nicht zu schnell durch den Nebelpfropfen hindurchgedrückt werden. Die Anlage wird kurz vor dem Zünden eingeschaltet und bleibt mindestens während der vorgeschriebenen Wartezeit nach dem Schießen in Betrieb. Von den verschiedenen, in den einzelnen Revieren erprobten Methoden des Nebelschießens sei noch eine im Ruhrgebiet häufig angewendete erwähnt (Abb. 165). Bei saugender Bewetterung ist in der Strecke ein Düsensatz, bestehend aus vier Düsen, so weit entfernt angeordnet, daß er von abfliegenden Sprengstücken nicht beschädigt werden kann. Das Wasser wird radial versprüht. Die entstehenden Nebelwolken ziehen im Wetterstrom bis vor Ort. Dabei steigt die relative Feuchte bis auf 100%. In der saugenden Luttenleitung befinden sich zwei weitere Düsengruppen, die in Richtung des Wetterstromes axial sprühen, damit kein unnötiger Widerstand entsteht. Zwischen den beiden Düsengruppen in der Luttenleitung soll der Abstand nicht mehr als 40—50 m betragen. Während die Düsengruppe in der Strecke und die erste in der Lutte Nebel erzeugen, bringt die zweite Gruppe in der Lutte den Regeneffekt zustande. Bei blasender Bewetterung durchströmen die abziehenden Schießschwaden zwei Düsengruppen, die im Abstand von 10—20 m im Streckenquerschnitt angeordnet sind, wobei das Wasser radial bis zum Streckenstoß versprüht wird. 12*

180

S t a u b v e r h ü t u n g u n d - b e k ä m p f u n g beim Schießen

Der Wirkungsgrad der gesamten Anlage beträgt bei richtiger Einstellung nach Messungen des Silikoseforschungsinstitutes Bochum bis zu rd. 83%. Die abziehenden gekühlten Wetter können bei einem derartigen Erfolg den nachgeschalteten Abbaubetrieben nicht mehr schaden.

Nebeldüse

\Regendüse,axial

Düsensalz

(4

Düsen,radial)

\+-10-20m—*\

, W 9

W

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Nebel- Düsengruppe

Regendüsen

(radial)

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(radial)

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Abb. 165. Anwendung des Nebelwandverfahrens im R u h r b e r g b a u

9.08 Obligatorische Pause nach dem Schießen Sämtliche Maßnahmen können eine Staubbildung beim Schießen nur einschränken, aber nicht völlig vermeiden. Deshalb muß nach dem Schießen in den Arbeitszyklus eine hinreichend lange Pause eingeschaltet werden, in der das Ort möglichst gut bewettert wird. Diese Pause ist in vielen Ländern durch Verordnungen festgelegt und beträgt häufig mehrere Stunden. Heutzutage wird die Schießarbeit am Ende der Schicht durchgeführt, so daß genügend Zeit bleibt zum Bewettern der Orte während des Schichtwechsels. Das ist vor allem von Bedeutung, wenn der Wetterstrom von einer Stelle auch noch andere Arbeitsorte bewettert, da diese Wetter eine große Menge schädlichen Staub enthalten. Wird während der Schicht geschossen, so ist zu berücksichtigen, daß durch das Schießen die benachbarten Grubenbaue erschüttert werden, wodurch auch weit von der Abschußstelle abgelagerter Staub aufgewirbelt wird. Es ist deshalb auch notwendig, die Arbeit nach dem Schießen durch eine entsprechende Pause zu unterbrechen und für eine gründliche Bewetterung zu sorgen. Dadurch werden aus den Arbeitsorten und Strecken der schädliche Feinstaub und die Nach-

Obligatorische Pause nach dem Schießen

181

Schwaden, die sich beim Schießen entwickeln, e n t f e r n t . E r s t n a c h neuerlicher gründlicher Berieselung des Ortes u n d des H a u f w e r k e s soll die Arbeit wieder a u f g e n o m m e n werden. Sachverständige, die m i t den Verhältnissen zahlreicher Bergbaugebiete vert r a u t sind, b e h a u p t e n , d a ß die Einschaltung einer genügend langen Pause nach dem Schießen eine der wichtigsten Maßnahmen bei der Silikosebekämpfung darstellt. I n neuester Zeit ermöglichen das Millisekunden- u n d K a m m e r s c h i e ß e n sowie einige A b b a u v e r f a h r e n die Hereingewinnung einer d e r a r t großen Menge H a u f w e r k , d a ß n u r einmal wöchentlich geschossen wird; a m E n d e der Samstagschicht u n d w ä h r e n d der ganzen N a c h t von S a m s t a g auf Sonntag, w ä h r e n d des S o n n t a g s u n d w ä h r e n d der N a c h t v o n S o n n t a g auf M o n t a g wird d u r c h die Grube eine große W e t t e r m e n g e getrieben, so d a ß sie a m Montag schon v o n S t a u b u n d allen bei der Schießarbeit e n t s t a n d e n e n P r o d u k t e n gereinigt ist. Leider sind diese M a ß n a h m e n n u r in einigen Erzbergwerken (z. B. auf der G r u b e Climax in USA) möglich. REES [207, S. 148 u. 154] f ü h r t im Beitrag „ E n t w i c k l u n g der Mittel zur U n t e r d r ü c k u n g der Silikose in W i t w a t e r s r a n d " an, d a ß die Kommission f ü r d a s S t u d i u m der Silikose in d e m R e p o r t of Miners P h t h i s i s Commission, 1902 — 1903, G o v e r n m e n t P r i n t e r , Pretoria, schon im J a h r e 1903 vorgeschlagen h a t , die Menschen äus jenen B e t r i e b s p u n k t e n zurückzuziehen, wo sie der W i r k u n g der N a c h s c h w a d e n u n d des Staubes n a c h dem Schießen ausgesetzt sind. Die R e gierungsverordnung aus d e m J a h r e 1903 legt fest, daß zur Arbeitsstelle niemand Zutritt haben darf, solange die durch die Schießarbeit entstandenen Nachschwaden und der Staub nicht genügend verdünnt sind. U m dieser V e r o r d n u n g zu entsprechen, m u ß t e m a n die Schießarbeit zeitlich u n d örtlich so einrichten, d a ß die von a n d e r e n Stellen k o m m e n d e n Menschen n i c h t durch R a u c h u n d S t a u b belästigt werden. D a b e i stellte m a n fest, d a ß es a m vorteilhaftesten ist, die Schießarbeit a m Schichtende — meist a m E n d e der N a c h m i t t a g s s c h i c h t — zu verrichten u n d eine ausreichende P a u s e bis z u m Beginn der nächsten Schicht einzuschalten. Die Arbeitspause ermöglicht, d a ß sich der R a u c h u n d a u c h der S t a u b genügend v e r d ü n n e n . Die Pause, allgemein als „Pause nach dem Schießen" bezeichnet, ist bis heute eine der wichtigsten Maßnahmen gegen die Auswirkungen des Grubenstaubes. N a c h 1913 h a t m a n in S ü d a f r i k a angeordnet, die Schießarbeit a n allen Arbeitso r t e n einer Grube gleichzeitig d u r c h z u f ü h r e n . H e u t e wird täglich n u r in zwei Schichten gearbeitet. Die N a c h t a r b e i t , n u r f ü r Hilfsarbeiten b e s t i m m t , beginnt erst 5 S t u n d e n n a c h d e m Schießen. Folglich d a u e r t die P a u s e n a c h d e m Abschießen 4—5 Stunden. Die Schießarbeit ist so organisiert, d a ß n i e m a n d den Schießschwaden u n d dem S t a u b ausgesetzt ist, weil die Arbeitsk r ä f t e , die bei der Schießarbeit n i c h t beschäftigt sind, a u s f a h r e n oder z u m E i n ziehschacht gehen, wo sie die A u s f a h r t a b w a r t e n . Somit ist der K e r n der Belegs c h a f t den Schießschwaden u n d d e m S t a u b ü b e r h a u p t n i c h t ausgesetzt. E i n e A u s n a h m e bildet n u r das Schießen von Verstopfungen in d e n Rollen oder in B u n k e r n oder w e n n ein im D a c h hängendes S t ü c k weggeschossen werden m u ß , d a m i t es die Arbeitenden nicht gefährdet, oder schließlich a u c h , w e n n m a n

182

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

Versager in den Strecken beseitigen muß. Die in Witwatersrand angewandten Abbauverfahren schließen den Anfall großer Erzblöcke bei der Gewinnung aus, so daß ein Nachschießen nur selten in Frage kommt. Beim Schachtabteufen sind in der Regel drei Schichten eingeführt. Die Gefahr des Einatmens von Nachschwaden und Staub ist größer als beim Streckenvortrieb. Der Bewetterung beim Abteufen wurde eine besondere Sorgfalt gewidmet, um die Pausen nach dem Schießen möglichst kurz halten zu können. Ist es notwendig, die Arbeit kurz nach dem Schießen vor allem in noch nicht durchschlägigen Strecken wieder aufzunehmen, so müssen vordringlich Maßnahmen zur Staubbeseitigung getroffen werden. An erster Stelle steht hierbei die Sonderbewetterung. Wird blasende Bewetterung angewendet, so bilden sich an der Ortsbrust oft Wirbel, wodurch der Staub, ähnlich wie bei Zyklonen, ausgeschleudert wird und auch die Abführung der giftigen Gase unvollkommen bleibt, weil sie fest an dem ausgeschleuderten Staub haften. Günstiger liegen die Verhältnisse bei der saugenden Bewetterung; am besten ist jedoch die kombinierte Bewetterung (Näheres s. Kap. 16, Bewetterung). Zu den wichtigsten Grundsätzen der Staubbekämpfung gehört weiterhin das Abriegeln der Staubquellen, damit staubfreie oder staubarme Arbeitsplätze nicht gefährdet werden. Für das Abriegeln gibt es verschiedene Möglichkeiten: Errichtung von Schießdämmen, Nebelwänden, Anwendung eines elektrostatischen Feldes und Ultraschall. 9.09 Bedeutung der elektrischen Aufladung der Teilchen beim Nebelwandverfahren Es ist fraglich, ob es zweckmäßig ist, zur Erzeugung des Nebels Luft-WasserDüsen zu verwenden. Aus der Erscheinung der Wasserfallelektrizität ist bekannt, daß beim Versprühen von reinem Wasser der feine Nebel elektrisch negativ geladen ist, während die groben Tropfen, die schnell zu Boden sinken, eine positive Ladung tragen. Weiter wurde festgestellt, daß bei den Staubwolken, die durch Verblasen von Staub entstehen, stets sowohl positive und negative als auch ungeladene Teilchen.vorhanden sind. Bei den verschiedenen Staubarten herrscht jedoch die eine oder die andere elektrostatische Aufladung vor. Diese sogenannte „Überschußladung" ist für die einzelnen Staubarten unterschiedlich. Beim Verblasen handelt es sich wohl um Reibungselektrizität; bei dem durch die Schießarbeit aufgewirbelten Staub ist es anders: Er zeigt immer eine negative Überschußladung. Die Aufladung erfolgt durch Anlagerung von Ionen. Nun stoßen sich gleichsinnig geladene Teilchen gegenseitig ab. Bei gleicher Überschußladung des durch das Schießen aufgewirbelten Staubes und der Nebelwand kann man demnach höchstens eine geringe Koagulation, wahrscheinlich aber sogar eine Verzögerung der Niederschlagung des Staubes erwarten. In der Tat berichtete HAHN [79] über Versuche, wonach Luft-Wasser-Düsen nur den Grobstaub günstig beeinflussen, während beim Feinstaub die Schwebefähigkeit der Staubteilchen bei dieser Maß-

Bedeutung der elektrischen Aufladung der Teilehen beim Nebelwandverfahren

183

n ä h m e sogar e r h ö h t werden k a n n . D e s h a l b ist b e i m Nebelw a n d v e r f a h r e n die nachgeschaltete Niederschlagszone mit Wasserdüsen unbedingt erforderlich. Auf G r u n d d i e s e r E r k e n n t nisse l a g d e r G e d a n k e n a h e , n a c h z u p r ü f e n , o b sich W a s s e r nebel auch positiv aufladen lassen. Für therapeutische Zwecke werden sogenannte Elektroaerosole verwendet, d. h. Nebel, die bei 6 0 0 0 0 bis 70 000Volt positiv oder n e g a t i v a u f g e l a d e n w e r d e n . D i e s e s Verf a h r e n ist u n t e r Tage nicht anw e n d b a r , es g i b t a b e r a n d e r e Möglichkeiten: Setzt man reinem Wasser etwas Säure h i n z u , so e r z i e l t m a n d a m i t einen Uberschuß a n positiv geladenen Wasserstoff-Ionen bzw. von H y d r o n i u m - I o n e n

Abb. 166. Koagulationsversueh mit Aufschlämmung von Schieferstaub (mit saurer Lösung nach 15 min)

(H,0)+. Vor mehreren Jahren ist versucht worden, auf diese Weise wäßrige Aufschlämmungen von Schieferstaub schnell zum Absetzen zu bringen. In allen Zylindern, die in Abb. 166'dargestellt sind, ist die gleiche Menge an Wasser und Staub enthalten, jedoch die Säurekonzentration unterschiedlich. Nach 15 Minuten zeigte die Flüssigkeit mit p H 2,5 eine starke Aufhellung, nach 30 Minuten war dieser Zylinder vollkommen klar (Abb. 167). Der Vergleich mit anderen Zylindern zeigte, daß bei diesem p H Wert das Optimum liegt, denn sowohl bei höherer als auch bei niedrigerer Wasserstoffionen-Konzentration dauerte die Ausflockung länger. Auch durch Salze (wie

Abb. 167. Koagulationsversuch mit Aufschlämmung von Schieferstaub (mit saurer Lösung nach 30 min)

Abb. 168. Koagulationsversuch mit Aufschlämmung von Schieferstaub (mit alkalischer Lösung nach 48 h)

184

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

NaCl und CaCl2), die bekanntlich beim Auflösen in Wasser in Ionen zerfallen, kann man eine schnelle Ausflockung des Staubes erreichen. Bei gleicher Konzentration wirken die höherwertigen Ionen schneller, CaCl2 also schneller als NaCl. Bei Verwendung einer alkalischen Lösung mit überschüssiger negativer Ladung zeigten die Zylinder selbst nach 48 Stunden kaum den Beginn einer Aufhellung. Alkalien wirken hemmend auf die Ausflockung des Staubes (Abb. 168).

Die negativ geladenen Teilchen werden aus der Kolloidlösung durch Säuren niedergeschlagen, während ein Basenzusatz die Stabilität der Kolloidlösung erh ö h t ; kolloidale Teilchen mit positiver Ladung kann man umgekehrt mit Basen __ niederschlagen und mit Säuren stabilisieren. Bei neutralen Salzen hängt die Niederschlagswirkung -300 von der Valenz der entgegengesetzt aufgeladenen Ionen ab, -200 zum Beispiel schlägt Kalziumchlorid CaCl2 -> Ca2+ + 2C1- die -100 negativen Kolloide wirksam nieder, während Natriumsulfat Na 2 S0 4 -> 2Na+ + S O ^ die •NaOH positiv geladenen Kolloidteilchen niederschlägt. Falls man durch Zugabe von Elektrolyten eine -NH. Ausflockung der Kolloidlösung erreichen will, muß man die + 7 Ladung der Teilchen kennen. VT HCL + 10 Es war zu erwarten, daß sich +20 +30 VVCHjCOOH diese Vorgänge nicht ohne weiteVNaCL res auf den Nebel übertragen +50 >2SO4 + 70E_L lassen, den man mit diesen Lön/im n/WOO n/10000 sungen herstellt. Die Wasserfallelektrizität kommt nur für homoAbb. 169. Aufladung des Nebels bei Zerstäubung gene Flüssigkeiten in Betracht. verschiedener Lösungen in Abhängigkeit von deren Konzentration Bei Zusatz von Säuren, Salzen und Alkalien zum Wasser sieht es anders aus, da sich diese Elektrölyte in den Tröpfchen verschieden verteilen können. Wie abweichend die Aufladungen sein können, geht aus den Untersuchungen von B I S A [ 1 3 ] hervor. Die Vernebelung wurde immer mit dem gleichen Zerstäuber und bei etwa 2 atü vorgenommen, weil sich hierbei konstante Werte erreichen ließen. Die Ergebnisse der BiSAschen Versuche sind in Abb. 169 zusammengestellt.

\V

\\

Vorzeichen und Größe der elektrischen Aufladung sind von der Konzentration abhängig. Eine Ausnahme machen nur Ammoniaklösungen, die bei allen Konzentrationen eine schwach negative Raumladungsdichte aufweisen. I m übrigen zeigen Säuren und Basen ein entgegengesetztes Verhalten: Bei niedrigen Konzen-

Bedeutung der elektrischen Aufladung der Teilehen beim .Nebelwandverfahren

185

trationen sind die mit Säuren erzeugten Nebel positiv, die mit Basen negativ geladen; bei höheren Konzentrationen ist es umgekehrt. In einer Bleierzgrube mit sehr wenig Staub ist die Konzentration der Schwefelsäure in den Wettern festgestellt worden. Sie entsprach etwa einer 0,001 n H 2 S0 4 -Lösung. Mit dieser Konzentration kann schon ein guter Koagulationseffekt erreicht werden. Ob in diesem Falle die geringe Staubkonzentration auch auf die Wirkung anderer Faktoren zurückzuführen ist, soll hier nicht weiter erörtert werden.

Es wurde schon erwähnt, daß man für das Nebelwandverfahren statt reinen Wassers auch NaCl-Lösungen verwendet (2- bis 5%ig). Nach den BiSAschen Untersuchungen könnten die daraus hergestellten Nebel negativ geladen sein, also nicht den gewünschten Effekt ergeben. Nur wenn die Kochsalzkonzentration weit unter 1 % liegt, ist die Ladung des Nebels positiv und damit ein Erfolg zu erwarten. Die bisher behandelten Nebel entstehen durch Dispersion von Flüssigkeiten ; sie werden daher Dispersionsnebel genannt. Wie verhalten sich nun Kondensationsnebel, Nebel, die durch Abkühlung aus Dampf entstehen? Praktisch kommt hier nur Wasserdampf in Betracht. Man hat diesen schon mit gutem Erfolg bei der Niederschlagung des Bohrstaubes in sowjetischen Erzgruben verwendet. In englischen Kohlengruben hat sich bei Untersuchungen an Übergabestellen gezeigt, daß man mit 32 1 Wasser in

Abb. 170. Zusammenballende Wirkung des Wasserdampfes (Versuche in der Staubkammer) oben mit Dampf, unten ohne Dampf

Form von Dampf die gleiche Wirkung erzielen kann wie mit 600 Liter Wasser als Dispersionsnebel. E s ist zu vermuten, daß sich kondensierender Wasserdampf auch bei der Bekämpfung der Schießschwaden bewähren wird. In der Tat haben Versuche in der Staubkammer ( S C H B A M M und H Ü C K S T Ä D T ) die zusammenballende Wirkung des Wasserdampfes erwiesen (Abb. 170). Hierbei zeigte der Wasserdampf jedoch keine elektrische Aufladung. Diese Aufladung kann man erreichen, wenn man den Dampf unter hohem Druck aus einer Düse ausströmen läßt. Bei entsprechendem Vorzeichen der Aufladung dürfte dann die Wirkung des kondensierenden Wasserdampfes noch erheblich größer sein als bei den bisherigen Versuchen. Über den Wasserdampf soll bei der Besprechung des Bohrlochbesatzes noch einiges gesagt werden.

186

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

Es hat sich also gezeigt, daß man mit dem Nebelwandverfahren stimmten Voraussetzungen eine befriedigende Niederschlagung der erreichen kann.

nur unter beSchießschwaden

9.10 Schutzstaubwand E s m a g zunächst überraschend erscheinen, wenn s t a t t der Nebelwand eine S t a u b w a n d in F r a g e k o m m e n soll. Der G r u n d liegt darin, daß, wie schon e r w ä h n t , die elektrische Ü b e r s c h u ß l a d u n g f ü r einzelne S t a u b a r t e n verschieden ist. W ä h r e n d Quarz u n d die meisten Silikate beim Zerstäuben eine negative Überschußladuiig a n n e h m e n , sind K o h l e n s t a u b , Gips, K a l k s p a t u n d andere K a r b o n a t e gewöhnlich

Abb. 171. Konimeterprobe der Schießschwaden vor der Zerstäuberstelle

Abb. 172. Konimeterprobe der SchießSchwaden hinter der Zerstäuberstelle

positiv geladen. Bereits vor einigen J a h r e n h a t deshalb J U N G Versuche zur Niederschlagung des Feinstaubes in den Schieferspalthütten m i t Hilfe von Gipsstaub d u r c h g e f ü h r t . D a b e i k o n n t e der schädliche Schieferstaub u m etwa 5 0 % v e r m i n d e r t werden. Elektrostatische Aufladungen t r a t e n hierbei nicht in Erscheinung, d a Gips n u r u n t e r schwachem D r u c k Verblasen w u r d e ; jedoch allein die Zugabe von Gipsstaub e r h ö h t e erheblich die Wahrscheinlichkeit, d a ß Staubteilchen zusammentreffen u n d sich zu größeren Aggregaten zusammenlagern.

Schutzstaubwand

187

Noch viel günstiger liegen die Verhältnisse, w e n n die beiden S t a u b a r t e n aufgeladen sind. Die Schießschwaden sind negativ, der G i p s s t a u b ist beim Z e r s t ä u b e n u n t e r höherem D r u c k positiv geladen. Wie L A N D W E H R [ 1 3 1 ] gezeigt h a t , k a n n m a n daher die Schießschwaden d u r c h Einblasen von Gipsstaub erfolgreich b e k ä m p f e n (Abb. 171, 172). Der Vergleich der beiden Konimeterflecke vor u n d n a c h der Zerstäuberstelle ist sehr eindrucksvoll. I n Abb. 173 (Gravimetermessungen, LANDWEHR) ist der Verlauf gravimetrischer S t a u b m e s s u n g e n im Siegerländer Eisenerzbergbau dargestellt. Trotz des Einblasens von Gipsstaub ist die S t a u b -

3000 mg/m 3 2500

i Meß stelle A vor dem Zerstäuber Feinstaub Mittelwert « 992mg/m 3

2000 1500

7000

500 -i hinter dem

Zerstäuber

'•Feinstaub Mittelwert=404,4 10

75

Z0

mg/, 25

30

35

40

45

50

55

60min

Abb. 173. Ergebnisse gravimetrischer Staubmessungen im Siegerländer Eisenerzbergbau b?im Einblasen von Ginsstaub

konzentration 5 m hinter der Zerstäuberstelle n i c h t etwa erhöht, sondern m a n k a n n eine F e i n s t a u b v e r m i n d e r u n g u m 6 0 % feststellen. Weiterhin zeigte sich, d a ß der hinter der Zerstäuberstelle aufgefangene S c h w e b e s t a u b etwa 5 0 % Gips enthält. Die tatsächliche Verminderung des schädlichen Staubes b e t r ä g t d e m n a c h über 70%. Übrigens hat man es bisher als sicher angesehen, daß der Gipsstaub auch in der Lunge günstig wirkt, also die Entstehung einer Silikose zwar nicht verhindern kann, aber doch auf ihre Entwicklung stark hemmend wirkt. Neuerdings wird dies bestritten. Es gibt Fälle, bei denen man die bisher beschriebenen Verfahren nicht anwenden kann. Dann nimmt man mit gutem Erfolg zum Beispiel das Trockenfiltergerät von FREUND-KEIENBURG (vgl. S. 153 und Abb. 133 — 136), das sich in Wetterblenden oder Schießdämme einbauen läßt.

188

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

9.11 Zweckmäßiger Besatz als Mittel gegen die Staubbildung beim Schießen Nicht minder wichtig ist die Wahl des Besatzes. Werden die Bohrlöcher mit Quarzsand besetzt, wie dies oft mit einer Sandpistole geschieht, dann zerstäubt sich der Quarzsand beim Schießen in der Luft. Diese Wirkung darf man nicht unterschätzen, weil bei einer Besatzlänge von 40—60 cm und einer größeren Schußzahl die Gesamtmenge des Besatzes verhältnismäßig groß ist.

5000 a) Aschebesatz 150Schuß 11,8kg Sprengstoff Proben 1-3 vor dm Schießen 4 - 30 nachdemSchießen mit je 1 Minute Abstand

4000

g 3000

I

•S? 2000

l ! **

\

f\ » In b)Sa/2besatz 160Schuß Ä \ 12,5 kg Sprengstoff

1000

ir^ i i i i i i

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 262830

Abb. 174. Staubmengen bei verschiedenen Besatzarten

Aber nicht einmal Lehm bildet vom Standpunkt der Silikoseverhütung einen geeigneten Besatz. Die chemische Untersuchung der Lettennudeln hat einen Gesamt-Si0 2 -Gehalt bis zu 70% ergeben, so daß die Silikosegefährlichkeit des Schießstaubes noch künstlich erhöht wird. Die bisher im Kupferschieferbergbau übliche Methode, für den Bohrlochbesatz sogenannte Lettennudeln zu verwenden,

Zweckmäßiger Besatz als Mittel gegen die Staubbildung beim Schießen

189

ist durch das Besetzen mit gemahlenem Steinsalz abgelöst worden [111]. Staubmessungen bei Anwendung verschiedener Besatzarten haben gezeigt, daß der Steinsalzbesatz die geringste Staubentwicklung aufweist (Abb. 174). Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß bei Verwendung von trockenem Besatz (feingemahlener Kalkstein oder Gips) der Staubgehalt der Wetter nach dem Schießen geringer ist als bei Verwendung von Lettenbesatz, da sich die Kalkoder Gipsteilchen beim Abtun der Schüsse infolge Reibung aufladen und dadurch die Koagulation der Besatz- und Staubteilchen verstärkt wird. Mit gutem Erfolg verwendete man feuchten gemahlenen Kalkstein oder Gips. Durch die Anfeuch-

L,

L f

Lettenpfropfen

Sprengladung

8 Patronen

Wasserbesatzpatrone 28 cm lg

Schlagpatrone

Abb. 176. Schießen mit Wasserbesatz und kurzem Lettenpfropfen

drahte

Abb. 177. Hohlraumschießen mit Wasserbesatz

tung wird der Besatz plastisch, so daß das Bohrloch fest verschlossen wird, wodurch sich die Sprengwirkung der Ladung erhöht. Auch der Naßbesatz unter Verwendung von natrium- oder kalziumhaltigen Laugen ist zu empfehlen, da diese bereits bei der Detonation des Sprengstoffes zerstäubt werden und das Haufwerk durchfeuchten. Im Grubenforschungsinstitut Paturäges bei Brüssel ist die Anwendung von Wasserbesatz in Plastampullen, sogenannten Wasserbesatzpatronen, untersucht worden. Das Herausgleiten der Ampullen aus dem Bohrloch wird durch Keile verhindert (Abb. 175). Abb. 176 zeigt die Anwendung des Wasserbesatzes mit einem zusätzlichen kurzen Lettenpfropfen und mit der Schlagpatrone im Bohrlochtiefsten. Da die Ampullen fertig geliefert werden, hat dieser Besatz ver-

190

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

schiedene Vorteile: schnelles Einbringen und Ausräumen im Falle von Versagern, Bindung des Staubes und der nitrosen Gase durch den kondensierenden Wasserdampf u. a. Die Kosten sind jedoch noch verhältnismäßig hoch. Auch für das Hohlraumschießen lassen sich Wasserampullen verwenden (Abb. 177). Neuere Versuche in Gruben des Steinkohlen-, Erz- und Kalibergbaues der DBR, über deren Ergebnisse M O R H E N N und L A N D W E H R [ 1 5 2 ] berichten, ergaben wesentliche Vorteile dieser Besatzart. So konnte zum Beispiel in einer Abbaustrecke der Eisenerzgrube Haverlahwiese der Schwebestaubgehalt nach dem Schießen durch Verwendung von Wasserbesatzpatronen in einer Entfernung von 2 m von der Ortsbrust um 29% und in einer Entfernung von 40 m um 5 8 % gegenüber den Verhältnissen beim Schießen ohne Wasserbesatzpatronen vermindert werden. Das Silikose-Forschungsinstitut Bochum hat in Messungen festgestellt, daß sich der Feinstaubgehalt nach dem Schießen in Vortrieben von Strecken mit einem Querschnitt von mehr als 10 m 2 durch Verwendung von zwei Wasserbesatzpatronen und einer Lettennudel zur Abdämmung um mehr als 80% verringert. Die Wasserbesatzpatronen werden mit zwei verschiedenen Durchmessern hergestellt, und zwar solche mit 32 mm Durchmesser für Sprengpatronen von 30 mm Durchmesser und Patronen von 27 mm Durchmesser für Sprengpatronen von 25 mm Durchmesser. Die Wasserbesatzpatronen, die aus Polyäthylen bestehen und mit einem Ringverschluß versehen sind, werden von der Firma Peters, Lünen, hergestellt. Der Preis für eine Wasserbesatzpatrone beträgt 0,14—0,15 DM. An Stelle von reinem Wasser kann man mit Vorteil Salz- oder Netzmittellösungen verwenden. Besonders Ca-haltige Lösungen haben eine starke Koagulationswirkung auf die Feinstäube. Zur Verwendung von Wasserbesatz schreibt OTÄSEK [157a]: „Bei den vom wissenschaftlichen Forschungsinstitut Ostrava-Radvanice (ÖSSR) schon im Jahre 1957 durchgeführten Sprengarbeiten mittels Gesteinssprengstoffs in einer vergasten Atmosphäre unter Verwendung von Wasserbesatz und durch Zerschießen von Wasserbeuteln wurde nachgewiesen, daß nach der Sprengarbeit stets eine beträchtliche Verminderung der Staubkonzentration und der Schießschwaden eintritt, so daß man dieses Verfahren bei jeder Sprengarbeit auch in nicht vergaster Atmosphäre als eine wirkungsvolle Maßnahme zur Verminderung der Staubkonzentration und Schießschwaden anwenden kann. Das Wasser wird in Silonschläuche mit einer Wandstärke von 0,2 mm gefüllt. Sie werden in den gebräuchlichen Durchmessern von den Wilhelm-PieckWerken in Zilina (Slowakei) hergestellt. Der Preis für 1 m Schlauch beträgt etwa 0,10 Kronen. Der Schlauchdurchmesser wird um etwa 4 mm kleiner gewählt als der des Bohrloches. Die Länge des Wasserbesatzes beträgt etwa 50 cm. Der Schlauch wird am unteren Ende mit einer Schnur zugebunden (vgl. Abb. 178) oder verknotet. Nach Einfüllen des Wassers wird er am oberen Ende entweder mit einer Schnur zugebunden oder man macht wieder einen Knoten. Überall dort, wo eine Wasserleitung vorhanden ist, werden die Hülsen erst an der Arbeitsstätte gefüllt. Dann wird der Wasserbesatz in das Bohrloch eingeschoben, bis er

Zweckmäßiger Besatz als Mittel gegen die Staubbildung beim Schießen

191

auf die Sprengstoff ladung zu liegen k o m m t . Da die so hergestellte Besatzampulle elastisch ist, k a n n m a n sie zusammenpressen. D a m i t sie aber nicht zerreißt, wird sie noch zusätzlich mit einem kurzen plastischen Besatz (Lettennudel) bedeckt, der mit dem Ladestock fest angedrückt wird, wodurch d a n n der Wasserbesatz gestützt ist. Infolge des Druckes der Ladestange auf die Lettennudel dehnt sich die Hülle des Wasserbesatzes teilweise aus und schließt sich an die Bohrlochwandung an, wodurch das Loch vollständig v e r d ä m m t wird. Die gute Sprengwirkung äußert sich nicht nur in einem völlig ausgenutzten Bohrloch, indem keine Pfeifen zurückbleiben, sondern auch darin, daß das Gestein gleich-

Abb. 178. Wasserbesatzpatronen (Silonschläuche)

mäßig abbricht u n d kleinstückig anfällt. Die an Sprengstoffen erzielte Ersparnis beträgt etwa 10%. I n Westdeutschland erreichte sie etwa 17% im Gestein u n d 1 3 - 1 5 % in der Kohle. Bei Anwendung von Wasserbesatz kann d a n n das Nebelwandverfahren wegfallen, weil das bei der Detonation des Wasserbesatzes teilweise verdunstete und vernebelte Wasser in die Gesteinsfugen eindringt u n d den bei der Schießarbeit entstehenden Staub benetzt. Bei längeren Sprengladungen im Bohrloch k a n n man, außer dem normalen Wasserbesatz, zusätzlich noch eine 15—20 cm lange Wassereinlage benutzen, durch die sich die Sprengstoffdetonation im Bohrloch gut überträgt. Man stellte in den Ostrau-Karwiner Gruben fest, daß, wenn bei der Schießarbeit im Gestein oder in der Kohle Wasserbesatz in Verbindung mit dem Zerschießen eines aufgehängten Wasserbeutels (Abb. 179) benutzt wird, eine sehr beträchtliche Verminderung der Staubkonzentration u n d Unschädlichmachung der Schießschwaden erzielt worden ist, so daß dann die Bergleute schon in sehr kurzer Zeit nach dem Schießen in einer einwandfreien Atmosphäre vor Ort arbeiten können (Abb. 180,181). Dieser Besatz schließt die Sprengladungen gut ab, u n d da er durch

Staubverhütung und -bekämpfung beim Schießen

b Abb. 179 a, b. Verwendung von Wasserbeuteln beim Schießen a) Schema; b) Aufhängung des Wasserbeutels vor Ort

Zweckmäßiger Besatz als Mittel gegen die Staubbildung beim Schießen

193

die Lettennudel verdämmt wird, füllt er auch das Bohrloch vollständig aus. Dadurch wird er undurchlässig, unzerdrückbar, und man erreicht einen guten Sprengeffekt. Darüber hinaus vermindert er die Entwicklung von Schießschwaden, hauptsächlich aber werden die gesundheitsschädlichen Stickoxyde absorbiert und der durch das Sprengen des Gesteins entstehende Schwebestaub unschädlich geI1 macht." . In den letzten Jahren ist jedoch durch die Hochdrucktränkgeräte und Hochdruckpumpen ein Wandel eingetreten: Mit diesen Geräten kann man heute auch die härtesten Kohlen tränken, und der Anwendungsbereich des Verfahrens ist damit beträchtlich erweitert. Der erforderliche Wasserdruck richtet sich nach dem Widerstand, den der Kohlenstoß dem eingepreßten Wasser entgegensetzt. Ist der Stoß stärker aufgelockert, d.h. sind die Schlechten und Drucklagen schon durch den Abbaudruck geöffnet, so genügt ein geringer Wasserdruck, um die Flüssigkeit in die Kohle einzupressen. Ist dagegen die Kohle fest, sind die Schlechten noch geschlossen, so benötigt man wesentlich stärkeren Druck, um die Schlechten zu öffnen und das Wasser in die Schlechten zu treiben. Der notwendige Druck läßt sich nur in Versuchen feststellen. Gewöhnlich ist der Eindringwiderstand des Kohlenstoßes zu Beginn des Tränkens am größten; er fällt dann rasch ab, wenn das Wasser fließt und die Schlechten allmählich aufgedrückt werden. So kann zum Beispiel, falls man ein Hochdruckgerät verwendet, der Anfangsdruck von 60—80 atü auf 15—25 atü abfallen, während das Wasser stetig in den Stoß eindringt. Der Wasserdruck soll nach Möglichkeit so groß sein, daß die Zuflußmenge wenigstens 8—10 1/min beträgt. In der Wasserleitung steht das Wasser je nach der Örtlichkeit unter einem Druck von 5—25 atü (statisch), der ausreicht, um einen großen Teil der anstehenden Kohlenstöße ohne Schwierigkeiten abtränken zu können. Die Hochdrucktränkgeräte erreichen in der Regel Wasserdrücke von 80—250 atü, während mit Hochdruckpumpen auch Drücke von mehr als 250 atü erzeugt werden. I m Ruhrgebiet werden zur Zeit etwa 50—60% der Tränkarbeiten mit normalem Leitungsdruck ausgeführt und 40—45% mit Hochdruckgeräten (stationär aufgestellte Hochdruckpumpen). Die Erfahrung zeigt, daß die Staubbindung beim Tränken harter Kohle im Hochdruckverfahren etwa die gleiche ist wie beim Tränken weicher Kohle im Normaldruck verfahren. Anderseits leistet das Wasser bei der Hochdrucktränkung eine erhebliche Auflockerungsarbeit in der anstehenden Kohle, so daß die spätere Gewinnung häufig sehr erleichtert wird und die Gewinnungsleistung ansteigt. Das Ausmaß der Leistungssteigerung ist sehr unterschiedlich je nach den örtlichen Verhältnissen, es liegt im allgemeinen zwischen 10 und 40%, in einzelnen Fällen auch noch höher. Praktisch ist die Auflockerung des Kohlenstoßes bereits während des Tränkvorganges zu erkennen an knisternden Geräuschen, am Abspringen kleiner Kohleteilchen vom Stoß und am Ablösen größerer Schalen.

202

Stoßtränkverfahren

10.26 Wassermenge Die Wassermenge, die beim Tränken in den Kohlenstoß eingepreßt wird, schwankt je nach den örtlichen Verhältnissen in weiten Grenzen. Sofern die Kohle und das Nebengestein es erlauben, tränkt man so lange, bis das Wasser am Stoß oder in den benachbarten Löchern austritt („Schwitzen" des Kohlenstoßes). Im Durchschnitt kann man mit einer Tränkmen*ge von 80—1501 je Bohrloch rechnen. Nur selten wird man bis zu 200 1 je Loch tränken können, weil dann evtl. die Feuchtigkeit des Haufwerkes zu hoch wird und Schwierigkeiten bei der trockenen Aufbereitung entstehen. Anderseits hat es normalerweise keinen Zweck, mit weniger als 80 1 je Loch zu tränken, da dann der gewünschte Erfolg bei der Staubbindung ausbleibt. Allgemein muß sich die Wasser menge nach der Menge der anstehenden Kohle richten, die abgetränkt werden soll; man kann normalerweise mit 8 —15 1/t Kohle rechnen. Ist das Nebengestein so schlecht, daß Bedenken gegen das vollständige Tränken bestehen, so kann man eine bestimmte Wassermenge einpressen, ohne das „Schwitzen" des Stoßes abzuwarten. In solchen Fällen kommt es darauf an, die Kohle noch wirksam zu tränken, ohne daß das Nebengestein dadurch in seiner Struktur und Festigkeit beeinträchtigt wird. Man wird dabei zum Beispiel statt 1501 nur 80—1001 je Loch einpressen und erzielt dann statt des größtmöglichen Tränkerfolges immer noch eine deutliche Verminderung der Staubentwicklung. Die trockene Kohleaufbereitung (Klassierung, Sichtung) soll durch das Tränken nicht erschwert werden. Bei normaler Tränkung dürften hier keine Behinderungen entstehen, da man in die Kohle durchschnittlich etwa 8—12 1 Wasser je t einpreßt und damit ihren Feuchtigkeitsgehalt um 0,8 —1,2% erhöht. Kritisch kann es erst dann werden, wenn bereits eine gewisse natürliche Feuchtigkeit vorhanden ist und die Gesamtfeuchtigkeit nach dem Tränken auf mehr als 5 — 6 % ansteigt (s. auch [235]). Wassermenge und Wasserdruck sollten beim Tränken nach Möglichkeit stets mit Hilfe von Wasseruhr und Manometer überwacht werden. 10.27 Zuflußmenge Auch die Zuflußmenge sollte mit Hilfe der Wasseruhr laufend kontrolliert werden, weil der Tränkerfolg auch davon beeinflußt wird. Eine Zuflußmenge von etwa 10—20 1/min ist erforderlich; liegt sie wesentlich darunter, so dauert die Tränkarbeit an den einzelnen Bohrlöchern zu lange, und der Zeitaufwand wird zu groß. Bei besonders großer Zuflußmenge hingegen verteilt sich das Wasser nicht weit genug auf die feinsten Öffnungen, wodurch die staubbindende Wirkung schwächer wird. Insbesondere gilt dies für Flöze mit wenig ausgeprägter Struktur {zum Beispiel Gas- und Gasflammkohlen).

Tränkversuche

203

10.3 Tränkversuche E s wurde bereits betont, daß der optimale Tränkerfolg im Einzelfall durch Versuche ermittelt werden sollte, d a bei verschiedenem Abstand und unterschiedlichem Ansatzpunkt der Tränklöcher die Wasseraufnahme sowie die Staubbindung stark differieren können. Das soll im folgenden an einem Beispiel aus der Praxis näher erläutert werden: Hier handelt es sich u m ein Flöz der mittleren Fettkohle (Bochumer Schichten), das etwa 2,25 m mächtig ist u n d mit 10—30° nach Süden einfällt; es wurde auf dem Südflügel eines flachen Sattels mit einem 360 m langen Streb in östlicher Richtung mit Blasversatz abgebaut. Das Flöz-

Korngröße Abb. 185. Staubkonzentration und Korngrößenverteilung bei verschiedener Lage und Anzahl der Tränklöcher

profil zeigt eine Oberbank von etwa 0,55 m, ein dünnes Bergemittel von 3—5 cm Stärke und eine U n t e r b a n k von etwa 1,65 m Mächtigkeit. Die Tränklöcher wurden nacheinander in der auf Abb. 185 angegebenen Weise mit 1,50 m Länge (Feldbreite 1,25 m) mittels Kohlendrehbohrmaschine gebohrt. Anschließend wurde der Stoß mit Tränkgeräten der Firma Nüsse & Gräfer 1 bei normalem Leitungs-Wasserdruck von 10—15 a t ü abgetränkt. Auf der rechten Seite des Bildes ist die Anordnung der Löcher aufgezeichnet u n d die Wassermenge angegeben, die jedes Loch durchschnittlich a u f n a h m , bis das Wasser am Stoß auszufließen begann. I n der nachfolgenden Gewinnungsschicht wurde die Wirksamkeit der Tränkung durch Staubmessungen während der gesamten Arbeitszeit genau ermittelt: I n der Abbildung sind rechts die Konzentration k des Feinstaubes unter 5 ¡¿m — gemessen mit dem Tyndalloskop — u n d die Teilchenzahlen T 1

Beschreibung des Gerätes S. 207.

204

Stoßtränkverfahren

je cm 3 im Bereich 5—1 fim — gemessen mit dem Bergbaukonimeter — angegeben. Außerdem ist links die Korngrößenverteilung aufgetragen, wie sie sich bei der verschiedenen Tränkweise ergab (die Kurven sind Summenkurven). Als Ergebnis dieser Versuche war folgendes festzustellen: Blindversuch: Ohne Tränkung wurden in der Kohlenschicht eine durchschnittliche Staubkonzentration von 912 Teilchen je cm 3 (5—1 [xm) und ein fc-Wert1 von 94 gemessen. Die Korn Verteilung wurde nicht bestimmt. 1. Tränkversuch: Man bohrte die Tränklöcher unterhalb des Bergemittels mit 2 m Abstand in verschiedener Höhenlage und konnte durchschnittlich etwa 50 1 Wasser einpressen. Bei den Staubmessungen wurden ein ¿-Wert von 59 und eine Teilchenzahl von 501 T/cm3 festgestellt; das entspricht einer Staubbindung von rd. 4 5 % im Kornbereich 5—1 fi.m. Die Kornverteilungskurve liegt verhältnismäßig ungünstig. Anscheinend war der Abstand der Löcher mit 2 m zu gering, da nur 50 1 je Loch aufgenommen wurde. Die Einwirkungskegel der einzelnen Löcher haben sich offenbar zu weit überschnitten. 2. Tränkversuch: Die Bohrlöcher wurden mit 4 m Abstand in gleicher Höhe kurz unterhalb des Bergemittels angesetzt, und die Wasseraufnähme war mit 100 1 pro Loch doppelt so groß wie beim ersten Versuch. Die Staubmessungen ergaben einen fc-Wert von 57 und eine Teilchenzahl von 463 T/cm3 (5—1 |i.m); das entspricht einer Staubbindung von 4 9 % im Bereich 5—1 ¡j.m. Da aber die k-Werte in beiden Versuchen fast gleich sind, d. h., im ganzen Kornbereich unter 5 ¡xm die Staubbindung kaum größer ist als beim ersten Versuch, kann man folgern, daß der feinste Staub unter 1 |xm bei diesem Versuch nicht stärker gebunden worden ist als im ersten Fall. Diese Annahme wird bestätigt durch die Kornverteilungskurve 2, die erst im Bereich von 2 ¡xm an deutlich von der Kurve 1 abweicht im Sinne einer besseren Staubbindung. 3. Tränkversuch: Die Tränklöcher wurden mit 3 m Abstand abwechselnd in der Oberbank und in der Mitte der Unterbank gebohrt und nahmen durchschnittlich 80 1 Wasser auf. Die Staubbindung war jedoch gering: E s blieb eine Konzentration von k = 73 bzw. 692 Teilchen/cm3, so daß nur 2 4 % des Staubes im Bereich 5—1 ¡xm durch die Tränkung erfaßt wurden. Entsprechend ungünstig liegt auch die Kornverteilungskurve 3 : Sie setzt bei 1 |un bereits fast doppelt so hoch an wie die anderen Kurven und steigt auch im Bereich der größeren Kornfraktionen noch stärker an als die Kurven 2—4. Der Lochansatz muß in diesem Fall besonders ungeeignet gewesen sein. Der Versuch zeigt, daß das Bergemittel hinreichend porös ist, um das Wasser durchzulassen, daß aber die Löcher in der Oberbank weitgehend wirkungslos geblieben sind, vielleicht da eine größere Wassermenge in das Hangende übertrat, wo es nicht staubbindend wirken konnte. 1

Der fc-Wert wird aus der Tyndalloskopmessung in Abhängigkeit von dem Bergegehalt des Staubes ermittelt. Näheres dazu siehe in Kap. 5.5 bei der Beschreibung des Routinemeßverfahrens im westdeutschen Steinkohlenbergbau.

Geräte für das Stoßtränken

205

4. Tränkversuch: Aus den Versuchen 2 und 3 war zu folgern, daß man die Löcher zweckmäßig unterhalb des Bergestreifens ansetzen müßte, daß aber ein Abstand von 4 m gegebenenfalls zu groß sein könnte. Bei dem 4. Versuch wurden deshalb die Löcher mit 3 m Abstand kurz unterhalb des Bergemittels angesetzt. Tatsächlich nahmen die Löcher dann auch durchschnittlich 1201 pro Loch auf, was einer Menge von 9,11/t Kohle entspricht oder einem Anstieg des Wassergehaltes im Rohgut um etwa 1%. Die Staubmessungen erbrachten wesentlich bessere Ergebnisse als bei den vorangegangenen Versuchen: Der ¿-Wert lag bei 48, und die Teilchenzahl sank auf 397 T/cm 3 (5—1 ¡xm), so daß eine Staubbindung von 56% im Korngrößenbereich 5—1 ¡xm erreicht wurde. Auch die Kornverteilungskurve liegt besser als die 3 anderen Kurven, wenn auch auffällt, daß die Kurve 4 im Bereich um 1 ¡xm recht nahe an die anderen Kurven herankommt; daraus ergibt sich, daß die Staubbindung beim Feinstkorn allgemein nachläßt. Der 4. Versuch brachte also im vorliegenden Fall augenscheinlich die besten Ergebnisse. Natürlich ist es nicht immer möglich, das Ergebnis von Tränkversuchen (oder auch anderen Staubbekämpfungsmaßnahmen) durch Körnungsanalysen des Staubes zu klären. Das ist im allgemeinen auch gar nicht notwendig, denn im Normalfall genügen die üblichen Kennwerte der betrieblichen Staubmessungen, um den Tränkerfolg beurteilen zu können. Auf diese betrieblichen Staubmessungen sollte man aber bei der Auswertung von Tränkversuchen nicht verzichten. 10.4 Geräte für das Stoßtränken Es gibt heute im Inland und Ausland zahlreiche betriebsreife Stoßtränkgeräte, die alle auf ähnlichen Grundlagen beruhen. Das Wesentliche ist ein Doppelrohr mit einem besonderen Dichtungskopf am Ende, der das Bohrloch gegen die Wasseraustrittsöffnung des Tränkrohres abdichten soll; nur so kann das Wasser gezwungen werden, in die feinen Öffnungen der anstehenden Kohle einzudringen, anstatt sofort aus dem Bohrloch, in welchem das Tränkgerät steckt, herauszufließen. Das Gerät wird über einen normalen Wasserschlauch an die Strebleitung angeschlossen und führt das Wasser mit Normaldruck, d. h. mit dem in der Wasserleitung vorhandenen Druck, in den Kohlenstoß ein. Wird an dieses Tränkgerät ein besonderer Druckerzeuger angebaut, so entsteht das sogenannte Hochdruck-Tränkgerät, das heute in verschiedenen Ausführungen auf dem Markt ist. Hierbei wird der hohe Wasserdruck erst im Gerät erzeugt, die Wasserleitung führt das Wasser mit normalem Druck zu und braucht daher nicht besonders ausgestattet zu sein. In manchen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, daß der hohe Druck von einer stationären Hochdruckpumpe erzeugt und dann auf die Streb-Wasserleitung übertragen wird. Dann muß jedoch eine besondere Hochdruckleitung verlegt sein, die das Druckwasser an die Tränkstellen bringt.

206

Stoßtränkverfahren

Zu einer vollständigen Tränkausrüstung gehören außer dem Tränkgerät eine Wasseruhr und, zumindest bei Hochdrucktränkung, ein Druckmesser. Diese Armaturen sind erforderlich, um die Tränkung richtig beurteilen und laufend überwachen zu können. Im folgenden sollen die wichtigsten Typen der Tränkgeräte kurz beschrieben werden. 10.41 Tränkgerät mit Spindel Dieses alte Gerät ist in Abb. 186 schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Innenrohr und einem Außenrohr, die durch eine Spindel mit Handgriff gegeneinander zu verschieben sind. An der Wasseraustrittsseite liegt eine 100—120 mm

Abb. 187. Stoßtränken mittels Spindelgerätes

Geräte für das Stoßtränken

207

lange Dichtungsmanschette aus Gummi. Nachdem das Gerät in das Bohrloch eingeführt worden ist (Abb. 187), m u ß der Bedienungsmann die Spindel von H a n d drehen und dabei die beiden Rohre gegeneinander verschieben; dadurch wird die Gummimanschette axial zusammengepreßt, weicht radial aus und drückt sich an die Bohrloch wandung. Der Druck auf die Bohrloch wand wird u m so stärker u n d damit die Abdichtung u m so besser sein, je mehr die Rohre gegeneinander verschoben werden. Wenn dann Wasser aufgegeben wird u n d das Bohrloch nicht dicht ist, k a n n man die Abdichtung gegebenenfalls dadurch verbessern, daß m a n die Spindel u m einige Umdrehungen weiterdreht: Der Grad der Abdichtung ist also abhängig von der Arbeit des Tränkers. Andererseits darf man die Spindel nicht übermäßig fest anziehen, weil sonst Schwierigkeiten auftreten können, wenn m a n nach dem Tränken das Gerät aus dem Bohrloch herausziehen will. Spindelgeräte werden k a u m noch eingesetzt, da sie durch neuere Entwicklungen überholt sind. 10.42 Automatisches Tränkrohr Bei dem automatischen Tränkgerät betätigt das Wasser selbst auch den Abdichtungs-Mechanismus, das Gerät arbeitet also hydraulisch. Wie aus Abb. 188a

a

208

Stoßtränkverfahren

und b ersichtlich, ist auf der Wassereintrittsseite an dem Außenrohr ein Zylinder angebracht, der im Innern einen mit dem Innenrohr fest verbundenen Kolben enthält. Das Tränkwasser schlägt beim Eintritt in das Tränkgerät auf diesen Kolben und drückt ihn zurück. Dadurch verschiebt sich das Innenrohr gegenüber dem Außenrohr, und die Gummimanschette an der Wasseraustrittsseite wird axial zusammengepreßt, weicht dabei radial nach außen aus und drückt sich dadurch an die Bohrlochwand. Solange die Endstellung des Kolbens nicht erreicht ist, wird hierbei die Abdichtung um so besser, je höher der Wasserdruck in der Leitung bzw. am Kolben ist. Erfahrungsgemäß ist für eine ausreichende Abdichtung ein Mindestwasser druck erforderlich, der bei etwa 6 atü liegt. In Deutschland ist diese Bauart der Tränkgeräte weitverbreitet, u. a. wird dieses Gerät von den Firmen Nüsse & Gräfer (Abb. 188), Hausherr und Hamacher hergestellt. In ähnlicher Weise arbeitet eine englische Konstruktion, das HuwoodTränkrohr, wie es Abb. 189 zeigt [249].

i

G

C

Abb. 189. Huwood-Hochdrucktränkrohr A Kontrollhahn;

B Zylinder;

C Öffnungen;

D Kolben;

E Gummi-Abdichtung;

F Bohrung;

0

Bohrung

10.43 Tränkschlauch Neben den starren Tränkgeräten wurde in Deutschland ein sogenannter Tränkschlauch entwickelt, der sich besonders gut handhaben läßt (Abb. 190). Der Schlauch besteht aus dem elastischen Kunststoff BCV, einem Material, das gegen Abrieb und Beschädigung relativ unempfindlich ist. Das Gerät hat eine Länge von insgesamt 1,8 m und eignet sich daher vor allem auch bei tiefen Tränklöchern, wie sie neuerdings oft angestrebt werden. Die Wandstärke des Schlauches Oesamtlänge ca. 1800-

Schlauchklemmen

Wasserkanal

75 mm Uchte Weite

Abb. 190. BCY-Tränkschlauch (elastisch)

1

Geräte für das Stoßtränken

209

beträgt 10 mm, er hält die höchsten Tränkdrucke ohne weiteres aus. Der Wasserkanal hat eine lichte Weite von 15 mm. Am vorderen Ende befindet sich ein Tränkkopf aus Metall mit Kugelventil, der durch zwei Schlauchklemmen mit dem Tränkschlauch verbunden ist. Dieser Tränkkopf wird jedoch bei der neuesten Ausführung des Gerätes nicht mehr verwendet: Man hat stattdessen ein einfaches Endstück angesetzt, das kein Ventil oder andere mechanische Einrichtungen, sondern nur eine Wasseraustrittsöffnung von 2 mm Durchmesser besitzt; es besteht aus dem gleichen elastischen Material wie der ganze Schlauch. Dieses Kopfstück ist mit dem Schlauch fest verbunden (vulkanisiert). Dadurch ist das ganze Gerät vorteilhaft vereinfacht worden. Die Abdichtung geschieht automatisch: Der Schlauch ist im vorderen Teil auf etwa 600 mm Länge als Dichtung ausgebildet; wenn das Wasser durchfließt, bläht sich dieses Schlauchstück ähnlich wie die Gummimanschette des starren Tränkrohres auf und legt sich fest an die Bohrlochwand an. Die große Länge des Dichtungsstückes (600 mm) bewirkt eine sehr gute Abdichtung; auch das ist ein besonderer Vorteil des Gerätes. Während bei dem oben beschriebenen Tränkschlauch die Abdichtung durch ein besonders gearbeitetes Schlauchstück erreicht wird, muß bei anderen Sehlauchgeräten ein besonderer Tränkkopf mit einer Abdichtungsmanschette aufgesetzt werden. Eine solche Kombination in Verbindung mit einem Hochdruckgerät empfiehlt zum Beispiel die Fa. Hausherr. Da die Schlauchgeräte sehr handlich und außerdem unempfindlich gegen hohe Drücke sind, bieten sie gegenüber den bisher gebräuchlichen starren Tränkgeräten erhebliche Vorteile. 10.44 Hochdruck-Tränkgeräte Die Möglichkeit, den Kohlenstoß mit Wasser zu tränken, war lange Zeit begrenzt, weil die Wasseraufnahmefähigkeit der Kohle stark abhängig ist von dem vorhandenen Leitungsdruck. Der Gegendruck im Kohlenstoß ist oftmals auch bei geringer Tränktiefe schon so groß, daß Wasser unter üblichem Druck (d. h. etwa 5—20 atü) nicht oder nur in unzureichenden Mengen eingepreßt werden kann. Der Anteil der mit Normaldruck tränkbaren Kohle an der Gesamtförderung bleibt daher häufig gering — abhängig von der Kohlenart, dem vorhandenen Wasserdruck, dem Abbaufeld usw. —, so daß es naheliegt, den Einpreßdruck zu erhöhen, um den Anwendungsbereich des Verfahrens zu erweitern [23, 38, 115]. 10.441

Impulsgerät

Im Ruhrgebiet hat man diesen Gedanken erstmals 1954 realisiert, als auf der Zeche Shamrock I / I I ein Tränkgerät mit Impulseinrichtung entwickelt und von der Firma Nüsse & Gräfer gebaut wurde [115], Das Prinzip dieses Impulsgerätes, das auf ein normales Tränkrohr aufgesetzt werden kann, besteht darin, daß ein preßluftbetriebener freischwingender Kolben nach Art des Abbauhammerkolbens 14

Silikosebekämpfung

210

Stoßtränkverfahren

auf einen zylindrischen Körper aufschlägt, der diese Schläge (etwa 1500/min) auf die Wassersäule im Tränkgerät überträgt. Dadurch wird das Tränkwasser in schnelle Druckschwingungen versetzt, wobei der Wasserdruck bei jedem Impuls auf ein Mehrfaches des Leitungsdrucks ansteigt und das Wasser bei jedem Druckanstieg etwas tiefer in die Kohle eindringt. Mit diesem Gerät (Abb. 191) wurden Drücke bis zu 30 atü erzielt, mit einem schweren Gerät, das auf einem Schlitten nachgezogen werden muß, kam man auf 60—80 atü. Diese ersten Geräte sind jedoch durch die weitere Entwicklung sehr bald überholt worden, so daß sie heute schon keine praktische Bedeutung mehr haben.

5üÜSiSls>

Abb. 191. Impulsgerät der Maschinenfabrik Nüsse und Gräfer, Sprockhövel

10.442 Hochdruckgerät Patent Jerusel Im Jahre 1955 erschienen Berichte über ein neues Hochdrucktränkgerät [103], das im nordfranzösischen Kohlenbergbau entwickelt und dort auch zuerst planmäßig eingesetzt worden ist. Dieses Gerät der Fa. S. E. U. M., Typ ,,Mines", Patent „Jerusel" (Abb. 192), wird heute auch in Deutschland hergestellt (Fa. Rötelmann & Co., Werdohl), nachdem es sich als betriebsreife Konstruktion erwiesen hat. Das Jerusel-Gerät besteht im wesentlichen aus einer Differential-Kolbenpumpe mit einem Flächenverhältnis des Stufenkolbens von 1:20. Der große Kolben wird mit Preßluft aus dem Niederdrucknetz betätigt, der kleine Kolben drückt das Tränkwasser dann mit dem 20fachen des Luftdrucks in das Tränkrohr und in die Kohle hinein. Es ist allgemein Pl' FL

=

Pw ' Pw >

und damit wird

PL = Preßluftdruck, FL = Fläche des Luftkolbens,

Pw = erzeugter Wasserdruck, FW = Fläche des Wasserkolbens.

Der Wasserkolben bewirkt also einen Druck, der im Verhältnis der Kolbenflächen größer ist als der Luftdruck.

211

Geräte für das Stoßtränken

Der maximale Tränkdruck beträgt demnach bei 4 atü Preßluftdmck 80 atü, bei 5 atü Preßluftdruck 100 atü. Das Gerät erzeugt nicht einen gleichbleibenden hohen Druck, sondern arbeitet diskontinuierlich, d. h., der Wasserdruck steigt an und fällt ab im Takt der jeweiligen Hubzahl, die wiederum von dem erzeugten Wasserdruck abhängt. Die Nennleistungen bei 4 atü Preßluftdruck sind in der Abb. 193 dargestellt (nach [115]). Danach arbeitet das Gerät bei 80 atü mit 50 Hüben je Minute und liefert etwa 2,5 1/min Druckwasser; bei 50 atü beträgt die Hubzahl 120/min, und die eingedrückte Wassermenge steigt auf etwa 6,5 1/min. Geht der Wasserdruck auf 30 atü zurück, so steigt die Hubzahl auf 150/min und die Wassermeiige auf 8,5 1/min. Im praktischen Einsatz zeigt sich, daß bei harter Kohle der Anfangsdruck recht hoch liegt. Nach einiger Zeit, wenn sich mit dem Eindringen des Wassers die Schlechten öffnen, läßt der Druck nach und die Fördermenge steigt an; man erkennt dies an der schnelleren Kolbenbewegung.

7

Abb. 192. Hochdrucktränkgerät Pat. Jerusel, Fabrikat SEUM

20 30 Wasserdruck in atu

40 i

50 i

60 i

70 i

80 ,

760 Hubzahl/min

HO

120

90

68

50

l

i

i

150

I

I

1

1

1

Abb. 193. Leistungsdaten des Jerusel-Gerätes bei 4 atü Druckluft 14*

Stoßtränkverfahren

212 10.443

Hausherr-HocMruckgeräte

Das Arbeitsprinzip des Jerusel-Gerätes liegt auch den Konstruktionen der Firma Hausherr zugrunde. Um eine größere Wassermenge fördern zu können, h a t man den Stufenkolben jedoch doppeltwirkend gebaut und beiderseits des großflächigen Luftkolbens je einen Wasserkolben angeordnet (Abb. 194). Dementsprechend sind die beiden Hochdruckzylinder durch eine Hochdruck-Rohrleitung verbunden, die rechts (in Förderrichtung gesehen) neben dem Luftzylinder liegt. Auf der linken Seite des Luftzylinders ist, symmetrisch zu der Luftdruckleitung, die Niederdruck-Wasserleitung angebaut, sie steht über Rückschlagventile mit dem Hochdruckraum in Verbindung. Bei jeder Kolbenbewegung wird

Abb. 194. Hausherr-Hochdruck-Tränkgerät Typ H 100/14 und H 150/14 1 Hochdruckleitung; 2 Niederdruckleitung; 3 Kolben; i Kolbenschieber; 5 Steuergehäuse; 6 Ventildeckel

nun zugleich Hochdruck-Wasser in das angeschlossene Tränkrohr gefördert und Leitungswasser nachgeführt, wobei wechselseitig der eine Wasserkolben Druck erzeugt, während der andere Kolben Leitungswasser ansaugt. Es werden vier verschiedene Hochdruckgeräte hergestellt, die sich vor allem in den Kolbendurchmessern und somit in dem Übersetzungsverhältnis unterscheiden. Demnach sind auch der erreichbare Wasserdruck und die geförderte Wassermenge der Geräte verschieden. Die wichtigsten Maße und die Nennleistungen sind aus Tabelle 34 zu ersehen. Die beiden ersten Geräte können auf das normale Tränkrohr aufgesetzt werden wie das Jerusel-Gerät, die beiden anderen Geräte jedoch sind mit Kufen versehen und werden nachgezogen. Die Hochdruckgeräte können durch einen 10—12 m langen Hochdruckschlauch mit dem Tränkrohr verbunden werden, oder der Schlauch wird mit einem besonderen Tränkkopf versehen,

Geräte für das Stoßtränken

213

Tabelle 34

Typ

H H H H

100/14 150/14 100/50 250/30

ÜberWasserLuftsetzungskolben kolben verDurchmesser Durchmesser hältnis mm mm 150 150 250 250

32 25 55 32

22 36 21 61

: : : :

1 1 1 1

Wasserdruck maximal (bei 4,5 atü Luft) 100 160 95 275

atü „ „ „

Geförderte Wassermenge bei 50 atü Wasserdruck 14 1/min 13,5 „ 45 „ 28 „

Gewicht kg 14 14 49,5 53

Abb. 195. Hausherr-Hochdruck-Tränkgerät Typ H 100/14 oder H 150/14 mit angeschlossenem Tränkschlauch

der den Dichtungsmechanismus enthält, und als sogenannter Tränkschlauch benutzt (Abb. 195). Aus dem Diagramm der Abb. 196 sind für die Geräte H 100/50 und H 250/30 die geförderten Wassermengen bei den verschiedenen Wasserdrucken zu ersehen. Das erstgenannte Gerät ist danach vor allem für große Wassermengen, das zweite Gerät speziell für sehr hohe Drücke geeignet. Die Geräte H 100/14 und H 150/14 haben ähnliche Kennlinien mit entsprechend geringeren Werten (Abb. 197).

214

Stoßtränkverfahren

Wasserleitungsdruck

ödtü,

Druckluft

4dtü

Abb. 196. Kennlinien der Hochdruckgeräte H 100/50 und H 250/30

Wasserleitungsdruck \

\\ -U ¿-b

5atü, Druckluft 4a10

V

\

>

I' I I I

I 20

30

40 50 60 70 Wasserdruck in atü

80

SO

100

710

120

130 140

Abb. 197. Kennlinien der Hochdruckgeräte H 100/14 und H 150/14

Geräte für das Stoßtränken

10.4M

215

HocMruckpumpe

Während die bisher besprochenen Hochdruckgeräte pulsierend, d. h. diskontinuierlich arbeiten, erzeugt man mit der Hochdruckpumpe einen kontinuierlich fließenden Wasserstrom von hohem Fließdruck. In manchen Fällen, zum Beispiel bei amorphen Kohlen, kann man mit einem solchen Wasserstrom bessere Tränkergebnisse erzielen, besonders dann, wenn auch eine stärkere Auflockerung der Kohle notwendig ist. Ferner wird ein solches Gerät empfohlen bei der sogenannten Tieftränkung, die unten noch eingehender behandelt ist.

Abb. 198. Außenansicht der Hochdruckpumpe HP 3/20 der Maschinenfabrik Nüsse und Gräfer, Sprockhövel

In Deutschland wird für diese Zwecke u. a. die Hochdruckpumpe der Firma Nüsse & Gräfer verwendet, die in Abb. 198 dargestellt ist. Sie besteht aus drei nebeneinanderhegenden Kolben aus einem Spezialgummi, die von einem Druckluft-Gradzahnmotor oder einem Elektromotor über ein allseitig geschlossenes Kettengetriebe angetrieben werden. Die Kolbenstangen sind besonders abgedichtet, so daß ein Übertritt von Wasser in das Getriebe mit Sicherheit vermieden wird. Das komprimierte Wasser gelangt zunächst in einen Druckausgleichkessel, der einen gleichmäßigen ununterbrochenen Wasserzulauf in das Tränkloch gewährleisten soll. Das ganze Aggregat ist von zwei Personen bequem zu transportieren.

216

Stoßtränkverfahren

Die Pumpe ist in ihren Abmessungen so gehalten, daß sie bei ausreichender Flözmächtigkeit im Streb auf Kufen von einem Tränkloch zum anderen bewegt werden kann. Ebenso kann man sie aber auch stationär in der Kopf- oder Ladestrecke aufstellen und das Wasser durch eine besondere Druckleitung in den Streb führen, wobei allerdings ein gewisser Druckabfall in der Strebleitung unvermeidbar ist.

Leistungst taten 1ei NR-Hnrhrlr nrl Type HP 3-20

Betriebsdruck 6 atü

"0 .c

i 1

\\ >

\\ \L

\

\ \

70 20 Fördermenge in l/min

30 •

\ k-,

¿0

Abb. 199. Leistungsdaten der NG-Hochdruckpumpe Typ HP 3/20 E s gibt verschiedene Typen dieser Pumpe: Während der Typ H P 3/20 für Maximaldrücke von 100—120 atü ausgelegt ist, erreicht der Typ H P 3/30 Wasserdrücke bis zu 250 atü. Abb. 199 zeigt das Leistungsdiagramm der H P 3/20. Danach beträgt die Fördermenge bei Spitzendrücken etwa 16 l/min und bei 50 atü etwa 20 l/min. Die neueste Konstruktion dieser Firma erreicht Spitzendrücke von annähernd 300 atü.

Tieftränkverfahren

217

10.5 Tieftränkverfahren Verschiedene Gründe haben dazu geführt, daß vor einigen Jahren erstmals Versuche begonnen wurden mit dem Ziel, die Kohle in größerer Tiefe hinter der Strebfront zu tränken. Während bei der Normaltränkung nur jeweils eine Feldbreite, d . h . durchschnittlich etwa 1,5m tief, getränkt wird, will man mit der Tieftränkung das Wasser unabhängig von der Feldbreite etwa 5—10 m tief in die anstehende Kohle hineinpressen. Folgende Gründe sind dabei maßgebend: 1. Oftmals ist es schwer, die tägliche Tränkarbeit in den Arbeitsrhythmus eines Abbaubetriebs einzubauen; das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Strebfront sehr lang oder der tägliche Abbaufortschritt sehr groß ist (wie zum Beispiel bei Hobelbetrieben) oder wenn auf mehreren Schichten gekohlt wird. Bei großem Abbaufortschritt wird unter Umständen nicht die volle Breite des ausgekohlten Feldes durchfeuchtet, weil das Tränken auf 2,0 oder 2,5 m Tiefe große Wassermengen und damit lange Tränkzeiten erfordert. Wird auf mehreren Schichten gekohlt, so müßte man vor jeder Gewinnungsschicht tränken, wenn man einen gleichbleibenden Erfolg während der gesamten Gewinnungsdauer erzielen will. 2. Beim Tränken in normaler Tiefe trocknet der Kohlenstoß verhältnismäßig schnell wieder aus, da die Kohle in diesem Bereich schon so weit aufgelockert ist, daß das Tränkwasser mit den Wettern in Berührung kommt und verdunstet. Daher muß die Tränkarbeit stets möglichst kurz vor der Kohlengewinnung erfolgen. 3. Die Verdunstung des Tränkwassers führt dazu, daß die Wetter sich mit Feuchtigkeit anreichern; bei schwierigen klimatischen Verhältnissen wirkt sich dies unter Umständen nachteilig auf die Gesundheit und die Leistungsfähigkeit der Strebbelegschaft aus. 4. Bei der Normaltränkung ist des öfteren eine ungünstige Wirkung auf das Nebengestein festzustellen, in manchen Fällen muß das Tränken sogar wegen schwieriger Nebengestein Verhältnisse eingestellt oder reduziert werden. Durch die Tieftränkung hofft man, davon in größerem Maße unabhängig zu werden. Naturgemäß bringt die Tieftränkung besondere Probleme mit sich. So ist zum Beispiel das Bohren der tiefen Tränklöcher oft schwierig. Man muß mehrere Bohrstangen miteinander verbinden und erhält dadurch ein langes Gestänge, bei dem die Gefahr besteht, daß es beim Bohren in Schwingungen gerät. Gerade dies aber muß vermieden werden, da sonst die Löcher elliptisch werden und beim Einführen des Tränkgerätes nicht richtig abgedichtet werden können. Ebenso wichtig ist es, die Löcher nach dem Bohren gut zu säubern, da zurückbleibendes Bohrklein eine ordnungsgemäße Abdichtung erschwert. Als Tränkapparatur wird beim Tieftränkverfahren zweckmäßig ein Tränkschlauch verwendet, der tief in das Loch eingeschoben und im Bohrlochtiefsten dichtend verspannt werden kann.

218

Stoßtränkverfahren

Der erforderliche Tränkdruck richtet sich nach dem Gegendruck des Kohlenstoßes; er ist in der Regel wesentlich höher als bei der Nahtränkung und Hegt meist über 200 atü, in vielen Fällen liegt er bei 250 atü und höher. Die bisher gebräuchlichen Hochdruckgeräte reichen für diese Drücke zumeist nicht aus, neue Geräte für das Tieftränken müssen daher noch entwickelt werden oder befinden sich zur Zeit bereits in der Entwicklung. Betrieblich wäre es in vielen Fällen wünschenswert, wenn man den Kohlenstoß auf eine volle Woche im voraus abtränken könnte. Das würde bei einem täglichen Abbaufortschritt von 1,25 m eine Tränktiefe von 7,50 m bedeuten. Bei größerem Abbaufortschritt müßte die Tränktiefe entsprechend größer sein; allerdings wird man dabei bald eine Grenze erreichen, die aus betrieblichen oder aus geologischen Gründen nicht überschritten werden kann.

Ausgehend von der Gebirgsdruckforschung berichtete V i d a l vor einigen Jahren über Versuche von L a v a l l e e (Houtalener Steinkohlenbergwerke), der die Grenze •des entspannten Gebirges in einem Abbau zu bestimmen suchte [242], E r unterscheidet gemäß Abb. 200 eine Entspannungsgrenze (GE) und eine Einwirkungsgrenze (Gl). I m Bereich zwischen diesen beiden Grenzen ist der Gebirgsdruck größer als der ursprüngliche Gebirgsdruck im unverritzten Feld, es ist das Gebiet des voreilenden Abbaudrucks. Durch Messungen in tiefen Bohrlöchern gelang es, die Lage der Entspannungsgrenze im Kohlenstoß zu ermitteln. Die Versuche zeigten, daß diese Grenze etwa 9,5 m tief im Kohlenstoß lag u n d daß sie in starkem Maße abhängig ist vom Abbaufortschritt (bei Hobelbetrieb mit großem Abbaufortschritt rückte sie bis auf 3 m an die Abbaufront heran), von der Versatzart sowie auch von etwa vorhandenen Einbrüchen in der Abbaufront. Hinsichtlich der Stoßtränkung wurde festgestellt, daß man beim Tränken mit einem langen Druckrohr jenseits der Entspannungsgrenze wesentlich weniger Wasser verbraucht und daß dabei das Hangende und das Liegende des Flözes weitgehend geschont werden. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt D e g u e l d k e [49]: „Die Tieftränkung leistet gleiches in der Staubverhütung (wie die Nahtränkung), benötigt aber

Tanken mit Dampf — Stoßtränkschießen

219

"weniger Wasser, beseitigt die Gefahr einer Beeinflussung des Nebengesteins, verbessert die klimatischen Verhältnisse und verringert die in einigen Aufbereitungsanlagen aufgetretenen Schwierigkeiten. Sie wird im Bezirk Campine (Belgien) in 1520 m Streblänge angewandt." Auch im Ruhrgebiet sind entsprechende Erfahrungen gemacht worden. Die erforderliche Wassermenge je Tonne Kohle ist im allgemeinen geringer als bei der Nahtränkung, aber die Feuchtigkeit der Kohle bleibt bei der Tieftränkung über lange Zeit erhalten. Die Tränklöcher werden in Abständen von 10 —15 m angesetzt, und die Wassermenge je Loch ist demgemäß sehr hoch, sie schwankt zwischen mehreren hundert bis zu über tausend Litern. Während bei der Nahtränkung das Wasser in die geöffneten Schlechten eindringt und eine Art Oberflächenbefeuchtung bewirkt, wird mit der Tieftränkung die natürliche Bergfeuchte verstärkt. Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Das Tieftränkverfahren hat bedeutende Vorteile gegenüber der üblichen Methode; der Wasserverbrauch ist gleich groß oder geringer, das Gebirge wird geschont, das Wasser verdunstet nicht so rasch und beeinflußt daher kaum das Grubenklima. Es muß aber in dem Bereich jenseits der Zone des entspannten Gebirges getränkt werden, wo die Schlechten und Klüfte noch weitgehend geschlossen sind. Daher sind die erforderlichen Wasserdrücke erheblich höher als bei dem üblichen Tränken: sie liegen l)ei 2 0 0 - 300 atü. 10.6 Tränken mit Dampf Versuche, den Kohlenstoß mit Wasserdampf zu tränken, sind bereits vor etwa einem Jahrzehnt in England unternommen worden [118]. Der Wirkungsgrad der Dampftränkung ist recht gut; vor allem ist der Wasserverbrauch bedeutend niedriger, wenn Wasser als Dampf in den Kohlenstoß eingepreßt wird. Das Verfahren hat jedoch bisher keine Verbreitung gefunden, weil es mit ziemlichen Schwierigkeiten verbunden ist. Zunächst fehlte es lange Zeit an einem geeigneten Dampferzeuger, der schlagwettergeschützt sein muß. Neuerdings wurde aber aus England berichtet [23], daß ein schlagwettergeschützter elektrischer Dampfkessel für diese Zwecke gebaut wird. Weiterhin muß man bei der Staubbekämpfung mit Dampf berücksichtigen, •daß dadurch eine weitere bedeutende Wärmequelle in der Grube entsteht, die gerade im Abbaubetrieb nicht erwünscht ist. Für Gruben mit schwierigen klimatischen Verhältnissen ist das Tränken mit Dampf daher von vornherein abzulehnen. 10.7 Stoßtränkschießen Es wurde bereits erwähnt, daß beim Tränken nicht nur der Staub gebunden, sondern der Kohlenstoß auch aufgelockert wird, so daß die spätere Kohlengewinnung oft bedeutend leichter ist. Man kann das objektiv daran feststellen, daß die Leistung der Kohlenhauer nach Einführung der Tränkarbeit steigt; im allgemeinen kann man damit rechnen, daß der betriebliche Aufwand für den

220

Stoßtränkverfahren

Einsatz einer Tränkkolonne (Löhne, Materialkosten, Energiekosten) bei der Gewinnung durch die höhere Leistung pro Mann und Schicht kompensiert wird. Naturgemäß hängt die Auflockerungsarbeit beim Tränken vor allem von dem Wasserdruck ab, mit dem getränkt wird. Es braucht daher nicht betont zu werden, daß beim Hochdrucktränken eine bessere Auflockerung der Kohle erreicht wird als beim Tränken mit dem normalen Leitungsdruck; in günstigen Fällen ist es möglich geworden, etwa notwendige Schießarbeit im Streb durch das Hochdrucktränken weitgehend zu reduzieren. Aus diesen Tatsachen erwuchs die Überlegung, ob sich nicht das Schießen und Tränken miteinander kombinieren ließe, um dadurch kurzfristig extrem hohe Tränkdrücke zu erzielen. So entstand das Schießtränkverfahren. Hierbei dienen die Bohrlöcher zum Tränken und zum Auflockerungsschießen. Im Bohrlochtiefsten wird dabei zunächst die Sprengladung eingebracht; normalerweise genügt Tränkrohr Druckwasserzuführung

Zünderdrähte H00-600Abb. 201. Stoßtränkschießen (Schema)

eine Patrone mit Zünder. Anschließend schiebt man das Tränkgerät in das Bohrloch und tränkt dann in üblicher Weise. Nach beendeter Tränkung wird die Sprengladung unter Wasserdruck, d. h. während das Tränkgerät noch dichtend im Bohrloch verspannt ist, gezündet. Durch die plötzliche enorme Drucksteigerung bei der Explosion des Sprengstoffs wird das Tränkwasser mit Gewalt in die Kohle eingepreßt und lockert sie weitgehend auf, so daß sie leicht hereingewonnen werden kann. Eine schematische Darstellung dieses Verfahrens zeigt Abb. 201. Bei diesem Verfahren verwendet man die gleiche Tränkapparatur wie beim normalen Tränken, jedoch muß die Abdichtung besonders fest sein, damit nicht durch den Explosionsstoß das Gerät aus dem Loch herausgeschleudert wird. Der Sprengstoff und die Zünder müssen für das Schießen unter Wasser bei höheren Drücken geeignet sein und den Tränkwasserdruck eine gewisse Zeit aushalten. Versuche im Ruhrgebiet wurden mit dem Sprengstoff Wetter-Nobelit W 2 in Verbindung mit einem Hochdrucktränkgerät durchgeführt. Beim Stoßtränkschießen sind zwei verschiedene Verfahren zu unterscheiden: das Flankenloch verfahren und das Langlochverfahren [23].

Stoßtränkschießen

221

Bei dem Flankenlochverfahren (Abb. 202) werden vom Strebstoß aus die Bohrlöcher wie beim normalen Schießen etwas über eine Feldbreite tief in die Kohle gebohrt. Zweckmäßig ist es, die Löcher mit etwa 3—4 m Abstand schräg, d. h. unter einem Winkel von 40—50° zur Strebfront, zu bohren. Bei 1,50 m Feldbreite und 45° Schräge müssen die Löcher dann

L = |/l,5 2 + 1,52 = 2,12 m lang werden, um die ganze Feldbreite zu erfassen.

tmäM^xmM WmMmm - "-y; L-i

a) Bohrlöcher im Grundriß

b) Bohrlöcher im Aufriß

Abb. 202. Flankenlochverfahren

Danach wird zunächst der Sprengstoff in das Bohrlochtiefste eingeführt und anschließend mit dem Tränkgerät bei normalem oder erhöhtem Wasserdruck getränkt. Nach beendetem Tränken wird zuletzt die Sprengladung unter Wasserdruck gezündet. Bei dem Langlochverfahren (Abb. 203) stellt man ein möglichst langes Bohrloch parallel zum Kohlenstoß her, das etwa eine Feldbreite von der Strebfront entfernt liegen soll. Die Löcher können bei flach gelagerten Flözen aus Einbrüchen im Streb oder aus der Kopf- oder Grundstrecke heraus angesetzt werden; bei halbsteiler Lagerung geht man zweckmäßig von den Strecken aus. Die Löcher können 30—50 m lang sein, jedoch hat es sich als sehr schwer erwiesen, solche langen Bohrlöcher mit der erforderlichen Genauigkeit zu stoßen; die vorgesehene Rieh-

222

Stoßtränkverfahren

tung muß exakt eingehalten werden, um Abweichungen zum Hangenden oder Liegenden sowie in der Horizontalen zu vermeiden. Die Schwierigkeiten, die beim Bohren der Tieftränklöcher auftreten (vgl. S. 217), sind bei der Herstellung besonders langer Löcher naturgemäß noch weit größer. I n England, wo dieses Verfahren seit einigen Jahren erprobt wird, hat man bisher Löcher von maximal 40 m Länge gebohrt, die alle Anforderungen erfüllten. Ein solches Langloch wird ähnlich wie beim Hohlraumschießen besetzt, wobei die Lademenge nicht zu groß genommen werden darf. Englische Autoren betonen, daß die geeignete Ladung durch sorgfältige Versuche bestimmt werden muß, da der Spielraum zwischen einem zu schwach besetzten und einem überladenen Schuß ziemlich gering ist.

Abb. 203. Langloch verfahren

Nach dem Besetzen wird das Tränkgerät eingeführt und so lange Wasser eingepreßt, bis es am Kohlenstoß austritt. Anschließend muß die Ladung unter Wasserdruck gezündet werden. Der beim Stoßtränkschießen erreichbare Tränkdruck entspricht dem Druck der Sprenggase bei der Explosion des Sprengstoffs. Er läßt sich aus der Zustandsgieichung der Gase ermitteln. Praktisch wird ein Druck von mehreren tausend atü erzeugt, der allerdings nur eine sehr kurze Zeit wirksam ist; diese Zeitdauer genügt jedoch offenbar, um das Tränkwasser weitgehend in der Kohle zu verteilen und gleichzeitig den ganzen Kohlenstoß gut aufzulockern. Das nahezu inkompressible Wasser wirkt dabei „wie der verlängerte Arm des Sprengstoffs". Der Nachteil des Stoßtränkschießens hegt darin, daß es verhältnismäßig umständlich in der Durchführung ist. Man hat hier zwei Verfahren kombiniert und muß daher zwangsläufig einen größeren Arbeitsaufwand in Kauf nehmen. Ob sich dieses Verfahren auf die Dauer in größerem Umfang durchsetzen wird, bleibt abzuwarten.

11 Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

Die Staubbildung bzw. die Wirkung des Staubes auf den Menschen bei der Gewinnung mit Abbauhämmern 1 kann vermindert werden durch: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Stoßtränken; intensive Bewetterung des Abbauortes; Verwendung von Naß-Abbauhämmern; Benetzung des Kohlenstoßes; einfallenden Abbau, kombiniert mit Abwärtsbewetterung; Abführung der Abluft der Abbauhämmer ohne Staubaufwirbeln; Wahl des Standortes des Hauers so, daß dieser dort, wo es möglieh ist, bei der Arbeit im einziehenden Wetterstrom steht. Dadurch kann zwar die Staubbildung nicht verhindert werden, aber der Hauer atmet weniger Staub ein. Leider ist es beim Strebbau und vielen anderen Abbauverfahren nicht durchführbar.

Vor einigen Jahren wurden deshalb Abbauhämmer entwickelt, die bei der Gewinnung die Kohle mit einem Wasserstrahl benetzen, den Stoß berieseln und den sich bildenden Staub gleich bei seiner Entstehung durchfeuchten und unschädlich machen. Das ist die sogenannte „nasse Gewinnung", bei der die Kohle selbsttätig berieselt wird (Abb. 204). Die Sprüheinrichtung ist mit einem selbsttätigen Ventil versehen, so daß Wasser nur dann austritt, wenn der Abbauhammer arbeitet. Es muß dafür gesorgt sein, daß das Wasser keine Luft enthält, weil die Luftblasen viel Staub in sich aufnehmen. Das Ventil dient gleichzeitig als Wasser- und Schmierstoff1

I. VON GRAHAM und T. D A V I D J O N E S [207, S. 120—130] schreiben: Streben, die gute Bedingungen aufgewiesen haben, sofern man von Hand abbaute, sind schlecht geworden, sobald man zur Gewinnung mit Abbauhämmern überging. Von 112 untersuchten und unbefriedigenden Fällen, waren 68 oder 61% Strebe, in denen die Kohle mit Abbauhämmern gewonnen wurde. In diesen Streben erreichte die Staubmenge sogar 0,5 g/m3, und zwar auch dann, wenn die Streben mit Wasser getränkt worden sind. Diese Versuche zeigten ferner, daß die in den Bissen und Schlechten abgesetzte Staubmenge nicht groß ist und daß es sich um Staub handelt, der sich bei der Zerkleinerung der Kohle bildete. Durch sorgfältiges Studium erkannte man, daß sich der Staub nicht so sehr durch die Arbeit des Abbauhammers an sich bildet, sondern vielmehr beim Fall der abgelösten Kohlenstücke vom Kohlenstoß auf die Sohle. J.

224

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

Verteiler und wird durch einen Anlasser in Tätigkeit gesetzt, der gegen ein Stäbchen drückt, das durch sein Vorschieben gleichzeitig die Luft und das Wasser freigibt sowie eine automatische Ölschmierung bewerkstelligt. Bei einigen Vorrichtungen kann die Düse, durch die der Wasserstrom fließt, durch Drehen einer Kegelnadel gesteuert werden.

Abb. 204. Gewinnung mit Naßabbauhammer

Diese Zusatzeinrichtungen, die zur Verhütung des Schwebestaubes dienen, müssen einen besonderen Schlauch für den Wasserzufluß haben. Dadurch wird das Gewicht des Hammers erhöht und seine Handhabung erschwert. Da die Hauer auch durch das Wasser belästigt werden, benutzen sie diese Hämmer nicht gern. Die neueren Naß- und Abbauhämmer sind wesentlich verbessert. Vor allem bedient man sich dabei eines Doppelschlauches, von dem der innere dem Wasserzufluß, der Zwischenraum zwischen dem äußeren und inneren der Preßluftzufuhr dient. Man erhoffte sich von einem Doppelschlauch eine bequemere Handhabung des Abbauhammers, als dies bei zwei Schläuchen der Fall war: er hat sich jedoch als zu wenig elastisch erwiesen, und deshalb hat Abb. 205 man Schläuche entsprechend der Abb. 205 entwickelt. Der Kombinierter Schlauch hat am freien Ende ein Ventil mit zwei Anschlüssen. Luft- und I m Ventilkörper sind Wasser- und Luftreiniger eingebaut. Daß Wasserschlauch

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

225

sich das Luftventil erst bei einem Wasserüberdruck von 0,7—0,8 atü öffnet, verhindert ein Trockenarbeiten des Hammers. Die Auspuffluft des Hammers wird gedrosselt und mittels eines Blechmantels zerstreut, um den Staub nicht aufzuwirbeln (Abb. 206—209).

Abb. 206. Gesamtansicht eines Naßabbauhammers

In Abb. 210 ist die Arbeitsweise des Naßabbauhammers der Firma Hauhinco ersiehtlich. „Wird der Gummidrücker betätigt, so drückt der Anlaßstift den 15

Silikosebekämpfung

226

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

Abb. 208. Holman-Naßabbauhammer P.W. 2 „Autolock" / H a l t e k a p p e ; 2 Sicherungsring; ¿ D i c h t u n g ; 4 Klemme; 5 Zylinder; 6 Kolben; 7 Abluftschirm; 8 H a u p t v e n t i l ; 9 Zylinderdeckel; 10 Ventilbüchse; 11 Deckel der Ventilbüchse; 12 Handgriff; IS Ballendrücker-Bolzen; 14 Klemmschraube; 15 Ballendrücker; 16 Wasserventil; 17 Sicherungsring des Drosselventils; 18 Anlaßstift; 19 Kolbenventilbüchse; 20 Anlaßstiftfeder; 21 Luftventilsitz; 22 Kolbenventilfeder; 23 Kolbenventil; 24 Federring des Schlauchanschlußnippels; 25 Luftschlauchanschlußnippel; 26 Ventil-Sicherungsring; 27 'Wasserschlauchanschlußnippel; 28 Feder des Verriegelungskolbens; 29 Sicherungsring der R o h r h a l t e m u t t e r ; 30 Rührhallemutter; 31 Unterlegscheibe der Rohrhaltemutter; 32 Sicherungsring des Verriegelungskolbens; 33 Verriegelungskolben; 34 Wasserröhrchen; 35 TJmlaufraum der Düse zur Zerstäubung des Wassers; 36 Düsennippel; 37 Düsensprengring

1 Griff;

2 Anschlußstutzen (Preßluft); 3 Anschlußstutzen (Druckwasser); 4 Zylinder; 5 Einsteckwerkzeug; 6 Haltekappe; 7 Wasserdüsen; 8 Flansch; 9¡10 ringförmige Bunde

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

227

Yentilkegel, der im Ruhezustand durch eine Feder die Wasserzufuhr abschließt, herunter. Das Wasser kann nunmehr in den Ringraum eintreten, der zwischen Griff und Zylinder liegt. Von hier aus strömt das Wasser einmal durch zwei Bohrungen im Zylinder in die am unteren Ende des Zylinders befindlichen Spritzdüsen und tritt dort in Form eines Wassernebels aus. Gleichzeitig gelangt ein Teil des Druckwassers aus dem Ringraum durch eine Bohrung, die im Griff des Hammers dem Einlaßstutzen gegenüberhegt, vor einen Ventilkolben, an dessen Ende ein Dichtungskegel bisher der Luft den Eintritt in den Hammer verwehrt hat. Der Druck des Wassers vor dem Ventilkolben bewirkt nun, daß derselbe

Abb. 210. Hauhinco-Naßabbauhammer AS 9

bis zu einem Anschlag geschoben wird und nunmehr die Luft am Dichtungskegel vorbei in den Hammer eintreten kann. Jetzt setzt die bekannte Arbeitsweise des Abbauhammers ein. Wird der Hammer stillgesetzt, d. h. der Gummidrücker entlastet, so drückt die Feder den am Anlaßstift befindlichen Ventilkegel nach oben und schließt die weitere Wasserzufuhr ab. Der Wasserdruck innerhalb des Hammers läßt nach, so daß der Ventilkolben mit dem Dichtungskegel durch die Preßluft in seine alte Lage gebracht wird. Die weitere Zufuhr der Preßluft wird durch den Dichtungskegel wieder gesperrt, und der Hammer steht still." 1 Bei diesem Hammer der Firma Hauhinco wird also bei Betätigung des Drückers zunächst der Wasserzulauf eingeschaltet, erst dann öffnet sich durch das Wasser das Druckluftventil. Umgekehrt wird beim Stillsetzen des Hammers die Druckluftzufuhr eher abgeschlossen, als das letzte Wasser aus den Düsen austritt. Dadurch ist der Abbauhammer völlig zwangsgesteuert, weil der Bergmann tatsächlich nicht eher arbeiten kann, als bis das Wasser aus den Düsen austritt. 1

Entnommen einem Prospekt der Firma Maschinenfabrik Hauhinco, Essen.

15*

228

Staubbekämpfung bei Gewinnung mit Abbauhämmern

Bei Anwendung von Naßabbauhämmern kann die Staubkonzentration um 70 — 8 0 % vermindert werden. Andere Quellen führen eine Staub Verminderung um 4 0 — 5 0 % bei einem Wasserverbrauch von 5,8—9)0 1/t Kohle an. Gewiß hängt es auch von den örtlichen Verhältnissen ab. Im Ruhrgebiet hat die Erprobung nasser Abbauhämmer zu unterschiedlichen Ergebnissen geführt. Ihre Brauchbarkeit ist deshalb teilweise noch umstritten. Während in einigen Fällen recht gute Wirkungsgrade bei der Staubniederschlagung erzielt wurden und LANDWEHB [128, 129, 131] zum Beispiel auch aus Belgien von guten Erfolgen berichtet hat, waren die Ergebnisse anderswo nicht sehr ermutigend. Besonders in der steilen Lagerung hat man festgestellt, daß die Staubbindung Dichtung nur während der Arbeit im Einbruch befriedigt, daß hingegen während der Hereingewinnung der ganzen Feldbreite die Staubentwicklung oft noch beträchtlich ist, da dann der engbegrenzte Wirkungsbereich des Sprühnebels die Entstehung größerer Staubkonzentrationen nicht genügend unterbinden kann. Dies zeigt sich vor allem bei gutgehender Kohle, wenn mit dem Abbauhammer große 1 Kohlenlagen abgelöst werden. Der nasse Abbauhammer scheint daher eher für flache 'pictitu nS bis halbsteile Lagerung und besonders für feste und kleinstückige Kohle geeigAbb. 211. Wasserzerstäuber für Abbauhammer net zu sein. Ein weiterer Anwendungsbereich für Naß-Abbauhämmer ist das Nachreißen von Strecken, bei Erweiterungsarbeiten sowie bei der Durchörterung von Störungen im Abbau. Bei allen diesen Arbeiten läßt sich der Staub im übrigen meist nur durch Berieseln des Haufwerkes beim Laden bekämpfen. Um auch normale Abbauhämmer verwenden zu können, hat man die auf Abb. 211 dargestellte Konstruktion entwickelt. Nachteilig bei der nassen Gewinnung ist, daß durch zusätzliche Einrichtungen für die Naßgewinnung das Gewicht des Abbauhammers erhöht wird. Auch muß man ein Filter in die Wasserleitung einlegen. Beines Wasser ist nicht nur deshalb notwendig, damit ein Verstopfen der Düsen vermieden wird, sondern auch aus dem Grunde, weil das fein zerstäubte Wasser vom Hauer eingeatmet wird, und verunreinigtes Wasser könnte mehr Schaden als Nutzen verursachen.

12 Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung

Beim Schrämen und beim Abbau mit Schrämladern oder Kohlenhobeln kann die Staubmenge vermindert werden durch: 1. Zerstäuben von Wasser unmittelbar ijji Schräm beim Schrämen; 2. Bespritzen des Schrams an der Eintritt- und Austrittstelle der Schrämkette; 3. eine kleine Schrämketten- und Meißelzahl; 4. niedrige Geschwindigkeit der Schrämkette; 5. niedrige Geschwindigkeit beim Fortschreiten der Schrämmaschine; 6. eine zweckmäßige Form der Meißel sowie harte und scharfe Meißel; 7. Verwendung eines Schrämkleinbeseitigers, um eine Übermahlung des Kohlenkleins zu vermeiden; 8. Aufgabe des Kleins unmittelbar von der Maschine auf das Strebfördermittel; 9. Tränken des Abbaustoßes mit Druckwasser; 10. intensives Bewettern beim Schrämen; 11. Fernsteuerung; 12. Ablenkung des Staubstromes. Durch die Maßnahmen zu 3—8 will man ein grobes Schrämklein erzielen, also möglichst wenig Feinstaub. 12.1 Staubbildung beim Schrämen Beim Schrämen entsteht verhältnismäßig viel Staub. So liefert zum Beispiel ein Schräm von 1,5 m Tiefe und 0,10 m Höhe auf einer Streblänge von 100 m insgesamt 15 m 3 Schrämklein mit einem Gesamtgewicht von über 20 Tonnen. In England wurde festgestellt, daß 5 % von dem bei der Herstellung des Schrämschlitzes entstehenden Kohlenklein durch ein Sieb von 240 Maschen/Quadratzoll durchgehen. Auf das obige Beispiel angewandt, bedeutet das, daß 11 Staub durch das Sieb mit 240 Maschen/Quadratzoll hindurchgeht. 15% davon sind Schwebestaub, mithin 150 kg. In Südwales (England) gehen sogar 10% des Schrämkleins durch dieses Sieb von 240 Maschen/Quadratzoll. Von dem Staub, der sich bei der Schrämarbeit bildet, gelangt nur ein kleinerer Teil in Schwebe, der größere Teil bleibt im Schräm, vor dem Schräm oder im Haufwerk zurück, von wo er jedoch beim Verladen oder bei der Förderung in die Wetter gelangen kann. Allgemein wurde festgestellt, daß sich beim Unterschrämen mehr Feinstaub bildet als beim Oberschrämen, weil im ersten Fall das Schrämklein zurückfallen

230

Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung

kann und dann einem weiteren Vermählen ausgesetzt ist. Deshalb wurden für das Unterschrämen besondere Maschinen, sogenannte Schrämkleinbeseitiger (Gumming machines), entwickelt, die ein Zurückfallen des Kleins verhüten und somit auch die Gesamtmenge des Staubes vermindern. Beim Unterschrämen kann sich zwar mehr Staub bilden, aber davon kann weniger in Schwebe kommen. Dort, wo der Kohlenstoß nicht durchgetränkt und beim Schrämen nicht berieselt wird, bildet sich mehr Staub, wenn der Schräm hoch über dem Liegenden angesetzt wird, weil die zermahlene Kohle vom Ausleger und von der umlaufenden Kette aus dem Schräm herausgetragen wird und aus großer Höhe auf die Sohle fällt, wobei der Peinstaub aufgewirbelt wird und in Schwebe gelangt (Abb. 212). Die längs des Strebstoßes strömenden Wetter tragen dann den Staub durch den ganzen Streb. Es ist daher in dieser Hinsicht besser, den Schräm möglichst tief-zu legen.

Abb. 212. Beim Unterschrämen der Kohle bildet sich weniger Schwebestaub, als wenn der Schräm unter dem Dach angelegt wird 1 weniger Staub, .aber mehr Feinstaub. Das Schrämklein kehrt in den Schräm zurück (Berieselung vor dem Schräm) 2 mehr Staub, aber weniger Feinstaub. Das Schrämklein kehrt in den Schräm nicht zurück ("Berieselung im Schräm)

12.2 Staubbildung beim maschinellen Gewinnen und Laden Abbau- und Lademaschinen erzeugen im allgemeinen sehr viel Staub. Dagegen wird durch jede maschinelle Vorrichtung, welche die Kohle auf das Abbaufördermittel aufgibt, weniger Staub aufgewirbelt als bei manueller Aufgabe. Von großer Bedeutung ist, daß bei der mechanischen Gewinnungs- und Ladearbeit weniger Menschen im Abbau beschäftigt sind als bei der Handarbeit, so daß auch weniger Menschen dem Staub ausgesetzt werden. Außerdem wird der Arbeiter durch die Mechanisierung der Arbeit weniger angestrengt, wodurch sich das Atemvolumen und somit auch die Menge des eingeatmeten Staubes verringern. Die Gesamtbedingungen bei der maschinellen Gewinnung können also günstiger sein als bei der Gewinnung von Hand.

Naßschrämen

231

Größere Staubkonzentrationen lassen sich, auch dadurch verhindern, daß durch die Schrämmaschinen ein gröberes Kohlenklein erzeugt wird. Voraussetzungen dafür sind eine kleine Anzahl von Schneidreihen sowie niedrige Geschwindigkeiten sowohl beim Fortschreiten der Maschine als auch beim Schrämen selbst.

12.3 Naßschrämen Die Staubbildung beim Schrämen kann man auch dadurch vermindern, daß entweder in den Schräm durch eine direkt auf der Schrämmaschine angebrachte Leitung Wasser eingeführt oder der. Staub beim Austritt aus dem Schräm durch einen Wasserschleier niedergeschlagen wird. Im ersten Falle wird das Wasser entweder durch Düsen, die sich außerhalb des Schrams befinden, auf den Arm oder auf die Kette gespritzt, oder das Wasser wird direkt durch einen Kanal im Arm oder durch ein auf dem Ausleger befestigtes Rohr bis in den Schräm geführt.

Abb. 213. Berieseln der Schrämkette 1 Maschinenkörper; 2 Verschluß für Reinigungsöffnung (Durchmesser 0,5"); 3 Deekel; 4 Rohr (Durchmesser 0,5"); ä Verschlußschieber; 6 Rohr (Durchmesser 0,5"); 7 Düsen (Öffnung 0,1"); S Schrämarm

Das erste Verfahren ist in Abb. 213 dargestellt. Vom Windwerk der Schrämmaschine führen ^"-Leitungen zum Schrämarm, wo das Wasser direkt auf die Meißel und in den Raum zwischen dem Maschinenkörper und dem Schräm spritzt. Mit den Schrämmeißeln gelangt das Wasser in den Schräm, wo es den Staub gleich bei seiner Entstehung befeuchtet. Außerdem wird das Klein sofort bei seinem Austritt aus dem Schräm befeuchtet. An der Schrämmaschine sind zwei Düsen angebracht, von denen die eine die eintretenden, die andere die austretenden Schneiden bespritzt. Ein anderes Verfahren sieht man in Abb. 214. Durch ein enges, etwa 1 / 2 "-Rohr wird das Wasser entlang der Maschine zum Schrämarm und durch diesen längs geführt. Im vorderen Teil des Schrämarms tritt es dann durch eine oder mehrere

232

Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung

Öffnungen aus und befeuchtet dort das sich beim Schrämen bildende Klein. Die Abb. 215 und 216 veranschaulichen die Zuführung des Wassers bei anderen Maschinen. Bei den Schrämmaschinen mit mehreren Auslegern, Kombinen, wird das Wasser zu jedem Ausleger getrennt geführt. Bei der englischen Kombine „MecoMoore" ist die Wasserzuführung an der unteren Seite der Schrämmaschine angebracht. Führt man das Wasser direkt durch den Arm, so wird Wasser gespart, wogegen bei der Berieselung vor dem Schräm ein Wasserüberfluß vorhanden sein

vi Abb. 214. Berieseln des Sohrams

muß. Auch diesem Wasser kann selbstverständlich ein Benetzungsmittel zugesetzt werden. Es fanden auch Versuche mit Schaum statt; dabei war der Wasserverbrauch minimal. Die zweite Axt, Berieselung im Schräm, ist für das Oberschrämen zu empfehlen, während die erste Art, Berieselung vor dem Schräm, für das Unterschrämen zweckmäßig erscheint. Die Berieselung beim Austritt aus dem Schräm hat den großen Vorteil, daß eine Verstopfung der Düsen vermieden wird und die Schneiden nicht so schnell abstumpfen, wie das bei angefeuchtetem Schrämklein der Fall ist. Die an der Außenseite des Auslegers angebrachte Düse hat einige Vorteile. Vor allem kann man sich stets überzeugen, ob und in welcher Menge das Wasser tatsächlich ausfließt, so daß man die Düse bei etwaigen Verstopfungen sofort reinigen kann. Nachteilig ist allerdings die geringere Wirkung, weshalb heute meist Vorrichtungen gebaut werden, bei denen sich der Wasseraustritt im Schräm befindet.

Naßschrämen

233

Wie bereits erwähnt, ist es auch wichtig, das Schrämklein außerhalb des Schrames zu sammeln und maschinell weiterzubefördern (Schrämklein-Austragsvorrichtungen, Abb. 217, 218).

Abb. 215. Schema der Wasserzuführung zum Berieseln des Schrams a Schema der Wasserzuführung zum Schrämarm; b Schema der Wasserzuführung im Schrämarm / (jummischlauch; 2 Schlauchbefestigung ; 3 Schrämarm ; 4 Metallrohr; 5 Dreiwegehahn ; 6 Bodenplatte ; 7 Gummischlauch; £ Schrämarm; 9 Wasserrohr; 10 Düsen

Wenn genug Wasser vorhanden ist, wird selbstverständlich am besten der Wasserstrom von außen her in den Schräm geführt, wie es in Südwales (England) und in den USA gebräuchlich ist. Wo man aber mit Wasser sparen muß oder eine

234

Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung

Abb. 218. Schrämmaschine mit Schrämklein-Austragsyorrichtung in Tätigkeit

Naßschrämen

235

große Wassermenge auf die Kohle oder das Nebengestein ungünstig einwirken kann, ist es allerdings vorteilhafter, das Wasser durch den Ausleger in den Einschnitt zu führen. Dadurch erreicht man auch bei kleinerem Wasserverbrauch einen verhältnismäßig hohen Staubbindungsgrad. Der Wasserbedarf ist naturgemäß verschieden. Bei Versuchen betrug der Verbrauch anfangs bis zu 50 1/m Schräm, aber später zeigte es sich, daß diese Menge stellenweise bis auf 4,5 1 je Meter Schräm herabgesetzt werden konnte. Manche Literaturquellen nennen einen Wasserverbrauch von 25—301/m Schräm oder etwa 65 1/t Kohlenklein. Es genügt ein Anfeuchten des Schrämkleins bei einem Wasserdruck von 1—2 atü. Bei größerem Druck ist zwischen dem Anschluß zur Schrämmaschine und zur Wasserleitung ein Drosselventil einzuschalten. Die Wassermenge kann dadurch auf 1 / 6 vermindert werden. Das Naßschrämen h a t den Vorteil, daß Düsen, Staubfänger, Ventilatoren u n d Injektoren wegfallen können und darüber hinaus nur wenig Arbeit zur Bedienung notwendig ist. Es genügt, das Ventil der Wasserzuführung zu öffnen. Ungünstige Einflüsse wurden weder beim Transport der Kohle noch bei deren späteren Klassierung über Tage beobachtet, weil der Wasserzusatz sehr gering war.

Abb. 219. Vergleich der Staubbildung beim Trocken- und Naßschrämen

Von Nachteil sind Komplikationen u n d Verteuerungen der Arbeit, wie die Notwendigkeit, das Wasser dem Abbau zuzuführen, ferner der Umstand, daß der Abbau durchnäßt wird, und andere sich daraus ergebende Unannehmlichkeiten, die auf S. 238 zusammengefaßt sind. Staubmessungen zeigten folgende Ergebnisse: Beim Trockenschrämen in einem Abbau mit 25 Mann Belegung u n d 52 t stündlicher Förderung wurden 250 bis 350 mg Staub/m 3 u n d beim Naßschrämen 75 mg/m 3 festgestellt. Der Staubgehalt wurde also u m 75% gesenkt (Abb. 219). Hieraus ersieht man, d a ß es sich u m eine sehr wirksame Maßnahme handelt, welche die Verwendung der Kombine auch dort ermöglicht, wo das bisher infolge der allzu großen Staubbildung ausgeschlossen war. Die Berieselung ist automatisch, u n d das Wasser fließt nur dann, wenn die Maschine arbeitet; eine Wasservergeudung t r i t t nicht ein. Es bleibt noch die Frage zu prüfen, ob es wirtschaftlich vertretbar erscheint, dem Wasser Netzmittel oder hygroskopische Stoffe zuzusetzen, die verhindern, d a ß der Staub nach dem Verdunsten des Wassers von neuem in Schwebe gelangt. Eine Staubverhütung direkt an der Staubquelle durch Stoßtränken und Naßschrämen hat eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen in der ganzen Grube zur Folge, die so groß sein kann, daß ein Bespritzen an den Übergabe- u n d Ladestellen in einigen Fällen ganz überflüssig wird.

236

Staubbekämpfung bei maschineller Gewinnung

12.4 Vergleich des Stoßtränkens und des Naßschrämens Bei einigen Flözen, die sich durch Tränkung gut anfeuchten lassen, wird ein Naßschrämen nicht nötig. Dagegen ist bei anderen Flözen beides erforderlich. Wenn nur Naßschrämen angewendet, aber nicht getränkt wird, dann spielt dabei auch die Flözmächtigkeit eine Rolle. Bei geringmächtigen Flözen kommt man in manchen Fällen schon mit dem Naßschrämen aus, während es bei mächtigeren Flözen infolge der größeren Kohlenmengen nicht ausreicht. In England wurden deshalb folgende Versuche angestellt: Man tränkte bei einem 0,65 m mächtigen Flöz einen Flözteil und wandte Trockenschrämen an, während ein anderer Flözteil nur naß geschrämt wurde. Beim Trockenschrämen verringerte sich die Staubmenge nicht erheblich, während sie beim Naßschrämen auf 10% sank. Bei mächtigen Flözen bildet sich jedoch bei der Gewinnung mit Abbauhämmern und beim Laden viel Staub, was auch hier Stoßtränkung notwendig macht. In Wales (England) wurden schon im Jahre 1946 99% aller Strebe naß unterschrämt. 12.5 Abbau mit Hobeln als Mittel zur Verminderung des Schwebestaubes Beim Abbau mit Hobeln wird die Kohle in größeren Stücken herausgebrochen; deshalb bildet sich eine viel geringere Feinstaubmenge als beim Abbau mit Abbauhämmern, beim Unterschrämen und Schießen der unterschrämten Kohle. Beim Trockenschrämen und beim Schießen bildet sich viel Feinstaub. Bei der Gewinnung mit Abbauhämmern besteht der Hauptnachteil darin, daß der Arbeiter gerade hier, wo er unmittelbar an der Staubquelle steht, infolge schwerer Arbeitsleistung tief atmen und somit den Staub in vollen Zügen einatmen muß. Das alles bleibt aus, wenn mit Hobeln abgebaut wird. Bei dieser Arbeit halten sich auch weniger Menschen im Streb auf. 12.6 Fernsteuerung als Bekämpfungsmittel Manche Gewinnungsmaschinen werden ferngesteuert, sogar von geschlossenen, gut ventilierten Dispatcher-Kabinen. Das ist die ideale Lösung der Staubbekämpfungsmaßnahmen . 12.7 Ablenkung des Staubstromes In manchen Fällen bildet sich ein konzentrierter Staubstrom, der sich nicht gleich mit der Umgebungsluft vermischt und gerade in der Richtung zu dem Bedienungsmann hinzieht. Es genügt dann, diesen Staubstrom abzulenken, am besten in die Nebengasse.

13 Wasser als Staubbekämpfungsmittel

13.01 Bespritzen und Berieseln Mit Wasser kann man die Staubbildung weitgehend verhüten bzw. verhindern, daß sieh Schwebestaub bildet; man kann weiterhin auch den Schwebestaub niederschlagen. Das erste wird meistens durch Berieseln und Tränken, das letzte durch Vernebeln erreicht. Man kann den Staub durch Bespritzen, Berieseln oder Wassernebel niederschlagen : 1. im Abbau beim Schrämen, Bohren, Schießen, Laden, Gewinnen von Hand mit Abbauhämmern, Abbau durch Schrämmaschinen, Kohlenhobel und andere Gewinnungsmaschinen; 2. bei der Abbauförderung; 3. beim Versetzen oder Zubruchwerfen des Hangenden; 4. bei der Streckenförderung; 5. beim Streckenauffahren; 6. an den Umladestellen des Minerals oder der Berge. Wasser ist ein sehr wirksames Mittel zur Niederschlagung und Bindung des Staubes, obwohl es wegen seiner hohen Oberflächenspannung die feinen Teilchen schlecht benetzt, besonders, wenn diese Gase adsorbiert haben. Man benutzt es auf verschiedene Weise. Man kann das Haufwerk, die Versatzberge oder auch die Sohle und die Streckenstöße oder den Abbaustoß ganz einfach mit Wasser begießen oder bespritzen (Berieseln). Man kann das Wasser auch in feine Tröpfchen zerstäuben (Vernebeln). Es kann nicht überall Wasser zu Feinnebel zerstäubt werden, und oft ist dies auch nicht notwendig, da es genügt, die Arbeitsstelle oder das Haufwerk gründlich zu berieseln 1 . Auch von den Streckenstößen und -ftrsten kann der Staub mit 1

Das Bespritzen, mit Wasser wird schon seit 1907 in den südafrikanischen Gruben als Mittel zur Staubbekämpfung angewandt. Man versprüht dort das Wasser in der Weise, daß man es mit Preßluft gegen eine Wand schleudert. Das Wasser strömt in einer Menge von etwa 1351/min aus, und der Bedarf an Preßluft beträgt etwa 10 m 3 /min. Der Zweck ist, sowohl die Wand wie auch das Haufwerk zu bespritzen, die beim Schießen entstehenden Nachschwaden, hauptsächlich die Stickstoffverbindungen, aufzulösen und etwas von dem in der Luft schwebenden Staub mitzureißen. Der Wasserstrom soll höchstens 15 m vom Stoß entfernt herausspritzen, und die Zuführungsleitung, falls sie einen Durchmesser von nur 2,5 cm hat, soll nicht länger als 30 m sein. In der Regel beginnt das Bespritzen 15 Minuten nach Abtun der Schüsse und 15 Minuten vor Schichtbeginn [170, 207, S. 112—113].

238

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Wasser entfernt werden. Deshalb sollte man Wasser, Schläuche und Spritzdüsen überall zur Verfügung haben. Das Berieseln mit Reinwasser hat jedoch den Nachteil, daß das Wasser schnell verdunstet. Außerdem zerfällt die ausgetrocknete Kohle in noch feineren Staub. Der Feinstaub läßt sich dann nur schwer durch Wasser anfeuchten und wirbelt oft beim Bespritzen auf. Um das Austrocknen zu verhindern, empfiehlt es sich, dem Wasser eine kleine Menge hygroskopischer Salze beizusetzen.

13.02 Vorteile und Nachteile der Verwendung von Wasser zum Berieseln Vorteile: 1. 2. 3. 4.

Das Wasser ist billig und fast überall in genügender Menge vorhanden, es kann verhältnismäßig leicht zur Verwendungsstelle gebracht werden, es ist nicht gesundheitsschädlich. Nachteile:

1. Das Wasser belästigt den Hauer. Bei steiler Lagerung kann eine schlüpfrige Sohle Ursache von Unfällen sein. 2. Wasser erhöht die relative Feuchtigkeit der Wetter und beeinträchtigt in heißen Gruben die Leistungsfähigkeit 1 . 3. In kalten Gruben kann es Ursache von Erkältungskrankheiten sein. 4. Die Befeuchtung des Staubes, insbesondere des Feinstaubes, ist nur unvollkommen. 5. Das Wasser kann in gewissen Fällen eine Auflockerung und Schwächung der Firste verursachen und dadurch einen größeren Aufwand an Holz und Ausbau erforderlich machen. 6. Es kann die Holzfäulnis beschleunigen und Ursache einer schnellen Korrosion des Grubenausbaues, der Maschinen, des Gezähes, der Ausrüstung und anderer Hilfsgeräte sein. 7. In vielen Fällen verschlechtert es die Qualität des abgebauten Minerals. 8. Wasser kann das Nebengestein verschlechtern und damit den Abbau erschweren. 9. Das Wasser kann die Zementierung des Haufwerks verursachen, die Ladearbeit und den Durchsatz durch die Rollen sehr erschweren sowie die Anwendung einiger Abbauverfahren (z. B. Magazinbau) unmöglich machen. 1

Feuchte Luft nimmt nur schwer den Schweiß auf, doch bildet gerade die Schweißabsonderung eines der wichtigsten Mittel, um die Körpertemperatur auf einer angemessenen Höhe zu halten. Die geringere Kühlwirkung der feuchten Wetter setzt die Leistungsfähigkeit des Bergmannes herab [224].

Verwendung von reinem Wasser — Wasserzerstäubung und Vernebelung

239

10. Die Aufbereitung — vor allem Klassierung und Sichtung — kann durch zu großen Wassergehalt des Rohhaufwerks erschwert werden. Es ist daher notwendig, den Verbrauch von Wasser auf eine unumgänglich notwendige Menge zu beschränken und es nur dort anzuwenden, wo es wirksam ist. Düsen sollen nur die erforderlichen Ausmaße haben und sind bei Betriebsstillstand abzustellen. Das Tränken des Stoßes mit Druckwasser verursacht in der Aufbereitung meist keine Schwierigkeiten. Jedoch an den Füllstellen und in den Rollen wird das Haufwerk oft übermäßig angefeuchtet.

13.03 Verwendung von reinem Wasser Selbstverständlich sollte zur Staubniederschlagung reines Wasser verwendet werden. Unreines Wasser könnte die Verhältnisse noch verschlechtern, weil dann die im verdüsten Wasser enthaltenen Verunreinigungen mit zerstäubt würden. In einigen tschechoslowakischen Gruben hat man festgestellt, daß da, wo agressives (saures) Wasser zur Staubniederschlagung benutzt wird, sich die Silikose sehr schnell entwickelt. Infolgedessen hat die Oberste Bergbehörde der ÖSSR eine Vorschrift erlassen, wonach für den genannten Zweck nur reines Wasser verwendet werden darf. Dort, wo kein reines Wasser zur Verfügung steht, muß es aufbereitet werden. Näheres s. S. 264. 13.04 Wasserzerstäubung und Vernebelung Besser als Berieseln mit Wasser ist im allgemeinen das Zerstäuben von Wasser zu größeren Tröpfchen bzw. bis zu Feinnebel. Der in Schwebe befindliche Staub kann nur durch zerstäubtes Wasser und Nebel niedergeschlagen werden. Bespritzen allein reicht dafür nicht aus. Da jedoch der Nebel häufig die Sicht in der Grube beeinträchtigt, kann man nur dann vernebeln, wenn die Sicht entbehrlich ist, also nach dem Schießen, in den Lutten oder in gewissen Strecken oder Streckenteilen. Da, wo die Sicht notwendig ist, kann man nur einen sogenannten Halbnebel aus größeren Tropfen anwenden. Durch Versuche wurde festgestellt, daß sich Nebel unter bestimmten Bedingungen kondensieren lassen. Sie werden dazu in mehrere Lagen von Perlonkettengewebe hineingesaugt, das sich in rascher Umdrehung befindet und den aufgenommenen Nebel als Flüssigkeit abschleudert. Die in den Nebeln enthaltenen Feinstäube werden ebenfalls mit abgeschleudert, so daß gleichzeitig mit der Flüssigkeit die Schwebestäube niedergeschlagen werden. Die Versuche sind noch nicht abgeschlossen. Vor allem muß noch das günstigste Verhältnis zwischen Schleuderdrehzahl und Wettergeschwindigkeit ermittelt werden. Zu gegebener Zeit wird darüber zu berichten sein [ I i i , S. 8].

240

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

13.05 Theoretische Erwägungen über die Vernebelung und Wasserzerstäubung Da Wasserzerstäubung und Vernebelung sehr wichtige Mittel für die Staubbekämpfung darstellen, sollen hier einige theoretische Grundlagen erörtert werden, die als Richtlinie für den Bau entsprechender Einrichtungen dienen können. Es wurde bereits erwähnt, daß sehr kleine Staubteilchen überhaupt nicht mehr zu Boden sinken, sondern eine Zeitlang wie Gasmoleküle in Schwebe bleiben. Etwas größere Teilchen sinken so langsam zu Boden, daß es viele Stunden oder auch Tage dauern kann, bis sie sedimentiert sind. Umgibt man jedoch ein solches Teilchen beim Benetzen mit einer Wasserhülle, so nimmt es erheblich an Gewicht zu und beginnt schneller zu Boden zu sinken. Daraus könnte man schließen, daß die Wassertröpfchen möglichst groß sein müssen, um durch ihr Gewicht zu wirken. Das hätte aber andere Nachteile. Aus einer bestimmten Wassermenge kann man nur eine gewisse Anzahl großer Tropfen herstellen, die im Raum sehr sporadisch verteilt sind. Die Entfernung voneinander ist verhältnismäßig groß. Die Wahrscheinlichkeit, daß das Staubteilchen dem Wassertropfen begegnet, ist hier also sehr gering. Man muß daher bestrebt sein, eine möglichst große Menge kleiner Tropfen herzustellen. Mit derartigen Tröpfchen wird der Raum besser ausgefüllt, und die Wahrscheinlichkeit ist größer, daß ein Staubteilchen mit einem Wassertröpfchen zusammentrifft. Allerdings darf auch bei dem Zerstäuben eine bestimmte Tropfengröße nicht unterschritten werden, weil sonst die Wassertröpfchen so leicht werden, daß sie zur Gewichtserhöhung nicht viel beitragen und ihre Wirkung verlieren würden. Außerdem verdunsten solche kleinen Tröpfchen sehr schnell, weil ihre Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Inhalt sehr groß ist. Sie können noch vor Benetzen des Staubes verdunsten. In den meisten Gruben ist die Verdunstung jedoch gering, da die relative Luftfeuchtigkeit 60—90% beträgt und noch ansteigt, sobald man mit dem Befeuchten der Stöße, mit dem Vernebeln und Naßbohren systematisch beginnt, sofern allerdings die Feuchtigkeitszunahme durch eine größere zugeführte Wettermenge nicht ausgeglichen wird. Die Luft nimmt auf ihrem Wege durch die Grube eine große Wassermenge auf. Das zeigt sich hauptsächlich im Winter, wo die in die Grube einströmenden Wetter einen Wassergehalt von nur 4 g/m 3 haben, während die Abwetter der Grube 20, 30 g und auch mehr Wasser enthalten. Werden zum Beispiel einer Grube 100 m 3 /s Frischwetter zugeführt und nimmt jeder Kubikmeter Luft 20 g Wasser auf, so macht dies täglich 172 m 3 Wasser aus. Ein solcher Wetterstrom ist also imstande, eine Grube gründlich auszutrocknen. Unter diesen Verhältnissen würde man eine gründliche Befeuchtung und auch Vernebelung vornehmen können, da der Luftstrom allein in der Lage wäre, das ganze Wasser wieder aus der Grube abzuführen. Aus der Berechnung geht auch hervor, daß man in einigen Fällen gezwungen sein kann, die in die Grube einströmende Luft schon über Tage mit Hilfe eines geeigneten Gerätes anzufeuchten.

Theoretische Erwägungen über die Wasserzerstäubung und Vernebelung

241

Voraussetzung ist, daß die Luft Wasser aufnehmen kann, denn erst durch Kompressionswärme als Folge des Druckanstieges beim Einfallen in die Grube und durch Oxydationswärme wird sie auf dem Wege durch die Grubenbaue aufgeheizt und dadurch zur Aufnahme des Wassers befähigt. Man darf jedoch die Tröpfchen aus einem weiteren Grunde nicht zu klein halten: Der Wassertropfen heftet sich nicht besonders leicht an die Staubteilchen. Selbst wenn das Staubteilchen mit dem Wassertröpfchen zusammenstößt, wird es oft nicht benetzt, da manche Gesteins- und Kohlenarten sich nur schwer mit Wasser benetzen lassen. Die kleinen Staubteilchen, besonders die aus Faserkohle, sind überdies dazu befähigt, Luftmoleküle 1 an ihrer Oberfläche zu adsorbieren 2 . Soll das Teilchen benetzt werden, so muß die Oberflächenspannung überwunden werden, wozu Energie erforderlich ist. Nui _ jene Zusammenstöße, bei denen der Wasseri « « ™ ^ tropfen und das Staubteilchen mit bestimmter Geschwindigkeit aneinanderstoßen, führen zum Benetzen des Staubteilchens. Häufig bleibt das aber aus, und die beiden Teilchen trennen sich wieder | voneinander, ohne daß eine Benetzung eingetreten w ä r e

Abb. 220. Staubniederschlag an einer

Auch das sind Gründe, derentwegen Prallwand man das Wasser nicht zu fein zerstäuben darf. Versuche zeigten, daß sich Tröpfchen in der Größenordnung von 1—50 [xm am besten eignen, weil diese bereits ein ausreichendes Gewicht haben, aber gleichwohl fein genug verteilt sind, so daß der Wasserverbrauch nicht allzu groß ist und der Raum gut angefüllt ist. Auch eine gewisse Anzahl größerer Tröpfchen bis 250 fi.m wird auf Grund der auf Seite 168 angeführten Momente vorteilhaft sein. Sie bilden Kerne, an denen sich kleinere Tropfen niederschlagen. Es wurde bereits oben erwähnt, daß kleine Tröpfchen, auch wenn sie sich mit einem kleinen Teilchen verbinden, ein zu geringes Gewicht haben, um zu Boden zu sinken. Deshalb ist es zweckmäßig, sowohl dem Wassertröpfchen wie dem Staubteilchen eine Beschleunigung zu erteilen und sie gegen irgendein Hindernis anprallen zu lassen, an dem sie sich niederschlagen. Hierzu genügt es durchaus, wenn der aus einer Düse austretende Luftstrom das zerstäubte Wasser und auch den Staub gegen eine Prallwand treibt, an der sich die Staubteilchen samt den Wassertröpfchen niederschlagen und abfließen (Abb. 220), oder wenn man die staubhaltigen, mit Nebel gemischten Wetter durch eine Zone mit größeren Wassertropfen hindurchgehen läßt, wie es auf Seite 168 geschildert wird. 1 2

Richtiger gesagt: Moleküle der Gase, aus denen sich die Luft zusammensetzt. Hinsichtlich der an der Oberfläche der Stoffe wirkenden Kräfte wird auf Lehrbücher der physikalischen Chemie verwiesen.

16

Silikosebekämpfung

242

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

13.06 Düsenarten und deren Anwendung Zum Berieseln, Zerstäuben und zum Vernebeln benutzt man zwei Düsentypen: 1. Düsen, die nur mit Druckwasser arbeiten. 2. Düsen, die das Wasser mit Druckluft zerstäuben (Abb. 221). Die nur mit Druckwasser arbeitenden Düsen, die man auch Wasserdüsen nennt, bilden größere Tröpfchen und eignen sich daher zum Niederschlagen der mit Staub beladenen Nebeltropfen, während die Luft-Wasser-Düsen einen feinen Nebel bilden und sich zum Benetzen des in der Luft schwebenden Staubes eignen. W a s s e r d ü s e n werden an Füllstellen, Bandübergabestellen, Bergebrechanlagen, zum Berieseln der beladenen Wagen sowie des Haufwerks und der Streckensohle, beim Schrämen und bei der Gewinnung mit Abbauhämmern, außerdem zur Erzeugung von Niederschlagszonen beim Nebelwandverfahren verwendet. Luft-Wasser-Düsen (Nebeldüsen) benutzt man für Nebelblenden bei der Schießarbeit, beim Absenken der Firste beim Bruchbau und in Wetterstrecken beim Strebbau, damit sich hier die Luft von Staub reinigt. Ihr Wirkungsgrad ist ab-

5 Oruckwasser — —

^

Fässer

Wasser

Abb. 221. Düsenarten

hängig von dem richtigen Verhältnis Luft zu Wasser sowie von dem Luft- und Wasserdruck, der auch nicht schwanken soll. Diese Art Düsen soll jedoch stets mit Wasserdüsen kombiniert werden, die dann das Absinken des angefeuchteten Staubes bewirken. Hinter der Nebelzone soll man eine Niederschlagszone anordnen, oder man soll zu einem Wasserzerstäuber greifen, der außer den feinen Nebeltröpfchen auch größere Tröpfchen bildet, die den Staub zu Boden bringen. Die Druckwasser-Zerstäuber weisen folgende Vorteile auf: 1. 2. 3. 4. 5.

Es bildet sich kein Wassernebel. Sie erfordern keine Überwachung und Regelung. Sie versetzen sich weniger, weil die Düsenöffnung größer ist. Sie sind konstruktiv einfach. Sie arbeiten auch beim Schwanken des Wasserdruckes gut; dieser soll aber nicht unter 2,5 atü sinken.

Düsenarten und deren Anwendung

243

Die Druckwasser-Zerstäuber werden in der Hauptsache zum Berieseln der Sohle und Stöße und bei der Ladearbeit verwendet. Vorteile der Luft-Wasser-Zerstäuber: 1. Gute Verteilung des Wassers. 2. Große Reichweite des Wassernebels (bis 10 m). Nachteile der Luft-Wasser-Zerstäuber: 1. Sie erfordern eine ständige Regelung und Aufsicht, weil ihre Leistung von dem Wasserdruck und dem Preßluftdruck und deren Verhältnis sehr abhängig ist; Wasser- und Preßluftdruck schwanken in bedeutendem Maß während der ganzen Schicht. 2. Sinkt der Wasserdruck, dann bildet sich zu feiner Nebel. 3. Der größte Mangel besteht darin, daß man sie in der Zeit, wo die Kompressoren stillgesetzt sind, nicht verwenden kann, und dies ist gewöhnlich am Schichtende, nach Beendigung der Bohrarbeit der Fall. Und gerade in dieser Zeit ist deren Einsatz am wichtigsten, weil zu dieser Zeit geschossen wird. Deshalb sind Druckwasser-Zerstäuber nach dem Schießen besser geeignet.

Abb. 222. Messungen zur Bestimmung des Wirkungsgrades von Luft-Wasser-Düsen

Bei der Wahl der Düsen ist darauf zu achten, daß die Düsen, die das Wasser mit Preßluft zerstäuben, eher eine Dispergierung als eine Abscheidung der feinen Staubteilchen unter 5 Mikrometer verursachen, weil sich an diese feinen Partikeln kleine Luft-Wasser-Teilchen anlagern können, die dann die Staubteilchen in Schwebe halten. Der Wetterstrom trägt solche Gebilde weit von der Entstehungsstelle weg. Die Wirkung der Luft-Wasser-Düsen ohne nachfolgende Wasserdüsen ist daher mit Vorbehalten zu beurteilen. Zur Klärung dieser Frage hat man auf einer Zeche im Ruhrgebiet folgende Versuche durchgeführt (vgl. HAHN [79]): 1. Versuch: 1—8 Luft-Wasser-Düsen wurden in einer Strecke zwischen zwei Meßstellen angebracht (Abb. 222). Der Abstand der Meßstellen voneinander war so, daß der staubhaltige Wetterstrom genau eine Minute brauchte, um von der einen zur anderen Meßstelle zu gelangen. Vor jeder Meßreihe mit eingeschalteten Düsen wurde zunächst eine halbe Stunde lang die Staubmenge durch Ermittlung der mittleren Teilchenzahl an den beiden Meßstellen festgestellt und daraus die 16*

244

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Abnahme der Staubmenge (in Prozenten) bestimmt, die durch natürliches Absetzen auf dem Wege zwischen den beiden Meßstellen bewirkt wurde. Dann wurde in jeder Meßreihe l 1 ^ Stunden lang mit laufenden Düsen die Staubmenge gemessen und die Abnahme des Staubes (in Prozenten) zwischen den beiden Meßstellen festgestellt. Ausgewertet wurden nur Messungen mit gleicher Anfangskonzentration, gemessen mit dem Tyndalloskop. Waren dabei die Werte der Konimeter Nr. 1 und Nr. 2 sehr verschieden — um mehr als 50 T/cm 3 —, so blieb die Messung ebenfalls unberücksichtigt. Das Ergebnis zeigt die Tabelle 35, aus der hervorgeht, daß im Feinstaubbereich keine Niederschlagswirkung durch die Luft-Wasser-Düsen nachzuweisen war. Der Wassernebel wirkte im Gegenteil so, daß ein großer Teil der Staubteilchen durch Anhaften feinster Luftwasserteilchen flugfähiger und daher von den Wettern weiter getragen wurde, als es ohne Düsen der Fall gewesen war. Beim Grobstaub über 5 (j.m war eine positive Wirkung der Düsen nachzuweisen; die Staubbindung lag um 10—15% höher als bei den Vergleichsmessungen ohne Düsen. Tabelle 35.

Meßreihe

1- 4 5- 8 9-12 13-16 17-20 21-22 23-24

Anzahl der Düsen 1 2 3 4 5 6 8

Tabelle 36. Wirkungsgrad Meßreihe

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2

Ergebnisse

Staubverminderung bei Einsatz der Düsen im Vergleich zu den Messungen ohnp Düsen T < 5 (jtm in %

T > 5 (jtm in %

+ 1,25 - 4 - 7 -15 -16 -25 — 20 1

+ + + + + + +

von Lnijt- Wasser-Düsen

Zahl der Düsen

Zustand der Prallwände

4 3 2 1 keine keine keine keine

feucht feucht feucht feucht feucht feucht trocken trocken

und

11 4,5 9,5 7 18 11 12 2

Prallwänden

Verminderung des Peinstaubes in Prozenten je Meßreihe 35,7 29,3 31,1 39,1 27,4 32,5 4,9 6,8

Durchschnitt

•

| |

33,8

30,0 5,85

—10% = 10% weniger Bindung bzw. Sedimentation als bei der Messung ohne Düsen. + 1 0 % = 10% mehr Bindung bzw. Sedimentation als bei der Messung ohne Düsen.

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

245

2. Versuch: Es wurden Prallwände aus Wettertuch im Wetterstrom hinter den Düsen aufgestellt und Messungen bei feuchten und trockenen Prallwänden und gleichzeitigem Betrieb von 1—4 Luft-Wasser-Düsen sowie ohne Düsen durchgeführt. Die Ergebnisse stehen in der Tabelle 36. Sie zeigen deutlich, daß eine merküche Staubbindung nur bei feuchten Prallwänden erreicht wurde, und zwar unabhängig davon, ob und wieviel Düsen gleichzeitig vor den Prallwänden im Betrieb waren. 13.07 Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber Die Berieselungseinrichtungen können nach dem Verwendungszweck in zwei Gruppen eingeteilt werden : 1. zur Berieselung beim Unterschrämen und Hereingewinnen der Kohle oder des Gesteins sowie zur Berieselung der Stöße und des Haufwerks vor Ort oder bei der Förderung ; 2. zum Niederschlagen des in der Luft schwebenden Staubes, wobei der Wasserschleier sowohl flach als auch kegelförmig sein kann. Die Düsen der ersten Gruppe sollen das Wasser nur deshalb gut zerstäuben, um den Wasserverbrauch zu vermindern. Es genügt eine gröbere Wasserverteilung. Die Bauarten können einfach sein. An die Zerstäuber der zweiten Gruppe werden größere Anforderungen gestellt, weil sich die in der Luft schwebenden Staubpartikeln verhältnismäßig schwer benetzen lassen. Das Wassertröpfchen muß mit dem Staubteilchen zusammenstoßen und der Anprall ziemlich heftig sein, wie bereits auf Seite 241 erläutert wurde. Ob ein solcher Zusammenstoß gelingt, hängt von der Größe der Wassertropfen sowie von der Dichte des Wassernebels ab. Je mehr Wassertröpfchen auf das Staubteilchen entfallen, um so günstiger ist das Ergebnis. In den letzten Jahren sind in allen Ländern zahlreiche Wasser- und LuftWasser-Düsen konstruiert und eingesetzt worden, ohne daß ihre Eignung in allen Fällen wirklich erwiesen war. Versuche im Laboratorium und Erfahrungen im praktischen Betrieb ließen im Laufe der Zeit erkennen, daß von den auf dem Markt angebotenen Düsenarten ein erheblicher Teil keine nennenswerte Wirkung hatte. Um den Betrieben die Möglichkeit zu geben, brauchbare Düsen von unbrauchbaren zu unterscheiden, mußte eine Auswahl getroffen werden. Dabei wurde zum Beispiel von dem Institut d'Hygiène des Mines in Hasselt (Belgien) festgestellt, daß von 56 untersuchten Düsen nur 8 Typen zur Staubbekämpfung geeignet waren und empfohlen werden konnten. In Westdeutschland übernahm das Silikoseforschungsinstitut der Bergbauberufsgenossenschaft in Bochum diese Aufgabe. Untersucht wurden auf ihre Verwendbarkeit im Bergwerksbetrieb bis 1953 insgesamt 26 Luft-Wasser-Düsen und 73 Wasserdüsen; davon waren 11 Luft-Wasser-Düsen und 31 Wasserdüsen, also jeweils weniger als die Hälfte der geprüften Geräte, für die Staubbekämpfung geeignet. Diese Düsen hat man in einem „Düsenkatalog" zusammengefaßt, der

246

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

1953 erstmalig erschien und bei Bedarf durch Aufnahme neuer brauchbarer Konstruktionen erweitert wird [58]. Die Prüfung der einzelnen Düsen erstreckt sich auf folgende wichtige Merkmale: 1. Wasser- bzw. Wasser- und Luft-Verbrauch bei verschiedenem Wasser- bzw. Wasser- und -Luft-Druck; 2. Reichweite des Wasserstrahls in Metern; 3. Streubreite des Strahls (Durchmesser in Metern); 4. Art der Zerstäubung (Abb. 223); 5. Tröpfchengröße (photographisch aufgenommen bei verschiedener Vergrößerung) ; 6. Ausführung und Beschaffenheit der Düsen; 7. Wirkung.

(TT)

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\mwm:MM y. •

7 Abb. 223. Verschiedene Wasserstrahlformen 1 kegelmantelförmig; 2 kegelförmig; 3 fächerförmig

I m westdeutschen Bergbau dürfen heute nur noch solche Düsen verwendet werden, die vom Silikoseforschungsinstitut auf diese Weise geprüft worden sind. Die Düsen werden dann von der Bergbehörde (Oberbergämter) zur Verwendung zugelassen und in den Düsenkatalog aufgenommen. Um eine feine Zerstäubung zu erzielen, benutzt man Wasserdüsen, die dem Wasserstrahl, noch bevor er die Düsenöffnung verläßt, eine Rotationsbewegung erteilen. Als Muster einer solchen Düse soll der Zerstäuber der Type Mak N I I beschrieben werden (Abb. 2 2 4 a u. b). E r besteht aus dem Stutzen A, der Büchse C und der Turbine B. Das Wasser fließt durch das Ansatzrohr in das Turbinenrohr, wo es die Richtung wechselt und in vier Teilströmen durch die runden Öffnungen (1) in die Büchsenaushöhlung tritt. Von da gelangen diese Teilströme nach dem Richtungswechsel durch vier Kanäle (2) über ein Umlaufrad in den

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

247

Ringkranz (3) der Turbine, wo dem Wasser eine Rotationsbewegung erteilt wird. Durch die Düsenöffnung (4), die einen Durchmesser von 1,5 mm hat, tritt das Wasser aus. Der Wasserverbrauch beträgt bei 4 atü 51/min. Die Abb. 225—229 zeigen andere Bauarten.

I n der Tschechoslowakei wurden Silon-Zerstäuber, Type V (Abb. 230), mit Filter zur Abscheidung von Verunreinigungen entwickelt. Bei einem Druck von 4—12 atü wird das Wasser in feine Tröpfchen der Größe > 50 [im versprüht. Sie werden zur Verminderung des Staubgehaltes bei der Ladearbeit und nach dem Schießen verwendet und mittels kurzer Rohrleitungsstücke, in die sie eingeschraubt werden können, mit dem Wasserleitungsnetz verbunden (Abb. 231). Zu den Luft-Wasser-Düsen gehören die Zweiöffnungszerstäuber, bei denen das Wasser durch das Innenrohr und die Preßluft durch das äußere Rohr fließt (Abb. 232). Ein Zer-

Abb. 224a u. b. Sowjetischer Wasserzerstäuber, Typ MakNII A Stutzen; Jl Turbine; C Büchse

stäuber dieser Type stellt eigentlich eine Düse mit doppelter Wandung dar. Durch das Innere strömt Wasser, durch den Hohlmantel die Luft. Der Luftdruck sollte wenigstens 4 atü betragen. Die Düse hat eine Bohrung von etwa 1 —3 m m Durchmesser. Die Tröpfchengröße beträgt ungefähr 60 ¡xm. Die Größe der von der LuftWasser-Düse erzeugten Tropfen wird durch das Verhältnis Luft zu Wasser geregelt. J e größer dieser Quotient ist, desto kleiner sind die Tropfen. Es gibt jedoch eine Grenze, bei der eine zusätzliche Luftmenge auch nachteilig sein kann. Siehe S. 2 4 0 - 2 4 1 . Die zweckmäßigsten Ausmaße der Wasserteilchen liegen unter 50 [im, sie nähern sich den Ausmaßen der sedimentierenden Staubteilchen. Konstruktive Einzelheiten siehe Abb. 233.

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Abb. 225. Wasserzerstäuber mit spiralförmiger Einlage

Abb. 226. Wasserzerstäuber mit tangentialer WasserZuführung 1 Düsenkörper; 2 Kappe mit Düsenöffnung

Abb. 227 Sowjetischer Wasserzerstäuber R S (Grubentyp) 1 Regulierkörper; 2 Zerstäubermantel; 3 Dichtung; 4 Gehäuse; 5 Hals; 6 Knie

Abb. 228 Anordnung des Zerstäubers R S vor Ort 1 Wasserleitung; 2 Wetterlutten; 3 Zerstäuber KS; 4 Ventil; 5 Gelenkverbindung

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

Abb. 229. Sowjetischer Wasserzerstäuber KIP-7 i Wirbelscheibe mit Wasserdurchlaßöffnungen;

Abb. 230. Wasserzerstäuber TypV

2 Sammelraum; 3 Düsenöffnung

Abb. 232. Luft-Wasser-Düse 1 inneres Kohr; 2 äußeres Kohr; 3 L u f t e i n t r i t t ; i Wassereintritt

249

250

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Luftöafä

Abb. 233 a. Sowjetischer Zerstäuber Typ Nigrizoloto TON-1 1 Düse; 2 Zerstäuber; 3 Preßluftleitung; 4 Ventile; 5 Einfüllöffnung

mv>>,v

Abb. 233 b. Sowjetisoher Zerstäuber Typ Nigrizoloto TON-4

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

251

Die Dichte des Wassernebels kann durch die Änderung der Entfernung zwischen den Enden des inneren und des äußeren Eohres geregelt werden. J e größer diese Entfernung ist, desto kleiner ist der Winkel des Wasserkegels, und desto dichter ist der Wassernebel. Eine erhebliche Vergrößerung der Wassernebeldichte kann durch Anwendung einer Gruppe von Düsen erreicht werden, die in einer Reihe oder im Kreis mit sich kreuzenden Wasserstrahlkegeln angeordnet sind. Für den Betrieb empfiehlt es sich, den Wassernebel so zu regeln, daß die Luft in einer Entfernung von etwa 1—2 m vom Zerstäuber wohl feucht, aber nicht naß wird. Von den zahlreichen Konstruktionen seien einige erwähnt: I n der auf Abb. 233 a gezeigten Einrichtung (TON-1) strömt die Preßluft durch einen a m Hals angesetzten Schlauch in den Behälter. Das Wasser verlangt durch die durch das Rohr (3) zugeführte Preßluft in das Steigrohr. Das zerstäubte Wasser spritzt über die Ringöffnung zwischen dem äußeren Rohr und einer Kegelmutter durch die Düse (1) aus. Mittels der Hülse (2) und einer Kegelschraube lassen sich Menge und Dichte des Wassernebels regeln. Den Luftstrom und Wasserzufluß kann man durch die Ventile (4) steuern. Die durch die Konstruktion TON-1 gebildete Wassernebellänge bewegt sich zwischen 3 und 10 m, der Durchmesser zwischen 1 und 3,5 m. Außer den pneumatischen Hauptwasserzerstäubungseinrichtung ist das Gerät TON-1 noch mit einer Hilfswasserberieselungseinrichtung ausgestattet. Der Luft-Wasser-Zerstäuber TON-4 (Abb. 233 b) h a t keinen Behälter, sondern wird mittels eines Rohrzwischenstückes direkt an die Wasserleitung angeschlossen.

Trotz des großen Wirkungsgrades bei der Staubniederschlagung weisen die pneumatischen Wasserberieselungseinrichtungen auch bedeutende Nachteile auf, die allen Berieselungsgeräten mit kleiner DüsenöfFnung eigen sind: Die Düsen verstopfen leicht und erfordern reines Wasser.

Wässer Abb. 234. Luft-Wasser-Zerstäuber Tyrell 1 Kegulierventil für Wasser bzw. Preßluft; 2 Ventil; 3 Versteifung

Eine andere Art der pneumatischen Wasserberieselungsvorrichtungen ist in Abb. 234 dargestellt (Tyrell-Zerstäuber). Sie besteht aus zwei sich unter einem rechten Winkel kreuzenden Rohren und h a t keine Düsen. Durch das erste Rohr mit vollem Querschnitt strömt das Wasser und durch das zweite mit verjüngtem Ende die das Wasser zerstäubende Preßluft. A m Wasseraustritt wird die Preßluft fast senkrecht auf den Wasserstrahl geblasen. Das Austrittswasserrohr ist etwas abgeschrägt, so daß es einen Winkel von etwa 10° mit der Richtung des Luftstromes einschließt. Das bewirkt eine günstigere Wasserzerstäubung. Beide Rohre, Wasser-

252

Wasser als S t a u b b e k ä m p f u n g s m i t t e l

u n d L u f t r o h r , haben jedes einen eigenen Abschlußhahn, womit die Wasser- u n d die L u f t menge reguliert wird. Zugleich dienen sie zur Wasser- u n d Luftdruckregelung. Der TyrellZerstäuber ist sehr zweckmäßig, weil er keine engen Düsenöffnungen h a t , die leicht verstopfen. Diese Berieselungseinrichtung bildet Tropfen verschiedener Größe, wobei die kleinen Tröpfchen zum Benetzen der feinsten Staubpartikeln dienen, während die größeren das Ausfallen beschleunigen. Wie die E r f a h r u n g e n zeigten, h a t eine Einrichtung dieser T y p e d e n gleichen Wirkungsgrad wie eine, die m i t einer kleinen Düsenöffnung versehen ist.

I n einigen Fällen wird auch eine sogenannte Nebelkanone verwendet, die das Wasser oder die schwache Netzmittellösung herausschießt und so das Wasser zu Feinnebel zerstäubt. E s wird entweder gegen eine Blende geschossen oder gegen den Streckenstoß. Durch den Anprall wird auch der Staub leichter niedergeschlagen. Aufhängung

r

Richtteller fester Teller v. versch.Profit je nach Reichweite

Abb. 235. Nebelkanone des Kohlenforschungsinstitutes Ostrava-Radvanice

Da Zerstäuber empfindliche Geräte sind und beim Schießen oft beschädigt werden, also gerade in der Zeit, wo man sie am meisten braucht, hat das Kohlenforschungsinstitut in Ostrava-Radvanice (ÖSSR) eine Nebelkanone (Abb. 235) konstruiert, die genügend robust ist, so daß sie auch beim Schießen eingesetzt werden kann. Das Wesen dieses Nebelbildners beruht auf dem Zerstäuben des Druckwassers (3—4 atü) mit Preßluft von 3—6 atü und der Lenkung des zerstäubten Wassers durch die Form der Düsenmündung nach der Stelle größter Staubbildung hin. Die Konstruktion ist einfach. Es sind in der Hauptsache zwei ineinandergeschobene Rohre. Durch das innere Rohr wird Wasser geleitet, das durch einen Kranz von Öffnungen austritt und auf den Teller prallt, welcher an der Düsen-

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

253

m ü n d u n g befestigt ist. D u r c h das äußere R o h r wird L u f t z u g e f ü h r t , deren S t r o m durch einen Teller von kleinerem Querschnitt gelenkt wird. I n d e m Teil vor der Verschlußscheibe, d. h. an der D ü s e n m ü n d u n g , e n t s t e h t eine intensive Mischung der L u f t mit d e m Wasser u n d dessen vollkommene Z e r s t ä u b u n g . Vor d e m Schießen wird der Zerstäuber an einem T H - A u s b a u in einer E n t fernung von 8 —12 m vor Ort a u f g e h ä n g t . Diese E n t f e r n u n g ist gleich der L ä n g e des Wasserstrahles. Der erzeugte Wassernebel bildet eine Blende, die sowohl den Gesteins- u n d K o h l e n s t a u b wie die Sprengschwaden unschädlich m a c h t . Die Versuche zeigten, d a ß m a n vor Ort eine H e r a b s e t z u n g der S t a u b k o n z e n t r a t i o n e n bis zu 9 3 — 9 7 % erreicht. Die einwandfreie Tätigkeit der Düse w u r d e auf der G r u b e J e r e m e n k o bestätigt. Abb. 236—240 zeigen einige deutsche D ü s e n a r t e n .

Abb. 236. Wasserdüse der Firma Schlick, Dresden

Der Ejektor-Wasserzerstäuber ist zum Benetzen des vom Bohrloch a b g e s a u g t e n S t a u b e s b e s t i m m t . Der S t a u b t r i t t d u r c h eine Zentralöffnung in den W a s s e r s t r o m ein, u n d das Wasser wird d u r c h einen R i n g r a u m z u g e f ü h r t (Abb. 241), Die d u r c h den äußeren R i n g r a u m z u g e f ü h r t e P r e ß l u f t s a u g t einmal den S t a u b ab, z u m anderen z e r s t ä u b t sie das Wasser. Die W i r k u n g des Wasserzerstäubers v e r g r ö ß e r t sich dadurch, d a ß das Wasser d u r c h einen E i n s a t z m i t schrägen Schlitzen in Rotationsbewegung gebracht wird. I m Zerstäuber bildet sich eine Staubsuspension im Wasser, u n d es k o m m t zur Benetzung der Staubteilchen. Der P r e ß l u f t v e r b r a u c h b e t r ä g t 1 — 1,5 m 3 /min, der U n t e r d r u c k 350—400 m m W S . D e m E j e k t o r Zerstäuber wird ein Zyklon nachgeschaltet, bei d e m die Z u f ü h r u n g schlitzförmig ausgebildet ist. Hier k o m m t es zur restlosen B e n e t z u n g der Staubteilchen dad u r c h , d a ß im expandierenden L u f t s t r o m D a m p f kondensiert. Z u r vollständigen

254

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Abb. 237. Regelbare Wasserdüse der Firma Schlick, Dresden

Abb. 238. Luft-Wasser-Düse der Firma Schlick, Dresden

Konstruktive Ausführung der Wasserzerstäuber

255

Reinigung der Abluft kann man noch ein einfaches Filter verwenden. Der erforderliche Unterdruck richtet sich nach der Bohrgeschwindigkeit. In harten Gesteinen wird gewöhnlich mit einem Unterdruck von 340—350 mm WS gearbeitet. Der Unterdruck läßt sich durch Verstellen des Ejektors regulieren. Druckwasser

Überwurfmutter

4 Zwischenstück

O'henstock

Düsenkopf

Halterung

Abb. 239. Teile einer Wasserdüse

In der Saugleitung muß die Absauggeschwindigkeit so hoch sein, daß sich kein Staub absetzen und die Leitung verstopfen kann. Dagegen hat die Wahl einer zu hohen Absauggeschwindigkeit große Widerstände in der Vorrichtung und deren unwirtschaftliche Funktion zur Folge [207 b].

Wasser als S t a u b b e k ä m p f u n g s m i t t e l

256

Preßluft

k t

Flüssigkeit Federring

iL

. mit Mutier sSS

üu^enhorper

f

Düse mit Dr aliring

&

Hoppe

Abb. 240. Teile einer Luft-Wasser-Düse

Stäub

suspendiert

in Wasser

Abb. 241. Ejektor-Wasserzerstäuber 1 Düsenkörper; 2 Preßluftkegel; 3 Verbindnngshülse; 4 Wasserkegel; 5 Mutter; 6 Preßluftanschluß; 7 Wasseranschluß; 8 innere Öffnung; 9 Ringraum; 10 äußere Öffnung; 11 Ansatz mit schrägen Schlitzen

Allgemeine Bemerkungen über die Verwendung der Wasserzerstäuber

257

13.08 Allgemeine Bemerkungen über die Verwendung der Wasserzerstäuber Die pneumatischen Wasserberieselungseinrichtungen liefern zwar einen feineren Wassernebel, aber sie sind nicht so bequem in der Anwendung wie die einfachen Wasserzerstäuber, bei denen man keine Preßluft benötigt. Deshalb sind Wasserzerstäuber auch zum Benetzen des in der Luft enthaltenen Staubes anzustreben. Die Wirkung der Wasserzerstäuber kann durch eine Batterieanordnung und durch Änderung der Tiefe und Form der Austrittsöffnung erhöht werden. Je tiefer die Austrittsöffnung, desto kleiner ist der Wasserkegel, doch um so größer ist die Dichte des Wassernebels. Der Übergang von der zylindrischen Form der AustrittsWetterrichtung Zerstäuber öffnung zur Kegelöffnung läßt die Ausa) nutzung einer zusätzlichen Energie zur Wasserzerstäubung zu. Bei der Beurteilung der Zerstäuberkonstruktionen erkennt man, daß deren Wirkungsgrad in der Hauptsache durch den Grad der Wasserzerstäubung gekennzeichnet ist. Bei der Benutzung der Zerb) stäuber ist daher die Feststellung der Wasserdispersion von großer Wichtigkeit. Die genauesten Meßergebnisse werden durch Auffangen von Wassernebelproben in Flüssigkeiten erzielt, die sich mit Wasser nicht mischen (z. B. Rizinusöl). Die Tröpfchengröße wird unter dem Mikroskop bestimmt. c) Vorbedingung für eine wirkungsvolle Anwendung eines jeden Zerstäubers ist eine bestimmte Richtung des Wasserschleiers (Abb. 242). Er soll nach Möglichkeit gegen die Staubwolkenbewegung gerichtet sein Abb. 242. Wetterrichtung und Richtung (Gegenstromprinzip). Versuche zeigten, daß des zerstäubten Wassers beim Versprühen des Nebels in Richtung der Staubwolkenbewegung die Staubmenge sich um etwa 25% verringerte. Wenn die Sprührichtung senkrecht zum Wetterstrom lag, betrug die Schwebestaubverminderung 44%, und wenn der Nebel gegen die Staubwolkenbewegung gerichtet war, belief sich die Staub Verminderung sogar auf 50%. Die größere Wirkung im letzteren Fall ist durch die bei einer Gegenstrombewegung vergrößerte Stoßkraft bei dem Zusammenstoß der Partikeln, was zur Staubbenetzung beiträgt, zu erklären. Um der Verstopfung der Düsen vorzubeugen, werden zweckmäßig Filter oder Hydrozyklone auch in der Hauptwasserleitung und vor jeder Düse angebracht.

1

17

Silikosebekämpfung

258

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

13.09 Anwendung von Düsen im Mansfeider Kupferschieferbergbau [111] Das Trockenschaumverfahren kommt im Kupferschieferbergbau für eine Verwendung im Streb wegen der niedrigen Abbauhöhe und der geringen Bohrlochtiefe (50—60 cm) nicht in Frage. Diese Möglichkeit besteht erst dann, wenn das Bohren und die Hereingewinnung mechanisiert und das Trockenschaumgerät wie im Geradstreb mit dem Flözbohrgerät oder dem Mansfeld-Abbaugerät kombiniert wird. Um aber auch unter den augenblicklichen Verhältnissen die Staubentwicklung beim Bohren und bei der Hackarbeit im Streb wenigstens zu vermindern, wurden zwei Arten von Spritzdüsen eingesetzt, und zwar eine Luft-Wasser-Düse und eine Druckwasserdüse. Beide Arten haben sich bewährt und zu einer wesentlichen Reduzierung des Staubgehaltes in der Luft beigetragen. Bei gleicher Gelegenheit vorgenommene Konimetermessungen ergaben eine Abnahme der Staubteilchen um rund 79%. Dieser Erfolg ist um so bedeutsamer, als der vor dem Flügel entlangstreichende Wetterzug eine ständige Steigerung der Staubkonzentration von einer Brigade zur anderen bewirkt. Je mehr also die Staubmenge jeder einzelnen Brigade durch richtige Anwendung der Spritzdüsen vermindert wird, um so geringer ist die Wetterverunreinigung am Arbeitsort der letzten Brigade. Schwierigkeit bei der Wahl und Konstruktion des Gerätes bereitet der Wasserverbrauch. Einmal ist die Mitnahme von Wasser als Benetzungsmittel bei den Brigaden wenig beliebt, zum anderen muß auch der Wasserverbrauch je Düse so gering bemessen werden, daß das Liegende wegen der Arbeitsweise in sitzender oder hockender Stellung nicht feucht oder gar naß wird. Aus diesen Gründen hat man Düsen mit einem Wasserverbrauch von nur etwa 10—12 1/h gewählt, ohne daß die Staubniederschlagung dadurch beeinträchtigt wurde. Mit der Herabsetzung des Wasserverbrauchs geht aber auch eine Verringerung des Durchtrittsquerschnitts in der Düse einher, so daß Verstopfungen bei unsauberem Gebrauchswasser nicht ausgeschlossen sind. Unter Berücksichtigung aller dieser Momente wurden die in Abb. 236 und 237 dargestellten Formen als am zweckmäßigsten befunden. Bei der Luft-Wasser-Düse ist der Benetzungsvorgang folgender: Vom Druckluftschlauch zum Bohrhammer führt eine Abzweigung zu der Düse, die mit einer Schelle auf dem Bohrhammer befestigt ist (Abb. 243). In der Düse strömt die Druckluft durch einen Ring mit schrägen Schlitzen und wird dadurch in wirbelnde Bewegung versetzt. Die Düse umgibt unter einer Kappe das Mundstück der Wasserzuführung und saugt das Wasser aus einem auf dem Liegenden stehenden Kanister mit etwa 5 1 Inhalt. Das Luft-Wasser-Gemisch wird von der Düse aus unter einem Sprühwinkel von 15° auf das Mundloch des Bohrloches gespritzt und drückt den Bohrstaub an den feuchten Stoß. Auf dem Thälmannschacht wurde ein anderes Verfahren entwickelt. Hier ist die Wasserdüse ebenfalls mit einer Schelle auf dem Bohrhammer bzw. Abbau-

Anwendung von Düsen im Mansfelder Kupferschieferbergbau

Abb. 243 a, b, c. Düse am Abbau- und am Bohrhammer

259

260

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

hammer befestigt (Abb. 243) und durch eine Gummischlauchleitung mit dem Druckwasserkessel verbunden, der in der Haspelfahrt untergebracht wird. Das Wasser steht in dem Kessel unter Betriebsdruck, also etwa 4—5 atü. Bei allgemeiner Einführung dieser Methode müßten für jede Brigade derartige Kessel beschafft werden (Abb. 244). Vergleicht man die beiden beschriebenen Düsenarten, so bietet die Luft-WasserDüse den Vorteil, daß durch Verwendung eines Kanisters Unabhängigkeit in der

Abb. 244a. Fahrbarer Druckwasserkessel („Wasserkanone") in der Strebfahrt (ältere Ausführung)

Abb. 244b. Neue „Wasserkanone"

Flüssigkeitszufuhr besteht, während bei der reinen Druckwasserdüse die Flüssigkeit durch eine bis 40 m lange Gummischlauchleitung zugeführt werden muß. Diese Zuleitung ist allerdings mit dem Bohrschlauch durch Gummibänder in Abständen von je 1 m gekoppelt, wodurch das umständliche Nachziehen von zwei Schläuchen wegfällt. Wegen der Anschaffungskosten für die Wasserkanonen und die langen Schläuche ist dieses Verfahren ganz erheblich teurer als das mit LuftWasser-Düsen.

Zusatz von Netz- und Verfestigungsmitteln zum Wasser — Nebel- oder Wasserblenden

261

Im Zuge der Mechanisierung der Gewinnungsarbeiten im Streb sind sowohl Bergebohrwagen als auch Mansfeld-Abbauwagen ausprobiert worden. An diesen Geräten wurden Düsen und Behälter angebracht, die sich im Versuchsstreb des Lademannschachtes als sehr zweckmäßig erwiesen haben. 13.10 Zusatz von Netz- und Yerfestigungsmitteln zum Wasser Um das Benetzungsvermögen zu erhöhen, kann dem zu zerstäubenden Wasser ein Netzmittel zugesetzt werden zu dem Zweck, den Staub noch intensiver niederzuschlagen. Andere Stoffe sollen ein neuerliches Aufwirbeln des Staubes nach Austrocknen des Wassers vermeiden. Wird im Wasser etwas Sulfitablauge, Leim oder ähnliches aufgelöst, dann werden die Staubteilchen nicht nur leichter an den Wassertröpfchen haften, sondern sie werden auch nach Verdunsten des Wassers von einer feinen Leimschicht umhüllt sein, wodurch sie besser zusammenkleben, an den Stößen leichter haften und nach dem Austrocknen eine feste Kruste bilden. Auf diese Weise wird eine Aufwirbelung des Staubes, zum Beispiel beim Schießen, vermieden. Die Versuche mit Sulfitablauge sind auf Seite 300 beschrieben. In einigen Fällen wird es auch notwendig sein, irgendeinen hygroskopischen Stoff zu verwenden, damit der Leim seine Feuchtigkeit behält und befähigt bleibt, den Staub zu binden. Sollte der Leim einen Nährboden für Bakterien bilden und dadurch gesundheitsschädlich wirken, müßte man noch einen bakteriziden Stoff zugeben. Natürlich kann Leim nur da zugesetzt werden, wo die Einatmung von Nebel mit Leim ausgeschlossen ist. 13.11 Nebel- oder Wasserblenden Es ist wichtig, in der Grube die einzelnen Arbeitsplätze voneinander SQ ZU trennen, daß ein Brand oder eine Explosion nicht auf das ganze Grubengebäude übergreifen kann. Ebenso sind alle Maßnahmen von Bedeutung, die ein Übertragen des Staubes von einem Betriebspunkt an einen anderen unmöglich machen. Infolgedessen wird eine sogenannte Nebelzone am besten dicht hinter dem Betriebspunkt errichtet. In einem bestimmten Abschnitt der Strecke werden, hauptsächlich da, wo die Strecke schon von Natur aus feucht ist, auf eine Länge von 50—100 m dicht hintereinander (5—10 m Abstand) Wasserzerstäuber aufgestellt. Um den ganzen Streckenquerschnitt zu erfassen, verwendet man am besten Fächerdüsen. Der Wetterstrom trägt die Wassertröpfchen und den Nebel meist noch auf eine große Entfernung hinter die feuchte Zone mit. Die staubhaltigen Wetter, die durch diese Nebelzone durchziehen, sollen vom Staub befreit werden. Man braucht dann nur noch für die Beseitigung des abgesetzten Staubes zu sorgen. Das Wasser ist zu Feintröpfchen zu zerstäuben, um einen großen Wasserverbrauch zu vermeiden. Der Wasserverbrauch beträgt 1 5 - 1 0 0 1/t Förderung.

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

262

Statt Nebel- oder Wasserblenden kann man auch die Wetter durch irgendeinen Staubabscheider leiten. (Über Staubabscheider wird auch im Kapitel 8, S. 149 — 162 berichtet.) Diese verschiedenen Methoden können ebenfalls kombiniert und zweckmäßig hintereinander angeordnet werden, so daß Methoden, die den Grobstaub niederschlagen, denen vorgeschaltet werden, die den Feinstaub auffangen. Doch sind stets die Platz- und Kostenfragen zu berücksichtigen, und diese wirken meist hemmend. 13.12

Wasserverteilung

Am zweckmäßigsten werden Wasserleitungen in allen Grubenräumen verzweigt verlegt, ähnlich der Druckluft- oder Energie Verteilung. Das ist für jede Arbeitsstelle die verläßlichste Wasserversorgung, wobei viel Arbeit für den Transport

Preßluft

Abb. 245. Wasserbunker mit automatischer Füllung 1 Netzmittelbehälter;

2 Hilfsregelvorrichtung; 3 Ejektor; 6 Eintrittsventil; 7 Ablaß

4 Regler;

5 Kiesfilter;

von Wasserbehältern in die einzelnen Abbaue erspart wird. Nur so wird gewährleistet, daß jede Arbeitsstelle genügend Wasser erhält. Bei zentraler Wasserversorgung wird in der Nähe des Schachtes ein Wasserbehälter mit einem Inhalt je nach Größe des Betriebes errichtet. In einigen Gruben wird das Wasser durch Bohrlöcher oder besondere Schächte zugeführt und unter Tage mittels besonderer Strecken verteilt, um den Weg in den Abbau zu verkürzen. Das Wasser muß in genügender Menge und mit ausreichendem Druck zugeleitet werden. In sehr tiefen Gruben kann das Wasser nicht direkt von über Tage •zugeführt werden, weil der Druck dann zu groß wäre. Deshalb werden auf den einzelnen Horizonten Wasserbehälter in einer Höhe, daß der Druck 10—15 atü nicht übersteigt, aufgestellt. In diese Behälter wird dann das Wasser aus der Rohrleitung eingelassen. Die Regulierung des Zuflusses besorgen Schwimmer, die beim Absinken des Wasserspiegels selbsttätig den Wasserzufluß öffnen (Abb. 245). Wird der Behälter auf einer höheren Sohle errichtet, dann wird das Wasser zu den Bohrmaschinen mit einem Druck, der der Höhe der Wassersäule entspricht,

263

Wasserversorgung mit transportablen Behältern

durch eine senkrechte Leitung geführt. Den Wasserdruck steuert ein am Leitungsende angebrachtes Ventil. Bei einem Druck von 2,5—3 a t ü fließt aus dem Bohrmaschinenrohr von 4,5—4,8 m m Durchmesser ein Wasserstrahl von 1,7—2,5 m Länge. Das mag als Kontrolle f ü r die ordnungsgemäße Wasserzufuhr dienen. Durch Einbau von Reduzierventilen kann m a n erreichen, daß auch an weitentfernten Betriebspunkten ein genügender Druck in der Wasserleitung herrscht. Zweckmäßig ist es, bei verschmutztem Wasser Filter einzubauen, u m Verstopfungen zu vermeiden. Das Wasser ist im ganzen Grubengebäude zu verteilen, u n d in angemessenen Abständen sind Anschlußstutzen in den Leitungsrohren anzubringen. Die Wasserleitungen müssen auch in den neu aufgefahrenen Strecken nachgezogen werden. F ü r das Wasserleitungsnetz werden Rohre von 25—100 m m benutzt. F ü r die Wasserführung etwa zu den Tränkgeräten in den Abbauen k o m m t man mit Rohren von 25 m m Durchmesser aus. Bei der Einführung u n d Verteilung des Wassers ist die Wasserleitung mit E n t lüftern zu versehen; an geeigneten Stellen, wo Wasser gebraucht wird, sind Hähne einzubauen. I m Abbau sollen die Anschlüsse in Abständen von 5 —10 m eingebaut sein, von wo das Wasser durch Gummischläuche direkt zum Verwendungsort geleitet werden kann.

13.13 Wasserversorgung mit transportablen Behältern Beim Bohren unter Verwendung des Spülwassers aus den im A b b a u aufgestellten Behältern wird das Wasser entweder mittels einer P u m p e (Abb. 246) oder mit Druckluft der Bohrmaschine zugeführt. I m zweiten Fall ist die H a u p t luftleitüng über einen Dreiwegehahn durch einen Schlauch mit dem Wasserbehälter verbunden, aus ( ^ dem das Wasser durch den Preßluftdruck in einen zweiten Schlauch gedrückt wird, der auf der einen Seite mit dem Behälter u n d auf der anderen mit 1 I der Bohrmaschine verbunden ist (Abb. 247). Die bei den üblichen Bohrverfahren in das Bohrloch geH — N— 7 langende Spülwassermenge soll bei Handbohrmaschinen etwa 31/min und bei Säulenbohrmaschinen 3—5 1/min betragen. Folglich reicht das Fassungsvermögen des transportablen Behälters nur f ü r 1—2 Stunden aus. Das bedeutet einen wesentlichen Nachteil dieser Art Wasserversorgung.

I

Abb. 246. Transportabler Wasserbehälter Mak N II i Behälter; 2 Zylinder; 3 H a n d p u m p e ; 4 H a n d r a d ; 5 Schlauchanschluß

Agg

264

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

Abb. 247. Transportabler Wasserbehälter. Der Wasserdruck wird durch Preßluft erzielt

13.14 Wasserzuiuhr mittels Wagen Das Wasser kann nicht jedem Betriebspunkt durch Rohrleitungen zugeführt werden, sondern muß in manchen Fällen in Gefäßen an die Verbrauchsstelle gebracht werden. Zu diesem Zwecke wurden auf einigen Gruben geschlossene Wagen entwickelt, in die man außer Wasser auch Preßluft einleiten kann, die das Wasser mit genügendem Druck aus dem Wagen herauspreßt. Ein solcher Wagen ist für eine Wassermenge von 10001 und auch mehr vorgesehen, eine für den laufenden Bedarf einer Schicht ausreichende Menge (Abb. 248). Den Abb. 248. Wasserzufuhr mit Wagen Wasserdruck kann man auch mittels Pumpen erzielen. 1 Preßluftzuführung; 2 Wasserzuführung 13.15 Wasseraufbereitung Zum Berieseln soll Wasser von über Tage aus der Wasserleitung (Nutzwasser) verwendet werden. Grubenwasser kann man nur nach vorheriger Beseitigung von Verunreinigungen benutzen. Die Verwendung eines verunreinigten und sauren Wassers zum Berieseln und Naßbohren soll nicht zugelassen werden. Nach Aufbereitung darf das Wasser nicht mehr als 50 mg/1 mineralischer Beimengungen enthalten und keine saure Reaktion ergeben. Für den möglichen Gehalt des

265

Wasseraufbereitung

zerstäubten Wassers in der Grubenluft « . . . bis 30 cm 3 /m 3 , die zulässige Staubmenge in der Luft k.... 2 mg/m3 und den zulässigen Gehalt an mineralischen Beimengungen x... — ^ ^ — gilt die Abhängigkeit ——- = Je, wobei x = 1000 cm 3 1000 Bei v = 40 cm 3 /m 3 , 1c = 2 mg/m3 ist x = ^ ^

^^^. v

= 50 mg/1.

Bei Verwendung von Netzmitteln muß das zur Spülung verwendete Wasser in Einklang mit der Netzmittelart weich gemacht werden. Wasserproben zur Analyse sollen von den Laboranten der Staublabors selbst entnommen werden, während sich das örtliche hygienisch-epidemiologische Institut mit der Wasseranalyse befaßt. Die R e i n i g u n g des G r u b e n w a s s e r s . Bei einem Wasserverbrauch von mehr als 10 m3/h muß man das Wasser über Tage mechanisch reinigen, bei kleinerem Verbrauch kann man die Reinigungsanlage direkt in den Gruben, in der Nähe des Füllortes, aufstellen. Die Leistungsfähigkeit der erforderlichen Anlage läßt sich aus der Gleichung 7

/ i = K*>i>?i + n 2 v 2 V 2 +

s\

Tv

t [m3/h]

bestimmen, worin bedeuten: Fx % v1 Yji n2 v2 tj2 T v3 |

Gesamtleistung der Reinigungsanlage [m 3 /h]; Zahl der Bohrhämmer in Einsatz; Verbrauch an Spülwasser pro Bohrhammer [m3/h] (Mittel 0,25 m 3 /h); Koeffizient, der die Gleichzeitigkeit der Bohrhämmerarbeit ausdrückt; Zahl der ständig eingesetzten Wasserzerstäuber in der Grube; Wasserverbrauch pro Zerstäuber [m s /h]; Koeffizient der Gleichzeitigkeit der Zerstäubertätigkeit; Gesamtkapazität der Grube [m 3 /h]; Wasserverbrauch zur Berieselung von 1 m 3 abgebautem Gestein [%]; Koeffizient der Wasserverluste in der Verteilungsleitung (1,05—1,1).

Man muß diesen stündlichen Wasserverbrauch mit Rücksicht auf die Berieselung nach dem Schießen und vor Beginn der Bohrarbeit prüfen. Die definitive Leistungsfähigkeit der Reinigungsanlage muß dem maximalen Stundenverbrauch entsprechen. Der Wasserverbrauch zur Berieselung vor Ort nach der Schießarbeit und vor dem Bohren wird aus der Beziehung / , rhFvÄ n v = [ * * + lÖÖÖt/ ' bestimmt, worin bedeuten: F 2 Gesamtleistung der Reinigungsanlage [m 3 /h]; n3 Zahl der Orte, an denen gleichzeitig geschossen wird; « 4 Wasserverbrauch zur Zerstäubung an einem Ort [m 3 /h];

266

Wasser als Staubbekämpfungsmittel

« 4 Zahl der Orte, die vor dem Bohren zu Schichtbeginn gleichzeitig berieselt werden; F Oberfläche der Strecke, die der Berieselung bei der Länge des berieselten Abschnittes von 10—15 m unterhegt [m2]; i>5 Wasserverbrauch zur Berieselung der Oberfläche [1/m2]; t Dauer der Berieselung vor Ort (gewöhnlich 0,25 h) [h]. In Abb. 249 ist eine einfache Reinigungsanlage zur Beseitigung mechanischer Unreinheiten gezeigt. Sie besteht aus einem vertikalen Absetzgefäß, einem aus Sand und Kies gebildeten Filter und Behälter für reines Wasser. Die Reinigung erfolgt im Absetzgefäß (grobe Fraktionen) und im Filter. Das verunreinigte Wasser wird über einen Druckminderer dem Absetzgefäß zugeführt, wo es einen bedeutenden Teil des Druckes verliert. Infolge plötzlicher Verringerung der Geschwindigkeit beim Austritt aus dem Druckminderer in das Absetzgefäß sedimentieren die gröberen Fraktionen des Schlammes schnell, und die feineren gelangen weiter in das Filter. Das Filter besitzt einen Doppelboden. Der obere hat Öffnungen, der untere ist geschlossen (Filterfläche 1,68 m2). Auf dem oberen Boden liegt ein Metallkreuz, und über diesem befinden sich zwei Drahtsiebe. Die Maschen im unteren Sieb haben einen Durchmesser von 20 mm, die des oberen Siebes von 5 mm. Das Metallkreuz benutzt man zum Stützen des Filterstoffes. Das Sieb hindert das Absetzen und Forttragen des Stoffes durch das filtrierte Wasser. Das gefilterte Wasser gelangt in den Behälter für Reinwasser von 3 m 3 Inhalt. Das Verhältnis des Volumens des Absetzgefäßes zum Filtervolumen beträgt 3 : 2 . Dabei rechnet man mit einer unregelmäßigen Tätigkeit der Pumpen und damit, daß sich hier gröberer Schlamm absetzt. Sofern es möglich ist, empfiehlt sich, das Absetzgefäß und das Filter getrennt einzubauen. Bei der Bestimmung der Fläche des Absetzbehälters wird die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers in den Grenzen 0,5—0,75 m/s in Betracht gezogen, bei der Bestimmung der Ausmaße des Hauptzuführungsrohres zum Druckminderer empfiehlt sich ein solches Ausmaß zu wählen, daß das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 20—30 mm/s durchfließt. Die Leistung der Anlage V (Abb. 249) beträgt 3 m3/h, die Geschwindigkeit der Filtration vf = ^ ^ = 1,78 m/h. Bei dieser Geschwindigkeit kann man den 1,68

Gehalt der im Wasser suspendierten Teilchen auf 50 mg/1, bei einer Filtrationsgeschwindigkeit von 0,1 m/h sogar auf 2 mg/1 herabsetzen. Zur Gewährleistung einer richtigen Tätigkeit der Anlage muß der Absetzer und das Filter in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden. Dies erfolgt mit reinem Wasser, das von unten mit einer Pumpe, mit einer Intensität von 9 1/s auf 1 m2 Filterfläche, zugeführt wird. Da die Geschwindigkeit des auf diese Weise durchgetriebenen Wassers während der Reinigung größer zu sein pflegt als die Filtrationsgeschwindigkeit, wird der Sand gut durchgespült und der Schlamm abgeführt. Das Filter wird normalerweise in Abständen von 15—20 Tagen gereinigt.

Wasseraufbereitung

267

Für einen ordnungsgemäßen Gang der Filteranlage ist es notwendig: 1. nicht zuzulassen, daß das Absetzgefäß durch einen übermäßigen Wasserzufluß überfüllt wird, 2. während jeder Schicht den Zustand des Absetzgefäßes zu überprüfen und den angesammelten Schlamm zu beseitigen, 3. das Filter regelmäßig mit einem Strom reinen Wassers zu reinigen. äus cterßruOe

A

¡¿¿r .-.—> V / S a n a 0.1- 1mm •• ••*• 4 j ^Schotter 1 2mm —Schotter 2-5 mm Schotter S-iOmm

indie Grube

-UDO—¿'5 Qioo •

Diese Wettermenge kann man durch Erhöhung der Depression h vergrößern, und zwar: 1. am Ventilator selbst, 2. durch Hintereinanderschaltung mehrerer

318

Bewetterung

Ventilatoren. Durch Einschaltung eines zweiten Ventilators mit gleicher De-,12h

pression wie die des ersten erhöht sich die Wettermenge Q2 — 1/ — = 1,41 Qt, d. h. um 41 % der ersten Menge, beim Einsatz eines dritten Ventilators um 73,2%; erst durch Inbetriebnahme eines vierten Ventilators erhält man die doppelte Wettermenge. Man sieht, daß man bei langen Querschlägen und Strecken die erforderliche Wettermenge sichern kann: 1. durch Wahl von Lutten mit großem Durchmesser, 2. durch vollkommene Abdichtung der Flanschenverbindungen, 3. durch die Wahl einer zweckmäßigen Ventilatortype. Die Luttenventilatoren kann man ähnlich wie die Hauptventilatoren einteilen in: 1. Zentrifugal-, 2. Schrauben- oder axiale Ventilatoren. Bei den Zentrifugalventilatoren dreht sich das Umlaufrad in einer selbständigen Büchse, die von den Lutten getrennt ist. Die Schraubenventilatoren arbeiten wie Saug- oder Blasoder teilweise wie Saug- und Blasventilatoren. Der Wetterstrom passiert hier den Ventilator in der Luttenachse geradlinig. Die Luttenventilatoren mit Turbinen-Preßluftantrieb werden in den Eisenwerken von Vitkovice (CSSR) in vier Typen hergestellt (Tab. 40). Tabelle 40. Luttenventilatoren mit

Type

LV3 LV4 LV 5 LV6

kg

Durchmesser der Lutte mm

28 38 50 65

300 400 500 600

Gewicht

Turbinen-Preßluftantrieb

Leistung in m 3 /min bei einer Luttenlänge von m 100

300

500

700

1000

39 73 133 197

18 41 76 126

14 32 59 97

12 27 50 82

10 23 42 68

Die Ventilatoren aus Vitkovice haben eine pneumatische Turbine mit zwei Eintrittsöffnungen, die Umlaufräder haben sechs Schaufeln und einen maximalen Gesamtdruck von 160 mm WS bei einem Preßluftdruck von 4 atü. Preßluft-Ejektoren werden mit Vorteil zur Bewetterung nichtdurchschlägiger Grubenbaue verwendet, falls Preßluft vorhanden ist und es notwendig ist, eine kleinere Luftmenge auf kurze Entfernung zuzuführen. Ein breites Anwendungsfeld finden somit die Ejektoren bei dem kombinierten Bewetterungsverfahren. Vorteile der Ejektoren sind ihre Einfachheit, die Möglichkeit, die Wettermenge zu regeln, geringfügige Anschaffungskosten und Sicherheit. Sie können saugend und auch blasend arbeiten. Ihr Mangel ist der niedrige Wirkungsgrad, kleine Wettermengen und die geringe Entfernung, auf die man die Wetter zuführen kann.

Sonderbewetterung

319

In der Literatur findet man viele Verfahren zur Berechnung von Ejektoren. Die Berechnungen sind jedoch meist sehr kompliziert. Bei der Wahl der Ejektortype zieht man die Länge der Wetterleitung L [m] und die Luftmenge, die dem Ort zugeführt werden soll, in Betracht. Das Kombinat Kuzbassugol empfiehlt TypenEjektoren, deren Ausmaße, Konstruktion und Anwendungsbereich im folgenden

Abb. 301. Preßluft-Ejektor

Abb. 302. Preßluft-Ejektor

Abb. 303. Ejektormantel 1 konischer Teil auf der Saugseite; 2 mittlerer zylindrischer Teil; 3 konischer Teil auf der Auslaßseite; 4 Flansch

erläutert werden. Der Typen-Ejektor besteht aus einer Preßluftdüse (Abb. 301, 302) und einem Mantel, Type Venturi (Abb. 303). Der Mantel hat drei Teile: einen konischen (I) an der Saugseite, einen mittleren zylinderförmigen (2) und einen konischen (3) an der Austrittsseite. Der Enddurchmesser des letzten Teiles gleicht dem Durchmesser der Wetterlutten, an die der Mantel angeschlossen wird. Es zeigte sich, daß man für praktische Zwecke mit sechs Ejektortypen auskommt. Deren Abmaße sind in Tabelle 41 zusammengestellt.

320

Bewetterung Tabelle 41. Abmaße der Typen-Ejektoren Bezeichnung auf der Abbildung

Durchmesser der Zuführungsleitung desgl. des E j e k t o r s bei E i n t r i t t desgl. der Düse in der Verengung desgl. der Düse beim A u s t r i t t Äußerer Durchmesser Gesamtlänge des E j e k t o r s Länge des konischen Teils a m Eintritt Länge des konischen Teils a m Austritt Gewindelänge

in

Millimetern Typennummer

I

II

d. d, l

27 27 4 5 34 170

h ~ h k

äx d2 d3

VI

III

IV

V

27 27 5 6 34 160

27 27 6,5 8 34 150

27 27 8 10 34 140

27 27 10 12 34 130

27 27 11,5 14 34 120

160

150

135

122

110

95

10 30

10 30

15 30

18 30

20 30

25 30

Die Abmaße der Typenmäntel, die an die Luttenleitungen angeschlossen werden, sind in Tabelle 42 aufgeführt. Tabelle 42. Mantelmaße

für Typen-Ejektoren

in

Millimetern

Durchmesser d

Durchmesser (Zj

h

Durchmesser d.2

h

Durchmesser d3

h

l

300 400 500

225 275 300

450 550 600

450 550 600

870 1040 1125

300 400 500

700 1000 1500

2020 2590 3225

Man wählt die Ejektorentype nach den Diagrammen in Abb. 304—306 in Abhängigkeit von der Länge der Leitung L [m] und der beförderten Wettermenge Q [m3/min]. Wir sollen zum Beispiel eine Ejektorentype wählen für L = 75 m m3/min J0

nr'/min WO

:>

80 so

\

N

40

k "

20 0

Abb. 304. W a h l der E j e k t o r t y p e bei L u t t e n von 300 m m Durchmesser

0

20

40

H s i 60 80 WO Lm

Abb. 305. W a h l der Ejektort y p e bei L u t t e n von 400 m m Durchmesser

m3/min WO 0 \ 80

N " HfS

60 H

40 20

ij 20 40

60

\

80 WO Lm

Abb. 306. W a h l der Ejektort y p e bei L u t t e n von 500 m m Durchmesser

321

Sonderbewetterung

und Q = 60 m 3 /min. Aus dem Diagramm in Abb. 304 für Lutten von 300 m m Durchmesser sieht man, daß dieser Luttendurchmesser unzweckmäßig ist. F ü r die Lutten von 400 m m Durchmesser ist der Ejektor VI bestimmt, und f ü r Lutten von 500 mm Durchmesser wird man den Ejektor I I I verwenden. Auf den Abbildungen 307—309 ist der Preßluftverbrauch f ü r Ejektoren in Lutten von 300, 400 und 500 m m Durchmesser dargestellt. Nach diesen beträgt der Preßluftverbrauch für das oben angegebene Beispiel 6 m 3 /min (Durchmesser der Lutten 400 mm) bzw. 2,8 m 3 /min (Durchmesser der Lutten 500 mm). m3/mir> 80 "Nl m3/min 45

70 60

PV

J>

50 75 80 85 90 95 100

25 30 Abb. 307. Preßluftverbrauch des Ejektors in Lutten von 300 mm Durehmesser

Lm

Abb. 308. Preßluftverbrauch des Ejektors in Lutten von 400 mm Durchmesser

Abb. 309. Preßluftverbrauch des Ejektors in Lutten von 500 mm Durchmesser

Die oben angeführten Daten gelten für einen Preßluftdruck von 4 atü. Bei schlechter Abdichtung der Flanschenverbindungen und langer Luttentour sind Ejektoren zur Bewetterung unzweckmäßig. Bei der Berechnung der Bewetterung nichtdurchschlägiger Strecken mit Hilfe besonderer Ventilatoren und Lutten geht man wie folgt vor: 1. Berechnung der erforderlichen Wettermenge zur Bewetterung des Grubenbaues nach den früheren Richtlinien, 2. Bestimmung der Wetter Verluste, 3. Wahl eines bestimmten Luttendurchmessers, 4. Auswahl der Depression unter Berücksichtigung der Wetterverluste, 5. Wahl des Ventilators. Die Wetterverluste in den Lutten entstehen durch Entweichen der Wetter infolge Undichtigkeit der Lutten (bei Tuchlutten) und deren Verbindungen. Unter sonst gleichen Bedingungen steigen die Wetterverluste: a) b) c) d) 21

mit mit mit mit

Verlängerung der Luttenleitung durch Vergrößerung der Depression, Vergrößerung des Luttendurchmessers bei gleicher Depression, Verringerung des Luttendurchmessers bei derselben Wettermenge, Verringerung der Länge der einzelnen Lutten.

Silikosebekämpfung

322

Bewetterung

Ein entscheidender Faktor, der auf die Größe der Wetterverluste einwirkt, ist die Dichtigkeit der Verbindung einzelner Lutten, die erreicht wird a) durch gerades Verlegen der Lutten, b) durch Verwendung von Gummi- oder PapierDichtungsmanschetten, c) durch sorgfältiges Anziehen der Verbindungsschrauben, d) durch Ausschmieren der Nähte mit Kitt und Anstreichen mit Farbe. Für die Flanschen-Luttenleitung von 400 mm Durchmesser, bestehend aus einzelnen Lutten von 3 m Länge, wird zur Beurteilung der Montagequalität folgende Skala vorgeschlagen: Tabelle 43. Tafel der Wetterverluste je 100 m (nach KOMAROW) Wetterverluste je 100 m in Prozent

Kategorie

Qualität der Montage

I

sehr gut

Sehr sorgfältige Montage, die Nähte mit Kitt ausgeschmiert, Berührungsstellen mit Bändern abgedichtet, imprägniert mit flüssigem Asphalt. In diese Kategorie gehören ebenfalls Lutten aus gummiertem Gewebe mit dichten Berührungsstellen

II

gut

III IV

mittel schlecht

Sorgfältige Montage, gut angezogene Verbindungsschrauben Qualität der Montage üblich für Grubenverhältnisse Verbindungsschrauben ungenügend angezogen. Einlagen schlecht, die Lutten werden nicht in der Geraden geführt; in diese Kategorie kann man Lutten aus imprägniertem Stoff einreihen

Beschreibung der Luttenleitung

5 10 20

40

Ausgehend von dieser Skala für Luttenleitungen von 400 mm Durchmesser und Lutten von 3 m Länge, hat K O M A B O W sogenannte ^-Koeffizienten berechnet, die das Verhältnis der zugeführten Wettermengen Qend zu den in die Luttenleitung eintretenden Wettermengen Q anf für Lutten von 200, 300, 400, 500 und 600 mm Durchmesser und Länge der Luttenleitung bis zu 1000 m : rj = —— ausdrücken. Vanf

Die Werte von rj sind in den folgenden drei Diagrammen dargestellt (Abb. 310). Beispiel: Es handelt sich um die Wetterverluste für eine Luttenleitung von 400 m Länge bei guter Montagequalität (d. h. Montagequalität bei der in der Luttenleitung mit 400 mm Durchmesser, bestehend aus Lutten von 3 m Länge, der Wetterverlust 1 0 % pro 100 m beträgt). Die Länge der einzelnen Lutten beträgt 3 m, die Durchmesser 300, 400 und 500 mm. Nach dem Diagramm finden wir Vaoo = 0,36, r/400 = 0,51 und i]5W = 0,61. Die Wetterverluste p [%] sind dann P = (1 - ??)-100, d. h. 100 • (1 - 0,36) = 6 4 % und analog 4 9 % bzw. 39%.

323

Sonderbewetterung

Aus dem Diagramm und Beispiel ist zu erkennen, daß unter sonst gleichen Bedingungen der Anteil der Wetterverluste um so kleiner ist, je größer der Luttendurchmesser. Bei der Ermittlung der Größe der Wetterverluste in der Luttenleitung von der Länge L größer als 100 m kann man diese Verluste nicht als Vielfaches p

ansehen (worin p = Anteil der Verluste auf 100 m bedeutet),

weil die wirklichen Verluste größer sind.

schlecht durch- gut sehrauf \ I sfr I N I 200 iOQ 600 800 m

0

ZOO m

600

800 1000 m

200

400

600

800 1000 m

Abb. 310. Wirkungsgrad tj in Abhängigkeit von der Länge und dem Durchmesser der Lutten

In Luttenleitungen aus Lutten anderer Länge als 3 m weichen die Werte des ^-Koeffizienten ab, und zwar sind sie für längere Lutten größer und für kürzere kleiner. In Tabelle 44 a sind die Werte des Berichtigungskoeffizienten K angegeben, mit denen man die Werte des ^-Koeffizienten bei einer Luttenlänge von 2 oder 5 m für je 100 m Luttenleitung multiplizieren muß. Tabelle 44 a. Werte des Berichtigungs-Koeffizienten in der

K zur Bestimmung

von

Wetterverlusten

Luttenleitung

Luttenlänge m

Luttendurchmesser mm

sehr gut

gut

mittel

schlecht

2

200 300 400 500 600

0,94 0,95 0,97 0,98 0,99

0,90 0,92 0,94 0,95 0,96

0,83 0,86 0,89 0,91 0,93

0,70 0,75 0,80 0,84 0,88

5

200 300 400 500 600

1,07 1,05 1,04 1,03 1,02

1,11 1,08 1,05 1,04 1,03

1,19 1,14 1,10 1,09 1,07

1,40 1,30 1,22 1,17 1,13

21*

Qualität der Montage

324

Bewetterung

Wenn also im angeführten Beispiel die einzelnen Lutten nicht 3 m lang wären, sondern nur 2 m, dann wäre für einen Durchmesser von 300 mm rj300 nicht 0,36, 400

sondern 0,36 • 0,92 100 = 0,26, und die Wetterverluste würden 74% betragen. Kommt es zu Wetterverlusten, dann soll die Depression nach dem arithmetischen Mittel der Wettermengen oder nach der von W o r o n i n vorgeschlagenen Gleichung berechnet werden: h — R • Qnnt • Qend •

Zu dieser Depression ist der dynamische Druck beim Austritt der Wetter am Ende der Luttenleitung bei blasender Bewetterung und aus dem Ventilator bei saugender hinzuzurechnen. Bei blasender Bewetterung werden die Wetterverluste in gewissem Maße eine schnellere Bewetterung des Grubenbaues unterstützen. Wie die Versuche von M t j s t e l gezeigt haben, werden die Wetterverluste nur so lange nützlich sein können, wie ihr Wert in Prozenten p ^ 65 1/ — nicht überschreitet. Die Wetterverluste verringern den Luttenwiderstand. In Tabelle 44 b sind die Berichtigungskoeffizienten f angeführt, die mit Rücksicht auf den Anteil der Wetterverluste die Bestimmung des Widerstandes einer undichten Luttenleitung nach der Gleichung R' =

y> • R

ermöglichen. Tabelle 44b.

Werte des Berichtigungs-Koeffizienten einer

y> zur Bestimmung

des

Widerstandes

Luttenleitung

Prozente der Wetterverluste p

V

P

V

P

V>

P

V

5 10 15 20 25

0,94 0,89 0,84 0,79 0,73

30 35 40 45 50

0,68 0,63 0,58 0,54 0,49

55 60 65 70 75

0,45 0,41 0,38 0,34 0,30

80 85 90 95

0,27 0,23 0,20 0,16

Die Depression der Lutten, bei denen mit Wetterverlusten zu rechnen ist, kann man aus der Gleichung h =

xpRQ2

berechnen. Eine andere Art der Bestimmung von Wetterverlusten schlägt vor:

Ksenofontowa

325

Sonderbewetterung

worin bedeuten:

d Luttendurchmesser in m, l Luttenlänge in m,

L

Gesamtlänge der Luttenleitung in m,

R

Leitungswiderstand,

k Koeffizient, abhängig von der Dichtigkeit der Luttenverbindungen. Bei der Wahl des Ventilators kann man auf zweierlei Art vorgehen : 1. Ermitteln, welche Wettermenge der Ventilator liefern kann, der in der Grube zur Verfügung steht unter den gegebenen Verhältnissen der Luttenleitung (d, L) und bei angenommener Montagequalität.

~> S

2. Wahl des Ventilators und Luttendurchmessers bei gegebenem L und Qend und angenommener Montage qualität.

5 ?? § N §

Bei dem ersten Verfahren ist der Vorgang folgender:

^

a) Aus dem Diagramm der Wetterverluste (Abb. 310) finden wir den Wert r] und berechnen die Wetterverluste p in Prozent: p =

( l -

v

) - 100.

b) Wir finden den Gesamtwiderstand der dichten Luttenleitung und ermitteln mit Hilfe der Tabelle 44 b den Widerstand

Abb. 311. Abhängigkeit der Staubkonzentration nach dem Schießen von der Zeit bei Bewetterung durch Diffusion (verschiedene Meßreihen)

R' ( R ' = y ) • R) der Luttenleitung

(nach SIMEÖEK)

bei gegebenen Wetterverlusten. Wir finden den Schnittpunkt der Charakteristik der Luttenleitung, konstruiert für R' mit der Ventilator Charakteristik, und bestimmen dadurch die Leistung des Ventilators Q. Die tatsächlich bis vor Ort strömende Wettermenge wird gleich rj • Q sein. Bei der zweiten Art ist der Vorgang folgender: a) Mittels der Kurven der Wetterverluste (Abb. 310) findet man die Werte p für Lutten verschiedener Durchmesser und bei bestimmter Montage qualität.

326

Bewetterung

b) Wir finden die Widerstandswerte R und R' der dichten und undichten Leitung. c) Wir bestimmen den Wert Q a n f = S ^ L und h = y> • R • Qenli. n d) Entsprechend den Werten h und Q end oder R' und Q end wählt man den Ventilator. Die Berechnung der Bewetterungsvorrichtungen stellte SIMEÖEK [207 b] zusammen; sie wurde ohne Änderung übernommen. Die Preßluftbewetterung ist höchst unwirtschaftlich. 1 m 3 Preßluft ist imstande, eine Arbeit von 15000 kgm zu leisten; zur Beförderung von 1 m 3 Wetter durch ein Filter mit einem Widerstand von 10 mm W S sind 10 kgm notwendig, d. h. 1500mal weniger. Demzufolge soll man von der Bewetterung mit Preßluft absehen und zu diesem Mittel nur in Fällen akuter Gefahr greifen, also nur ganz ausnahmsweise und nur kurzzeitig zur Bewetterung von kleinen Arbeitsorten. I m Bergbau der D D R ist es verboten, einen Betriebsort nur durch ausblasende Preßluft zu bewettern. Ausnahmen können nur die Bergbehörden im Einverständnis mit der zuständigen Arbeitsschutzt min inspektion bewilligen. Abb. 312. Abhängigkeit der Staubkonzentration nach dem Schießen von der Zeit bei Bewetterung durch Diffusion (verschiedene Meßreihen) (nach SEVIEÖEK)

Die Bewetterung durch Diffusion ist hinsichtlich der Verminderung des Schwebestaubgehaltes unzweckmäßig. Dies ist aus den Abbildungen 311 und 312 zu erkennen. Drei Stunden nach Abtun der Schüsse ist der Staubgehalt der Wetter noch beträchtlich und liegt weit über der höchstzulässigen Menge.

16.4

Abwärtsbewetterung

In der neuesten Zeit gilt das Bestreben, in tiefen und heißen Gruben an Stelle der aufsteigenden die abfallende Wetterführung (Abwärtsbewetterung) aus folgenden Gründen einzuführen: 1. Die in die Abbaue strömenden Wetter sind nicht so stark durch Autokompressionswärme erwärmt, da sie von der höheren Sohle in die Abbaue gehen. 2. Der Einfluß der Gebirgswärme ist geringer, da die Wetter in die Abbaue durch Strecken gelangen, welche höher liegen und folglich eine niedrigere Temperatur haben. Bei einer geothermischen Tiefenstufe von 25 m und einem Sohlen-

I

Bewetterung sehr langer nicht durchächlägiger Strecken

327

abstand von 100 m ist die Gesteinstemperatur in der höheren Sohle u m 4 °C niedriger als in der nächsttieferen. 3. Die Wetter werden in den Strecken weder durch K o n t a k t mit geförderter Kohle noch mit Maschinen, die meist in den Förderstrecken aufgestellt sind, erwärmt. 4. Die natürliche Depression wird bei dieser Art Wetterführung oft (im Sommer) besser ausgenutzt, weil die Wetter den Ausziehschacht mit einer um einige Grade niedrigeren Temperatur erreichen als bei der aufsteigenden Wetterführung. 5. Die Verunreinigung der Wetter durch Staub ist bei der abfallenden Wetterführung geringer, da die in die Abbaue strömenden Wetter über Strecken geführt werden, in denen nicht gefördert wird. 6. Die Wetter befinden sich im Abbau mit der geförderten Kohle im Gleichstrom. Die relative Geschwindigkeit zwischen der geförderten Kohle und den Wettern ist folglich geringer. Die Wettergeschwindigkeit im Abbau kann daher evtl. erhöht werden, ohne daß die Staubkonzentration in den Wettern steigt. Nachteile der Abwärtsbewetterung: 1. Die bei der Förderung beschäftigten Arbeiter befinden sich in den wärmeren und mit Staub erfüllten Ausziehwettern. 2. Die Strecken und Baue der tieferen Sohle müssen durch die wärmeren verunreinigten Wetter bewettert werden. Sie kühlen daher entsprechend langsamer aus.

16.5 Bewetterung zweier Arbeitsstellen mit gleichem Wetterstrom Der von einer Arbeitsstelle auf die andere übergehende Wetterstrom m u ß vom Staub sowie von den Schießschwaden gereinigt werden. Deshalb werden die Wetter abgesaugt, durch einen Vorreiniger und dann durch eine Wetterlutte getrieben, in der sich eine Luftturbine mit 1400 U/min befindet. Diese Luftturbine treibt ein zweiteiliges Ventilatorrad an, dem eine Befeuchtungsflüssigkeit zugeführt wird. Das Ventilatorrad schleudert das Wasser auf den Umfang, wo sich ein geschlossener Wasserfilm bildet, der in die Schlammbunker abfließt. Der Luftverbrauch dieser Einrichtung ist groß (6 m 3 /min), die Lärmentwicklung beträchtlich.

16.6 Bewetterung sehr langer nicht durchschlägiger Strecken In langen Strecken würde der durch die Rücknahme der Ortsbelegschaft vor dem Schießen bis ans Streckenende in die Frischwetter verursachte Zeitverlust zu groß sein, insbesondere dann, wenn auch während der Schicht geschossen wird (wie dies beim Schnellstreckenvortrieb, der sehr häufig beim Auffahren langer Strecken angewandt wird, üblich ist). I n diesem Fall wird außer der

328

Bewetterung

Hauptwetterlutte in der Strecke in angemessener Entfernung vom Ort eine kürzere Wetterlutte eingebaut, mit welcher die gesamten staubhaltigen Wetter und die Schießschwaden angesaugt und über eine Stelle weggeführt werden, wo die Arbeiter sich aufhalten, bis das Ort von Staub und Schießschwaden frei ist (s. Bild 312a).

Abb. 312 a. Bewetterung des Ortes in sehr langen Strecken. Herstellung einer Schutzzone, wo die Ortsbelegung sich aufhält, bis das Ort von Staub und Schießschwaden gereinigt ist. Über die Schutzzone werden die staubhaltigen Wetter mittels einer kurzen Sauglutte weggeführt

16.7 Staubbekämpfung im Abbau bei der Arbeit mit Gewinnungsmaschinell Ablenkung der staubhaltigen Wetter vom Standort des Arbeiters Im Abbau bei der Arbeit mit Schrämmaschinen, Kombinen, Hobeln oder Abbaumaschinen anderer Art entsteht durch die Meißel oder Schneidmesser eine große Menge Staub 1 , so daß oft am Standort der Bedienungsleute der Maschine eine hohe Schwebestaubkonzentration entsteht, die auch durch den Wetterstrom nicht vermindert wird. Eine Vergrößerung der Wettermenge ist meist unzweckmäßig, weil die staubhaltigen Wetter erst nach einem längeren Weg durch die zugeführten Wetter verdünnt werden. Es genügt jedoch völlig, wenn man durch einen geeigneten Ventilator oder eine Düse die Staubwolke vom Arbeiter ablenkt, am besten durch Wegblasen in das benachbarte Eeld, vorausgesetzt, daß dort nicht gearbeitet wird. Wollte man die Staubkonzentration durch Zuführung einer größeren Wettermenge verringern, dann kann es geschehen, daß diese Wetter gerade durch das Nachbarfeld und andere Stellen strömen, wo dem Wetterstrom ein geringerer Widerstand entgegengesetzt wird, so daß der Staubgehalt der Wetter nur geringfügig vermindert wird. 1

Die kontinuierlich entstehenden Staubwolken bewegen sich zunächst zusammenhängend im Wetterstrom; erst allmählich erfolgt eine Vermischung mit den übrigen Wettern.

Einfluß des Grabenklimas auf die Silikose

329

16.8 Einfluß des Grubenklimas auf die Silikose In heißen Gruben unterliegen die Arbeiter weitaus mehr der Silikose- und Tuberkulosegefahr als in kalten Gruben. Das wurde eindeutig festgestellt in zwei benachbarten amerikanischen Gruben, in denen gleiches Erz gewonnen wird. In der einen Grube war die Temperatur hoch, in der anderen normal. Dabei traten in der heißen Grube mehr Silikosefälle auf als in der kalten Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß bei höherer Temperatur das Gewebe — auch das Bindegewebe der Lungen — schneller wächst als bei Kälte. Überhaupt verlaufen alle Lebens Vorgänge bei Wärme schneller als unter Kälte einwirkung, somit unterliegt der in einer heißen Grube beschäftigte Arbeiter früher dem Alterungsprozeß als der Arbeiter in einer Grube mit niedrigen Temperaturen. Man kann daher die Silikosegefahr auch durch eine richtige Klimatisierung bekämpfen. Das Grubenklima ist, wie bereits erwähnt, auch entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Bergleute 2 . Die nassen Staubbekämpfungsmaßnahmen, wie zum Beispiel Anwendung der Spülbohrung, Bespritzen des Haufwerkes und der Streckenstöße, Stoßtränken, Wasserverdüsung, erfordern mehr oder weniger große Mengen an Wasser. In heißen Gruben läßt sich jedoch die Feuchtigkeit nicht unbeschränkt steigern; deshalb muß man trockene Verfahren für die Staubbekämpfung weiterentwickeln und in größerem Maße anwenden. Diesem Problem sieht sich seit einiger Zeit besonders der Steinkohlenbergbau im Ruhrgebiet gegenüber. Mit dem ständigen Fortschreiten des Abbaus in größere Teufen müssen große Wettermengen zugeführt werden, um die Temperaturen auf einem möglichst günstigen Stand zu halten. Durch umfangreiche Staubbekämpfimg mit Wasser wird anderseits das Grubenklima erheblich verschlechtert. Es ist daher ein arbeitshygienisches Problem, ob man weiterhin nasse Staubbekämpfung in erheblichem Umfang beibehalten kann. Zusammenfassend kann man sagen: Durch Zuführung einer großen Wettermenge kann man die Staubkonzentration in vielen Fällen in erträglichen Grenzen halten. Die Wetter können eine größere Geschwindigkeit haben, insbesondere da, wo der Staub in den Strecken entweder verfestigt ist oder wo die Strecken feucht und staubfrei sind. Man muß selbstverständlich dafür sorgen, daß die in die Grube eintretenden Wetter staubfrei sind. Folglich muß der Einziehschacht so angelegt sein, daß die in die Grube strömende Luft keine Asche und keinen Staub von den Tagesbetrieben der Zeche, den Kraftwerken, der Kokerei oder anderen benachbarten 1 2

Beobachtungen von D. H a b r i n g t o n vom United States Bureau of Mines. Die Frage der Bekämpfung hoher Temperaturen kann hier nicht behandelt werden. Infolge ihrer Kompliziertheit erfordert sie eine selbständige Arbeit (vgl. a. B. S t o ö e s und B. C e r n i k , Bekämpfung hoher Grubentemperaturen [224]).

330

Bewetterung

Betrieben enthält. Insbesondere dort, wo mit Skip gefördert wird und wo beim Entladen viel Staub entsteht, sollte für eine Isolierung der Einziehwetter gesorgt sein. Es ist auch vorteilhaft, die Förderung in den Ausziehwetterstrom zu verlegen, weil dort der bei der Förderung entstehende Staub nicht bis in andere Grubenräume hineingetragen wird. Überhaupt wäre zweckmäßig die ganze Kohlenförderung in den Ausziehschacht und die Seilfahrt in den Einziehschacht zu verlegen. Überall da, wohin der Hauptwetterstrom nicht reicht, muß Sonderbewetterung eingeführt werden. Der verhältnismäßig gute Gesundheitszustand der französischen Bergarbeiter ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß dort die Gruben gut bewettert werden. J e Arbeiter werden wenigstens 100 1 Wetter pro Sekunde zugeführt. Der häufig beobachtete bessere Gesundheitszustand der Kohlenbergleute gegenüber den Erzbergleuten beruht mit darauf, daß die Kohlengruben weitaus gründlicher bewettert werden als die Erzgruben. Nach den Statistiken in den USA gab es in den Jahren um 1930 unter 200000 Erzgrubenarbeitern mehr Silikosekranke als unter den 700000 Kohlengrubenarbeitern. Wenn eine Arbeitsstätte vom durchziehenden Wetterstrom sehr weit entfernt liegt, kann auch Zirkulation^-Bewetterung angewandt werden, d. h. man führt die Staubluft der Entstaubungsvorrichtung zu, und die entstaubte Luft wird von neuem für die Bewetterung verwendet. Dabei geht man so vor, daß durch' die Entstaubungsvorrichtung nur ein Teil der Wetter geführt und die entstaubte Luft mit den an den Arbeitsplatz geführten Wettern vermischt wird. Welche Wettermenge in 1 Minute entstaubt bzw. wie groß die Leistungsfähigkeit der Entstaubungsanlage bemessen werden muß, hängt u. a. auch von ihrem Wirkungsgrad ab. Wegen Berechnung dieser Art Bewetterung vgl. SIMEÖEK [207b], S. 8 0 - 8 3 , und S M U C H I N [210b],

17 Staubentwicklung beim Abbau

17.1 Allgemeines Die Staubmenge in den Grubenwettern hängt weitgehend ab von dem petrographischen Charakter der Kohle und des Nebengesteins sowie von ihrer Feuchtigkeit. Die Zerkleinerung von Kohle und Gestein kann durch den beim Abbau sich entwickelnden Druck und durch die Bewegung des Hangenden sowie auch durch die Bewegung der Schichten bei deren Faltung beeinflußt werden. Man kann den Gebirgsdruck und die Bewegung der Hangendschichten beim Abbau bis zu einem gewissen Grade mit einer geeigneten Abbaumethode beherrschen; folglich kann man auf diese Weise in gewissem Umfange auch die Staubmenge beeinflussen (Abb. 313). Dabei darf man nicht außer acht lassen, daß eine weniger zermahlene Kohle mehr wertvolle grobe Stücke liefert, Abb. 313. Bei engem Abbauort zerwas vor allem bei nicht verkokbaren Kohlen drückt der Gebirgsdruck die Kohle wichtig sein k a n n (GRAHAM u n d JONES [73]).

oder das Erz viel weniger als bei

Von dem Abbauverfahren hängt auch die breitem, d. h. bei engem Abbauort Art der Bewetterung in erheblichem Maße ab, bildet sich weniger Staub. Bei engem und eine gründliche Bewetterung spielt bei der Abbauort ist auch der Wetterstrom konzentrierter und die Abführung Bekämpfung des Grubenstaubes und bei seiner des Staubes viel intensiver, jedoch Verdünnung eine äußerst wichtige Rolle. Des- ist die Staubkonzentration in der halb sind Abbaumethoden zu vermeiden, bei Zeiteinheit bei konstanter Staubdenen die einzelnen Abbaubetriebe tote Winkel entwicklung größer enthalten, die sich nur schwer bewettern lassen und bei denen die Wetter rückläufig geführt werden müssen. Das trifft beispielsweise beim Quer- oder Teilsohlenbruchbau zu. Da aber diese Verfahren anderseits viele Vorteile aufweisen, wird bei ihrer Anwendung eine Verbindung zwischen den Abbauen und der Wetterstrecke sowie dem im Liegenden aufgefahrenen Schacht hergestellt. In jeder Grube ist die Bewetterung der noch nicht durchschlägigen Strecken am schwierigsten, so daß die Streckenauffahrungen einen bedeutenden Anteil an der Verbreitung der Silikose haben können. Folglich soll man nach Möglichkeit solche Abbauverfahren wählen, bei denen nur wenige Strecken notwendig sind, und auch diese sollten unter Beachtung aller Staubbekämpfungsmaßnahmen aufgefahren werden.

332

Staubentwicklung beim Abbau

Auch sind solche Abbauverfahren nicht vorteilhaft, die große Mengen Holz erfordern, weil Holz der Fäulnis unterliegt, dadurch die Wetter verschlechtert werden und die Grubentemperatur ansteigt. Beim Strebbau ist diese Gefahr gering, da das Holz schnell im Versatz oder im Verbruch verschwindet und kaum fault. Aber bei einigen Erzabbaumethoden, etwa beim Quer- und Teilsohlenbruchbau, ist dies wichtig. Eine zweckmäßige Abbaumethode muß vor allem eine gründliche Bewetterung aller Betriebspunkte ermöglichen: Sämtliche Betriebspunkte sollten durchgehend m i t F r i s c h w e t t e r n v e r s o r g t w e r d e n . Die Arbeiter der Staub von ihnen weggeführt wird.

sollen möglichst

so stehen,

daß

Bi c

Abb. 314 a—e. Stoß- und Schrägbau mit verschiedenen Verhiebarten

Damit der Wetterstrom längs des Abbaustoßes zentralisiert verläuft und die Wetter sich nicht unnötig auf einen großen Querschnitt verteilen, werden in einigen Gruben längs des Stoßes Wettertücher gespannt oder Wetterdämme gebaut. Außerdem empfiehlt sich eine Abbaumethode, bei der im Abbau nur wenige Arbeiter tätig sind, bei der ferner das Mineral nicht von Hand verladen und oft umgeschüttet zu werden braucht und bei der eine große Hauerleistung erzielt wird. I m Kohlenbergbau ist dies mit Strebbau schwer zu erreichen. Dagegen erfüllen beim Erzbergbau in der Hauptsache der Magazinbau und Teilsohlenbau diese Bedingungen. Bei der Gewinnung hilft das Gewicht des Minerals mit, das Haufwerk schiebt sich selbsttätig zu den Rollen, von wo es dann leicht in Wagen verladen werden kann. Die Ausbauarbeiten sind unbedeutend, und die Bewetterung ist sehr wirkungsvoll. Das Versetzen des abgebauten Raumes entfällt überhaupt. Leider sind diese Verfahren nicht überall anwendbar (Abb. 332, 338).

Allgemeines

333

Bei den verschiedenen Abbauverfahren können sehr unterschiedliche Staubmengen entstehen. Es seien hier einige Beispiele angeführt, aus denen die Wichtigkeit dieser Frage deutlich hervorgeht. Angenommen sei ein steil gelagertes Kohlenflöz mittlerer Mächtigkeit, das man wie folgt abbauen kann: 1. Streichender Schrägbau mit schwebendem Verhieb (Abb. 314a).

2. Streichender Schrägbau mit fallendem Verhieb (Abb. 314b). 3. Fallender Stoßbau mit fallendem oder schwebendem Verhieb (Abb. 314c, d). 4. Streichender Strebbau mit streichendem Verhieb (Abb. 314e). Vergleichen wir nun diese Verfahren vom Standpunkt der Staubentwicklung.

Abb. 315. Bei firstenbauartiger (verkehrt treppenartiger) Stoßform sammelt sich viel Staub in den Winkeln, die sich schwer bewettern lassen. Sägeblattartiger Verhieb ist mit Rücksicht auf die Abführung des Staubes durch den Wetterstrom günstiger als firstenbauartiger Verhieb. Die Fallhöhe der Kohle soll nicht zu groß sein

Beim ersten Verfahren fällt die abgebaute Kohle entweder auf einen am Versatz liegenden Verzug aus Brettern oder Kutschen, oder die Kohle rutscht nur auf der Versatzböschung (Abb. 315). Die Staubbildung ist groß, insbesondere a) wenn die Höhe zwischen dem Stoß und der Versatzoberfläche oder den Rinnen groß ist; durch Verringerung der Fallhöhe kann man die Staubentwicklung wesentlich beeinflussen 1 ; b) wenn der Stoß und die Neigung der Rinnen oder des Verzuges, auf denen sich die Kohle fortbewegt, steil ist; deshalb muß der Abbaustoß angemessen 1

HAHN [79] berichtet von zwei Meßreihen, die im Ruhrgebiet in einem 60 m langen Streb eines steil (65°) einfallenden und 1,80 m mächtigen Flözes bei verschiedenem Abstand der Bergeböschung vom Abbaustoß durchgeführt wurden. Sie hatten folgendes Ergebnis: Bei einem Böschungsabstand von etwa 8 m wurde durch Tyndalloskopmessungen über eine volle Schicht die durchschnittliche Konzentration des Feinstaubes unter 5 ¡im mit k — 77 ermittelt (über die Bedeutung der Größe k siehe Näheres auf S. 73, Kap. 5), während bei 3 m Böschungsabstand der fc-Wert nur 51 betrug. Die gleichzeitige Kontrollmessung mit dem Gothe-Filtergerät ergab eine Abnahme des Feinstaubes von 106 mg/m 3 auf 74 mg/m 3 , •d. h. um 30%. Die Belegung des Strebs war in beiden Fällen gleich, ebenso die Förderung.

334

Staubentwicklung beim Abbau

schräg gehalten werden. Bei großer Neigung sind Bremsrinnen und in den Rollen Spiralförderer oder Bremsrinnen zu benutzen; c) wenn der Arbeitsplatz dicht belegt wird, insbesondere bei langem Abbaustoß; in diesem Falle sind bei den letzten Einbrüchen die Wetter derart durch Staub belastet, daß sie im oberen Abbauteil die Hauer bei der Arbeit sehr behindern.

b)

Abb. 316 a u. b. Verkehrt treppenartige und sägeblattartige Stoßform

Ist der Abbaustoß steil, so kann man die Staubentwicklung durch Sperren und Wurfrinnen einschränken; durch sie wird der freie Fall bzw. das schnelle Abrutschen auf der Böschung eingeschränkt. Dann rutscht die Kohle nur zu den Sperren, von wo sie jeweils zu der tieferen Sperre abgezogen wird; bei diesem Verfahren bewegt sich die Kohle in einem geschlossenen Strom, und die Staubentwicklung ist bedeutend niedriger, als wenn jedes einzelne Stück auf der Böschung schnell abrollt.

Allgemeines

335

Weiterhin ist wichtig, wie der Stoß ausgebildet ist, ob firstenbauartig oder sägeblattartig abgebaut wird; ferner, ob es längs des Stoßes tote Winkel gibt, die nur schwer zu bewettern sind (Abb. 316). Außerdem ist die Breite des Raumes zwischen dem Stoß und dem Verbrach wichtig. In breitem Abbau verteilt sich der Staub in größerem Raum, somit ist seine Konzentration kleiner; dagegen ist der Wetterstrom weniger konzentriert und die Geschwindigkeit geringer. Deshalb sei man bestrebt, die Anzahl der toten Winkel möglichst kleinzuhalten; auch sollen sie nicht allzu tief sein. In dieser Hinsicht ist der Abbau nach Abb. 316b (die Einbrüche im Stoß haben die Form einer Säge) vorteilhafter als der nach Abb. 317. Bei einfallendem Abb. 316a. Ganz anders hegen die Verhältnisse, Schrägbau bildet sich wenig wenn eine solche steile Lagerstätte mit einfallen- Schwebestaub. Der Kohlenstoß läßt sich leicht befeuchten; es dem Schrägbau abgebaut wird. Bei diesem fällt genügt, ihn am oberen Ende zu die Kohle nicht aus großer Höhe, sie bewegt sich berieseln, so daß das Wasser nur auf einem angemessen geneigten Stoß, so daß langsam herabfließt die Staubentwicklung bedeutend niedriger ist. Wird fallend abgebaut, so hat dies noch einen weiteren großen Vorteil: Ein solcher Abbaustoß läßt sich leicht befeuchten, man braucht ihn am oberen Ende nur zu berieseln, so daß das Wasser langsam herabfließt (Abb. 317). Der Kohlenstoß kann also leicht feucht gehalten werden, ebenso das Haufwerk, das sich zur Förderstrecke abschiebt. Ähnlich liegen die Verhältnisse beim dritten Verfahren, d. h. bei fallendem Verhieb (beim einfallenden Stoßbau, Abb. 318). Auch bei diesem fällt das Hauf-

Abb. 318. Bei einfallendem Stoßbau bildet sich wenig Schwebestaub. Der Kohlenstoß läßt sich leicht befeuchten ; es genügt, ihn am oberen Ende zu berieseln, so daß das Wasser langsam herabfließt

336

Staubentwicklung beim Abbau

werk nicht aus der Höhe in die Förderrutschen, es schiebt sich hier ebenfalls nur auf einem schräggestellten Stoß ab; auch hier können Stoß und Haufwerk sehr leicht feucht gehalten werden. Bei diesem Verfahren ist der Abbau auch verhältnismäßig kurz und wird in der Regel schwächer belegt, so daß die Staubentwicklung begrenzt bleibt. Die Bewetterung des Stoßes ist jedoch ziemlich schwierig. Der Raum, in welchem sich der Staub verteilen kann, ist allerdings groß und die Staubkonzentration deshalb nicht bedeutend.

Abb. 319. Bei schrägem Stoßbau bildet sich wenig Schwebestaub. Der Kohlenstoß läßt sich leicht befeuchten; es genügt, ihn am oberen Ende zu berieseln, so daß das Wasser langsam herabfließt

Ebenso verhält es sich bei schrägem Stoßbau, wie aus Abb. 319 zu erkennen ist. Bei streichendem Abbau fällt die Kohle längs des steilen Stoßes herunter und kann eine starke Staubentwicklung zur Folge haben (Abb. 320). Diese kann man nur durch zweckmäßig gestellte Wurfrinnen vermindern. Der Raum, in dem sich der Staub verteilen kann, ist gewöhnlich breit. Die große Staubentwicklung kann dazu zwingen, die Abbaue nicht allzu stark zu belegen, wenn sie derart bewettert werden, daß die Wetter aus einem Abbau in andere Abbaue übergehen (im Wetterstrom hintereinander geschaltet). Deshalb

Staubbekämpfung beim Bergeversatz

337

mußte man in Kladno beim Pfeilerbau die Bauabschnittsbreite und damit die Länge einer Reibe von Abbauen verkürzen und konnte statt einer großen Zahl von Abbauen nur eine kleinere in Betrieb nehmen.

Abb. 320. Bei streichendem Abbau fällt die Kohle längs des steilen Stoßes mit großer Geschwindigkeit herab, und es bildet sich viel Staub

17.2 Staubbekämpfung beim Bergeversatz Man soll Versatzgut, das von Natur aus viel Feinstaub enthält oder das beim Versetzen viel Feinstaub bildet, möglichst nicht als Versatzmaterial verwenden. Beim Transport der Versatzberge über oder unter Tage sollen die gleichen Vorkehrungen getroffen werden wie bei der Haufwerkförderung. Demnach sollen Laden, Fördern, Umladen und Entleeren so gehandhabt werden, daß sich dabei möglichst wenig Staub bilden kann. Starub rührt insbesondere aus Bergegut her, das leicht zerbrechende Gesteine enthält. Auch soll der Versatz möglichst dicht sein, damit er bei Luftdruckveränderungen keine Luft aufnimmt, die dann bei Druckminderung aus dem versetzten Raum ausströmt und gegebenenfalls auch den Feinstaub mitführt. Beim Versetzen der Abbaue in steilen und halbsteilen Flözteilen muß besonders darauf geachtet werden, daß der Versatz feucht ist, weil sonst beim Stürzen des Wagens und bei der schnellen Bewegung des Gutes in dem abgebauten Raum Staubwolken entstehen. Die Abgänge der Aufbereitungsanlagen sind gewöhnlich schon feucht; wenn sie jedoch längere Zeit stehen, hauptsächlich während der Sonn- und Feiertage, so trocknen sie, wenigstens an der Oberfläche, aus und liefern dann beim Verkippen oder Verblasen viel Staub. I n solchen Fällen müssen die Bergewagen daher vor dem Entleeren gründlich mit Wasser berieselt werden. Der Blasversatz bildet fast immer viel Staub. Deshalb ist grundsätzlich nasses Bergegut zu verwenden. HAHN [79] nennt folgende Maßnahmen, durch die hohe Staubkonzentrationen beim Blasversatz auf ein tragbares Maß reduziert werden können: 22

Silikosebekämpfung

338 1. 2. 3. 4. 5.

Staubentwicklung beim Abbau

Ausreichende Anfeuchtung des Blasgutes; guter Abschluß des Blasfeldes durch einen langen Verschlag; Befeuchten der alten Versatz wand und des Liegenden; möglichst wenige und nur kurze Unterbrechungen des Blasens; gerade verlegte Leitungen mit möglichst wenig Krümmern.

Durch gutes Anfeuchten der Blasberge, möglichst noch kurz vor ihrem Eintritt in die Blasmaschine, werden die beim Blasen entstehenden Staubmengen bereits

Fall 7: Gute An

feuchtung

Gute |Schlechte Anfeuchtung Ver blasene Bergt 145Wg. 160 Wg. ßesamtmeßzeif 300min 320min Prozentualer Zeifanteild. Vorgänge 4% a) Anblasen 5°/o nach Pausen 44% 53 °/o b) Blasen 52% 42% c) Stillstand Blasgui

Anblasen

-Stillstände-

A b b . 321. S t a u b b i l d u n g bei g u t e r u n d schlechter A n f e u c h t u n g d e s B l a s g u t e s

wesentlich vermindert. H A H N [79] berichtet von zwei Meßreihen (Tyndalloskopmessungen), die beim Blasversatz unter verschiedenen Betriebsverhältnissen durchgeführt wurden. Es ergab sich bei schlechter Anfeuchtung der Berge eine Staubdichte von durchschnittlich 540T/cm 3 mit einem Bergeanteil von 385 T b /cm 3 ; bei guter Anfeuchtung des Blasgutes lagen die entsprechenden Werte um 270T/cm 3 und 125 T b /cm 3 . Das entspricht einer Verringerung des Gesamtstaubes (Kohle und Berge) um 50% und des Bergeanteils um 68% in den Fraktionen 5—1 (xm (Abb. 321). Ebenso wichtig ist es, häufige Unterbrechungen des Blasens zu vermeiden und die wirklich erforderlichen Pausen möglichst kurzzuhalten: Jedes Wiederanblasen nach einer Unterbrechung erhöht die Staubentwicklung beträchtlich, da der an den Rohrwandungen angesetzte feine Abrieb während der Blaspause schnell

339

Staubbekämpfung beim Bergeversatz

trocknet u n d beim Wiederbeginn des Blasens als Wolke feinen Staubes aus der Leitung gestoßen wird. Die ungünstige Wirkung zahlreicher Blaspausen auf die Staubkonzentration ist aus Abb. 321 zu erkennen. 44 bzw. 5 3 % der gesamten Meßzeit jeder Meßreihe (300 bzw. 320 Minuten) entfielen auf das reine Blasen, 52 bzw. 4 2 % auf die Blaspausen u n d 4 bzw. 5 % auf das Wiederanblasen nach Blaspausen. I n den graphischen Darstellungen sind f ü r jeden dieser drei Vorgänge die mittleren Staubkonzentrationen wiedergegeben. Augenfällig ist dabei der große Unterschied zwischen den Spitzenwerten beim Anblasen nach Pausen u n d den Durchschnittskonzentrationen beim Blasen. Beachtenswert ist außerdem der

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50 [im besteht, so daß kein nennenswerter Anteil lungengängiger Korngrößen darunter ist. 3. Zu verwenden ist ein Staub, der sich in der Lunge auflöst. 4. Das Bestauben mit Kalkstein, Kochsalz oder Gips ist zu bevorzugen. 5. Nach Möglichkeit soll man von der Bestaubung absehen und der Staubexplosionsgefahr durch Befeuchten, Wasserbesatz, evtl. durch Zusatz von Netzmitteln, hygroskopischen Stoffen und Verfestigungsmitteln begegnen. Die Gefahr der Schlagwetter- und Kohlenstaubexplosion kann bekanntlich eingeschränkt, ja sogar fast gänzlich verhütet werden, wenn dem Kohlenstaub Gesteinsstaub zugesetzt wird. Demzufolge werden bei starker Methanentwicklung und großer Kohlenstaubbildung die Strecken eingestaubt. In dieser Bestaubung der Grubenbaue liegt eine Quelle der Silikoseerkrankung der in den Kohlengruben beschäftigten Arbeiter, wenn quarzhaltiger Gesteinsstaub verwendet wird. Der Arbeiter ist gezwungen, nicht nur den Kohlen-, sondern auch noch den Gesteinsstaub einzuatmen. Seine Organe, die das Ausscheiden und die Entfernung des Staubes besorgen, werden übermäßig beansprucht. Zum Zwecke guter Zerstäubung des Gesteinsstaubes werden die Arbeitsplätze und Strecken trocken gehalten, weil sonst eine Bestaubung unmöglich wäre. Unter diesen Umständen ist es nicht einmal möglich, durch Befeuchten den Kampf gegen den Kohlenstaub aufzunehmen. Heute wird mit Kalkstaub (Marmormehl) eingestaubt, weil er sich in der Lunge auflöst. Ob aber der Kalkstaub, wenn er in größerer Menge eingeatmet wurde, nützlich für die Lunge ist, muß bezweifelt werden, obwohl es auch solche Ansichten gibt (vgl. S. 364). Außerdem enthält jeder Kalkstein auch Quarz wechselnden Prozentgehaltes, so daß bei Kalksteinbestaubung die Grube ebenfalls mit Quarzstaub bestäubt wird. Auch wenn Kalkstein verwendet wird, der nur wenig Quarz enthält, so bedeutet dies bei der großen Staubmenge, die wir in die Gruben hineinbringen, doch eine gewisse Gefahr. Zu empfehlen ist, soweit möglich, statt des Einstäubens hygroskopische Salze zu verwenden {vgl. S. 261, 299).

Staubabscheidung mit Hilfe von Ultraschall

359

Im Ruhrbergbau wird der Gesteinsstaub, der in der Grube verwendet werden soll, vorher sehr genau überprüft, ehe er zur Verwendung freigegeben wird: Bei der Zulassung einer Staubsorte zur allgemeinen Verwendung beim Gesteinsstaub verfahren müssen in gesundheitlicher Hinsicht folgende Bedingungen erfüllt sein: a) Kalk- oder Dolomitstaub soll zu mehr als 95 Gewichts-% in Salzsäure löslich sein. b) Wehn die Forderung a) nicht erfüllt ist, dann darf der Gesamt-Kieselsäuregehalt in der Kornfraktion unter 20 fxm nicht mehr als 10 Gewichts - % betragen. Bei einer Gesamt-Kieselsäure unter 5 Gewichts-% ist der Staub in hygienischer Hinsicht geeignet. c) Liegt der Gesamt-Kieselsäuregehalt der Fraktion unter 20 ¡xm zwischen 5 und 10 Gewichts-%, so muß der Quarzgehalt des Feinstkornes unter 5 [im bestimmt werden; er darf nicht mehr als 5 Gewichts-% dieser Fraktion betragen. Auch die zugelassenen Staubsorten werden laufend überprüft: So muß jeder Staubsorte, die auf den Zechen über Tage zur Verwendung in der Grube bereit gehalten wird, vierteljährlich eine Probe entnommen werden; diese Proben werden von einem Hygieneinstitut darauf geprüft, ob die einzelnen Staubsorten den Zulassungsbedingungen der Bergbehörde noch entsprechen. In der DDR muß der Gesteinstaub als unschädlich für die Gesundheit der Bergleute von der Arbeitsschutzinspektion zugelassen sein.

18.2 Staubabscheidung mit Hilfe von Ultraschall • Mit Ultraschall kann der Feinstaub, dessen Abscheidung durch Wasser schwierig, wenn nicht unmöglich ist, niedergeschlagen werden. Der Ultraschall, wie auch jeder andere Schall, bringt die in der Luft schwebenden Partikelchen in starke Schwingung. Dabei bilden sich in der Luft Stellen geringer und großer Staubkonzentration. An den Verdichtungsstellen kommt es zur Koagulation der Partikeln, die dann aussedimentieren. Für eine möglichst weitgehende Abscheidung müssen Korngröße und Schwingungszahl aufeinander abgestimmt sein. Da die Frequenz leicht geändert werden kann, ist es möglich, auch den gefährlichen Feinstaub mit Erfolg abzuscheiden. In der Praxis werden Schwingungen von 50— 2000 kHz angewandt. Der Ultraschall breitet sich mit gleicher Geschwindigkeit aus wie der Schall, also etwa mit 330 m/s. Für die Abscheidung des Staubes eignet sich am besten ein mit Preßluft angetriebenes Schallgerät (Sirene). Leider ist für die leistungsfähigen Geräte ein hoher Preßluftdruck erforderlich. Da der Ultraschall auf den menschlichen Organismus ungünstig wirkt, muß die Abscheidung des Staubes durch Ultraschall auf die Zeit nach dem Schießen, auf gewisse Grubenabschnitte, auf Lutten und Wetterkanäle beschränkt bleiben, gegebenenfalls müßten auch wirksam^ Abschirmmittel gefunden werden. Die Staubabscheidung mit Hilfe von Ultraschall wird besonders da von Bedeutung

360

Gesteinsstaubverfahren und Ultraschall

sein, wo Wasser und andere Flüssigkeiten mit Rücksicht auf das Grubenklima nicht benutzt werden können. Die praktische Anwendung des Ultraschalls macht noch experimentelle Untersuchungen sowie den Bau geeigneter Geräte notwendig. Wegen der noch zu hohen Anlage- und Betriebskosten ist das Verfahren jetzt noch nicht tragbar. Die Staubniederschlagung mit Hilfe von Ultraschall käme vielleicht da in Betracht, wo man aus klimatischen oder anderen Gründen zur Staubniederschlagung weder Wasser, Wassernebel oder ähnliche Mittel anwenden kann, wie es beispielsweise im Kolargebiet (Indien) der Fall ist, wo das Wasser die Luftfeuchtigkeit übermäßig erhöhen und die Arbeit in der Grube ganz unmöglich machen würde. Gerade deshalb sind in diesem Gebiet etwa 47% der Belegschaft silikosekrank, obwohl die Arbeitszeit nur auf wenige Stunden täglich beschränkt ist.

19 Schutzaerosole

19.1 Allgemeines Bei der Staubbekämpfung können die Aerosole auf folgende Weise angewendet werden: 1. direkt in der Grube zur Staubkoagulation [45, 46, 47, 192, 61]; 2. prophylaktisch dadurch, daß die gefährdeten Bergarbeiter Aerosole derartiger Stoffe einatmen, die den Quarzstaub in der Lunge unschädlich machen sollen. Beide Methoden finden heute bereits in einigen Ländern Anwendung. Das abschließende Urteil kann jedoch, wie bei jedem Mittel gegen Silikose, erst nach mehrjähriger Verwendung gegeben werden. Allgemein vertritt man im Institut für Grubenhygiene in Hasselt (Belgien) die Ansicht, daß bei der Silikosebekämpfung in Gruben klassische Methoden am wirksamsten sind, insbesondere das Tränkverfahren, die Spülbohrung und Staubbefeuchtung. Der Verwendung von Aerosolen wird dort weder in technischer noch in medizinischer Hinsicht ein Wert zugeschrieben, ja man glaubt sogar, daß ihre Einführung eine Vernachlässigung der Anwendung der klassischen Staubbekämpfungsmaßnahmen zur Folge haben und dadurch sogar Schaden verursachen könnte. Aus diesem Grunde werden in belgischen Gruben keine Aerosole verwendet; die betreffenden Einrichtungen wurden außer Betrieb gesetzt. Auch bei der Hauptstelle für Staub- und Silikosebekämpfung, einer Einrichtung des Steinkohlenbergbau Vereins Essen, ist man zu der Ansicht gelangt, daß die Verwendung von Aerosolen zur Grubenstaub- und Silikosebekämpfung ohne Bedeutung ist.

19.2 Verwendung von Aerosolen unter Tage zur Staubkoagulation 19.21 Theoretische Grundlagen Im Gegensatz zu Hydrosolen, die unter gewissen Voraussetzungen recht stabil sein können, sind Aerosole im allgemeinen sehr labil. Das hat zur Folge, daß es in staubiger Atmosphäre nicht nur durch Sedimentation, sondern auch durch Koagulation zu Veränderungen der Staubkonzentration kommt. Diese Vorgänge sind bis heute noch nicht in allen Einzelheiten geklärt. Grundsätzlich kann man aber sagen, daß die Teilchenzahl in der Raumeinheit für den Verlauf der Koagulation das Wichtigste ist. Die Koagulationsgeschwindigkeit wächst nach theoretischen

362

Schutzaerosole

Erwägungen mit dem Quadrat der Teilchenzahl. Die Koagulationstheorie monodisperser Systeme hat V O N S M O L U C H O W S K I begründet. Nach M Ü L L E R , der V O N S M O L T J C H O W S K I S Theorie auf die polydispersen Systeme ausdehnte, wächst die Koagulationsgeschwindigkeit bei gleichzeitigem Auftreten größerer und kleinerer Teilchen, wobei sich die kleineren Teilchen an die größeren anlagern, die als Koagulationszentren wirken. WHYTLAW-GKAY konnte die theoretischen Feststellungen von V O N S M O L U C H O W S K I und M Ü L L E R experimentell beweisen. Daraus ergibt sich die praktische Forderung, dem Staub ein disperses Aerosol möglichst geringer Teilchen-

Abb. 340. Aerosol-Gerät nach DAUTREBANDE 1 Preßluftanschlüsse, die 4 Reihen von je 12 Zerstäubern versorgen; 2 Z e r s t ä u b e r ; erweiterte R o h r e ; 4 Pralldiich f ü r den Rückfluß der nicht zerstäubten Flüssigkeit in lösung; 5 A u s t r i t t s ö f f n u n g f ü r das Aerosol; 6 Behälter f ü r die Keserveflüssigkeit; 8 EinfüllöfFnung; 9 Dreiwegehahn zur Verbindung des Reservebehälters mit d e m oder zur E n t l e e r u n g

3 kugelförmig die Ausgangs7 Niveaurohr; Zerstäuberteil

große zuzuführen, um optimale Koagulationsbedingungen zu erzielen. Dieser Forderung wurde zuerst D A U T R E B A N D E gerecht, dem es gelungen ist, Aerosole aus Kochsalz einer mittleren Teilchengröße von 0,05 ¡j.m herzustellen (Abb. 340). Die Teilchen sind also außergewöhnlich fein und gleichmäßig: bis zu 97% der Teilchen sind < 0 , 2 jj.m. Jedoch geht die Koagulation in einem solchen Aerosol wegen der relativ einheitlichen Teilchengröße nur in geringem Maße vor sich. Bei der Koagulation ist eine etwaige elektrostatische Aufladung der Staubteilchen von großer Bedeutung. Quarzstaub hat im allgemeinen eine negative elektrische Überschußladung. Wenn wir also dem Quarzstaub irgendeinen Staub mit positiver Ladung beimengen, dann werden die entgegengesetzt geladenen Teilchen sich gegenseitig anziehen, zusammenballen und ausflocken, ähnlich wie

Verwendung von Aerosolen unter Tage zur Staubkoagulation

363

dies bei Hydrosolen der Fall ist. Auch diese werden dadurch ausgefällt, daß man einen Stoff mit entgegengesetzter elektrischer Ladung hinzufügt. Nach Ansicht einiger Autoren sind Kohle, Haematit, Kalkstein und Gips positiv elektrisch geladen. Es ist also möglich, sie als Schutzstaub zu verwenden. Will man sie anwenden, muß man den Quarzstaubgehalt der Luft, die Größe der elektrischen Ladung und die Mindestmenge des Schutzstaubes kennen, damit die elektrische Ladung des Quarzstaubes kompensiert wird. Ein Überschuß von Schutzstaub entsprechender Zusammensetzung (Kalkstein, Gips) ist unschädlich. 19.22

DAUTREBANDEscher A e r o s o l z e r s t ä u b e r

Der D A U T R E B A N D E s c h e Aerosolzerstäuber erfüllt zwei Grundforderungen der Wirkung: die submikroskopische Größe der Teilchen und die Bildung einer genügenden Aerosolmenge. Die D A U T R E B A N D E s c h e n Geräte sind verhältnismäßig billig, Anschaffungskosten und Kosten für die Einführung in der Grube relativ gering. Der Betrieb erfordert jedoch eine große Druckluftmenge und außerdem chemisch reines Natriumchlorid. Man nimmt an, daß die Anwendung von Zerstäubern nach DAUTBEBANDE mit genügender Kapazität und Wirkung in der Grubenpraxis einen ungefähr zehnmal größeren Kostenaufwand erfordern würde als der Einsatz der bisher bewährten technischen Staubbekämpfungsmaßnahmen (Befeuchten, Absaugen, Bewettern). Außerdem greift das Natriumchlorid-Aerosol die Grubeneinrichtungen an. REGINSTER von der Klinik für Innere Krankheiten in Lüttich, der die b e l gischen Gruben kennt und auch die Kupfer- und andere Gruben im früheren Belgisch-Kongo besichtigt hat, behauptet, daß in Belgien keine neuen Silikosefälle mehr vorkommen, seit die Kohlenstöße mit Wasser getränkt und andere Staubbekämpfungsmaßnahmen angewendet werden. Man könne die Wirkung der D A U T R E B A N D E s c h e n Agglutinationsaerosole auf das Vorkommen neuer Silikosefälle nicht verläßlich feststellen. REGINSTEE hält jedoch diesen Weg nicht für besser als den bisherigen. Die Biologische Abteilung des Institutes für Silikoseforschung der Gesellschaft Rh einpreußen AG für Bergbau und Chemie in Homburg spricht sich gegen die Anwendung von NaCl-Aerosolen nach DATJTREBAJiDE zur Verminderung des Staubgehaltes aus. Angeblich sollen nur die kleinen Teilchen agglutinieren und auch die Aggregate noch im Bereich der gefährlichen Größe der Staubteilchen bleiben. Zur Entstehung größerer Aggregate wäre eine hohe NaCl-Konzentration notwendig, die hier aber nicht zu vertreten ist (evtl. Reizung der Atemwege; Korrosion der Maschinen). Der Betrieb mit NaCl-Aerosol ist teuer, vielleicht kostspieliger als die Verbesserung der Bewetterung [172],

364

Schutzaerosole

19.3 Inhalation von Aerosolen oder Schutzstäuben 19.31 Inhalation von Kalziumstaub In der Kalkindustrie, sowohl in Deutschland als auch in anderen Staaten, ist es eine bekannte Tatsache, daß die dort beschäftigten Arbeiter nicht an Silikose und Tuberkulose erkranken. Kalkhaltiger Sandstein ruft bei den Arbeitern sehr selten Silikose hervor. SCHOTT, GRIMM und ANSELM [ 1 0 4 a] äußern sich in Abhandlungen über Zementstaub in gleicher Weise. Im Laufe ihrer langjährigen Tätigkeit konnten sie bei Zementfabrikarbeitern keinen einzigen Fall von Silikose oder Tuberkulose feststellen. Große Bedeutung haben Beobachtungen über die Sihkosehäufigkeit bei den Erzbergleuten im Siegerland und im Lahn-Dill-Gebiet erlangt. Nach L A N D W E H R waren im Siegerland etwa 20% der Belegschaft an Silikose erkrankt, im LahnDill-Gebiet dagegen nur 3%. Bei der gleichen Arbeitsweise in den beiden Gebieten ist die Ursache wahrscheinlich darin zu suchen, daß das Gestein im Lahn-DillGebiet kalkreich, das siegerländische Gestein dagegen kalkarm ist. Bestätigt wurde diese Vermutung durch Versuche der Bergbau-Berufsgenossenschaft im Siegerland mit Inhalieren des Kalkpräparates Sucal, das vorwiegend Anhydrit und Gips enthält [103]. Gegenüber der Aluminiumstaubtherapie, die eine genaue Dosierung erfordert, hat die Kalktherapie den Vorteil, daß sie auch bei größeren Mengen keine Schäden verursacht. Nach MATTHIAS [145] wurde 1949 die Trockeninhalation von Kalziumpulver versuchsweise auf einer Steinkohlenzeche der Rheinpreußen-AG eingeführt. Bis 1956 inhalierten etwa 1000 Bergleute regelmäßig. Von 422 Personen gibt es mehrere fachärztliche Untersuchungsbefunde, so daß festgestellt werden konnte, daß sich in dem Zeitraum von 1949 bis 1956 nur bei 7,4% die Silikoseerkrankung verschlimmert hatte. Zum Vergleich: Auf dem Nachbarwerk, wo nicht inhaliert wurde, verschlechterte sich das Krankheitsbild bei 90% der Silikosekranken. Der Krankenstand betrug hier 231 Kranke/1000 Mann Belegschaft. Man zog daraus den Schluß, daß der kalkhaltige Staub die Entwicklung der Silikose hemmen, ja sogar heilend wirken könne. Die vorbeugende und heilende Wirkung gewisser Kalziumverbindungen bei Entzündungen ist in der Medizin schon länger bekannt, jedoch sollten die Auswirkungen der Kalziuminhalation nicht überschätzt werden. Wirklich eindeutige Erfolge sind in den letzten Jahren nicht mehr bekannt geworden. Die Inhalation von Kalzium-Aerosolen ohne elektrische Aufladung, einschließlich des Wiesbadener Wassers, wurde früher als Massen-Präventiv-Inhalation auf der Grube Hannibal eingeführt, und zwar durch Chemiker und Techniker auf Grund empirischer Erfahrungen. Noch heute werden die Aerosole in einigen Porzellanfabriken in Bayern verabreicht, wo die Ärzte ohne besondere objektive Beweise angeblich an eine gewisse präventive Wirkung glauben (ZÖLLNER). Sonst

Inhalation von Aerosolen oder Schutzstäuben

365

haben ärztliche Untersuchungen an Menschen und Experimente an Tieren (z. B. von Di B I A S I , JÖTTEN, SCHILLER) überhaupt keine Wirkung weder für die Prävention noch für die Heilung bewiesen. Mit Ausnahme von ZÖLLNER verhalten sich die anderen Autoren zu dieser Frage durchweg ablehnend. 19.32 Inhalation von Aluminiumstaub Vor einigen Jahren machte man den Vorschlag, den in silikosegefährlichen Gruben arbeitenden Bergleuten eine kleinere Menge Aluminiumstaub zum Einatmen zu verabreichen, weil dieser die Auflösung von Quarz verhindern und somit die Entstehung der Silikose verhüten soll. Man hat die Erfahrung gemacht, daß in Fabriken, in denen AluminiumGeschirre mit Quarzsand geputzt werden, nur sehr selten Silikosefälle auftreten. Diese Tatsache fand allgemeine Beachtung, als 1 9 3 7 die drei Kanadier D E N N Y , R O B S O N und I R W I N über entsprechende Versuche berichteten. Sie konnten durch Tierversuche nachweisen, daß die silikogene Wirkung der Kieselsäure durch metallisches Aluminium stark herabgesetzt werden kann. Voraussetzung dafür ist äußerst feinkörniger Aluminiumstaub, aus dem sich in der Lunge amorphes wasserhaltiges Aluminiumoxyd bildet, das sich dann als Schutzhülle um die •Quarzteilchen legt. Quarzstaub hat eine negative elektrische Ladung, der Aluminiumoxydstaub eine positive. Werden beide Staubsorten vermischt, dann neutralisieren sich beide Ladungen, und das Ergebnis ist eine Zusammenballung zu größeren Aggregaten, die durch die engen Atemwege nicht in die Lungen gelangen können. Quarz- wie auch Aluminiumstaub können an sich schädlich sein, falls sie den Weg in die Lungen finden. Der erste kann Silikose, der zweite Aluminóse hervorrufen. Wenn einer dieser Stäube in größerer Menge vorhanden oder wenn einer stärker aufgeladen ist, dann bleibt die Zusammenballung teilweise aus, und ein Teil der Partikelchen gelangt in die Lunge. Bei der Aluminiumtherapie müßte man die Menge des Quarzstaubes und die Höhe seiner elektrischen Ladung genau kennen. Durch Zugabe einer bestimmten Aluminiumstaubmenge und gleichfalls durch genau bekannte elektrische Ladung müßte ein Ausgleich geschaffen werden, damit weder der eine noch der andere Staub einen Überschuß aufweist. Das läßt sich allerdings praktisch schwer durchführen. Diese anfangs sensationelle Mitteilung über die Wirkung der AluminiumTherapie hat begreiflicherweise großes Aufsehen und große Aufmerksamkeit hervorgerufen, jedoch bezweifeln heutzutage viele Ärzte die positive Wirkung des Aluminiums. Es ist aber interessant, daß einige Gruben, die alle bisher angewandten und bewährten Verhütungsmaßnahmen wie Spülbohren, Tränkung der Abbaustöße, Berieselung des Haufwerkes, Benebelung, Naßschrämen, Staubabsaugung und andere Mittel vernachlässigten, sofort zu der Aluminiuminhalation übergegangen sind.

366

Schutzaerosole

E s mag wohl die Zeit kommen, in der Inhalationen größeren Ausmaßes Anwendung finden werden, doch nicht mit Aluminiumstaub, sondern mit löslichen Stoffen, zum Beispiel Steinsalz. Darüber hinaus wird man die Bergleute zu systematischen Atemübungen anregen, damit ihre Atmungsorgane eine Kräftigung erfahren. 19.33 Inhalation von Salzaerosolen I n letzter Zeit bedient man sich zur Bekämpfung der Silikose in erhöhtem Maße der Inhalationsmethoden. Verwendet werden dabei hauptsächlich natürliche Solen (z. B . Wiesbadener Sprudel) oder auch synthetische Salzlösungen mit Kalzium- und teilweise auch Magnesiumgehalt. Dabei muß der p H -Wert dieser Lösungen möglichst gleich dem p H -Wert der Lungenflüssigkeit (ungefähr 7,4) sein, da es im anderen Falle zu Reizungen kommt. Wichtig ist, daß die Größe der Tropfen 5 (im nicht übersteigt, weil sie sonst beim Einatmen nicht bis in die Alveolen eindringen können. Die Nebelbildung bzw. Zerstäubung wird durch Luft-Wasser-Düsen erzielt. Der Y E B Medizintechnik Leipzig stellt derartige transportable Vernebier her, die entweder mit Druckluft oder mit eingebautem Membranverdichter arbeiten. Der Patient atmet den erzeugten Nebel durch den Einatmungsschlauch mit Maske ein. Dabei kann die Inhalation individuell abgestimmt und genau dosiert werden, aber diese Methode ist bei der Mehrzahl der Patienten unbeliebt und wird wegen Unbequemlichkeit, Beschwerlichkeit usw. abgelehnt. Die Apparate sind sicherlich für Krankenhäuser, Polikliniken und ähnliche Anstalten geeignet, aber empfehlen sich keineswegs für die laufende Behandlung in Betrieben. Für diese Zwecke gibt es einen stationären Zerstäuber für Rauminhalation. Dieser Zerstäuber arbeitet mit einer sogenannten Turbine, d. h. einem radial angeordneten System von Düsen, bei dem der Rückstoß der zusammengepreßten Luft nach dem Prinzip des SEGNERschen Reaktionsrades ausgenützt wird. Zur Linderung von Erkrankungen der Atmungsorgane und zu prophylaktischen Zwecken gegen die Silikose sind an den Füllörtern der Schächte „Fortschritt" und „Thälmann", Eisleben, wo die ausfahrende Belegschaft etwa 10—15 Minuten warten muß, einige Mansfeldgeräte (vgl. S. 172) mit 4 bzw. 8 Düsen, auf die Länge der Fahrstrecke verteilt, unter der Firste aufgehängt worden, durch die Kalziumchloridlösung der Hubertus quelle bei Thale/Harz verdüst wird. Durch Befragen der Bergleute und in Untersuchungen durch den Werksarzt soll der Wert dieser Versuche ermittelt werden. Die technische Einrichtung einer solchen Anlage verursacht nur geringe Kosten; ebenso sind die laufenden Betriebskosten denkbar niedrig. Sie liegen bei 0,36 DM je Betriebsstunde. 19.34 Inhalation von Elektroaerosolen Die mit Preßluft oder durch Abkühlung von Dampf erzeugten Nebel haben die Eigenschaft, schnell zu koagulieren. Um dies zu vermeiden, verwendet man in letzter Zeit Elektroaerosole. Die Solen werden durch Spezialdüsen mit negativer

Inhalation von Aerosolen oder Schutzstäuben

367

Ladung bei einer Spannung von 60000 V und einer Stromstärke von 0,127 mA durch Druckluft von 3—3,5 atü zerstäubt. Die feinen Nebelteilchen erhalten eine negative Ladung und stoßen sich daher ab. Die Elektroinhalatoren bestehen aus einem Zerstäuber mit einer Reihe Öffnungen für Flüssigkeit und Luft (Typ BABTHEL-KÜSTEK). Durch Ejektionswirkung der Druckluft wird die Flüssigkeit sehr fein zerstäubt. Nicht einmal unter Anwendung von Drücken über 200 atü, jedoch ohne zusätzliche Aufladung, war es möglich, auch nur angenähert einen solchen Grad von Dispersion zu erreichen. Die so gewonnenen Aerosolteilchen diffundieren etwas rascher in Richtung der Wände und des Bodens als gleichgroße Teilchen

Abb. 341. Inhalierraum [134]

ohne unipolare Ladung. Deshalb muß zur Erreichung einer im Räume gleichmäßigen Aerosol-Konzentration mehr Flüssigkeit zerstäubt werden, was jedoch sichtlich nicht hervortritt, weil die Teilchen sich unter dem Einfluß ihrer Unipolarität nicht zusammenschließen. Sie sind deshalb auch thermostabiler. Nach den bekannten physikalischen Gesetzen kommt es jedoch in 0,2 m Entfernung von der Düse zum Zusammenballen der Tröpfchen und damit gleichzeitig zu einem raschen Sinken des feinen Nebels. Um dem weitgehend vorzubeugen, ist ein homogenes elektrostatisches Feld erforderlich, das man durch ein mit gleichnamiger Elektrizität aufgeladenes, durch den ganzen Raum gespanntes Netz erzielt. Mit einer derartigen Anlage wurden in letzter Zeit sehr gute medizinische Erfolge erzielt, besonders bei Erkrankungen der Luftwege. Der einzige Hersteller derartiger Einrichtungen ist zur Zeit die Firma Elektro-Aerosol Ziems & Co., Köln a. Rh. (Abb. 341-343).

368

Schutzaerosole

Auf der Grube Hannibal in Bochum sind ein großes Saal-Inhalatorium u n d ein Aerosolatorium eingerichtet worden, in denen Wiesbadener Mineralwasser mit elektrischer Ladung benutzt wird. Die Aerosolation wird bei den Kohlenhauern bis 1 / 2 Stunde vor der Anfahrt, dann nach der Arbeit 10—15 Minuten lang durchgeführt. Der Werksarzt hält diese Massenprävention f ü r zweckmäßig.

Abb. 342. Elektroaerosolanlage [234]

Auch die Grube Walsum des Thyssen-Konzerns hat ein Inhalatorium f ü r Bergleute errichtet. In einem etwa 100 m langen Tunnel zwischen der Hängebank u n d der Waschkaue wird Aerosol aus künstlich zubereiteten Mineralwässern in übereinstimmender Zusammensetzung mit dem Wiesbadener Mineralwasser, negativer elektrischer Aufladung, zerstäubt. Diesen Tunnel passieren alle Arbeiter nach der Schicht. Das Aerosol wird nach jedem Schichtende angewandt und ferner dann,

Inhalation von Aerosolen oder Schutzstäuben

369

wenn bei Zwi$chenseilfahrten wenigstens 50 Hauer ausfahren. So wird Aerosol bei allen 6000 Belegschaftsmitgliedern appliziert. Die klinische Wirkung der AerosolApplikation bei den Bergleuten wird nicht systematisch kontrolliert, aber der Werksarzt Dr. B O S C H E glaubt, daß die Männer eine subjektive Erleichterung spüren, und daß die an Bronchitis leidenden Arbeiter in der Nacht weniger husten und besser schlafen. Aus der Literatur geht über die Ergebnisse mit Elektro-Aerosolanlagen folgendes hervor: 1. Bei Silikose a) wird eine weitgehend und langandauernde Beschwerden erreicht;

Beseitigung der

subjektiven

b) ist es aller Wahrscheinlichkeit nach möglich, das Fortschreiten der Lungenveränderungen zu verhindern oder wenigstens zu verzögern. 2. Bei anderen Erkrankungen ist die Besserung bei fast allen Krankheiten der Atmungsorgane, insbesondere bei Keuchhusten, Asthma, Bronchitis, Tuberkulose, Bronchialasthma, sehr bemerkenswert. Aber auch bei anderen Erkrankungen, wie Grippe und Blutkreislaufstörungen, konnte eine Heilwirkung beobachtet werden, die auf die günstige Beeinflussung des vegetativen Nervensystems durch die elektrische Aufladung des Aerosols zurückzuführen ist.

24

Silikosebekämpfung

20 Tägliche Reinigung der Arbeitskleidung

Auch die tägliche Reinigung der Arbeitskleidung ist für die Silikosebekämpfung von Bedeutung. Um die Reinigung wirksam und billig zu gestalten und um Gesundheitsschäden bei dem Reinigungspersonal zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Kleidungsstücke durch Absaugen vom Staub zu befreien. Wegen der engen Verbindung des Arbeiters mit 7700 seiner Kleidung besteht die Gefahr, H* früheres Handwerkzeug daß er auch den daran haftenden 7000 ~P-Preßluftspaten Staub einatmet. 900

805

800 100

634

B00 500

m 300

200 700

467

I I

saubere verschmutzte Kleidung und Werkzeuge Abb. 344. Ergebnis der Konimetermessungen

800

H- früheres Handwerkzeuq22!L 700 P° Preßluftspaten

500

|

430

400 309

300 200

I 1f 605

600

H

saubere Kleidung und

verschmutzte Werkzeuge

Abb. 345. Ergebnis der Messungen mit dem Thermalpräzipitator

Auf einer Erzgrube in der ÖSSR zeigte sich, daß dort der meiste Staub eigentlich in der Kaue entsteht. Dorthin kommen bei Schichtwechsel täglich etwa 500 Bergleute in nassen, mit Schmutz bedeckten Arbeitskleidern. Der Schmutz trocknet am Arbeitsanzug, und beim Anziehen zu Beginn der nächsten Schicht fällt der Staub von der Arbeitskleidung ab und gelangt in Schwebe. In der Kaue gibt es zwar eine Ventilation, ja sogar eine sehr moderne, jedoch wurde sie während der ganzen Jahre nicht in Betrieb gesetzt. Solche Verhältnisse kann man auch auf vielen anderen Erzgruben antreffen.

Tägliche Reinigung der Arbeitskleidung

371

Das Hinaufziehen von Arbeitskleidern durch Aufzüge in den Kauen ist vom Standpunkt der Verstaubung abzulehnen. Von den Arbeitskleidern fällt der Staub ab und verteilt sich über den ganzen Raum. Daher empfiehlt es sich, die Arbeitskleider in Schränken aufzubewahren, die man von unten her warm belüften und von oben her absaugen kann. Interessante Untersuchungen über den Einfluß der Arbeitskleidung auf die Staubkonzentration in Ton- und Kaolingruben hat BOMMERT [22] angestellt. Obwohl die betreffenden Gruben sehr feucht sind, wurden verschiedentlich schwere

tI

0,010

I E

Saubere Arbeitskleidung . u. Handwerkszeug

H-

Verschmutzte Arbeitskieldung u. Handwerkszeug

Saubere Arbeitskleidung u. PreBluftspaten,

JE-

- Verschmutzte Arbeitskleidung u. PreBluftspaten I

10

15 Arbeitszeit

20

min

25

Abb. 346. Ergebnis der Tyndallometermessungen

Staublungenerkrankungen unter der Belegschaft festgestellt. Mit dem Thermalpräzipitator, Tyndallometer und Konimeter wurden die Staubverhältnisse während der Arbeit unter folgenden Bedingungen untersucht: a) in sauberer Arbeitskleidung (einem völlig neuen Arbeitsanzug) und mit sauberem Handwerkzeug, wie es vor Einführung der Preßluftwerkzeuge in der Tongewinnung benutzt worden war (einem schaufeiförmig gebogenen kurzen Spaten, auf den mit einem Hölzhammer geschlagen wurde); b) in sauberer Arbeitskleidung mit einem Preßluftspaten; c) in verschmutzter Arbeitskleidung und mit verschmutztem Handw;erkzeug; d) in verschmutzter Arbeitskleidung und mit dem Preßluftspaten. Die Meßergebnisse sind in den Abb. 344—346 zusammengestellt. Die starke Verstaubung erklärt sich einmal aus ungenügender natürlicher Bewetterung, dann aber vor allem durch die verschmutzte Arbeitskleidung.

24*

21 Indirekte Maßnahmen zur Silikoseverhütung

21.1 Verminderung der körperlichen Anstrengung In staubhaltigen Wettern kämpft der Arbeiter gegen den Staub unwillkürlich dadurch an, daß er seine Leistung herabsetzt, weil er bei geringerer Leistung weniger Luft und damit auch weniger Staub einzuatmen braucht, außerdem kann er dann besser durch die Nase atmen. Das tut er ganz spontan und unbewußt. Der menschliche Körper ist selbst bestrebt, sich jedem ungünstigen Eingriff in seine Funktion zu widersetzen. Es ist ein großer Unterschied, ob ein Arbeiter in der Minute 8 oder 50 1 staubhaltige Luft einatmet, was durch den jeweiligen Grad der Anstrengung und durch die unterschiedliche Arbeitsleistung bedingt ist. ibei schwerer Arbeit Der Verbrauch der eingeatmebei freiem Lauf ten Luft beträgt nach P A C H N E R in Liter/Minute beim: beim Beben 6km/h Ruhen, liegend 6 beim Langsamgehen 3km/h.

Ruhen, sitzend 7 Stehen 8 beim Sitzen Gehen mit einer Gebeim Liegen schwindigkeit von 3 km/h 14 81 71 \ z Gehen mit einer Geschwindigkeit von 6 km/h 26 freien Lauf 43 Abb. 347. Menge der je Minute eingeatmeten Luft bei schwerer Arbeit 60 — 100 bei verschiedener körperlicher Anstrengung (in Liter) Vgl. Abb. 347. beim Stehen

In der Minute macht ein gesunder Mensch 15 — 30, bei großer Anstrengung bis zu 40 Atemzüge. Auch das Volumen der eingeatmeten Luft richtet sich nach dem Grad der Anstrengung bei der Arbeit. Tabelle 47 (nach Anstrengung

Leichtarbeit Schwerarbeit Spitzenleistung

PACHNER)

Pro Atemzug eingeatmete Luft Liter

Anzahl der Atemzüge je Minute

1,2-1,3 1,3-2,2 2,5-3,12

16-19 19-23 25,5-33-40

Luftverbrauch Liter/Minute 20-25 25-50 65-90-105

Verkürzung der Arbeitszeit

373

Demzufolge kann ein Arbeiter mit halber Leistung im stauberfüllten Milieu doppelt so lange aushalten wie bei voller Arbeitsleistung. Das ist allerdings ein ziemlich teuerer Schutz. Die Arbeitsstelle ist daher so einzurichten, daß die Luft möglichst wenig Staub enthält, damit der Arbeiter ohne Gesundheitsschädigung seine volle Leistung zu entfalten vermag. Beim schwer arbeitenden Bergmann setzt sich der Staub in den Lungen viel früher, schneller und in stärkerem Maße ab als beim Leichtarbeiter. Deshalb ist die Aufgabe der Silikosebekämpfung dahin zu erweitern, daß nicht nur die Staubmenge an den Betriebspunkten zurückgeht, sondern daß durch geeignete Arbeitsorganisation und Mechanisierung auch die körperliche Anstrengung vermindert wird. Die Arbeit soll möglichst weitgehend auf die Überwachung der Maschinen beschränkt werden. Auch auf diese Weise kann man den Auswirkungen des Staubes vorbeugen. Die silikosekranken Arbeiter machen entsprechend dem Krankheitsfortschritt immer mehr Feierschichten. Aus dem Ausland sind auch Fälle bekannt, wo der Arbeiter im fortgeschrittenen Stadium nur 15 Wochen und schließlich nur 9 Wochen im Jahre arbeitet. Somit ist es besser, ihn von der Arbeit rechtzeitig zu befreien.

21.2 Verkürzung der Arbeitszeit Die Entstehung der Silikose kann man auch durch Verkürzung der Arbeitszeit eindämmen. Der Arbeiter hat dadurch mehr Zeit zur Erholung und ist den Einflüssen der staubhaltigen Luft nur während kurzer Zeit ausgesetzt. Das ist zum Beispiel in vielen nordamerikanischen Gruben der Fall, wo eine Arbeitszeit von täglich 7 Stunden und von wöchentlich 5 Tagen eingeführt wurde. Auch im Kolar-Gebiet Indiens, wo in den Gruben etwa 110000 Arbeiter beschäftigt sind, wurde die Arbeitszeit auf 7, teilweise 6 Stunden täglich und 5 Tage wöchentlich eingeschränkt. An dieser Stelle wären noch die umfangreichen Versuche zu erwähnen, bei denen vor 30 Jahren in Südafrika die arbeitenden Bergleute in jeder Hinsicht einer sehr sorgfältigen Beobachtung und Untersuchung unterzogen wurden. Man untersuchte Atmung, Puls, Menge und Zusammensetzung des Schweißes, des Urins, der Glukose im Blut und alles, was für die Beurteilung der Arbeitsfähigkeit notwendig ist. Während der Arbeitszeit wurden jeweils kürzere oder längere Pausen eingeschaltet. Dabei gelangte man zu der Erkenntnis, daß ein schwer arbeitender Bergmann nur 4 Stunden täglich ununterbrochen arbeiten kann; nach dieser Zeit ist weder ein kleiner Imbiß noch eine kürzere Ruhepause für ihn von Nutzen. Neuerdings hat man in der UdSSR für staubbelastete Betriebspunkte in den Gruben eine 6stündige Arbeitszeit eingeführt. Die dort beschäftigten Bergleute erhalten jährlich einen Erholungsurlaub von zweimal 3 Wochen.

22 Staubmasken

22.1 Allgemeines Unmittelbar, nachdem man begonnen hatte, sich mit der Frage des Grubenstaubes zu befassen, wurden Vorschläge für verschiedene Arten von Staubmasken unterbreitet, die dazu bestimmt waren, den Staub vor seinem Eintritt in Mund und Nase zu erfassen. Schon im Jahre 1900 schrieb die Südafrikanische Grubenkammer einen Wettbewerb aus zur Erfindung eines Mittels zur Einschränkung des Grubenstaubes bzw. seiner Einatmung. Damals wurden 41 Vorschläge für Staubmasken eingereicht. Seitdem hat sich ihre Zahl beachtlich vermehrt, aber die Erfahrungen waren im allgemeinen nicht befriedigend. Die Arbeiter benutzen die Masken nur ungern, weil sie das Atmen erschweren und unbequem sind. Die ungenügende Wirkung der Masken und Respiratoren hat ihren Grund auch darin, daß die Arbeiter sie ablegen, sobald es ihnen irgendwie möglich ist. Insbesondere in den Arbeitspausen werden die Masken sofort heruntergezogen. Aber gerade in diesem Augenblick ist die Luft noch mit Feinstaub gesättigt, der sich nicht einmal nach vielen Stunden absetzt und den der Arbeiter auch in der Pause einatmet, dies anfangs in vollen Zügen, weil der Arbeiter auch nach dem Niederlegen des Bohr- oder Abbauhammers noch eine Zeitlang tief atmet. Beim Über-denKopf-Ziehen der Masken gelangt Staub mit in die Maske, und der Arbeiter atmet ihn noch vor Beginn der Arbeit ein. Hinzu kommt, daß die Masken und Filter auch nur selten gründlich gereinigt werden. Es gibt jedoch Fälle, in denen man auf die Maske angewiesen ist. Dies ist da nötig, wo Staubbekämpfungsmaßnahmen aus technischen Gründen nicht angewandt werden können. Zum Schutz gegen Staub werden Filter- und Frischluftgeräte verwendet. Die Filtergeräte (Staubmasken) sollen einen niedrigen Atemwiderstand haben, jedoch auch den feinsten Staub zurückhalten. Das sind einander widersprechende Forderungen, die aber trotzdem bei neuen Masken erfüllt werden. Viele Staubmasken halten nur den Grobstaub zurück, aber auch dies ist von Wert, weil der Grobstaub, wenn er zu reichlich auftritt, die Schleimhäute völlig bedeckt und sie dadurch außer Tätigkeit setzt, so daß der Feinstaub ungestört in die Lunge gelangen kann. In Abb. 348—349 ist der Aufbau einer Staubmaske (Kolloidfiltermaske) dargestellt. Da sich bei den Filtermasken das Feinstaubfilter nach längerem Aufenthalt in staubhaltiger Luft versetzt und dadurch der Atemwiderstand erhöht wird, vergrößerte man bei dem Dräger-Staubschutzatmer Modell „Stinneszeche Krön-

375

Allgemeines

prinz" die Filteroberfläche durch seitliche Anordnung von zwei Filtern (Abb. 350). Dadurch wurde auch im Vergleich zu den Masken mit vorn angesetztem Filter die Sicht verbessert. Zur Verringerung des Atemwiderstandes sind zwei AusatemVentile angebracht. Das Gewicht des Staubschutzatmers beträgt 400 g. Das Feinstaubfilter, wirksam bis zu Korngrößen von 0,1 ¡im, ist durch ein Vorfilter

Abb. 348. Atemschutz-Halbmaske 8524 des V E B Medizintechnik Leipzig 1 Kolloidfliter;

2 Vorfllter;

3 Filterzwischensieb;

4 Maskenkörper;

5 D i c h t r a h m e n f ü r großes

Gesicht, f ü r n o r m a l e s Gesicht, f ü r kleines G e s i c h t ; 6 E i n a t e m v e n t i l ; 7 A u s a t e m v e n t i l ; 8 B e f e s t i g u n g des A u s a t e m v e n t i l s ; 9 B ä n d e r ; 10 F i l t e r d e c k e l

Abb. 349. Atemschutz-Halbmaske angelegt

Abb. 350. Staubschutzatmer Modell „Stinneszeche-Kronprinz" des Drägerwerkes Lübeck

376

Staubmasken

aus Filz mit besonders großer Oberfläche überspannt. Die Prüfung der Maske durch das Silikoseforschungsinstitut Bochum ergab bei einer Versuchsdauer von mehreren Stunden einen Abscheidegrad von 9 9 % der Teilchen < 5 ¡¿m. Von den amerikanischen Staubmasken ist die Type „Comfo" zu erwähnen (Abb. 351). Die Filter sind wie bei dem Staubschutzatmer der Drägerwerke seitlich angeordnet. Die Filter fläche ist groß und daher der Widerstand beim Atmen nur gering. BeimEinatmen von 859 cm 3 Luft pro Minute (gemeint wahrscheinlich pro Sekunde; Anm. des Autors) beträgt der Atemwiderstand 19—20 mm W S . Die Normen der Bergbaubehörden der USA gestatten 30 mm W S . Das Filter muß 2—3mal pro Woche mit einem Ven tilator gereinigt und nach 6 Monaten ausgewechselt werden. Die Filter sind im Trocknen aufzubewahren und eignen sich daher hauptsächlich für Schächte, Abb. 351. Staubschutzmaske wo der Staub weder durch Feuchtigkeit noch Nebel Comfo, PH-10 oder sonstwie durch Wasser bekämpft wird. Die sowjetische Staubmaske P R S c h 1 hat eine Filteroberfläche von 800 cm 2 und erst nach 15—20 Schichten einen Atemwiderstand von 7 mm W S (Abb. 352). Zu den Frischluftgeräten sind die Schlauchatmer zu zählen (Abb. 353—355). Bekannt sind der Schlauchatmer Modell Ro 20 des Drägerwerkes Lübeck und das Druckschlauchgerät des V E B Medizintechnik Leipzig. Die Geräte bestehen im wesentlichen aus einer Halbmaske mit geringem Atem widerstand, einem Anschlußschlauch an die Preßluftleitung und einem Reduzierventil. Sie zeichnen sich durch geringes Gewicht aus und haben sich teilweise im untertägigen Bergbau gut bewährt. Nachteilig wirkt

Abb. 352. Sowjetische Staubmaske PRSch 1

Abb. 353. Frischluftgerät

Allgemeines

Abb. 354. Schlauchatmer Modell Ro 20 des Drägerwerkes Lübeck

Abb. 355. Schlauchatmer Modell Ro 20 des Drägerwerkes Lübeck 1 Halbmaske; 2 Faltenschlauch; ¿ A n schlußrohr; i Gürtel; 5 Luftzuführungsschlauch; 6 T-Stück; 7 Anschlußtülle; 8 Schnellschlußventil; 9 Druckluftleitung

377

378

Staubmasken

bei diesen Atemmasken, daß sie infolge des Anschlusses an die Preßluftleitung nur bei mehr oder weniger stationären Arbeiten zu verwenden sind. Das Druckschlauchgerät vom V E B Medizintechnik Leipzig ist für den Einsatz unter Tage nicht zugelassen. Bei den Geräten wird dem Träger durch einen an die Druckluftleitung angeschlossenen Schlauch über eine Dosiereinrichtung und ein Filter von Rost und Öl gereinigte entspannte Luft zugeführt, die nötigenfalls durch eine Heizeinrichtung angewärmt werden kann [34]. 22.2 Theoretische Grundlagen und Konstruktion der Staubmasken V o n Ing. POPEK

Atemschutzgeräte beruhen auf dem Prinzip der Isolation oder Filtration. Bei den Isolationsgeräten benutzt man Frischluftgeräte mit Druckluftschlauchleitung zwecks Zuführung von Frischluft unter Druck (Schlauchatmer, z. B. Modell Ro 20 des Drägerwerkes, Lübeck). Diese Geräte sind also unabhängig von den Eigenschaften des Staubes bzw. der Wetter am Arbeitsort. Bei geeigneter Konstruktion des Gerätes und richtiger Anwendung wird ein 100%iger Effekt erzielt. Die meisten dieser Geräte sind im allgemeinen mit Halbmaske und Ausatemventil ausgerüstet. Geräte solcher Art haben zwar keinen Einätemwiderstand, denn die Luft tritt in die Atmungsorgane mit mäßigem Überdruck ein, aber ihr Ausatemwiderstand kann ziemlich fühlbar sein, was im Hinblick auf die Anstrengung des Geräteträgers besonders nachteilig wirkt. Einen niedrigen Ausatem widerstand pflegen Geräte mit Halbmaske ohne Ausatemventil zu haben. Diese Geräte erfordern, um sicher zu funktionieren, einen größeren Druck der Frischluft als Geräte mit Ausatem ventil. Den niedrigsten Ausatem widerstand haben Geräte mit Luftschleier, welcher jedoch zur absolut sicheren Funktion einer noch kräftigeren Luftzufuhr bedarf (Abb. 353). Der größte Nachteil der Druckschlauchgeräte liegt in der notwendigen Zufuhr frischer Druckluft, was einer erfolgreichen Einführung in Bergwerken hindernd im Wege steht. Eine weitaus kompliziertere Problematik ergibt sich bei den bereits bekannten Respiratoren, die auf dem Prinzip der Filtration beruhen. Die Schutzwirkung dieser Respiratoren hängt hauptsächlich von der Wirkung der Filtereinlagen ab, von dem luftdichten Abschluß der Maske am Gesicht sowie von der Dichtheit des Ausatemventils. In dem faserigen Vorfilter mit verhältnismäßig großen Poren wird der grobe Staub vorwiegend nach dem Prinzip der statischen Filtration zurückgehalten, d. h. durch Sieben der Staubteilchen durch ein Sieb mit kleinerer Maschenweite, als der Korngröße entspricht. Der Feinstaub, der das Vorfilter ungehindert passiert hat, wird dann in dem Hauptfilter nach dem Prinzip der dynamischen Filtration festgehalten. In diesem Filter sind die Poren größer als die zurückgehaltenen Staubteilchen. Der Mechanismus der dynamischen Filtration hängt einerseits von der Aerosoldispersion, andererseits von den Eigenschaften der Filter-

379

Theoretische Grundlagen und Konstruktion der Staubmasken

anlage ab. Bei der Aerosoldispersion ist besonders wichtig die eigene Beweglichkeit der Teilchen gegenüber dem Luftstrom, von welchem sie getrieben werden. Diese eigene Beweglichkeit der Teilchen hängt überwiegend von deren Größe ab und hat ihren Ursprung in der Gravitationswirkung sowie der BßOWNschen Bewegung. Den Mechanismus der dynamischen Filtration und den Filterwirkungsgrad eines bestimmten Faserfilters beeinflussen weiterhin die Geschwindigkeit der Luftströmung, mit welcher die Teilchen durch das Filter gehen, das direkte Haftenbleiben der Teilchen an der Faser, die Massenträgheit der Teilchen, die elektrostatische Aufladung der Teilchen und der /am/s Filterfasern sowie die Adhäsionskräfte. 80 I m folgenden soll nur die Eigenbewegung der / Teilchen unter dem Gravitationseinfluß sowie unter W / 60 r ' / dem Einfluß der Bitowmchen Bewegung näher er50 örtert werden. Diese Faktoren sind vom Standpunkt der wirksamen dynamischen Filtrierung durch i0 / •/ J, A d 30 Faserfilter aus besonders wichtig. \jx y / Für Teilchen kleiner als 100 ¡xm gilt das S T O K E S - 20 'B sche Fallgesetz. Das fallende Teilchen erreicht nur 10 eine solche Geschwindigkeit, bei welcher der Wider0 stand des Mediums — in dem das Teilchen fällt — 0J der Gravitationskraft gerade das Gleichgewicht hält. Die Sedimentationsgeschwindigkeit wächst mit dem Abb. 356. Abhängigkeit der Quadrat der Teilchengröße und ist direkt abhängig Sedimentationsgeschwindigkeit von dem spezifischen Gewicht des Staubteilchens und der BROWNSchen Bewegung der Staubteilchen von deren und indirekt von der Viskosität des Mediums. Das Korngröße STOKESsche Gesetz gilt nicht für Teilchen < 0 , 1 (j.ra. A Abhängigkeit der SedimentationsDiese Teilchen, die kleiner sind als die freie Bahn geschwindigkeit der' Staubteilchen der Moleküle, verhalten sich fast ebenso wie die von deren Korngröße; B AbhängigMoleküle des Gases, in welchem sie suspendiert sind. keit der BROWNSchen Bewegung der Staubteilchen von deren Korngröße; Demzufolge ist ihre Geschwindigkeit größer, als das C Summenkurve (A + Ji) STOKESsche Gesetz angibt. Die tatsächliche Fallgeschwindigkeit dieser Teilchen errechnet man mit Hilfe des C u N N i N G H A M S c h e n Faktors. Der Unterschied zwischen der nach S T O K E S errechneten und der tatsächlichen Geschwindigkeit ist um so größer, je kleiner das Teilchen ist. Die Kurve A der Abb. 356 zeigt die Abhängigkeit der von der Gravitation beeinflußten Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen von deren Größe (nach C H O D O T ) .

V/

Die Staubteilchen führen in der Luft unregelmäßige Zickzack-Bewegungen aus, die auf dem Anprallen der Luftmoleküle an die Staubteilchen beruhen. Die Luftmoleküle sind gemäß der kinetischen Gastheorie in ständiger Bewegung, stoßen demnach auf suspendierte Teilchen und erteilen ihnen eine bestimmte Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der sogenannten BBOWNschen Bewegung hängt von der Teilchengröße ab. Teilchen größeren Durchmessers bewegen sich viel langsamer als kleinere Teilchen. Bei Teilchen gleicher Dimension erhöht sich die Geschwindigkeit ihrer Bewegung mit der Temperatur und mit der Abnahme der

380

Staubmasken

Viskosität des gasförmigen Mediums. Die Kurve B (Abb. 356) kennzeichnet die Abhängigkeit der durch die BROWNsche Bewegung verursachten Teilchengeschwindigkeit von der Korngröße (nach CHODOT). Aus dem Vergleich der Bedingungen der von der Gravitation beeinflußten Teilchenbewegung mit denen der BsowNschen Bewegung geht hervor, daß die Bewegung der großen Teilchen überwiegend auf dem Einfluß der Gravitation, demgegenüber die der kleinen Teilchen auf dem Einfluß der BROWNSchen Bewegung beruht. Bei Verminderung der Teilchengröße sinkt die Größe der durch Gravitation hervorgerufenen Bewegung, andererseits erhöht sich die Intensität der BROWNschen Bewegung. Am schwierigsten gestaltet sich die Erfassung der Teilchen der sogenannten kritischen Größe im faserigen Filter, welche gleichzeitig die geringste Beweglichkeit auf Grund der wirkenden Gravitationskräfte und der BROWirschen Bewegung aufweisen. Die Kurve C auf Abb. 356 ist durch Addition der Werte aus den Kurven A und B zustande gekommen. Das Minimum (x) entspricht ungefähr der Teilchengröße 0,3 ¡j.m. Nach sowjetischen Autoren sind die Teilchen in der Größe 0,05—0,4 ¡xm am schwersten zu erfassen. Nach neueren amerikanischen Angaben liegt die kritische Teilchengröße der Aerosole bei 0,3 |xm. Das entspricht auch den auf Abb. 356 dargestellten Ergebnissen. Es ist theoretisch möglich, Filter herzustellen, deren Öffnungen sich ihrer Größe nach auch den kleinsten Aerosolteilchen nähern würden. Die Widerstände derartiger Filter wären aber so groß, daß ihre praktische Verwendung nicht in Frage käme. Da es notwendig ist, den möglichst kleinsten Widerstand zu erzielen, selbst bei einer bedeutenden Durchgangsmenge, haben die Aerosolfilter Poren weit größerer Abmessungen als jene der filtrierten Teilchen. Die Menge der zurückgehaltenen Teilchen hängt von der Dicke der Filterschicht ab. Theoretisch soll erst ein Filter mit unendlicher Dicke alle Teilchen völlig erfassen. Bei wirksamen Filtern wird ein niedriger Widerstand und gleichzeitig ein unbedeutendes Entweichen der Teilchen verlangt. Diese Forderungen widersprechen einander, weil ein kleiner Widerstand bei einem bestimmten Filtermaterial unfehlbar einen erhöhten Durchgang der Teilchen zur Folge hat und umgekehrt. Aus der Filtertheorie folgt, daß ein wirksames Filter aus Fasern hergestellt sein muß. Ein ideales Filter würde sich aus einigen faserigen Gittern zusammensetzen mit untereinander parallelen, aber zur Strömungsrichtung der Luftgemische senkrechten Fasern. Die Wirkung der Filtration ist um so größer, je kleiner der Faserdurchmesser ist. Der Filterfaserdurchmesser kann aber nicht beliebig verkleinert werden. Die Fasern müssen eine bestimmte mechanische Festigkeit aufweisen, um der Beanspruchung standzuhalten. Die Berührungsfläche des festgehaltenen Teilchens und der Faser muß eine bestimmte minimale Größe haben, damit die Adhäsionskräfte, die von der Größe der Berührungsfläche abhängen, die Teilchen vor der Wirkung der Gravitation und des Luftstromes bewahren. Die Wirkung der Adhäsionskräfte wird durch die elektrostatischen Aufladungen der Teilchen und der Fasern verstärkt. Die äußerst wirksamen Aerosolfilter mit langer Lebensdauer haben zwei Filterschichten verschiedenartiger Wirkungsweise.

Theoretische Grundlagen und Konstruktion der Staubmasken

381

Die erste FiUerschicht oder das Vorfilter hat Filteröffnungen von 10 [im. Dieses Vorfilter bezweckt, die größten Teilchen aus der Luft oder den sogenannten Grobstaub zurückzuhalten, der sich sonst auf der Oberfläche der zweiten Filterschicht (dem eigentlichen Aerosolfilter) festsetzen und diese rasch verstopfen würde. Wie bereits oben erwähnt, wird der Grobstaub im Vorfilter vorwiegend statisch durch mechanische Filterung festgehalten. Die zweite FiUerschicht hat die Aufgabe, die Teilchen < 10 (xm, die das Vorfilter nicht zurückgehalten hat, zu beseitigen. Wie gesagt, sollte man für Filter mit hoher Filterwirkung die dünnsten Fasern verwenden. Ein nur aus Fasern solcher Art hergestelltes Filter mit dicht aufeinander angehäuften Fasern hätte einen hohen Widerstand. Deshalb ist es vorteilhafter, Fasern verschiedener Stärke zu verwenden, wobei die stärkeren Fasern gewissermaßen ein Gerippe oder Netz bilden, welches mit dünneren Fasern ausgefüllt ist. Auf diese Weise entsteht ein weitverzweigtes Netz gegenseitig sich kreuzender Kanälchen mit kleinen Öffnungen, so daß die durchgehenden Teilchen auf ihrem Wege durch die Filterschicht oft gezwungen sind, ihre Richtung zu ändern. Sie prallen dabei an die Wände der Filterporen, wodurch die Filterwirkung wesentlich unterstützt wird. Die stärkeren Fasern liefern der Filterschicht die nötige mechanische Festigkeit und verhindern ein übermäßiges Aneinanderliegen der dünnen Fasern. Die Baumwoll-, Woll- und Seidenfasern haben eine verhältnismäßig große Stärke von 10—20 (i.m. Die derartige Fasern enthaltenden Filterschichten üben nicht die erforderliche Wirkung aus, insbesondere bei Teilchen der kritischen Größe. Holzzellulose hat einen großen Nachteil, besonders im Hinblick auf die abgeflachte Form der Fasern, die bei der Verfilzung eine kleine Porosität und dadurch einen bedeutend hohen Widerstand aufweisen. Vorteilhafter erscheinen einige besondere Zellulosearten mit schmalen Fasern. Ein Gemisch von Asbestfasern mit Wolle oder Holzzellulose als Stützelement, im geeigneten Mischungsverhältnis und auf eine bestimmte Weise zugerichtet, stellt ein sehr wirksames Filtermaterial dar. Für die weitere Entwicklung wirksamer Filterfasern kommen künstliche Fasern mit kleinem Durchmesser (auch 1 ¡xm) aus Glas, Schlacke, Azetonzellulose, Polyvinylazetat, Polyvinylchlorid, Polyamiden in Betracht. Die Vorbereitung der einzelnen Bestandteile der Filtermasse, wie Faserlänge, Art der Anordnung der Fasern sowie die weiteren Zusätze, zum Beispiel verschiedene Harze natürlichen oder künstlichen Ursprungs, ist für den Wirkungsgrad des Filters ausschlaggebend. Bei der Vorbereitung des Filtergemisches auf nassem Wege werden die einzelnen Bestandteile in einem Holländer gemischt und dann zu Filterplatten verarbeitet. Auf diese Weise bildet sich eine verhältnismäßig dünne Schicht von 0,5—3 mm Stärke ähnlichen Aussehens und mechanischer Eigenschaften wie Filterpapier. Bei der eigentlichen Herstellung der Aerosolfiltereinlagen ist darauf zu achten, daß die Einlage bei möglichst kleinem Umfang und Gewicht den geringsten Atemwiderstand bietet. Das erzielt man mit einer großen wirksamen Filteroberfläche. Aus diesem Grunde werden Einlagen durch Zusammenlegen und Verbinden der einzelnen Filtersegmente hergestellt.

23 Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

23.1 Allgemeines Auch über Tage ist Staub gesundheitsschädlich. Außerdem dringt er in die Maschinenlager ein und bildet die Ursache eines schnellen Verschleißes sämtlicher beweglicher Teile, wodurch deren Lebensdauer verkürzt wird. Der Staub kann aber auch Kurzschlüsse oder Explosionen des Staubgemisches verursachen. In Aufbereitungsanlagen ist die Staubbildung schon beim Brechen stark, hauptsächlich jedoch beim Sieben, Trockensortieren und beim Transport. Die Entstaubung hat dort eine doppelte Aufgabe zu erfüllen: 1. den Staub aus dem Fördergut noch vor seiner eigentlichen Aufbereitung abzuscheiden ; 2. den durch die Tätigkeit der Maschinen entstandenen und in Schwebe gelangenden Staub aus deren unmittelbaren Nähe zu beseitigen. Es gibt folgende Möglichkeiten zur Staubbekämpfung in Aufbereitungsanlagen [55, 87, 21]: 1. Nasse Verfahren bei der Bearbeitung; 2. Einkapselung der Staubquellen und Absaugung mit anschließender Abscheidung; 3. Raumentstaubung des gesamten Gebäudes; 4. nasses Reinigen der Böden; 5. Reinigung der Räume und Aggregate von abgesetztem Staub durch Staubsauger. 23.2 Staubbekämpfung beim Transport Grundsätzlich sollte alles Roh- und Hilfsmaterial, das Quarz und besonders Quarzstaub enthält, nur mechanisch entladen, dann sofort an seinen Verbrauchsort transportiert und dort gelagert werden, um ein überflüssiges Umladen zu vermeiden, weil hierbei immer wieder Staub aufgewirbelt wird. Dazu eignen sich besonders Einrichtungen wie Spiralförderer, verschlossene Transportbänder und -Schnecken, Elevatoren sowie Vibrationsförderer. Alle Maschinen und Aggregate — das gilt auch von den später angeführten — sollen gekapselt und so eingerichtet sein, daß sie stets unter Vakuum arbeiten. Den beim Kippen entstehenden Staub beseitigt man in der Weise, daß der ganze Raum abgekapselt und an ein Entstaubungssystem angeschlossen wird. Die Absaugung der staubbelasteten Luft

Staubbekämpfung beim Zerkleinern, Klassieren und Anreichern

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soll nicht von oben, sondern von unten an den Kipper angeschlossen sein. Nach DTJNLOP [55] soll der Stauh grundsätzlich auf den Weg beschränkt bleiben, den das Erz entsprechend dem Stammbaum zurücklegt; er muß mit dem Erz fließen. Hinsichtlich der Kapselung ist besonders darauf zu achten, daß die Wartungs-, Reparatur- und Reinigungsmöglichkeiten nicht beeinträchtigt werden. Das läßt sich durch leicht zu öffnende Klappen und abnehmbare Verkleidungen leicht erreichen. Wichtig ist auch die Frage, ob man die staubbildenden Maschinen völlig oder nur teilweise abkapseln soll oder kann. Wo eine vollkommene Abkapselung möglich ist, soll man sie anwenden, weil dabei die Wirkung der Entstaubung weit größer und der Energieverbrauch niedriger ist. Bei mehreren Staubquellen kleinerer Art, die häufig nicht gekapselt werden können, ist eine zusätzliche Raumentstaubung unumgänglich.

23.3 Staubbekämpfung beim Zerkleinern, Klassieren und Anreichern Diese Methoden sollen vollkommen mechanisiert bzw. automatisiert sein. Dabei sind staubentwickelnde Maschinen völlig abzukapseln und der Staub abzusaugen. Abb. 357 stellt eine so entstaubte Walzenmühle dar. Dabei muß auch eine leichte Luftströmung von der Aufgabestelle des Gutes zur Austrag- oder Abzugstelle so wirken, daß keine Staubteilchen aus der Maschine heraustreten können. Zweckmäßig werden die Aufgabe- und Austragsöffnungen mit einer Schürze aus Gummi (oft Moosgummi) abgedeckt. Der bei der Zerkleinerung entstandene Staub läßt sich am besten in der Weise beseitigen, daß man vom trockenen auf nasses Brechen übergeht. Bei allen Rohstoffen, die eine nasse Bearbeitung ermöglichen, sollte man grundsätzlich reichlich Wasser anwenden. So ist eine weitgehende Naßzerkleinerung bei der Grobund Mittelzerkleinerung (Backenbrecher, Kreiselbrecher, Granulator, Walzenbrecher), Abb. 357. Entstaubung einer Walzenmühle insbesondere aber für die Feinzerkleinerung (Schlag-, Schleuder-, Kugelmühlen) anzustreben. Allerdings muß man für eine ausreichende Zufuhr von Berieselungswasser sorgen. Es genügt nicht, Düsen oberhalb des Brechers anzubringen, da diese ja keinen Wasserstrom üefern, sondern nur einen Nebelschleier bilden können. Die feinen Wasserteilchen schweben in der Luft und benetzen nicht genügend die Staubteilchen. Außerdem atmet die Bedienungsmannschaft den Nebel und die Staubpartikeln ein, wie übrigens auch die benetzten Staubteilchen. In solchen Fällen muß man den staubhaltigen Nebel absaugen. Der Nebelschutz ist nur dann wirksam, wenn sich das Rohmaterial mit Wasser gut benetzen läßt und sich die Staubteilchen mit Wasser vollkommen

384

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

umhüllen, wodurch sie dann infolge Gewichtszunahme herabsinken und nicht mehr in Schwebe gelangen können. Am besten ist es, wenn sich außer dem Feinnebel noch ein Strom gröberer Tröpfchen bildet, die die benetzten Staubteilchen zum Absetzen bringen. Allerdings muß man bei diesem Verfahren der Staubbeseitigung darauf achten, daß sich die physikaüschen und chemischen Eigenschaften des aufbereiteten Rohmaterials nicht ändern. Das Zerkleinern auf nassem Wege hat u. a. auch den Vorteil, daß gleichzeitig die Maschine abkühlt, und daß die Möglichkeit der Verstopfung des Brechraumes vermindert wird. Ist eine Trockenzerkleinerung unumgänglich, so müssen die Stäube abgesaugt und niedergeschlagen werden. Die Brechanlage soll mit einem staubdichten Schutz versehen sein, der an das Entstaubungssystem angeschlossen wird. Hierfür sind Entwicklungen in Verbindung mit Windsichtern, wie zum Beispiel bei Kugel-, Schleuder- und Prallmühlen, bekannt geworden. Die Klassierung kleinster Kornbereiche geschieht überwiegend auf nassem Wege, meist mit Kugelmühlen im Kreislauf mit einem Rechenklassierer. Ebenso wie beim Zerkleinern kann man auch beim Sieben den Staub wirksam beseitigen, falls naß gesiebt wird. Beim Siebvorgang soll die das ganze Sieb gleichmäßig erfassende Brauseeinrichtung die Stäube zu Schlamm binden und die Siebfläche gleichzeitig abspritzen. Doch auch hier muß man für eine ausreichende Wasserzufuhr sorgen, damit sich keine Nebelschleier bilden, die gefährlich sein können. Die Naßsiebung ist praktisch möglich für alle Siebmaschinen sowohl bei flachen Schüttel-, Vibrations- wie bei konkaven, zylindrischen und konischen Sieben und hat bei richtiger Anwendung kaum eine Minderung des Siebgütegrades zur Folge. Wenn nasses Sieben nicht ausführbar ist, wird das Sieben fast immer von einer starken Staubentwicklung begleitet sein. In diesem Falle muß man das ganze Sieb abkapseln und an irgendeine Entstaubungsanlage anschließen. Die Aufgabe und Austragstelle vom Sieb erhalten eine Leder- oder Stoffabdeckung, damit die freie Öffnung, die das abgekapselte Sieb mit der Außenluft verbindet, möglichst klein ist. Die Anreicherverfahren beruhen zwangsläufig vorherrschend auf der naßmechanischen Methode (Setzmaschinen, Herde, Flotation, Schwimm- und Sinkverfahren). Bei den trockenen Verfahren, wie Magnetabscheidung und elektrostatische Sortierung, Luftschleusen, Trockensetzmaschinen usw., müssen eine Kapselung und der Anschluß an eine Entstaubungsanlage mit einem Ventilator und Staubabscheider vorhanden sein. Das Gehäuse ist so einzurichten, daß der Verlauf des Trennungsprozesses während der Maschinentätigkeit wenigstens kurzzeitig kontrolliert werden kann. Aus diesem Grunde sind die Abkapselungen der modernen magnetischen Sortiergeräte mit abnehmbaren Verschlüssen zu versehen. Zu den Staubquellen gehören auch die Aufgabevorrichtungen und die Transportmittel. Sie sollten, sofern Aufgabe und Transport nicht mit Hilfe eines Wasserstromes vor sich gehen, weitgehend an die Entstaubungsanlage angeschlossen werden. Dies gilt besonders im Bereich der Feinzerkleinerung.

Beseitigung des Staubes aus dem Fördergut

385

23.4 Beseitigung des Staubes aus dem Fördergut Dieses Verfahren ist überwiegend bei der Kohlenaufbereitung üblich, u n d zwar einmal deshalb, damit bei weiterer Aufbereitung die Menge des in der L u f t schwebenden Staubes wesentlich vermindert wird. Zum anderen geschieht es auch deshalb, um Staub zu gewinnen, der einer weiteren mechanischen Aufbereitung nicht unterzogen wird. Ein weiterer Grund liegt schließlich auch darin, daß man bestrebt ist, die Verunreinigung des Wassers durch den bisweilen sich schwer absetzenden und bei nasser Aufbereitung entstehenden Schlamm zu vermindern. Dieser Schlamm versetzt Rohrleitungen, Pumpen, Rinnen u n d verunreinigt auch die Bäche und Flüsse. Man k a n n den Staub aus der Kohle entweder auf trockenem oder auf nassem Wege abscheiden. Das trockene Verfahren ist nur bei einer Kohle mit 3—4% Feuchtigkeit möglich. Bei höherem Wassergehalt bleibt die trockene Staubabscheidung erfolglos, und es ist d a n n notwendig, den Staub auf nassem Wege abzuscheiden. Aus der Sorte 0 — 10 m m oder 0 — 6 m m wird der Staub in Staubsortiergeräten beseitigt. Zum Zwecke einer erfolgreichen Trennung müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Abb. 358. Jalousiesichter

1. Der Staub soll verhältnismäßig frei zugänglich sein u n d sich durch L u f t s t r o m leicht entfernen lassen. 2. Die Kohlenschicht muß gleichmäßig sein, damit die L u f t die Kohle gleichmäßig durchströmt. 3. Die Kohlenschicht soll d ü n n sein. Die Gleichmäßigkeit wird dadurch erreicht, daß m a n die Kohle frei fallen läßt und sie dann durchbläst, oder sie wird auf Vibrationssieben durchgeblasen. Zu diesem Zwecke benutzt m a n Jalousiesichter (Abb. 358) u n d Kreiselsichter oder Siebsichter. Bei dem ersten Sichter wird die feinkörnige Kohle auf den jalousieartigen Boden geschüttet. Der Luftstrom durchbläst die Kohlenschicht, durchdringt die Zwischenräume in den Jalousien und reißt die Staubteilchen von der Kohlenoberfläche weg. In der Kammer, hinter der Jalousiewand, befindet sich eine Prallplatte, auf welche die staubbelastete L u f t anprallt. Die L u f t m u ß hier 25

Silikosebekämpfung

386

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

die Richtung ändern und die Prallplatte umgehen, wobei die gröberen Staubteilchen zu Boden fallen. Der andere Staub wird dann größtenteils in einem Zyklon niedergeschlagen. Die Leistung des Kreiselsichters beträgt 60—70 t/h. Der Kreiselsichter (Abb. 359) arbeitet folgendermaßen: Die Kohle wird dem rotierenden Teller axial zugeführt und fällt infolge Fliehkraftwirkung von dessen Rändern herab. Der durch einen Ventilator erzeugte Luftstrom erfaßt die feinen Staubteilehen, die so in den Ventilator hinein gelangen. Die gröberen Teilchen fallen frei herab und sammeln sich in der konischen Spitze, aus der sie ausgetragen werden. Durch den Ventilator wird die feinstaubreiche Luft gegen die Wand des Außenzylinders geschleudert. Nach dem Anprall gleiten die Staubteilchen an der Wand des unteren kegelförmigen Teils der Austragsöffnung herab. Die Luft passiert die regulierbaren Spalten im Innenzylinder und zirkuliert von neuem durch den Ventilator. Die Kreiselsichter haben Durchmesser von 1800 —4200 mm. Ihre Leistungen betragen 1 0 - 2 0 t/h bzw. 120—140 t/h. Die Staubabscheidung mit einem Siebsichter zeigt Abb. 360. Der die Kohlenschicht auf den Vibrationssieben durchdringende Luftstrom reißt die Staubteilchen mit, durchläuft eine Absetzkammer, wo sich der Grobstaub niederschlägt, und ein Schlauchfilter, in welchem die feinen Abb. 359. Kreiselsichter Staubteilchen zurückgehalten werden. Die Staubabsaugung mit nachgeschalteter Staubabscheidung in Verbindung mit einer guten Belüftung ist die bedeutungsvollste Maßnahme zur Staubbekämpfung in den Aufbereitungs- und sonstigen staubgefährdeten Tagesanlagen sowie bei den unter Tage aufgestellten Zerkleinerungs- und Siebanlagen. Die Staubabsaugung wirkt um so besser, je näher sie der Staubentstehungsquelle liegt und je kleiner der abzusaugende Raum ist. Absaugeanlagen müssen strömungstechnisch genau berechnet und konstruiert sein. Das Projektieren einer Entstaubungsanlage mit verzweigten Saugleitungen ist eine Aufgabe, die große theoretische und praktische Erfahrungen erfordert. Eine Entstaubungsanlage zu konstruieren, die lufttechnisch einwandfrei funktionieren soll, bei der die Längen und Durchmesser der Rohrleitungen, die Anzahl der Absaugstellen, die Leistungen der Ventilatoren usw. völlig abgestimmt werden müssen, ist kompliziert. Der Querschnitt der Rohrleitung wird unter der Voraussetzung berechnet, daß sich die

Beseitigung des Staubes aus dem Fördergut

387

Strömungsgeschwindigkeit in den Grenzen 4—15 m/s, also durchschnittlich 8 m/s, bewegen soll. Nur dann, wenn Raummangel oder die Gefahr einer Staubniederschlagung in der Rohrleitung selbst besteht, muß man die Geschwindigkeit in der Rohrleitung auf über 20 m/s erhöhen. Am erweiterten Rohrleitungsende soll die Geschwindigkeit 0,5—1 m/s betragen, was noch eine ausreichende Ansaugung gewährleistet. Zu beachten ist, daß selbst eine geringfügige Änderung an der Rohrleitung die Wirkung der ganzen Entstaubungsanlage erheblich herabsetzen kann. Die Rohrleitungen sollen nach Möglichkeit nicht horizontal, sondern ansteigend oder vertikal verlegt werden, um die Ablagerung von Grobstaub zu vermeiden.

Abb. 360. Siebsichter

Weiterhin ist es ratsam, alle Bogenstücke oder Krümmer mit einem Biegungshalbmesser zu verlegen, der mindestens die doppelte Länge des Rohrdurchmessers Die Größe der abgesaugten Luftmenge richtet sich weniger nach der anfallenden Staubmenge, sondern wird von der erforderlichen freien AnsaugöfFnung des Ansatzstutzens und der in diesem Querschnitt erforderlichen Luftgeschwindigkeit bestimmt. Die abgesaugte Luft darf erst nach der Entstaubung in die freie Atmosphäre abgeblasen werden, um die Umgebung nicht zu belästigen. Hier spielen vor allem Art und Menge der Stäube, die örtlichen Verhältnisse der Besiedelung bzw. Bebauung sowie die Luftströmung eine Rolle.

388

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

23.5 Entstaubungsvorrichtungen Die Entstaubung der Luft beruht auf folgenden Prinzipien: 1. 2. 3. 4.

Ausnutzung der Schwerkraft, Ausnutzung der Fliehkraftwirkung, Zurückhalten der Teilchen durch Filter und Elektrofilter sowie ihre Fähigkeit zum Haften an Wassertröpfchen und nassen Flächen.

Die Schwerkraft macht man sich in Absetzkammern zunutze. Setzt man den staubbelasteten Luftstrom in rotierende Bewegung, so werden die Staubteilchen durch FUehkraftwirkung an die Außenwand des Abscheiders geschleudert und scheiden sich dort vom Luftstrom ab. Darauf beruht die Luftreinigung in den Fliehkraft-Abscheidern (Zyklonen). Die Luft wird durch poröse Stoffe, Gewebe, Glaswatte oder Raschigringe gefiltert.

Kippbare Stahlblech -Platten

Abb. 361. Absetzkammer

Je nach der End-Staubkonzentration teilt man die Luftreinigung in feine, mittlere oder grobe ein. Bei feiner Reinigung darf die Endkonzentration 1—2 mg/m 3 nicht überschreiten. Sie beträgt bei mittlerer Reinigung 40 bis 50 mg/m 3 , und bei grober kann sie > 50 mg/m 3 sein. Nach der sowjetischen Norm GOST 1324-47 darf die in die Außenluft geleitete Abluft nicht mehr als 100 mg Staub pro 1 m3. Wetter aufweisen. Die dem Raum zugeführte Luft, falls sie Quarzund Asbeststaub in einer Menge von mehr als 50% enthält, muß so gereinigt sein, daß die Staubkonzentration 0,6 mg/m 3 nicht übersteigt, bei neutralem Staub 3 mg/m 3 . Zur Staubabscheidung dienen im wesentlichen Zyklone, Tuchfilter, Naßabscheider und Elektrofilter. Höhere Wirkungsgrade als Zyklone haben die Tuchfilter und einen noch besseren Wirkungsgrad die Elektrofilter, die bei niedrigen Betriebskosten allerdings hohe Anlagekosten verursachen. Die Abluft muß durch genügend hohe Ableitungen in die freie Luftströmung abgegeben werden. Neben der Staubabsaugung hat die Belüftung die Aufgabe, die von der Absaugung nicht

Entstaubungsvorrichtungen

389

erfaßten Feinstäube zu verdünnen und wegzutragen. Sie soll durch den Luftwechsel jegliche Staubanreicherung in geschlossenen Räumen verhindern. Die einfachsten Vorrichtungen zur Luftentstaubung sind Absetzkammern. Man benutzt sie zur groben, selten zur mittleren Reinigung bei teilweiser hoher Staubkonzentration. Der Querschnitt der Kammern ist bedeutend größer als der der Luftleitung, durch welche die Staubluft (Abb. 126, 361) zugeführt wird. In der Kammer verlangsamt sich infolge der Querschnittsvergrößerung die Geschwindigkeit des Luftstromes auf 0,5—1 m/s, und ein Teil des Staubes setzt sich ab. In der Hauptsache sedimentieren grobe Teilchen. Dagegen können sich feine Teilchen infolge der wirbelnden Bewegung in der Kammer nicht absetzen und werden aus ihr ausgetragen. Damit sich eine möglichst A große Menge Staubteilchen absetzt, muß die Strömungsgeschwindigkeit in der Kammer sehr gering sein. Das vfwürde jedoch bei hohen Leistungen allzu große Kammer>4ausmaße erfordern. Zweckmäßigerweise werden mehrere ^ Staubkammern hintereinandergeschaltet, wobei in den nachgeordneten Kammern die Luftgeschwindigkeit sehr gering ist. Der Wirkungsgrad der Kammern übersteigt selbst in günstigsten Fällen nicht 70—80%. Es sei hier zum Beispiel die Zusammensetzung eines Staubes in der Luft angegeben, der schon durch die Kammer durchging (Staub aus einer Asbestaufbereitung): Gehalt an Teilchen < 1 0 ¡xm: 7 3 - 8 1 % , Teilchen 1 0 - 2 0 ¡xm: 1 2 - 1 7 % , und Teilchen über 20 ¡xm: 7 — 9 % . Die Anwendung von Absetzkammern ist nur bei bedeutendem Gehalt an grobkörnigem Staub, und nur als erste Entstaubungsstufe, zu empfehlen. Sehr verbreitet sind Zyklone. Man benutzt sie hauptsächlich für grobe Reinigung, falls die Luft einen großen • Anfangsstaubgehalt aufweist. Bei mittlerer und feiner Abb. 362. Zyklon Reinigung werden sie als erste Stufe verwendet. Ihre Vorteile sind einfache Bauart, leichte Bedienung und gute Abscheidungsfähigkeit für die groben und. mittleren Staubfraktionen. Abb. 362 zeigt einen Zyklon, bei welchem die Staubluft mit erhöhter Geschwindigkeit tangential zugeführt wird. Durch die Fliehkraftwirkung werden die Staubteilchen an die Wand geschleudert, wo sie herabfallen und sich in der konischen Spitze sammeln, aus der sie abgezogen werden können. Das Luft-Staub-Gemisch kommt durch eine Haube mit rechteckigem Querschnitt in den oberen, zylindrischen Teil des Zyklons und strömt durch die Spirale. Wegen des im unteren Kegelteil des Zyklons entstehenden Unterdruckes kann man das Abfallrohr mit der Außenluft nicht unmittelbar verbinden. Um im Kegel eine Staubanhäufung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, zur Austragung des Staubes zwei anliegende Klappen im Abfallrohr anzubringen, die untereinander so verbunden sind, daß bei Öffnung der einen Klappe die andere geschlossen bleibt.

390

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

Die Eintrittsgeschwindigkeit in den Zyklon wählt man in den Grenzen von 10—25 m/s. Die untere Grenze wird von der Notwendigkeit bedingt, ein Absetzen des Staubes in der zuführenden Luftleitung zu vermeiden. Die obere Grenze ist dadurch gegeben, daß mit weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit der Widerstand schnell wächst und daß beim Überschreiten der Geschwindigkeit von 30 m/s sich auch der Entstaubungsgrad vermindert. Tabelle 48. Größen der gebräuchlichen

Gesamthöhe des Zyklons [mm] Innendurchmesser des Zyklons [mm] Leistung [m 3 /h]

Zyhlontypen

I

II

III

3315 815 6500

4115 1085 14500

4965 1625 35000

Um den Luftstrom in eine spiralförmige Bewegung zu versetzen, wird die obere Wand des zylindrischen Teiles des Zyklons mäßig geneigt, und bei mancher Konstruktion sind Leitschaufeln am A Innenmantel des zylindrischen Teiles _ angebracht. Eine Vergrößerung der t r x' Wirkung der Zentrifugalkraft er/ \ reicht man durch stärkere Krümmung der schraubenförmigen Bewegung. Deshalb haben die Abscheider mit kleinem Durchmesser einen höheren Wirkungsgrad als die Abscheider mit großem Durchmesser. Somit werden zweckmäßigerweise s t a t t großer Einheiten mehrere Abscheider mit kleinen Durchmessern parallel geschaltet. I n diesem Falle ist es allerdings wichtig, eine gleichmäßige Belastung der einzelnen, parallel angeordneten kleinen Zyklone zu sichern.

Abb. 363. Multiklon

Will man mit kleinen Zyklonen einen hohen Wirkungsgrad auch bei großen Durchsatzmengen erreichen, so muß man mehrere von ihnen zu einer Batterie verbinden, wodurch ein sogenannter Batterie-Zyklon oder Multiklon (Abb. 363) entsteht. Die L u f t gelangt durch eine gemeinsame Eintrittsöffnung in die Batterie. Bei den einzelnen Elementen erfolgt die

Entstaubungsvorrichtungen

391

Luftzufuhr nicht tangential, sondern senkrecht von oben zwischen dem Zyklonmantel und dem Tauchrohr. In diesem Eintrittsraum sind Spiralschaufeln eingebaut, die dem Luftstrom eine Spiralbewegung erteilen. Der Staubaustritt ist für alle Elemente von unten gemeinsam. Die Vorrichtung bewährte sich in Braunkohlenbrikettfabriken. In der sowjetischen Literatur in d. Zyklon sind die bei uns noch nicht ver4 wendeten Trägheits-Jalousie-Staubabscheider beschrieben. Sie bestehen aus einer größeren Anzahl von konischen Ringen mit fortschreitend sich verringerndem Querschnitt in der Richtung der Luftströmung. Zwischen den Ringen befinden sich Schlitze von 2—3 mm für den Austritt der gereinigten Weg Luft. Die Luft wird dem breiten des Qases kegelförmigen Teil zugeführt, prallt auf die Ringe, ändert die Richtung und entweicht durch die Spalten ißaseintriff zwischen den Ringen, während die Staubteilchen von den schrägen Flächen des Ringes in das Kegelinnere fallen. Folglich ist jener Luftanteil, der über die obere enge Kegelöffnung strömt, das sind Abb. 364. Trägheits-Staubabsoheider etwa 5 — 7 % der zugeführten Luftmenge, dann mit Staub angereichert (s. Abb. 364) und wird einem Zyklon zugeführt. Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage wird dadurch erhöht, daß man die Abluft des Zyklons erneut in den Trägheits-Staubabscheider leitet (s. Abb. 365). Die Abscheider haben gewöhnlich eine Länge von 1120 mm, einen Durchmesser des Eintrittsringes von 370 mm und eine Dürchsatzleistung von 7 0 0 0 - 1 3 500 m 3 /h. Der Wirkungsgrad des KegelTrägheits-Abscheiders schwankt zwischen 8 0 — 8 6 % je nach der Luftgeschwindigkeit und AnfangsStaubkonzentration. Die bei einem

y

w ¡71

Abb. 365 Luftzuführung beim Trägheits-Staubabscheider

392

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

Luft-Sandstaub-Gemisch mit einer Eintrittsgeschwindigkeit von 12,2 m/s erreichten Ergebnisse sind in Tabelle 49 angegeben. Tabelle 49 Anfangsstaubgehalt

Staubabscheidung

Anteil des Staubes an den Kornklassen

g/m»

/o

0/ /o

1,5 6,8 23,9

82,5 88,3 96,0

bis 10[^m 1%, 1 0 - 2 0 |xm 7%, 2 0 - 3 0 u m 3,32% 30—50 ^m 2%, 5 0 - 1 0 0 ¡xm 12,5% 1 0 0 - 2 5 0 ¡xm 74%

Das Anwendungsgebiet von Kegel-Trägheits-Abscheidem ist gewöhnlich die erste Reinigungsstufe vor den Filtern. Vorteilhaft ist, daß sie auch bei Gasreinigung bis 300° C verwendet werden können. Falls sie für die Reinigung über 300° C benutzt werden sollen, empfiehlt es sich, statt Kegelabscheider flache Keil-TrägheitsStaubabscheider einzusetzen. Ihre Schaufeln sind aus Gußeisen. Einen bedeutend höheren Wirkungsgrad haben Tuchfilter, bei denen das Luft-Staub-Gemisch einen Stoff passiert, in dem der Staub aufgefangen wird. Verwendet wird ein in einem Rahmen aufgespanntes Tuch oder ein am Filterskelett angebrachter Schlauch. Am bekanntesten sind Schlauchfilter der Firma Beth, Lübeck, in denen der Abb. 366. Schlauchfilter Staub automatisch abgeklopft wird und die man durchblasen kann. Eine schematische Darstellung des Schlauchfilters zeigt die Abb. 366. Das Filter setzt sich aus 5 Teilen zusammen mit je 15 Schläuchen. Die staubhaltige Luft kommt von unten her, passiert die Schläuche und gelangt in die obere Sammelkammer, wo sie von einem Ventilator abgesaugt wird. Die Staubteilchen fangen sich am Schlauch tu ch. Die Schläuche werden abgeklopft und alle 3—5 Minuten in regelmäßigen Zeitabständen automatisch mit Druckluft durchgeblasen. Der Staub fällt auf den Bunkerboden herab, aus dem er mit einem Schneckenförderer ausgetragen wird. Die einzelnen Teile werden abwechselnd gereinigt. Für die Schläuche benutzt man groben glatten Stoff oder behaarten Stoff (Samt, Flanell, Schafwollgewebe).

Entstaubungsvorrichtungen

393

Der Wirkungsgrad der Staubabscheidung ist groß und erreicht 97% und darüber (bis 99,8%). Die Schläuche müssen nach einer gewissen Zeit ersetzt werden; ihre garantierte Verwendungsdauer beträgt etwa 1 J a h r . Das Filter erfordert eine qualifizierte Bedienung. Man benutzt es zur Endentstaubung, sobald der Staubgehalt in der L u f t unter 200 mg/m 3 gesunken ist. Mit den Filtern wird der mittlere und feine Staub aus der Luft beseitigt. Ein zehnteiliges Filter zu je 14 Schläuchen mit einer Gesamtfilterfläche von 212 m 2 h a t eine Kapazität von 31500 m 3 staubhaltiger L u f t pro Stunde. Die Luftmenge für BETH-Filter wählt m a n in den Grenzen von 50 bis 180 m 3 /h und m 2 Filterfläche in Abhängigkeit von der Staubkonzentration in der Luft, die das Filter passiert. Schlauchfilter benutzt man zur Abscheidung von Trockenstaub. Ist der Staub feucht, klebrig oder chemisch aggressiv, so können Schlauchfilter nicht verwendet werden. Höchstzulässige Lufttemperatur 70° C, kurzfristig bis 120° C. Eine sehr verbreitete Luftentstaubungsvorrichtung in der Industrie sind Elektrofilter. Die elektrischen Staubabscheider werden im allgemeinen in Aufbereitungsanlagen nicht verwendet. Hingegen sind sie in der Zementindustrie, für Hochöfen, Metallhütten, Brikettfabriken und f ü r die Rauchentstaubung bei Elektrizitätswerken, vor allem für heiße Gase, verbreitet. Ihre Wirkungsweise besteht darin, daß die vertikale isolierte, gewöhnlich negativ geladene Elektrode von 30000—80000 V Spannung die Luft in ihrer Umgebung ionisiert, wodurch die in der Luft schwebenden festen Teilchen elektrisch aufgeladen und von der großflächigen geerdeten Niederschlagselektrode angezogen werden. Der angesammelte Staub wird automatisch abgeklopft und fällt in einen Staubbunker, aus dem er ausgetragen wird. Das Staub-Gas-Gemisch wird somit durch ein elektrisches Feld geführt, das aus einer „Sprühelektrode" (aus isolierten Drähten oder Metallbändern) und aus einer „Niederschlagselektrode" (aus geerdeten Metallplatten oder Drahtnetzen) besteht. Die Sprühelektrode wird mit dem negativen Pol einer Gleichstrommaschine mit 30—80 kV verbunden. Durch dieses Feld wird das Staub-Gas-Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 3 m/s geleitet. Der Gesamtentstaubungsgrad der elektrischen Staubabscheider beträgt bis 99%. Elektrofilter werden je nach der Elektrodenform in zwei Ausführungen g e b a u t : als zylindrische Filter und als Kammerfilter. Die zylindrischen Elektrofilter haben eine vertikale negative Elektrode, 2—3 mm stark, in einem Zylinder von 300 m m Durchmesser, welcher die positive Niederschlagselektrode bildet. Die L u f t strömt durch das Rohr von unten nach oben. Oben kann man die gereinigte L u f t unmittelbar in die Atmosphäre leiten. I n den Kammerfiltern sind die Niederschlagselektroden ebene Platten. Die Platten sind in einer Entfernung von 200—300 m m zueinander angeordnet. I n der Mitte befinden sich die negativen Elektroden. Eine schematische Darstellung von Kammer-Elektrofiltern gibt Abb. 367. Der zum Abscheiden des Staubes erforderliche hochgespannte Gleichstrom wird durch rotierende Gleichrichter aus hochgespanntem Wechselstrom erzeugt. Elektrofilter werden sehr häufig verwendet; sie eignen sich sowohl für Grobwie Feinstaub, auch bei großer Konzentration von etwa 5000 mg/m 3 und darüber

394

Staubbekämpfung in den Übertage-, insbesondere Aufbereitungsanlagen

und bei hohen Temperaturen. Folglich werden sie auch zur Entstaubung von Rauchgasen in Kesselanlagen benutzt. Die gebräuchlichste Verwendung ist für die Gasentstaubung in Brikettanlagen. Die Kapazität der Elebtrofilter beträgt bis 500000 m 3 /h. Da bei vielen Trocken-Entstaubungsgeräten der feinste Staub nicht in dem erforderlichen Maße abgeschieden wird, ist der Einsatz von Naßentstaubungen erforderlich, sobald der Feinstaubanteil der Staubluft ein gewisses Maß übersteigt. Bei Naßentstaubung wird die Luft von einem Ventilator durch einen Raum gesaugt, in dem Düsen eingebaut sind, die heißes Wasser von 70—80° C versprühen. Das Wasser muß zu feinen Tröpfchen zerstäubt werden, die die Staubpartikeln umhüllen, und ebenfalls zu gröberen Tropfen, A *A I I T die die angefeuchteten Staubteilchen niederschlagen. Bei einem anderen Verfahren wird .. die Luft durch die Filterschichten gesaugt, / I — - N | ' die aus eingeölten Füllkörpern wie Raschign ringen, Splitt und dergleichen bestehen. Nach einer Betriebszeit von 5—10 Tagen muß die Filteranlage gereinigt werden. Der Wirkungsgrad beträgt 99% und die Kapazität 4000 bis 5000 m 3 /h. In neuerer Zeit nimmt man, besonders für größere Leistungen, Naßabscheider, bei denen die Staubluft durch einen vom Flügelrad eines Ventilators erzeugten Wasserschleier hindurchgeführt wird. Bei sparsamem Wasserverbrauch werden gute Gesamtentstaubungsgrade erreicht. Bei der Naßentstaubung bildet die Reinigung des Schlammwassers aus den Filtern ein großes Problem, wodurch die EntstaubungsAbb. 367. Elektrofilter kosten sich bedeutend erhöhen können. Trotz Abkapseln und Abdichten der Maschinen gelangt oft noch Staub an die Arbeitsstellen. Grundsätzlich ist darauf zu achten, daß solche Räume baulich von den übrigen Arbeitsräumen abgeteilt sind. Wo man aus technischen Gründen ohne Türen nicht auskommt, sollen diese mit selbsttätiger Schließvorrichtung oder mit Luftschleusen ausgestattet sein. Es muß dringend dafür gesorgt werden, daß keine staubhaltige Luft bei Zugluft aus den verstaubten in die benachbarten Räume gelangt. Um ein Absetzen des Staubes zu verhindern, sollen die Decken, Fußböden und Wände vollkommen glatt und mit Fliesen verkleidet sein. Die Räume sind in regelmäßigen Zeitabständen mit Wasser abzuspritzen und zu reinigen. Hierzu muß der Fußboden einen Wasserablauf haben. In allen Arbeitsräumen, besonders da, wo die Belegschaft körperliche Arbeit leistet, ist für genügend Frischluft zu sorgen. Dabei sollte im allgemeinen der

Entstaubungsvorrichtungen

395

Luftstrom von oben nach unten gehen, damit der schwebende und der beim Gehen und Fahren aufgewirbelte Staub nicht in Mundhöhe gelangt (Abb. 368). Die Fußböden sind mit Industrieabsaugern stets reinzuhalten; die abgesaugte Luft wird ins Freie geleitet. In keinem Falle darf trocken gekehrt werden. I m Notfall kann der Fußboden nach Anfeuchten des Bodens mit feuchten Spänen

Abb. 368. Richtige Belüftung eines Arbeitsraumes

oder mit anderen Mitteln, die den Staub binden, gereinigt werden, aber niemals während der Arbeitszeit. Auch ein kräftiger Wasserstrahl zum „Abspritzen" bringt eine beachtliche Menge feinsten Staub wieder in Schwebe. Bei Formmaschinen sowie bei Arbeitstischen für Handformerei muß man dafür sorgen, daß die Abfälle automatisch in Sammelgruben gelangen. Wenn derartiger Abfall auf den Boden fällt und sich dann an den Schuhen der Arbeiter fest-

£ Abb. 369. Rost als Fußboden

setzt, wird er nach dem Trocknen immer wieder als Staub aufgewirbelt. Deshalb sollten Arbeitsstätten dieser Art mit Rosten versehen sein, mit Auffanggruben darunter, die regelmäßig ausgeleert werden (Abb. 369). Zum Heizen der Räume sollten nur Heizröhren dienen. Luftvorwärmer, die durch Ventilatoren Warmluft in die Räume drücken, sind ungeeignet und abzulehnen, weil dadurch die Luft bewegt und Staub aufgewirbelt wird. Trockeneinrichtungen, große Trockenöfen, mit Überdruck arbeitende Kanaltrockenöfen sowie Trockenkammern sollten von den übrigen Arbeitsräumen getrennt liegen.

24 Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus Für den Techniker, der sich weniger für die medizinischen Fragen interessiert, genügt es zu wissen, daß unter der Einwirkung des Quarzstaubes in der Lunge sog. Fibrosen (Umwandlung des atmungsfähigen Gewebes in Bindegewebe) entstehen können, so daß die betreffenden Teile der Lunge ihre normale Funktion nicht mehr ausüben (Abb. 371 — 376).

24.1 Bau der Atemwege Kap. 24.1 und 24.2 von MUDr. PACHNER, Ostrava

Um die schädliche Wirkung des Staubes auf die Atmungsorgane zu verstehen, muß man etwas über die Struktur dieser Organe wissen. Die Eintrittsstellen des Atmungssystems sind Nase und Mund (Abb. 370). ( \ Die Nasenhöhle ist durch eine Nasen/ Scheidewand in zwei Hälften geteilt, die A-^" - _ I sich wiederum etagenförmig in Nasen^Stb», ' / muscheln gliedern. Die Nasenhöhle ist mit \( / Schleimhaut ausgekleidet, deren Epithel ( JJ 3 1 im äußeren Teil (flache flimmerlose Zellen) 1 \ sich von dem im inneren Teil untery \W scheidet, wo die Zellen der Auskleidung A3 V walzenförmig ausgebildet und mit /

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Abb. 370. Schutzeinrichtungen des Körpers Der Staub wird aufgefangen durch: i Nasenhaare; 2 Nasenmuscheln (Abknickung des Luftstromes); 3 Rachenenge (Niederschlag des Staubes an den Schleimhäuten); 4 Flimmerzellenbelag des Luftweges; 5 Luftröhrchenenge

Flimmerhärchen versehen sind, die sich in ständiger Bewegung befinden. In der Mundhöhle hat die Schleimhaut kein Flimmerepithel. Beide Höhlen, sowohl die Nase als auch der Mund, münden in rückwärtiger Richtung in den Raum, welchen wir Rachenhöhle nennen. An diese schließen sich die Speiseröhre und Luftröhre an. Der Eintritt in die Luftröhre ist beim Schlucken durch eine bewegliche Knorpelplatte verschlossen (Epiglottis), sonst ist er offen. Die Luftröhre (Trachea) verzweigt sich in die

Durchgang der Staubteilchen durch die Atmungsorgane

397

Bronchien. Die Trachea gliedert sich sodann in immer feiner werdende Bronchien u n d Bronchiolen auf. Schließlich verzweigen sich die Bronchiolen in zwei oder mehrere Respirationsbronchiolen u n d jede von ihnen weiter in einige Alveolargänge, an welche die Alveolarsäckchen anschließen. Die Luftröhre u n d die Bronchien größeren Kalibers enthalten Knorpelspangen u n d werden durch Bindegewebe zusammengehalten. J e feiner die Bronchien sind, u m so weniger knorpelförmiges Gewebe haben sie; es überwiegt Bindegewebe u n d Muskulatur. Bei den feinsten Bronchien ist das Muskelgewebe der wichtigste Bestandteil ihrer Struktur. Die Alveolarsäckchen haben immer einige Ausbuchtungen, die sich mit den benachbarten eng berühren, so daß die W ä n d e zu alveolaren Septen verschmelzen. Die Alveolenwand besteht aus einem sehr dünnen Bindehäutchen, welches reichlich von Blutkapillaren durchzogen ist, das Innere der Alveolen ist mit einem dünnen Atmungsepithel ausgekleidet. Luftröhre, Bronchien u n d Bronchiolen sind ausgestattet mit Schleimhaut u n d Flimmerepithel, welches für die Atmungswege typisch ist. E r s t in den Bronchiolen zeigt sich eine Zellauskleidung ohne Flimmer epithel. Nase, Rachenhöhle, Luftröhre u n d Bronchien werden deswegen Atmungswege genannt, weil durch sie beim Ein- und Ausatmen die L u f t in die Lungen ein- u n d ausströmt. Auf der ungeheuren Fläche der Lungenalveolen k o m m t die L u f t mit dem Blutkapillarnetz, mit dem die Alveolen umsponnen sind, in Berührung. Die L u f t gibt hier dem Hämoglobin in den Blutkörperchen ihren Sauerstoff ab u n d übernimmt aus dem B l u t Kohlendioxyd, welches im Körpergewebe als Abfallmaterial (Abfallprodukt) bei der Verbrennung des Sauerstoffes entsteht. Das Flimmerepithel h a t die Aufgabe, aus den Atmungswegen durch Flimmerbewegung den Schleim, der durch besondere Zellen in den Deckschichten der Atmungswege abgesondert wird, u n d mit ihm zusammen Verunreinigungen hinauszubefördern.

24.2 Durchgang der Staubteilchen durch die Atmungsorgane Der Strom der eingeatmeten L u f t bringt Staubteilchen in die Atmungswege. Das Schicksal dieser Staubteile ist je nach ihrem Charakter verschieden: Die schwereren u n d gröberen Staubteile unterliegen den Gesetzen der Schwere deutlicher, bei ihnen macht sich das Beharrungsvermögen stärker bemerkbar. Sie stoßen daher sehr bald an die Wände der Atmungswege u n d bleiben in der Schleimschicht haften, die die Atmungswege auskleidet. Dagegen werden die kleineren Staubteile durch den L u f t s t r o m weitergetragen, u n d wenn sie sehr klein sind (bei einem Durchmesser von nicht mehr als 5 Mikron), können sie bis in die Lungenalveolen gelangen. Ein Teil dieser Staubteilchen wird wieder mit der L u f t ausgeatmet. Ein Teil bleibt im Schleim haften, welcher die Atmungswege auskleidet, u n d wird durch das Flimmerepithel in der Richtung der Rachenhöhle hinausbefördert. Ein Teil jedoch kann in den Lungenalveolen oder Alveolargängen, die kein Flimmerepithel besitzen, zurückbleiben.

398

Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

24.3 Pathogenese und Klinik der Silikose Von MUDr. P. PELNAÄ, Prag

Obwohl in den letzten 20—30 Jahren in der ganzen Welt große Fortschritte in der Erforschung der Silikose erzielt wurden, ist diese Krankheit noch immer unheilbar. Ihr eigentliches Wesen und viele Phasen ihrer Entwicklung sind uns noch immer nicht völlig bekannt. Sie bedeutet nach wie vor ein tragisches Schicksal für die von ihr betroffenen Menschen. Nur die kleinsten Staubteilchen haben Bedeutung für die Entstehung der Silikose. In den Lungenalveolen sind diese Staubteilchen Fremdkörper. Wie jeder unerwünschte Fremdkörper werden sie von besonderen, beweglichen Zellen bekämpft, welche die Fremdkörper verzehren und deswegen Freßzellen (Phagozyten) genannt werden. Die Phagozyten gelangen aus dem Lungengewebe in die Lungenbläschen, verschlingen die Staubteilchen, gelangen zum Teil über die Flimmerzellen nach außen, zum Teil wandern sie als sogenannte Staubzellen (Koniophagen) in das Lungengewebe zurück; sie bewegen sich weiter aüf den Lymphbahnen in die Lymphknoten, am häufigsten in die Knoten der Lungenwurzel (Lungenhilus). Auf diese Art werden die Lungen von den verschiedenen Stäuben und Verunreinigungen, die bis in die Bläschen eingedrungen waren, gereinigt. In den Lymphknoten setzen sich diese Verunreinigungen ab. Deshalb finden wir häufig bei der Obduktion der Leichen alter Menschen, daß die Lymphknoten mit schwarzen Kohleteilchen, Ruß und ähnlichen Verunreinigungen angefüllt waren, ohne daß die betreffenden Personen zu Lebzeiten auch nur die geringsten Beschwerden verspürt hatten. Die Tätigkeit der Freßzellen, die sogenannte Phagozytose, ist ein natürlicher Abwehrmechanismus des Körpers. Je mehr Staubteilchen in die Alveolen gelangen, desto mehr Phagozyten bilden sich, und um so lebhafter ist der ganze Vorgang. Sowjetische Autoren weisen darauf hin, daß die Phagozytose wahrscheinlich auch durch das Nervensystem gesteuert wird. F E E I N hat festgestellt, daß bei Lungenverstaubung die Phagozytose auch im Bauchfell in Erscheinung tritt. Er schließt daraus, daß die Impulse aus der Lunge über das Nervensystem nicht nur zur Verstärkung der Phagozytose in den Lungen selbst, sondern im ganzen Körper führen. Die beschriebene Abwehrreaktion des Organismus ist bei Lungenverstaubung durch sogenannte inerte Staubarten äußerst wichtig und zweckmäßig. Bei Quarzverstaubungen der Lunge jedoch ist dieser Vorgang gestört. Zwar verzehren auch hierbei die Phagozyten die Staubteilchen, jedoch ist das Staubteilchen biologisch aktiv und greift die lebende Substanz der Phagozyten an. Die Phagozyten sind dann meist nicht imstande, die Fremdkörper bis in die Lymphknoten zu befördern, sondern gehen auf dem Wege dorthin zugrunde und zerfallen, so daß die Staubteilchen im Zwischenlungengewebe (Interstitium) ver-

Pathogenese und Klinik der Silikose

399

bleiben. Die Staubteilchen, die den Phagozyt zerstört haben, setzen ihren langsamen bösartigen Einfluß auf das Gewebe, in dem sie abgelegt wurden, fort. J e intensiver die Phagozytose ist, desto mehr Staubteilchen werden zwar bis in die Lymphknoten transportiert, aber ebensoviele von ihnen bleiben unterwegs in dem Bindegewebe des Interstitiums haften. Die Steigerung der Phagozytose bei Silikose kann daher nicht eindeutig als zweckmäßige Reaktion angesehen werden. In der letzten Zeit häuft sich sogar die Ansicht, daß diese sonst zweckmäßige Reaktion des Organismus bei Quarzverstaubung schädlich werden kann. Also auch phagozytierte Quarzteilchen lagern sich im Lungengewebe ab. Außerdem sind die Quarzteilchen imstande, auf eigene Faust ohne Phagozytose die Alveolenwände zu durchdringen und somit direkt in das Interstitium zu gelangen. Worauf beruht nun die biologische Aktivität des Quarzstaubes? Diese Frage ist eine der schwierigsten und wird von vielen Wissenschaftlern in der Welt untersucht. Die ältere mechanische Theorie führt als Erklärung an, daß der Quarzstaub die Lungen durch die scharfen Kanten seiner Teilchen mechanisch reizt und auf diese Art die Silikose hervorruft. Diese Theorie wurde durch experimentelle und praktische Erfahrungen widerlegt, da andere Staubarten mit ebenso scharfen Teilchen, zum Beispiel Korund, keine Neubildung von Bindegewebe und somit keine Silikose hervorrufen. Die weiteste Verbreitung und Anerkennung erzielte die Löslichkeitstheorie, die mit den Namen K I N G , J Ö T T E N und G Ä R T N E R eng verbunden ist. Obwohl Si0 2 besonders in Kristallform im Wasser nahezu unlöslich ist, haben die Vertreter dieser Theorie nachgewiesen, daß sich Si0 2 wesentlich besser in den biologischen Flüssigkeiten auflöst. Die Lösungsgeschwindigkeit ist zwar ungewöhnlich gering, jedoch geht auch die Entwicklung der Silikose im allgemeinen sehr langsam vor sich. Die Quarzteilchen sind um so mehr löslich, je kleiner sie sind, d. h. je größer ihre Oberfläche im Verhältnis zum Volumen ist; kleine Teilchen durchdringen nicht nur das Gewebe leichter, sondern können deshalb auch viel intensiver wirken. Nach der Löslichkeitstheorie hängt die Schädlichkeit des Quarzstaubes nicht von seiner kristallographischen Struktur, sondern von der Größe der Teilchen ab. Einige Autoren fügten noch die Ergebnisse ihrer Beobachtungen vom Zeiteinfluß und dem Einfluß des p H -Wertes auf die Löslichkeit hinzu. Quarz löst sich gemäß dieser Theorie als Kieselsäure auf, welche dann auf das Gewebe chemisch einwirkt. Die Löslichkeitstheorie hat einige Schwächen, die K I N G selbst kritisch zugibt. Trotzdem ist diese Theorie in vielen Teilen nachgewiesen und wird von zahlreichen Autoren angenommen. Sie wird auch dauernd weiter bearbeitet. Die ursprüngliche Theorie befaßte sieh nicht mit der Frage, in welcher Form die Kieselsäure im Organismus auftritt und durch welche chemischen Vorgänge sie auf das lebende Gewebe einwirkt. Diese Fragen sind jedoch wichtig, um die biologischen Wirkungen des Quarzstaubes zu verstehen. Erst neuere Forschungen, insbesondere KINGS und anderer britischer, amerikanischer und deutscher Wissenschaftler, haben bewiesen, daß im Organismus hauptsächlich drei Arten von Si0 2 -Lösungen entstehen. Die molekulardisperse Kieselsäure durchdringt leicht das Gewebe, wird daher rasch von den Nieren entfernt und verursacht

400

Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

keine Schäden. Die übrige Kieselsäure bildet eine kolloidale Lösung, die polymerisationsfähig ist. Diese kolloide Kieselsäure bildet den überwiegenden Teil der entstandenen Lösung und wirkt auf zweierlei Weise. Einmal wirkt sie stark giftig auf die lebende Substanz, vernichtet rasch die Zellen, mit denen sie in Berührung kommt, und verursacht Entzündungen und Nekrosen. I n anderen Fällen verhält sie sich jedoch völlig abweichend. Sie verursacht langsam chronische Wucherungen des Bindegewebes, Fibrogenese. Auf diese Art wirkt nur das Kolloid größerer Teilchen. Nur diese Wirkungsart ist fähig, eine Silikose hervorzurufen. Die beiden verschiedenen Wirkungsarten der kolloiden Lösung von Kieselsäure, die chemisch identisch sind, sind nur aus physikalischen und physikalisch-chemischen Unterschieden erklärbar. Die physikalisch-chemische Theorie versucht diese Erklärung zu bringen.

Die Theorie der Aktivität der Kristalloberfläche stützt sich hauptsächlich auf die Arbeiten L U I S E HOLZAPFELS, S E I F E R T S , JÄGERS. Frau H O L Z A P F E L knüpft an die Löslichkeitstheorie an und untersucht die chemische Wirkung aufgelösten Quarzes im lebenden Gewebe. Sie nimmt an, daß die kolloide Lösung der Kieselsäure, das sogenannte Kieselsäuregel, im Gewebe nicht frei existiert, sondern nur gebunden, und zwar in Form sogenannter Organosilikate, Kieselsäureester, die Verbindungen mit verschiedenen organischen Bestandteilen darstellen. Diese Theorie setzt voraus, daß Kieselsäure fähig ist, unmittelbar mit verschiedenen OHGruppen organischer Verbindungen zu verestern, wie zum Beispiel mit Zucker, Fetten und Aminosäuren. Tatsächlich wurde experimentell die Entstehung von solchen Estern nicht nur mit Aminosäuren aus Eiweißstoffen nachgewiesen, was bereits auf Grund früherer Feststellungen angenommen werden konnte, sondern auch mit Zucker und Fetten. Diese erste Entdeckung gewann besonders an Bedeutung im Zusammenhang mit der weiteren Feststellung, daß die Entstehung solcher Verbindungen durch Adsorptionsvorgänge an der Oberfläche der Quarzkristalle wesentlich beeinflußt wird. Beim Studium dieser Vorgänge wurde nachgewiesen, daß an der Quarzoberfläche von den Aminosäuren am meisten Glycin adsorbiert wird. Glycin ist die wichtigste Aminosäure des Kollagens, das den hauptsächlichsten Bestandteil des silikotisch-fibrösen Gewebes darstellt. Vom Zucker wird am meisten Galaktose adsorbiert, ein wichtiger Bestandteil der Chondroitinschwefelsäure, die wichtigster Baustoff der Zwischenzellensubstanz des fibrösen Bindegewebes ist.

In den Vordergrund unserer Erwägungen über die Pathogenese der Silikose treten dabei Adsorptionsvorgänge an der Oberfläche der Quarzkristalle, welche die verschiedenen Wirkungen des Gels der amorphen Kieselsäure und der Polykieselsäure, die an der Oberfläche der Kristalle entsteht, erklären würden. Wie es scheint, hat allein diese Polykieselsäure fibroblastische Wirkung. Der Einfluß der Oberflächenerscheinungen am Quarzkristall konnte bisher nicht eindeutig geklärt werden, obwohl es auf diesem Gebiete der physikalischen Forschung eine große Menge von Feststellungen und Hypothesen gibt. Es ist klar, -daß in der Natur nur wenige unbeschädigte Quarzkristalle vorkommen. Insbesondere gibt es dort keine unbeschädigten Kristalle, wo das Gestein gebrochen oder gemahlen wird und aus ihm Staub entsteht. Vorausgesetzt wird, daß an der Oberfläche frisch gebrochener Teilchen freie Valenzen vorhanden sind, die eine große Tendenz zur Bindung haben, daß also frisch gebrochener Staub eine größere biologische Aktivität hat, wogegen alter Staub weniger aktiv ist.

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Abb. 371 a. Ansammlung von Staubzellen (Koniophagen) um ein kleines Lungengefäß H.-E. (150 X vergr.)

Abb. 371b. Knötchenförmige Anhäufung von Staubzellen m i t perifokalem Emphysem (150 x vergr.)

Abb. 371 c. Perivasale Ansammlung von Staubzellen mit Vermehrung des Bindegewebes (150 x vergr.) [a —c nach F i n g e k l a n d ]

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Abb. 372a. Übersichtsaufnahme (2 x vergr.). Mäßige Staubablagerungen im Interstitium

Abb. 372b. Stärkere herdförmige Anhäufung von Staub mit beginnendem perifokalem Emphysem [a u. b nach GOUGH]

Abb. 372c. F o k a l e m p h y s e m , charakteristisch f ü r K o h l e n h a u e r [nach G o r o n ]

Abb. 373. Knötchenförmige Anthrako-Silikose mit Bildung von Knötchen und zwei massiven Fibroseherden (natürliche Größe) [nach G O T J G H ]

Abb. 374 a. Ausgedehnte kugelförmige Fibrose im Unterlappen [nach F I N G E R L A N D ]

Abb. 374c. Silikoseknoten, stark vergrößert

Abb. 374b. E i n f a c h e Silikose mit R a n d e m p h v s e n [nach ¡STRACHAU]

Abb. 375. Massive Fibrosen im Ober- und Unterlappen. Das angrenzende Lungengewebe ist mosaikartig pigmentiert [nach FINGERLAND]

Pleura massiv verdickt [nach FINGERLAND]

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Abb. 37(ib. Infektiöse P n e u m o k o n i o s e Uroße schwarze Klecken stellen Fibrose mit K a v e r n e n in der Mitte d a r [nach GOUGH]

Abb. 377. R ö n t g e n b i l d einer Silikose 0 — I

Abb. 378. Röntgenbild einer leichtgradigen Silikose (Silikose I)

Abb. 379. Röntgenbild einer mittelschweren Silikose (Silikose II)

Abb. 380. Röntgenbild einer schweren Silikose (Silikose III)

Pathogenese und Klinik der Silikose

401

Diese Vermutung äußert P O L I C A B D auf Grund von Erfahrungen mit Saharastaub, der keine Silikose hervorruft; das wird von anderen Forschern bestätigt. Demgegenüber hat G A R D N E R Silikose mit Staub hervorgerufen, den er den Lungen Verstorbener entnahm, in welchen der Staub jahrelang gelegen hatte. Noch deutlicher spricht gegen eine Überbewertung der frisch gebrochenen Oberfläche des Kristalls die Tatsache, daß zufällige freie Valenzen an frisch gebrochenen Oberflächen sehr rasch in Normalatmosphäre und nahezu augenblicklich bei Berührung mit feuchtem Gewebe durch Hydratation abgesättigt werden. Auf Grund dieser unterschiedlichen Feststellungen muß man sich näher mit der Struktur des „unvollkommenen" Kristalls befassen, welcher am häufigsten bei der technologischen Verarbeitung des Gesteins auftritt.

Bei einem beschädigten Kristall ist das Kristallgitter und somit das Gleichgewicht gestört, wodurch aktive Zentren an der Kristalloberfläche entstehen. Ob hierbei biologisch auch sogenannte besondere Elektronenemissionen zur Geltung kommen, die unter bestimmten Voraussetzungen beim Zerfall der Farbenzentren im Kristall entstehen, wie B O H U N erwägt, bleibt nachzuweisen. Jedenfalls ermöglichen die aktiven Zentren des Kristalls chemische Reaktionen, die sich beim „idealen" Kristall nicht geltend machen könnten. Diese aktiven Zentren verschwinden in der Natur mit der Zeit wieder. Entweder sie verheilen durch Reorientierung des Kristallgitters, oder häufiger reagieren sie mit Stoffen der Umgebung, wodurch sie blockiert werden und ihre Aktivität verringern oder verlieren. Diese Blockade der Quarzaktivität kann man künstlich hervorrufen. So stellen wir uns vor, daß die Einatmung von Aluminiumstaub, Kalkaerosolen oder elektrisch aufgeladenen Aerosolen silikoseverhütend wirken kann. Auf ähnliche Weise könnten auch andere Substanzen die aktiven Zentren der Quarzkristalle blockieren und deren Aktivität herabsetzen. Dadurch könnte das Auftreten der Pneumokoniose bei Kohlenhäuern erklärt werden, die manchmal abweichend von der reinen Silikose verläuft. So haben T H A E R und G A D E aus Kohlenstaub organische Substanzen herauslösen können, welche die Quarzkörner überziehen und deren Löslichkeit dadurch stark herabsetzen. Werden die aktiven Zentren nicht auf diese Art blockiert, kommt es rasch zu ihrer Hydratation. Diese Sättigung freier Valenzen mit Wasser führt zur Bildung einer Schicht kolloider Lösung polymerisierter Kieselsäure, die Bestandteil der Kristalloberfläche wird. Im Organismus wird ein derartiger Kristall von den Phagozyten angefallen oder gelangt auf andere Art in Berührung mit Eiweißstoffen. Es ist ersichtlich, daß die Kristalloberfläche die größte Affinität zu Eiweißstoffen haben wird, in welchen die räumliche Anordnung von Aminosäuren der Periodizität der aktiven Stellen (Gitterknoten) der Kristalle entsprechen wird. Ein derartiger Eiweißstoff ist das Kollagen, und wir haben bereits erwähnt, daß experimentell die hohe Sorptionsaffinität zum Si0 2 -Kristall bei Glycin nachgewiesen wurde, welches der Hauptbestandteil des Kollagens ist. Es kann daher als ziemlich sicher vorausgesetzt werden, daß an der Kristalloberfläche selektiv gerade das Kollagen oder ein anderer Eiweißstoff ähnlicher Eigenschaften adsorbiert wird. Durch die Adsorption paßt sich ihre Orientierung dem Kristallgitter an, es kommt zur sogenannten orientierten Adsorption. 26

Silikosebekämpfung

402

Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

Hierbei ändert sich die Struktur des Eiweißmoleküls, was zur Änderung seines Verhaltens führen kann, zum Beispiel zur Kettenbildung, was unter anderen Umständen nicht eintritt. Erst in der zweiten Phase reagiert das adsorbierte, zur Faserbildung befähigte Kollagen mit dem Film von Polykieselsäuren an der Kristalloberfläche. Durch diese chemische Reaktion ist die Polykieselsäure mit dem Eiweißstoff in einem Komplex gebunden, der von der Kristalloberfläche diffundiert und hierdurch an der Kristalloberfläche neue Plätze entblößt, die fähig sind, neue Bindungen einzugehen. So erneuert sich immer wieder die biologische Aktivität der Kristalloberfläche, und es entstehen neue und immer wieder neue Kettenbildungen von Eiweißmolekülen, welche die Grundlage für die Entstehung des faserartigen Bindegewebes in den Lungen sein könnten. Diese Moleküle entnehmen der Kristalloberfläche neue Mengen von Polykieselsäure, die nahezu unausscheidbar sind und sich in den Lungen ansammeln. Die schädliche fibrogenetische Wirkung des Quarzes ist auf diese Art dauernd unaufhaltbar und ständig fortschreitend.

Die beschriebene Kristalloberflächen-Aktivitätstheorie, die meist mit den Namen J Ä G E R und S E I F E R T in Zusammenhang gebracht wird, faßt die modernsten Anschauungen über die Pathogenese der Silikose zusammen. Sie scheint nach der heutigen Lage der Wissenschaft der Wahrheit am nächsten zu kommen. Diese Theorie erklärt befriedigend auch viele Unklarheiten und Widersprüche der früheren Theorien. Zum Beispiel ist der Widerspruch der Bedeutung frisch gebrochener Oberflächen damit erklärt, daß es auch bei altem ausgewittertem Staub und bei Teilchen mit emailartiger amorpher Oberfläche unter bestimmten Voraussetzungen zu fibrogenetischer Wirkung kommen kann, und zwar wenn die nichtaktive amorphe Oberfläche der Teilchen sich langsam auflöst und fortschreitend die aktiven Stellen des Kristalls freigelegt werden. Diese Theorie schließt auch die Möglichkeit einer unterstützenden Wirkung elektrischer Ladungen nicht aus, die durch den ständigen Pulsationsdruck in den Lungen auf dem Kristall entstehen, wie dies die piezoelektrische Hypothese voraussetzt, obwohl sonst diese Hypothese meist mit großer Zurückhaltung beurteilt wird. Zusammenfassend läßt sich zu der medizinisch-mineralogischen Deutung der Silikose folgendes sagen: Die silikotischen Veränderungen in der Lunge bestehen in einer Verschwielung des Gewebes durch Bindegewebsknoten, die von kristallinem Quarz hervorgerufen wird. Silikate und manche andere Staubarten rufen keine typisch silikotische, sondern abweichende und zumeist nicht derartig schwer verlaufende Erkrankungen der Lunge hervor. Ob der Quarz in der Lunge freie Kieselsäure in Lösung gibt und dadurch Eiweiß gefällt wird oder ob diese Fällung durch eine matrizenartige Übereinstimmung der Gitterstruktur des Quarzes mit dem Molekülaufbau des Eiweißes bewirkt wird, ist noch umstritten. Der Begleitstaub des Quarzstaubes, sei es Kohlenstaub oder anderer Staub, übt je nach der Kornform und Korngröße eine mehr oder minder starke verstopfende Wirkung aus, wodurch der rechtzeitige Abtransport des Quarzes verhindert und damit die Entstehung der Silikose beschleunigt wird. Histologisch wurde erwiesen, daß rings um die Quarzteilchen im interstitiellen Lungengewebe zuerst eine Entzündung entsteht und dann das Bindegewebe fort-

Pathogenese und Klinik der Silikose

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laufend zu wuchern beginnt. Diese Wucherung des Bindegewebes ist die eigentliche Ursache der Erkrankung. SIKL hat im Jahre 1953 dieser Krankheit eine ausführliche Studie gewidmet, und nach ihm befaßte sich mit dem anatomischen Bild dieser Krankheit FINGERLAND. Beide wiesen nach, daß die mit Staubteilchen angefüllten Phagozyten, Koniophagen, sich zuerst im interstitiellen Gewebe in der Nähe der Alveolen ansetzen, besonders um die Äderchen und Bronchiolen. Ihre Anlagerung an diesen Stellen ist mit einer mäßigen Vermehrung des Retikulär bindegewebes verbunden. Diese Vermehrung des Bindegewebes bedeutet ein Hindernis für die Wanderung der Phagozyten, deren Lebensfähigkeit und somit auch Beweglichkeit schon durch die Wirkung des Quarzes in ihrem Innern angegriffen ist. Dadurch ist die Staubentfernung aus dem Interstitium unterbunden, der Staub sammelt sich in ihm an, und es entsteht ein Zustand, den SIKL als interstitielle Herdkoniose bezeichnet. Ist dieser Zustand prägnant, kann er im Röntgenbild als sogenannte Retikulation erscheinen. Bei der Einatmung reinen Quarzstaubes ist die Lebensfähigkeit der Phagozyten weit mehr betroffen, ihr Zerfall ist beschleunigt, und im Bindegewebe bilden sich knotenförmige Einlagerungen, die für die reine Silikose typisch sind. Wird Kohlenstaub eingeatmet, erhält sich die Durchdringungsfähigkeit des Interstitiums relativ lange, die Phagozyten befördern ihre Staublast weiter. Schließlich kommt es auch hier zu einer Fibrose, allerdings etwas anderen Charakters, die für die Pneumokoniose der Kohlenhauer typisch ist 1 . Hier ist der richtige silikotische Knoten nur eine außergewöhnliche Erscheinung. Demgegenüber führt die interstitielle Herdkoniose in ihrer Entwicklung rasch zur Bildung kleiner Emphysemherde, in der Umgebung der koniotischen Einlagerungen zur Bildung sogenanmter perifokaler Emphyseme (Abb. 371 a, b, c; 372a, b, c). Diese kleinen Emphysemherde können sich in großen Partien der Lunge oder auch in den ganzen Lungen bilden. Wenngleich jeder einzelne dieser Herde ein kleines Ausmaß hat, können sie dennoch in ihrer Gesamtheit eine schwere anatomische Beschädigung der Lungen bedeuten und schwere Atembeschwerden hervorrufen. Hierbei muß das perifokale Emphysem keineswegs deutlich im Röntgenbild sichtbar sein, manchmal ist es röntgenologisch überhaupt nicht faßbar. Es unterscheidet sich in seiner Gesamtheit vom gewöhnlichen Emphysem, an dem alte Menschen leiden und solche, die von irgendwelchen Lungenkrankheiten oder von einem Emphysem als selbständiger Krankheit befallen sind. Anscheinend ist das perifokale Emphysem die Hauptursache von Funktionsstörungen und Atembeschwerden, besonders bei der Pneumokoniose der Kohlenhauer.

Bei stärkerer Verstaubung nimmt die Bildung von Bindegewebe stark zu und führt manchmal zur Entstehung hyaliner Massen, sogenannter kompakter Fibrosen. In diesem Falle kann die fibröse Substanz einen bedeutenden Teil des ganzen Lungenlappens ausfüllen, dort zerfallen und die Entstehung von Höhlen, Kavernen, hervorrufen, die jedoch einen anderen Charakter haben als tuberkulöse Kavernen (Abb. 3 7 3 - 3 7 6 ) . 1 Die von P E L K A ß beschriebenen Lungenveränderungen bei Kohlenhauern scheinen für den Steinkohlenbergbau in Ostrau pathognomonisch zu sein und sich mit Beobachtungen im englischen Steinkohlenbergbau zu identifizieren. Nach den Beobachtungen im ZwickauÖlsnitzer Revier durch die Silikose-Erhebungsstelle Zwickau findet man dort echte silikotische Veränderungen im Sinne einer Mischstaub-Silikose (Anthrako-Silikose). Die Beobachtungen P E L N A Ö S sind deshalb nicht allgemeingültig für die Kohlenhauer aller Reviere.

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Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

D a s entstehende Bindegewebe ergreift deutlich die kleineren u n d größeren Arterien seiner U m g e b u n g . Hierdurch wird der Blutkreislauf in den L u n g e n gestört, u n d gleichzeitig werden in ihnen die Funktionsverhältnisse in Mitleidenschaft gezogen. D a r ü b e r hinaus f ü h r e n diese Arterienveränderungen gemeinsam m i t den übrigen Veränderungen der L u n g e n m i t der Zeit zu einer Ü b e r l a s t u n g der rechten H e r z k a m m e r u n d zur E n t s t e h u n g des sogenannten Lungenherzens, cor pulmonale, was eine F u n k t i o n s s t ö r u n g des ganzen Blutkreislaufes herbeiführt. Die eigentliche fibroblastische Reaktion auf den Staub ist nicht immer nur auf die Lungen beschränkt. So wurden Bindegewebswucherungen auch in der Leber und an anderen Organen festgestellt. Die Silikose wird somit zu einer Erkrankung des ganzen Organismus. In der letzten Zeit suchen besonders sowjetische Autoren gemäß der nervistischen Konzeption die Ursache darin, daß Staubeinatmung zu Reflexaktionen in der Nervenregulation des Organismus führt, die nicht auf die Lunge beschränkt bleiben. Sie weisen nach, daß sich im ganzen Organismus die Durchdringungsfähigkeit der Blutkapillaren steigert, die Phagozytose anwächst, was wir bereits erwähnt haben. Nicht nur die Nervenregulation des ganzen Organismus, sondern auch die humorale Regulation ist wahrscheinlich durch die Silikose beeinflußt. V Y S K O Ö I L hat bei Silikose eine Veränderung der Gesamttätigkeit der Drüsen mit innerer Sekretion im Körper festgestellt. Somit führt die Einatmung von Quarzstaub nicht nur zu unmittelbaren Veränderungen in den Lungen, sondern greift auch in viele wichtige Funktionen des Organismus ein.

Aus allem bisher Gesagten ergibt sich das bereits g u t b e k a n n t e klinische Bild der Silikose (Abb. 3 7 1 - 3 7 6 b u n d 3 7 7 - 3 8 0 ) . Die E n t w i c k l u n g der Silikose h ä n g t , abgesehen v o n der Zeit u n d der persönlichen Veranlagung, von der K o n z e n t r a t i o n , der Kornverteilung u n d der mineralischen Z u s a m m e n s e t z u n g des Staubes ab. E s gibt A r b e i t s s t ä t t e n , a n denen sich die Silikose im L a u f e einiger J a h r e , ja sogar m a n c h m a l innerhalb eines J a h r e s , sehr rasch entwickelt. I n anderen Fällen, besonders bei K o h l e n h a u e r n , ist eine 15- bis 20jährige Exposition, m a n c h m a l auch länger (etwa 28 J a h r e im R u h r gebiet) erforderlich. D a n e b e n sind jedoch auch das Alter — bei jüngeren L e u t e n (höhere A t m u n g s i n t e n s i t ä t ) v e r l ä u f t die Silikose gewöhnlich rascher —, die ges a m t e n Lebensbedingungen u n d schließlich auch die individuelle Anfälligkeit einzelner Personen von Bedeutung. L a n g e Zeit sind die Beschwerden der K r a n k e n n u r gering. Sie klagen über trockenen H u s t e n , E r m ü d u n g , Schmerzen im R ü c k e n u n d auf der B r u s t . Manche von ihnen h a b e n keinerlei Beschwerden. I m L a u f e der J a h r e entwickeln sich allmählich Atembeschwerden, vorerst n u r bei Anstrengung, beim Berg- u n d Treppensteigen, d a n n auch beim normalen Gehen in der Ebene. Die Atembeschwerden steigern sich allmählich, aber ständig, bis sie die normale Gehfähigkeit unmöglich m a c h e n u n d auch beim Sprechen behindern. B e i m Abhören u n d Abklopfen l ä ß t sich n u r sehr wenig feststellen. Lediglich in fortgeschrittenen Fällen stellen wir m a n c h m a l ein E m p h y s e m gleicher A r t ' w i e bei anderen Lungenk r a n k h e i t e n fest. D a s typische perifokale E m p h y s e m können wir m i t unseren U n t e r s u c h u n g s m e t h o d e n nicht konstatieren. Somit ist der wichtigste u n d ent-

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scheidende objektive Befund das Röntgenbild. Die Röntgenologie der Silikose soll hier nicht weiter behandelt werden. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die Beschwerden der Patienten nicht immer dem Röntgenbefund angemessen sind. Die Funktion der Lungen kann schon längst geschädigt sein, ehe ein ernsterer Röntgenbefund vorliegt, und umgekehrt gibt es auch Personen mit einem vorgeschrittenen Röntgenbefund, die nur geringe Beschwerden haben. Das ist begreiflich, wenn wir uns klarmachen, wodurch die Beschwerden der Kranken hervorgerufen werden. Hauptsächlich und grundsätzlich leidet der Kranke an Atemnot. Die Atemnot bei Silikose als ihr wichtigstes Symptom ist Gegenstand klinischer Forschungen in der ganzen Welt. Die Atembeschwerden bei Silikotikern können auf verschiedene Art entstehen. Das gewöhnliche Emphysem kann bei Silikotikern meist in fortgeschrittenen Fällen entweder als Folgeerscheinung der eigentlichen Krankheit in Erscheinung treten oder als eine Komplikation besonders bei chronischer Bronchitis. Eine viel bedeutendere Rolle spielt das beschriebene perifokale Emphysem. Dieses entsteht sehr bald in der Entwicklung der Pneumokoniose, besonders bei Kohlenhauern, und ist absolut fähig, je nach seinem Umfang auch die Atemfunktion der Lunge verhältnismäßig rasch dadurch zu stören, daß es einige Lungenbläschen völlig vernichtet, andere in seiner Umgebung behindert. Das perifokale Emphysem zusammen mit dem wuchernden Bindegewebe — dieses überflüssige Bindegewebe auch selbst ohne perifokales Emphysem — vermindern die Elastizität des Lungengewebes und stören hierdurch die Lungen Ventilation. Wenn die Wucherung des Bindegewebes und die Entstehung des perifokalen Emphysems in verschiedenen Lungenteilen ungleichmäßig vor sich gehen, wird die Lungenfunktion wiederum auf andere Art gestört. Die eingeatmete L u f t mischt sich in den Lungen ungleichmäßig und verteilt sich in die einzelnen Lungenteile ungleichmäßig. Teile der Lunge werden schlecht oder überhaupt nicht durchlüftet. Wenn der normale Blutstrom die ungelüfteten Lungenteile durchläuft, bleibt dieser Blutanteil ohne Sauerstoffzufuhr, die Blutsaturation mit Sauerstoff sinkt, und gleichzeitig steigern sich die Atembeschwerden. Schließlich verursacht der fibrotische Prozeß selbst in manchen Fällen eine Verstärkung der Alveolenwände, so daß der Sauerstoff nicht richtig in das Blut diffundieren kann. I n weit fortgeschrittenen Fällen, in welchen der erhöhte Widerstand der veränderten Lungen den Blutstrom so behindert, daß es zur Bildung des cor pulmonale kommt, kann auch der Blutkreislauf versagen. Die Folge ist eine Blutgerinnung in den Lungen, und gemeinsam m i t anderen Symptomen der Kreislaufstörung treten kardiale Atembeschwerden ein.

Atemnot ist das Hauptsymptom der Silikose, das über die Arbeitsfähigkeit des Kranken oder über seine Invalidität entscheidet, aber es ist ein subjektives Symptom. Nur fortgeschrittene Atemnot können wir beim Patienten unmittelbar beobachten. Eine Reihe Veränderungen, durch welche die Atemnot hervorgerufen wird, können wir im Röntgenbild nicht sehen. Wichtig sind daher Methoden, die es uns ermöglichen, Atembeschwerden objektiv festzustellen und ihren Grad zu messen. Mit Hilfe einer genauen Röntgendiagnostik und einer guten Funktionsprüfung sind wir in der Lage, die Silikose zu diagnostizieren, objektiv ihre ernste Bedeutung festzustellen und den Zustand des von ihr Betroffenen gerecht zu beurteilen. Praktische Bedeutung hat dies besonders für Entschädigungsverfahren mit ihren großen ökonomisch-politischen Aspekten.

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Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

Der Verlauf der unkomplizierten einfachen Silikose (engl. Bezeichnung) ist durch ständig sich steigernde Atembeschwerden charakterisiert. Beendet wird er gewöhnlich entweder durch völliges Versagen des überlasteten Herzens und Kreislaufes oder häufiger durch zufällige Erkrankungen, welchen der angegriffene Organismus keinen Widerstand mehr leisten kann, zum Beispiel Lungenentzündung. Anatomisch vermehren sich bei reiner Silikose ständig die silikotischen Knötchen, bis sie die ganzen Lungen in Form einer dichten Nodulation durchdringen. Bei den Pneumokoniosen der Kohlenhauer kommt es zu einer Zunahme des Bindegewebes ohne Knötchenbildung, also zur diffusen Fibrose. Im fortgeschrittenen Verlauf entwickeln sich große Knoten kompakter Fibrose. Die Entstehungsursache der kompakten Fibrose kennen wir nicht. Englische Autoren nehmen an, daß diese großen Knoten dann entstehen, wenn sich der Koniose eine Infektion zugesellt, am häufigsten eine tuberkulöse Infektion. Da man bisher nichts Genaues darüber weiß, wird dieses klinische Bild in England komplizierte Silikose genannt. Häufig zeigt sich die Tuberkulose im Silikosenbild wesentlich deutlicher. Die tuberkulöse Infektion, die mit dem angegriffenen Terrain silikotischer Lungen in Berührung kommt, entwickelt sich auf diesem Terrain gewöhnlich rasch und bösartig, aber im großen Ganzen unabhängig von den silikotischen Knötchen und fibrotischen Einlagerungen in ihrer gewohnten Art von Infiltraten, die in Kavernen zerfallen und das Lungengewebe zerstören. Diese Kombinationen nennen wir Silikotuberkulose. Die Tuberkulose ist eine sehr gefürchtete Komplikation der Silikose. Im klinischen Bild zeigt sich die Komplikation mit Tuberkulose gewöhnlich in einer plötzlichen raschen Verschlechterung des Zustandes, in Abmagerung, Körperverfall, Aushusten größerer Mengen Sputum, häufig mit tuberkulösen Bazillen. Selten sind Fälle, bei welchen die Tuberkulose in silikotischen Lungen harmloser verläuft, anscheinend völlig unabhängig von der Entwicklung der Silikose. In derartigen Fällen kann auch beim Silikotiker die Tuberkulose völlig ausgeheilt werden. Etwas häufiger sind wiederum Fälle, in denen sich bei Personen mit stabilisierter Tuberkulose, die Quarzstaub ausgesetzt sind, die Silikose entwickelt und die Tuberkulose in Ruhe bleibt. Häufig bewirkt der eingeatmete Staub eine chronische Entzündung der Bronchien (chronische Bronchitis). Sie ist nicht einmal so sehr eine Folge der silikotischen Veränderungen als der Reizwirkung des eingeatmeten Staubes. Deshalb entwickelt sie sich bereits früher als die typischen silikotischen Veränderungen, obwohl sie am häufigsten eine Begleiterscheinung fortgeschrittener Silikose ist. Die Bronchitis führt hier in der Regel zur Neigung der Bronchien zu krampfhaften Zusammenziehungen, Spasmen, die eine weitere Störung der bereits durch Silikose angegriffenen Atmung bedeuten. Störungen der Atmungsfunktion durch Spasmen können schon früher eintreten, bevor sich der eigentliche silikotische Prozeß in den Lungen entwickelt, wodurch einige prägnante Atmungsstörungen erklärt werden können, die sich schon bei beginnender Silikose zeigen. Wir könnten derart betroffene Patienten leicht der Simulation verdächtigen, wenn wir nicht

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imstande wären, diese Störungen objektiv mit unseren Funktionsmethoden festzustellen. Die Feststellung dieser Störungen ist von Bedeutung, da wir sie mit Aerosolinhalationen von Medikamenten zur Erweiterung der Bronchien verhältnismäßig gut heilen können. F E R I N hat in Tierversuchen nachgewiesen, daß Bronchialspasmen auch ohne Bronchitis durch den Mechanismus von Nervenreflexen entstehen können, die infolge Reizeinflusses des eingeatmeten Staubes auf die Bronchienschleimhaut hervorgerufen werden. So lassen sich einige Atembeschwerden von Personen erklären, die dem Staub nur kurze Zeit ausgesetzt sind und bei denen von Silikose noch keine Rede sein kann. Die chronische Bronchialentzündung wird vorerst durch die Reizeinwirkung des Staubes hervorgerufen, aber später infiziert sie sich stets mit einer Flora verschiedener Bakterien. Sie wird hierdurch eine lästige Krankheit, begleitet von dauerndem Husten, Schmerzen im Brustkorb, und verursacht einen bedeutenden Teil der subjektiven Beschwerden des Patienten. Wenn sie auch nicht zum bösartigen Verlauf der eigentlichen Silikose beiträgt, führt sie letzten Endes zum echten Lungenemphysem und fördert Atemnot, Belastung des rechten Herzens und schließlich völlige Invalidität. In der letzten Zeit dienen Versuche in der ganzen Welt dem Zweck, die übermäßige Bildung von Bindegewebe durch hormonale Mittel zu hemmen, besonders durch Cortison oder ACTH. Diese Hormone beeinflussen sehr günstig manche Arten von Gelenkrheumatismus, bei denen das Kollagen krankhaft verändert ist. Das Kollagen ist auch ein Baustein des Silikoseknotens. Die Ergebnisse dieses Heilverfahrens sind bis jetzt nicht ermutigend. Da die Silikose bisher nicht heilbar ist, widmet man sich wenigstens intensiv der Linderung der Silikosesymptome, besonders der Atemnot und der Heilung von Komplikationserscheinungen. Die Linderung der Atemnot beruht auf der Erkenntnis, daß es viele Menschen nicht verstehen, bei den Atembewegungen alle gegebenen Möglichkeiten auszunutzen. Deshalb lehren wir diese Menschen eine für diesen Zweck besonders ausgearbeitete Heilgymnastik und zeigen ihnen, wie sie bei Atembeschwerden alle Reserven zu nutzen haben: Atmen mittels Bauchfells, mit Hilfe der Atmungsmuskel, durch Übung des weniger elastischen Brustkorbes. Die Erfolge sind manchmal geradezu überraschend. Es scheint, daß die angelernten kräftigeren Bewegungen des Brustkorbes und des Bauchfells besonders den Blutkreislauf in den Lungen und im Brustkorb erleichtern und somit auch das überanstrengte Herz entlasten. Die erfolgreiche Heilung der Bronchialspasmen durch Aerosolinhalationen wurde bereits erwähnt. Bei der Heilung von Komplikationen steht im Vordergrund die Heilung der Tuberkulose. Es ist eine absolute Verpflichtung, jede Tuberkulose bei Silikose sofort und intensiv zu heilen, und zwar mit Hilfe aller modernsten Heilmethoden. Zum Unterschied von anderen Tuberkulosen kann jedoch bei Silikose gewöhnlich die Kollapsheilung (Pneumothorax-Plastiken) nicht angewendet werden, da sie bei den unelastischen silikotischen Lungen wirkungslos ist und die Lungenfunktion durch diese Heileingriffe noch mehr in Mitleidenschaft gezogen werden würde.

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Einfluß des Staubes auf den menschlichen Organismus

Ebenso müssen wir chronische Bronchialentzündungen heilen. Hier bedeutet die Heilmethode durch Aerosolinhalationen, die in den letzten Jahren eingeführt wurde, einen erfolgreichen Fortschritt. Die Medikamente in Form des Aerosols durchdringen sehr günstig auch die feinsten Bronchien, wo sie intensiv wirken können. Aerosolinhalationen mit Penicillin, anderen Antibiotika und Arzneien führen zu einer raschen Erleichterung für den Patienten und einer Verminderung der Krankheitssymptome. Leider wurde die ursprüngliche Begeisterung durch die Tatsache beeinträchtigt, daß diese Erleichterung nur vorübergehend ist und daß eine völlige Heilung der chronischen Bronchialentzündungen beim Silikotiker ungeheuer schwierig, wenn nicht unmöglich ist. Sind schon unsere Heilmethoden sehr beschränkt, müssen wir um so mehr Nachdruck auf die ärztliche Prävention legen. Leider sind auch diese Möglichkeiten nur gering. Sie beruhen in der ärztlichen Auslese zur Staubarbeit und gegebenenfalls in der Anordnung des Arbeitsplatzwechsels. Zur Arbeit mit Quarzstaub dürfen keine Personen zugelassen werden mit Lungentuberkulose oder mit Tuberkulose anderer Organe, mit chronischen Bronchialentzündungen, mit anderen chronischen Erkrankungen der Lungen und der Pleura, mit Herzfehlern, mit Erkrankungen des Herzmuskels und mit hypertonischer Krankheit. Von der Arbeit an verstaubten Arbeitsplätzen muß ein Arbeiter ausgeschaltet werden, sobald sich ein Befund von aktiver oder inaktiver Lungentuberkulose zeigt (mit Ausnahme von kalzifizierten Primäreffekten). Bei einer Reihe weiterer Krankheitszustände ist individuell vorzugehen. Bisher besteht in der ganzen Welt keine einheitliche Ansicht darüber, ob jemand, bei dem Silikose festgestellt wurde, aus der Arbeit ausgeschaltet werden soll. Da es viele Anzeichen dafür gibt, daß Silikose, sobald sie entstanden ist, sich auch ohne weitere Exposition weiterentwickelt, wird diese Frage in den einzelnen Ländern auf verschiedenste Art gelöst, häufig auf Grund wirtschaftlicher Gesichtspunkte. Dennoch darf vorausgesetzt werden, daß bei Beginn der Silikose die Unterbrechung der Exposition der Krankheitsentwicklung Einhalt gebieten kann, besonders bei jungen Menschen. Auch hier ist es sicher notwendig, individuell vorzugehen. Es ist vorläufig nicht klar, ob als Prophylaxe eine geeignete Ernährung in Betracht kommt. K A D L E C urteilt auf Grund von Erfahrungen bei den Bergleuten des Reviers Rosice (ÖSSR), daß Genuß größerer Fettmengen einen gewissen Schutzeinfluß hat. Die prophylaktische Verabreichung von Inhalationen verschiedener Schutzaerosole wurde neuerdings auf verschiedenen Gruben eingeführt. Sie geht von der Erkenntnis der aktiven Zentren an der Oberfläche von Quarzkristallen aus, wovon bereits bei der Pathogenese der Silikose gesprochen wurde. Die Schutzstoffe sollen diese aktiven Stellen absättigen und damit unschädlich machen (Näheres darüber S. 364) oder die Quarzteilchen mit einer dünnen Schicht umhüllen, die ihrem Kontakt mit dem lebenden Gewebe hinderlich ist. Das größte Aufsehen rief in der Welt die Verabreichung von Aluminiumstaubinhalationen hervor, die nach dem zweiten Weltkrieg die Kanadier und danach die Amerikaner einführten. Nach mehr als zehnjährigen Erfahrungen liegen keine überzeugenden

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Beweise für die Wirkung dieses Verfahrens vor. Die Unwirksamkeit als Heilmethode war bereits früher nachgewiesen worden. Auch wenn sich die Befürchtungen hinsichtlich der Entstehung von Aluminóse und möglicher Aktivierung von Tuberkulose bei diesen Inhalationen nicht bestätigt haben, ist dennoch die ursprüngliche Stimmung dafür sehr gesunken. In den letzten Jahren steht im Vordergrund des Interesses eine andere Methode, bei der Schutzaerosole in den Lufträumen der Arbeitsstätten zerstäubt werden und dort die schwebenden Staubteilchen unschädlich machen sollen, noch bevor sie eingeatmet werden. In Belgien sind es Aerosole mit Natriumchlorid nach DATJTREBANDE [ 4 7 ] . Dieses Verfahren trägt jedoch völlig technischen Charakter und wurde bereits auf S. 363 behandelt.

25 Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

25.1 Allgemeines Die medizinische Erforschung der Silikose hat schon zu wesentlichen Erkenntnissen geführt, aber trotzdem ist bis heute der Entstehungsmechanismus nicht so weit geklärt worden, daß man daraus eine wirksame Therapie oder Prophylaxe der Silikose hätte ableiten können. Die verschiedenen Theorien der Entstehung, die in Kapitel 24 kurz erwähnt sind, geben zwar an, wie es sein kann; man vermag aber noch nicht zu beweisen, daß es so ist. Die ganze Reaktion des menschlichen Körpers auf den Feinstaub ist ein äußerst komplexer Vorgang, den man weder örtlich noch zeitlich genau verfolgen kann. Ein Faktor, der dabei immer wieder stark in Erscheinung tritt, ist die Kleinheit der Objekte: Es ist sehr schwer, Staubteilchen von weniger als 5 [Jim Durchmesser meßtechnisch zu erfassen und gegebenenfalls ihre Veränderungen zu beobachten. So bestehen zum Beispiel sehr unterschiedliche Auffassungen über die Frage der gefährlichsten Korngrößen, je nachdem, ob Schnitte von Staublungen lichtoptisch oder elektronenoptisch betrachtet und ausgewertet werden. Für den Techniker ist zunächst die Erkenntnis entscheidend, daß die Staublungenkrankheit bisher nicht heilbar ist. Sie bewirkt vielmehr eine ständige Verschlechterung des Gesundheitszustandes und führt dazu, daß die Leistungsfähigkeit der Betroffenen absinkt und diese vorzeitig gezwungen sind, die Hauerarbeit und später die bergmännische Arbeit überhaupt aufzugeben. Daraus entspringt die wichtige Folgerung: Es ist in die Hand des Technikers gegeben, durch Staubbekämpfung und Staubmessung zu verhindern, daß eine Silikose entstehen kann, oder doch wenigstens zu erreichen, daß die Staubveränderungen der Lunge nicht mehr zu einer schwereren Erkrankung führen. Durch eine sachgemäße Staubbekämpfung kann die Staubkonzentration auf ein tragbares Maß reduziert werden; durch regelmäßige Staubmessungen im Betrieb wird die ärztliche Gesundheitsüberwachung der Bergleute so gesteuert, daß gesundheitsgefährdete Menschen rechtzeitig aus gefährlichen Betriebspunkten herausgenommen werden können.

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Faktoren, die Silikose hervorrufen können

25.2 Faktoren, die Silikose hervorrufen können Nur wenn mehrere Faktoren erkrankung entstehen:

zusammentreffen, kann

eine

Staublungen-

a) Korngröße des Staubes. Es muß Staub mit alveolengängigen Korngrößen vorhanden sein; nach heutigerErkenntnis rechnet man dazu im allgemeinen Korngrößen von weniger als 5 ¡Jim. Es kommt dabei aber auch auf die Form der Teilchen an. Bei einer beliebigen Staubprobe interessiert daher die Korngrößenverteilung. b) Mineralische Zusammensetzung. Der Staub m u ß freie kristalline Kieselsäure, Quarz, Si0 2 enthalten. Silikate, vor allem Serizit, sind ebenfalls gefährlich, wenn außerdem Quarz vorhanden ist. c) Staubkonzentration. Es muß ein Staub von hoher Konzentration eingeatmet werden, d. h., die Anzahl der Staubteilchen je cm 3 Luft muß groß sein, so daß größere Staubmengen in die Lunge gelangen und dort festgehalten werden. d) Einwirkungsdauer (Expositionszeit). Der Betroffene muß im allgemeinen über einen langen Zeitraum (d.h. Jahre, gegebenfalls auch Jahrzehnte) ständig dem Staub ausgesetzt sein; der Zeitraum ist aber von Fall zu Fall sehr unterschiedlich. Wenn es gelingt, einen dieser Faktoren auszuschalten, so k a n n die Silikose sich nicht weiter entwickeln, zumindest kommt es dann nicht mehr zu schweren Krankheitserscheinungen. Außer diesen vier sogenannten 'primären Faktoren gibt es aber noch weitere, die eine Silikose begünstigen können. Als solche sind zu erwähnen: e) Klimatische Verhältnisse. Temperatur, Feuchtigkeit und Zusammensetzung der Wetter beeinflussen das körperliche Geschehen während der Arbeit und können daher gegebenenfalls die Sihkoseentwicklung fördern. f) Arbeitsintensität. J e schwerer die körperliche Arbeit und je schlechter die klimatischen Verhältnisse, desto intensiver ist die Atmung, desto größer ist also der Luftverbrauch, und desto größere Staubmengen (beikonstanter Staubkonzentration) wandern in die Atmungsorgane. g) Körperhöhe Veranlagung. Körperbau (Konstitution) und jeweilige Veranlagung (Disposition) oder unterschiedliche Empfänglichkeit spielen eine entscheidende Rolle. E s sind Silikosen schwerer Art nach ein- bis zweijähriger Tätigkeit bekannt geworden. I n anderen Fällen vergingen bei sonst gleichen Bedingungen 25 und mehr Jahre, ehe die Quarzstaublunge auftrat. Außer der Beschaffenheit der Nase ist die körperliche Verfassung, insbesondere die der Lunge, von Bedeutung [32].

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Polgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

Es gibt Menschen, die ständig tief atmen, und solche, die normalerweise flach und nur bei großer körperlicher Arbeit tief atmen. Die letzteren sind hinsichtlich der Silikosegefährdung wahrscheinlich im Vorteil, da bei ihnen der Staub wahrscheinlich stärker aus den Lungen eliminiert wird. Ob zwischen Silikosegefährdung und Körperbau allgemein ein Zusammenhang besteht, ist bisher nicht eindeutig geklärt, h) Anteil schädlicher Gase in der Atemluft. Insbesondere Verbrennungsprodukte von Dieselmotoren und von Sprengstoffen schädigen im Laufe langer Zeiträume die Schleimhäute der Atmungsorgane und schwächen so die natürlichen Abwehrkräfte des Körpers gegen-den Staub. Die Arbeit des Technikers richtet sich also in erster Linie gegen die Staubkonzentration (c). Jede Staubbekämpfung dient dazu, die Staubkonzentration der Wetter zu vermindern, und zwar nach Möglichkeit so weit, daß die verbleibende Restkonzentration keine Gefahr mehr für die Lungen bildet. Man hat versucht, Grenzwerte der Staubkonzentration festzulegen, die bei den Arbeitsvorgängen im Bergbau oder in anderen Industriebetrieben nicht überschritten werden dürfen. Solche Grenzwerte sind jedoch äußerst problematisch, da die Schädlichkeit einer bestimmten Konzentration wiederum von verschiedenen Bedingungen abhängt. So beeinflussen sowohl die Kornverteilung als auch die mineralische Zusammensetzung des Staubes in erheblichem Maße die Schädlichkeit einer bestimmten Staubkonzentration, und die Gefährlichkeit einer Staubkonzentration hängt entscheidend ab von der Expositionszeit. Außerdem muß man berücksichtigen, daß die verschiedenen Meßverfahren keine vergleichbaren Werte erbringen, sondern daß bestenfalls Werte verglichen werden können, die nach dem gleichen Verfahren gemessen wurden. Wenn es gelingt, einen der vier primären Faktoren, die bei der Entstehung einer Silikose zusammenwirken müssen, durch technische oder ärztliche Maßnahmen auszuschalten, so ist keine Staublungenerkrankung mehr zu befürchten. Praktisch kann man heute mit den bekannten Methoden der Staubbekämpfung am besten die Staubkonzentration beeinflussen, sei es durch Bindung des Staubes (wenigstens zum größten Teil) am Entstehungsort, zum Beispiel durch Naßbohren, Stoßtränkung usw., oder durch Tragen von Staubschutzmasken, die den meisten Staub von den Atem wegen abhalten. Die zulässige Expositionszeit (d) kann durch ärztliche Überwachung laufend beobachtet werden. Dieser Punkt wird besonders dann aktuell, wenn erstmalig Staubveränderungen festgestellt worden sind; dann muß der Arbeiter aus dem staubigen Betrieb herausgenommen werden. Die Expositionszeit kann auch durch häufige Ablösung der Belegschaft bei der Arbeit unter und über Tage unterbrochen werden; auch eine Verkürzung der Arbeitszeit 1 und Verminderung der körperlichen Anstrengung sind zu erwägen. 1

Auf 6 Stunden täglich bei 5 Arbeitstagen pro Woche; in einigen Bezirken arbeitet man 5 Tage je 7 Stunden. Äußerstenfalls (Kolardistrikt) arbeiten die Bergleute wechselweise 2 Stunden, und 2 Stunden ruhen sie aus.

Menge des sich in den Lungen ansammelnden Staubes

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Das häufige Ablösen hat aber insofern einen Nachteil, weil dann die doppelte Zahl von Arbeitern unter dem Staub leidet. In erster Linie sind natürlich die jugendlichen Arbeiter zu schützen, da sie an Silikose viel leichter erkranken und da sich bei ihnen die Krankheit erheblich schneller entwickelt. Diese jungen Arbeiter sollte man zuerst an staubfreien Arbeitsstellen beschäftigen, und erst in späteren Jahren könnten sie an nicht ganz einwandfreien Arbeitsstellen eingesetzt werden. Das Fortschreiten der Krankheit richtet sich nach der körperlichen Widerstandskraft des Arbeiters. Manche Arbeiter halten in staubiger Atmosphäre sehr lange Zeit aus, ohne irgendwie darunter zu leiden und ohne daß sich ihre Leistungsfähigkeit vermindert. Andere dagegen leiden unter dem Staub weit mehr, und in ihren Lungen sammelt sich der Staub viel schneller an. Sicherlich hängt dies u. a. von dem guten Funktionieren jener Organe ab, deren Zweck es ist, das Eindringen von Staub in die Lungen zu verhüten. Außerdem spielt der Gesundheitszustand des Arbeiters im allgemeinen eine Rolle. Auch die Widerstandsfähigkeit gegen ansteckende Krankheiten, besonders gegen Tuberkulose, ist wichtig. 25.3 Menge des sich in den Lungen ansammelnden Staubes In den Lungen eines gesunden Menschen, der in einer nicht allzu staubigen Atmosphäre lebt, sammelt sich während der Dauer seines Lebens ungefähr 1 / 4 g Staub an. Demgegenüber wurde in den Lungen von 150 an Silikose verstorbenen Erzbergleuten 5 g und oft auch 13—15 g Staub festgestellt, demnach 20- bis 60mal mehr als in den Lungen eines gesunden, in normalstaubiger Atmosphäre lebenden Menschen. In den Lungen von Kohlengrubenarbeitern können bis zu 150 g Staub vorhanden sein (Abb. 376c). Würde der Grobstaub nicht schon auf dem Wege in die Lungen festgehalten und der Feinstaub zum großen Teil wieder ausgeschieden 1 , so wären die Abb. 376 c. Die in der Lunge Lungen schon nach kurzer Zeit mit Staub überfüllt. während der Lebenszeit abDies geht aus folgender Überlegung hervor: Der ge- gesetzte Staubmenge in g sunde Mensch atmet beim Arbeiten in einer Stunde [Arbeiter im Freien ( 1 / i g), ungefähr 1,8 in3 Luft ein. Wären in der Luft nur Erzbergmann (5—15 g) und Kohlenbergmann (150 g)] 0,1 g Staub pro 1 m 3 Luft, würde er in einer Stunde ungefähr 0,18 g Staub einatmen, und bereits nach 75 — 100 Stunden hätte er in den Lungen die oben erwähnten 13 — 16 g Staub. Bei einem Staubgehalt von 5 mg/m 3 Luft würde es 2000 Stunden, also 250 Arbeitstage, praktisch ein Jahr, dauern. 1

Über die sogenannte Staubretention siehe

DRINKER-HATCH [53].

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Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

Da jedoch nur der allerfeinste Staub, dessen Gewicht ganz besonders gering ist, in die Lungen gelangt, vergehen viele Jahre, bis sich in den Lungen eine größere Menge S t a u b ansammelt. Sind in der L u f t 300 Quarzteilchen/cm 3 , also 300 • 10ft Teilchen in 1 m 3 , mit einer Korngröße von 1 — 2 (j.m enthalten, und arbeitet der Arbeiter bei achtstündiger Arbeitszeit 300 Tage jährlich, so dauert es ungefähr 12 — 16 J a h r e , bis sich in den Lungen die obengenannten 13 —16 g S t a u b ansammeln. Und tatsächlich hegen gemäß der Statistik in manchen Bergbaugegenden durchschnittlich 13 J a h r e zwischen dem Arbeitsantritt oder den ersten Silikoseanzeichen und dem Ableben des Bergarbeiters (Abb. 376d).

VJahre

f,5 Jahre

J

IF S Jahre

13 Jahre

Abb. 376d. Durchschnittsdauer der einzelnen Krankheitsphasen bei südafrikanischen Goldgrubenarbeitern aus der Zeit vor Einführung der Staubbekämpfungsmaßnahmen

25.4 Krankheitsverlauf und durchschnittliche Krankheitsdauer (Beispiel f ü r ein bestimmtes Bergbaugebiet) Verlauf u n d durchschnittliche Krankheitsdauer sind von Fall zu Fall sehr verschieden, weil beide von zahlreichen Faktoren beeinflußt werden. Damit sich der Leser darüber wenigstens annähernd ein Bild machen kann, führen wir als Beispiel den Verlauf und die durchschnittliche Krankheitsdauer bei Bergleuten der südafrikanischen Goldgruben aus einer Zeit an, als dort die Staubbekämpfungsm a ß n a h m e n noch nicht eingeführt waren oder noch nicht den heutigen Stand erreicht h a t t e n . Nach S P E N C E R [ 2 1 4 ] war die Durchschnittsdauer der einzelnen Krankheitsphasen folgende: 4 J a h r e lang behielt der Arbeiter noch fast die volle Leistungsfähigkeit. Nach 4 J a h r e n ging seine Arbeitsfähigkeit stark zurück, u n d nach weiteren 41/2 J a h r e n verschlimmerte sich die Krankheit, bis sie dauernde Unfähigkeit zur Schwerarbeit und schwere Tuberkulose hervorrief. Die Durchschnittszeit vom Arbeitsantritt bis zum Tode betrug durchschnittlich 13 J a h r e (Abb. 376d). Diese Daten haben nur Gültigkeit, wenn der Arbeiter rechtzeitig von den gefährlichen Arbeitsstellen entfernt wurde. Setzte er jedoch die Arbeit in der staubigen Atmosphäre fort, wurde der Krankheitsverlauf beschleunigt, und er ging früher zugrunde.

Krankheitsverlauf bei Arbeitsplatzwechsel

415

Dieses Krankheitsbild änderte sich natürlich in weiten Grenzen je nach der Konstitution der davon Befallenen. Bei manchen Personen erhöhte die Silikose die Ansteckungsgefahr für Tuberkulose nicht besonders, während andere Personen der Ansteckung rasch unterlagen. Da, wo die Staubbildung geringer ist und der Arbeiter sich nicht 8 Stunden in der staubigen Atmosphäre aufhält, nicht allzu angestrengt arbeitet und demnach weniger Luft einatmet, hauptsächlich aber dort, wo er nicht 300 Tage im Jahre arbeitet, kann die Zeitspanne von Beginn der Arbeit bis zum Tode erheblich länger sein; demgegenüber gibt es jedoch auch Fälle, wo die Arbeiter bereits nach 2—3 Jahren und in einem Falle bereits nach 1 Jahr der Krankheit erlegen sind. In einem Bergbaubezirk in Oklahoma (PITCHEE) [174] hat man 5000 Arbeiter sehr genau untersucht, um festzustellen, wie lange jeder von ihnen beschäftigt ist, wie lange er eine bestimmte Arbeit verrichtet und welches seine frühere Beschäftigung war. Die Untersuchung ergab, daß 43% der im Abbau beschäftigten Arbeiter von Silikose befallen waren; demgegenüber betrug der Anteil der mit anderen Arbeiten in der Grube beschäftigten Arbeiter an der Silikose nur 5,6%. Die durchschnittliche Beschäftigungsdauer der im Abbau Arbeitenden belief sich auf nur 9,9 Jahre (Grenzwerte zwischen 1 und 30 Jahren), während die durchschnittliche Beschäftigungsdauer der außerhalb der Abbaue Beschäftigten 19 Jahre, demnach fast das Doppelte betrug. Zum Glück haben die menschlichen Lungen eine bedeutende Reserve. Ihre Oberfläche ist zehn- bis achtzehnmal größer, als der Mensch zur Atmung tatsächlich benötigt. Sie können also noch immer ihre Arbeit erfüllen, wenn sie auch zu einem gewissen Teil schon krank und außer Tätigkeit sind.

25.5 Krankheitsverlaui bei Arbeitsplatzwechsel In Südafrika, dem klassischen Land der Silikosebekämpfung, wo man sich bereits seit über 60 Jahren mit der Frage der Silikose befaßt, wo zwei- bis viermal im Jahre Röntgenaufnahmen der Lungen von 300000 Arbeitern gemacht werden, wo jeder Arbeiter alle 6 Wochen gewogen wird und sämtliche Beobachtungen genau verzeichnet und für das Studium der Frage der Silikose große Geldbeträge bereitgestellt werden, hat man reiche Erfahrungen gesammelt, die der Vorstand der ärztlichen Abteilung des Institutes zum Studium der Silikose, Dr. J . M. SMITH [207, S. 88—95], auf dem internationalen Kongreß in London im April 1947 in einem Vortrag zusammengefaßt hat: „Die Großzahl der Arbeiter legt die Arbeit nieder, sobald ihnen mitgeteilt wird, daß sie sich im ersten oder überhaupt im Allfangsstadium der Silikose befinden. Wir haben nämlich die Erfahrung gemacht, daß bei der überwiegenden Mehrzahl dieser Arbeiter die Silikose im Verlaufe von 4 bis 7 Jahren in das zweite Stadium (Mittelstufe) übergeht, und dies auch dann, wenn sie sich nicht weiter der Gefahr der Einatmung schädlichen Staubes aussetzen und selbst wenn sie sich nicht mit Tuberkulose anstecken.

416

Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

Die Erklärung hierfür ist darin zu erblicken, daß, sobald bei dem Arbeiter die ersten Anzeichen von Silikose festgestellt worden sind, sich in den Lungen eine bestimmte Menge Staub befindet, der sich in der letzten Arbeitsperiode angesammelt und noch nicht die Bildung von fibrösem Gewebe hervorgerufen hat. Dieser äußerst langsame Verlauf der Reaktion des Lungengewebes ist dadurch erwiesen, daß bei vielen Arbeitern, die lange Zeit in der Grübe gearbeitet hatten und die zu der Zeit, als sie diese Arbeit aufgaben, nicht die geringsten Anzeichen irgendeiner Schädigung der Lungen aufwiesen, doch nach einigen Jahren, während derer sie über Tage gearbeitet hatten, Staubveränderungen in den Lungen nachgewiesen werden konnten. Die Krankheit des Arbeiters mit den ersten Anzeichen silikotischer Veränderungen kann also in das zweite Stadium übergehen, selbst wenn der Arbeiter der Staubwirkung nicht mehr ausgesetzt ist. Steckt er sich jedoch nicht mit Tuberkulose an, dann braucht seine Krankheit nicht das dritte Stadium zu erreichen, und f ü r gewöhnlich tritt dieser Fall tatsächlich nicht ein. Wird ihm jedoch gestattet, die Arbeit unter Tage fortzusetzen, und atmet er dann trotz der heute besseren Grubenverhältnisse weiterhin schädlichen Staub ein, so verschlechtert sich seine Silikose, und seine geschädigten Lungen fallen eher der Tuberkuloseansteckung anheim, als wenn er über Tage arbeiten würde. Darum bestehen wir in Südafrika unnachgiebig darauf, daß den Arbeitern, bei denen Silikose im ersten Stadium festgestellt worden ist, nicht erlaubt wird, ihre Arbeit in staubiger Atmosphäre fortzusetzen. Das Studium und die Beobachtung an Silikose erkrankter Arbeiter haben uns deutlich gezeigt, daß der Arbeiter bereits bei den ersten Anzeichen von Silikose als silikotisch zu bezeichnen und aus der Grube zu entfernen ist, damit er nicht der Gefahr der weiteren Staubeinatmung ausgesetzt ist." Diese E r k l ä r u n g einer berufenen A u t o r i t ä t stellte das E r g e b n i s einer langj ä h r i g e n B e o b a c h t u n g e i n e r G r o ß z a h l v o n A r b e i t e r n d a r u n d i s t f ü r u n s ü b e r alle M a ß e n b i n d e n d . Auch bei einem Arbeiter, bei dem nur die allerersten Anzeichen von Silikose festgestellt worden sind, wird sich die Krankheit noch in den weiteren 4 bis 7 Jahren verschlimmern, selbst wenn er die Arbeit in der staubigen Atmosphäre aufgibt. B e l a s s e n w i r i h n j e d o c h a u c h w e i t e r h i n i n d e r G r u b e , w i r d sich s e i n e K r a n k h e i t f a s t m i t Gewißheit erheblich verschlechtern. A u c h in Amerika, in der Schweiz u n d a n d e r s w o h a t m a n d i e g l e i c h e n E r f a h r u n g e n g e m a c h t [174].

25.6 Überwachen der Belegschaft A u s d e r m e d i z i n i s c h e n E r k e n n t n i s , d a ß d i e Silikose b i s j e t z t n i c h t z u h e i l e n u n d ein F o r t s c h r e i t e n d e r K r a n k h e i t n u r sehr schwer z u v e r h i n d e r n ist, e r g i b t sich die F o r d e r u n g n a c h einer intensiven gesundheitlichen Ü b e r w a c h u n g der Bergl e u t e u n d n a c h e i n e r L e n k u n g d e s A r b e i t s e i n s a t z e s aller B e s c h ä f t i g t e n m i t silikotischen L u n g e n Veränderungen. M a n m u ß versuchen, bei j e d e m einzelnen Belegs c h a f t s m i t g l i e d r e c h t z e i t i g die b e g i n n e n d e n V e r ä n d e r u n g e n d e r L u n g e z u e r k e n n e n , u m d a r a u f h i n einen etwa notwendigen Wechsel des Arbeitsplatzes v o r n e h m e n zu k ö n n e n . D a r ü b e r hinaus m u ß m a n die Arbeiter in gewissen Z e i t a b s t ä n d e n i m m e r wieder u n t e r s u c h e n lassen, u m festzustellen, wie die S t a u b v e r ä n d e r u n g e n der L u n g e sich weiterentwickeln, u n d u m die B e t r o f f e n e n gegebenenfalls rechtzeitig g a n z a u s d e m s t a u b i g e n Milieu d e s u n t e r t ä g i g e n G r u b e n b e t r i e b e s h e r a u s n e h m e n z u können.

Überwachen der Belegschaft

417

I m Ruhrgebiet dürfen gemäß § 308, Abs. 3 der Bergpolizei Verordnung f ü r die Steinkohlenbergwerke im Verwaltungsbezirk des Oberbergamts D o r t m u n d n u r solche Personen unter Tage beschäftigt werden, die nach ärztlicher Untersuchung f ü r Arbeiten in staubhaltigen Wettern ohne Einschränkung tauglich sind. Die Tauglichkeit aller unter Tage Beschäftigten f ü r Arbeiten in staubhaltigen W e t t e r n m u ß außerdem durch sogenannte Nachuntersuchungen laufend überwacht werden. Mit den Tauglichkeitsuntersuchungen (Erst- u n d Nachuntersuchungen) dürfen nur Ärzte b e t r a u t werden, die von der Bergbehörde zugelassen sind. Sie müssen einen bestimmten Ausbildungsgang nachweisen u n d besondere klinische Erfahrungen haben mit Bergleuten oder anderen K r a n k e n aus silikosegefährlichen Betrieben. Die für die Nachuntersuchungen zugelassenen Ärzte müssen außerdem eine Sonderausbildung in der Silikose-Diagnostik an dem Seminar f ü r Silikosebegutachtung der Bergbauberufsgenossenschaft in Bochum absolvieren. Das ärztliche Zeugnis enthält einen röntgenologischen u n d klinischen B e f u n d ; bei jeder Erst- oder Nachuntersuchung wird eine Röntgenfilm-Großaufnahme der Lunge gemacht, an H a n d derer die Tauglichkeit f ü r Arbeiten in staubhaltigen Wettern zu beurteilen ist. Die Fristen für die Nachuntersuchungen sind bergbehördlich festgelegt: Falls der Arzt keine kürzeren Fristen vorschlägt, müssen Jugendliche unter 18 J a h r e n alljährlich u n d alle übrigen Personen alle 3 J a h r e nachuntersucht werden. Die Staubveränderungen der Lunge werden in den einzelnen Ländern in verschiedener Weise klassifiziert. I n Deutschland bevorzugt m a n folgende Einteilung: Stadium 0

Keine silikotischen Veränderungen

Stadium X

Fragliche Staubveränderungen (Kontrollfall)

Stadium I

Leichte S t a u b Veränderungen (Silikose I. Grades)

Stadium I I

Mittlere Staubveränderungen (Silikose I I . Grades)

Stadium I I I Schwere Staubveränderungen (Silikose I I I . Grades) (Abb. 3 7 7 - 3 8 0 ) . Zur Feststellung der S t a u b Veränderungen dient allein die R ö n t g e n a u f n a h m e . E s h a t sich gezeigt, daß silikotische Veränderungen der Lunge fast ausschließlich durch die Röntgendiagnose mit einiger Sicherheit zutreffend beurteilt werden können. Andere Beobachtungen über die Lungenfunktion u n d die Feststellung subjektiver Beschwerden können die Röntgendiagnose nicht ersetzen. Besonders schwierig ist es nach wie vor, die ersten echten silikotischen Erscheinungen zu erkennen; deshalb h a t m a n zwischen das Stadium 0 u n d das Stadium I ein Stadium X eingefügt, das m a n mit „Fragliche S t a u b Veränderungen" (Kontrollfall, in der D D R ) bezeichnet. Stellt der untersuchende Arzt solche „Fragliche Staubveränderungen" fest, so wird er die Untersuchungsfrist möglichst kurz ansetzen, u m zu ermitteln, ob nach einiger Zeit echte Staubveränderungen nachzuweisen sind (Praxis der Bergbauberufsgenossenschaft Bochum). 27

Silikosebekämpfung

418

Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen Tab. 49 a. Neue Klassifikation der Silikose (nach

WORTH

und

SCHILLER [261])

Zeichenerklärung: Bilder ohne Silikose

GQ

3 «I

0 X

0 — normale Lungenbilder X = fragliche silikotische Veränderungen bzw. Abnormitäten anderer Art Hauptgruppe I ist gekennzeichnet durch einzelstehende Fleckschatten Kategorie 1 = vereinzelt auftretende Fleckelung Kategorie 2 = spärliche Fleckelung in mehreren oder allen Lungenfeldern Kategorie 3 = dichtstehende Meckelung in mehreren oder allen Lungenfeldern s — submiliare Fleckschatten (Durchmesser bis 1,5 mm) m — miliare Fleckschatten (Durchmesser von 1,5—3 mm) n — noduläre Fleckschatten (Durchmesser größer als 3 mm) Hauptgruppe II ist gekennzeichnet durch konfluierende und massive Schattenbildungen Kategorie A = beginnende Konfluenz Kategorie B = größere massive Schatten bildungen Kategorie C = große massive Schattenbildungen mit ausgeprägten Distorsionserscheinungen Durch die Zusätze der arabischen Ziffern 1, 2 und 3 sowie der kleinen Buchstaben s, m und n soll die Fleckelung in den übrigen Lungenfeldern (außerhalb der konfluierenden und massiven Schattenbildungen) nach Verteilungstyp und vorherrschender Größenordnung charakterisiert werden.

Bemerkungen: Durch den Zusatz von (Tb) kann das Vorliegen eines tuberkulösen Prozesses und durch das Zeichen (Tb?) der Verdacht auf einen spezifischen Prozeß kenntlich gemacht werden. In jedem Falle empfiehlt sich eine g e s o n d e r t e K e n n z i f f e r b e s c h r e i b u n g b e i d e r L u n g e n f e l d e r , getrennt durch einen Schrägstrich. Zweckmäßigerweise wird dabei zuerst die rechte Lunge dargestellt. Bei Anwendung dieser Klassifikation auf Staublungen aus anderen Berufsgattungen als dem Steinkohlenbergbau ist die Kennzeichnung des Berufes (z. B. Sandstrahler, Steinmetz, Schleifer usw.) unbedingt erforderlich.

Überwachen der Belegschaft

419

Auch im Stadium I ist das röntgenologische Erscheinungsbild oft schwer zu beurteilen. Es zeigen sich eine vermehrte netzförmige und wabige Struktur der Lungenzeichnung sowie manchmal eine geringfügige, noch unscharf begrenzte Tüpfelung. Die Betroffenen verspüren im allgemeinen kaum Beschwerden, da die Körperfunktionen noch nicht beeinträchtigt sind. Das Röntgenbild der Silikose II. Grades zeigt eine verstärkte Tüpfelung; die silikotischen Knötchen sind dichter und bilden oftmals tiefe Schatten. Es entstehen die charakteristischen Zeichnungen der „Schneegestöber" oder der „Schrotkornlunge". Die subjektiven Beschwerden sind häufig schon ziemlich deutlich ausgeprägt. Bei der Silikose I I I . Grades ist das Röntgenbild sehr vielgestaltig. Man findet dichte, fein- bis grobfleckige Körnelungen, aber auch flächenhafte Verschattungen, die von größeren silikotischen Schwielen herrühren. Die unteren Lungenabschnitte und die Umgebung der Schwielen zeigen oft Emphysem. Die Beschwerden sind in den meisten Fällen erheblich: Kurzatmigkeit bei geringer körperlicher Anstrengung, trockener Reizhusten, Stechen in der Brust, geringe Atmungsbreite u. a. Auf Grund des Befundes bei der Nachuntersuchung werden die Bergleute in Westdeutschland in eine der folgenden Gruppen eingestuft: BeurteilungszifFer 1: Alle Personen, die unter Tage an sämtlichen Betriebspunkten beschäftigt werden dürfen; Beurteilungsziffer 2: Alle Personen, die unter Tage nur an besonders bestimmten Betriebspunkten beschäftigt werden dürfen; Beurteilungsziffer 3: Alle Personen, die nur über Tage an besonders bestimmten Arbeitsplätzen beschäftigt werden dürfen. Beschäftigte ohne Staubveränderungen der Lunge (Stadium 0) werden der Gruppe 1 zugeordnet. Alle Männer mit erkennbaren silikotischen Veränderungen gehören zur Gruppe 2 und können daher nur an besonders staubgünstigen Betriebspunkten arbeiten (s. dazu a. S. 462). In Gruppe 3 sind vor allem solche Personen 1 einzustufen, bei denen eine Überempfindlichkeit gegen schädlichen Gesteinsstaub festgestellt wifd. Eine solche Überempfindlichkeit liegt insbesondere dann vor, wenn bei jüngeren Bergleuten (etwa 20—35 Jahre) mit niedriger Beschäftigungsdauer (weniger als 7 Jahre) bereits echte Staubveränderungen in den Lungen erkennbar sind; solche Menschen müssen sofort aus dem Grubenbetrieb herausgenommen werden, da sie in besonderem Maße gefährdet sind. Es erhebt sich nun die Frage, an welchen Betriebspunkten die in Gruppe 2 eingestuften Bergleute arbeiten dürfen, mit anderen Worten: Welche Betriebspunkte gelten als geeignet für diese Betriebsangehörigen, und wie wird diese Eignung festgestellt? Bisher sind absolut gültige Staubgrenzwerte nur in einigen Staaten festgelegt worden, zum Beispiel in der DDR, der UdSSR und in den USA. Solche Staubgrenzwerte hängen von vielen Faktoren ab, die sich zum Teil gegen1

Auch Stadium II und III.

27*

420

Polgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

seitig beeinflussen und die in ihrer Wirkung auf das Lungengewebe bzw. auf den menschliehen Körper schwierig zu beurteilen sind. Die bisherigen Erkenntnisse auf dem Gebiete der Staubmeßtechnik haben in Westdeutschland dazu geführt, daß ein „einfaches und hinreichend genaues Staubmeßverfahren" (HIRSCHBERG) entwickelt wurde, nach dem in den Gruben laufend der Staubgehalt der Wetter an den Betriebspunkten festgestellt werden kann. Dieses sogenannte Routine-Meßverfahren der Zechen wird im Kapitel 5 näher beschrieben. Diesen Messungen liegt ein einfaches, übersichtliches Schema zugrunde, das die Hauptstelle für Staub- und Silikosebekämpfung des Steinkohlenbergbauvereins nach Auswertung zahlreicher Betriebspunktmessungen aus dem gesamten Steinkohlenbergbau aufgestellt hat. Vgl. SCHULTE [201]. Auf Grund von Staubmessungen kann jeder Betriebspunkt nach dem Bewertungsschema in eine der folgenden Staubbelastungsstufen eingeordnet werden: Stufe I

Betriebe mit geringer Verstaubung,

Stufe I I

Betriebe mit mittlerer Verstaubung,

Stufe I I I Betriebe mit hoher Verstaubung, Stufe IV Betriebe mit sehr hoher Verstaubung. Gemessen werden die Staubkonzentration und der Bergeanteil in Prozenten. Eine hohe Staubbelastungsstufe wird demgemäß bei einer hohen Staubkonzentration oder einem hohen Anteil an gefährüchem Gesteinsstaub erreicht, außerdem natürlich dann, wenn beide Faktoren hohe Werte aufweisen. Alle Bergleute, die wegen Staub Veränderungen der Lunge nicht mehr an sämtlichen Betriebspunkten unter Tage arbeiten dürfen (Gruppe 2), können nur an Betriebspunkten mit der Staubbelastungsstufe I oder I I beschäftigt werden. U m die einzelnen Belegschaftsmitglieder hinsichtlich ihrer Silikosegefährdung genau überwachen zu können, besteht seit längerer Zeit die Vorschrift, daß für jeden Betriebsangehörigen eine Karteikarte anzulegen und monatlich nachzutragen ist. Sie muß u. a. enthalten: Art, Ort und Zeitdauer der Beschäftigung, die Staubbelastung des jeweiligen Betriebspunktes, an dem der Betreffende arbeitet, die Ergebnisse der ärztlichen Untersuchungen. Bei einem Zechenwechsel wird die Karteikarte von der Zeche, auf welcher der Bergmann vorher angelegt war, angefordert. So wandert die Karteikarte ständig mit dem betreffenden Bergmann mit und wird es später ermöglichen, aus den angegebenen Tätigkeiten und der Verstaubung der Arbeitsorte sowie dem Lungenbefund Schlüsse auf die Anfälligkeit gegenüber der Silikose zu ziehen.

25.7 Statistische Angaben über die Silikosegefährlichkeit der Grube Oft hört man, daß in dieser oder jener Grube zum Beispiel 10% der Belegschaft silikosekrank seien. Diese Angabe ist allein, wenn sie nicht näher analysiert wird, für die Beurteilung des Silikose-Gefährlichkeitsgrades nicht maßgebend. Das geht aus der folgenden Analyse klar hervor.

Statistische Angaben über die Silikosegefährlichkeit der Grube

421

* Angenommen seien drei Gruben. I n der ersten Grube sind 10% der Belegschaft silikosekrank. Auf dieser Grube, die weiter ausgebaut (erweitert) wird, ist jedoch ein bedeutender Teil der Belegschaft neu angelegt. Ein Teil der Belegschaft arbeitet nur kurzfristig und verläßt dann den Arbeitsplatz. Ü b e r h a u p t machen dort die Bergleute, die weniger als 10 J a h r e arbeiten, insgesamt 6 0 % aus. Da auf dieser Grube die durchschnittliche Expositionszeit von Arbeitsbeginn bis zu den ersten Anzeichen der Silikose 20 J a h r e beträgt, k a n n m a n die erwähnten 6 0 % der Belegschaft, die in der Grube weniger als 10 J a h r e beschäftigt sind, unberücksichtigt lassen, weil sie noch nicht silikosekrank sein können. Von den restlichen 40 Prozent sind bereits 2 5 % von der Silikose betroffen (Abb. 381). Doch auch unter diesen befinden sich 20%, die entweder über Tage oder an Grubenbetriebspunkten mit einem geringen Staubgehalt der L u f t be-

wm

*

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unter 20Jähre über 20Jahre

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Abb. 381. Analyse der statistischen Angaben einer Grube, auf welcher ein großer Teil der Belegschaft neu angelegt wurde

schäftigt sind, zum Beispiel im Einziehwetterstrom oder bei den Hilfsarbeiten in guter L u f t . Auch diese k a n n m a n außer acht lassen. Von den restlichen 2 0 % werden d a n n schon 5 0 % der Belegschaft silikoseleidend sein. U n d da dieser R e s t eine volle H ä l f t e Arbeiter mit einem Berufsalter unter 20 J a h r e n u m f a ß t , so k a n n m a n auch diese in Abzug bringen. Daraus folgt nun, daß unter den Arbeitern, die in staubigem Milieu der betreffenden Grube länger als 20 J a h r e beschäftigt sind, fast jeder einzelne silikosekrank ist. Die zweite Grube h a t eine ständige Belegschaft. Auch hier sind von der Gesamtzahl der Belegschaft 10% silikosekrank. Die Zahl der Arbeiter mit einer Expositionszeit unter 10 J a h r e n beträgt 25%. Die über Tage und in staubfreiem Milieu unter Tage beschäftigten Arbeiter umfassen 2 5 % . Die Zahl der in staubiger Umgebung mit einer Expositionszeit unter 20 J a h r e n beschäftigten Bergleute beläuft sich auf 20%. Von dem Rest der in den verstaubten Betriebspunkten beschäftigten Leute mit einer Expositionszeit über 20 J a h r e ist ein Drittel silikoseleidend. Somit sind die Verhältnisse auf dieser Grube wesentlich besser als die auf der ersten Grube (Abb. 382).

422

Folgerungen aus den medizinischen Erkenntnissen

Die dritte Grube zieht dagegen sofort alle Bergleute von der Arbeit ab, bei denen sich die ersten Anzeichen der Silikose b e m e r k b a r machen, u n d ersetzt sie durch neue, frische K r ä f t e . Alljährlich sind es 2 , 5 % . I n den Statistiken der G r u b e

Abb. 382. Analyse der statistischen Angaben einer Grube mit ständiger Belegschaft

beträgt die Zahl der Silikosekranken nicht m e h r als 2 % (Abb. 383). U n d doch sind die Verhältnisse auf dieser Grube die ungünstigsten, weil die Arbeiter schon nach 10 J a h r e n von der Silikose betroffen werden. Bei diesen v e r l ä u f t die K r a n k 2%%

Abb. 383. Analyse der statistischen Angaben einer Grube, auf der die Bergleute beim ersten Anzeichen der Silikoseerkrankung ausgewechselt werden

heit schnell, u n d das durchschnittliche Lebensalter der E r k r a n k t e n ist niedrig. W ü r d e n die e r k r a n k t e n Bergleute nicht sofort d u r c h neue abgelöst, d a n n wären f a s t 5 0 % Arbeiter silikosekrank. Man m ü ß t e d a v o n n u r jene Arbeiter ausschließen, die weniger als 10 J a h r e , über Tage u n d in s t a u b f r e i e n G r u b e n b e t r i e b s p u n k t e n beschäftigt sind.

Statistische Angaben über die Silikosegefährlichkeit der Grube

423

Zur Beurteilung der Silikose-Gefährlichkeit einer Grube muß man kennen: a) die Zahl der neugemeldeten Silikosefälle (in Prozenten der Gesamtbelegschaft, besser in Prozenten der silikosegefährdeten Arbeiter); b) die durchschnittliche Expositionszeit seit Arbeitsbeginn im staubigen Milieu bis zu den ersten Anzeichen der Silikose; c) den prozentualen Anteil der Belegschaft mit einer kürzeren Expositionszeit als die durchschnittliche Expositionszeit für die betreffende Grube; d) das prozentuale Verhältnis der Belegschaft über Tage und in den staubfreien Betriebspunkten unter Tage; e) das Lebensalter, in welchem sich die ersten Anzeichen der Silikose bemerkbar machen; f) den Verlauf der Krankheit unter Angabe des von den Silikosekranken erreichten Alters; g) das durchschnittliche Alter der in den Betriebspunkten mit hohen Staubkonzentrationen eingesetzten Bergleute. Man muß immer berücksichtigen, daß silikotische Veränderungen in der Lunge mit einer bestimmten Verzögerung auftreten und allmählich, aber meist ununterbrochen fortschreiten. Der Gesundheitszustand der Belegschaft zeigt somit die früheren Verhältnisse in der Grube, keineswegs aber die gegenwärtigen. Auch Gruben mit einer großen Anzahl von Silikotikern können heutzutage, was die Mittel zur Staubbekämpfung anbelangt, gut ausgerüstet sein.

26 Aufgaben des Arztes bei der Silikosebekämpfung

26.01 Auswahl der Arbeiter für silikosegefährliche Gruben Wie bereits erwähnt, besorgen die Atmungsorgane eines gesunden Menschen selbst die Ausscheidung des gefährlichen Staubes, soweit dieser nicht in allzu großer Menge auftritt. Daher sind für Arbeiten in Gruben mit staubhaltigen Wettern nur gesunde Arbeiter geeignet; von dieser Arbeit ist fernzuhalten, wer an einer der folgenden Krankheiten leidet: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Chronische Krankheiten der oberen Atemwege, Bronchialkatarrh und Bronchialentzündungen, Tuberkulose, größere Pleuraverwachsungen und andere Lungenkrankheiten, Verkrümmungen des Rückgrats, Chronische Erkrankungen des Herzmuskels, Herzfehler. Hierunter fallen ferner 8. Personen, die anstatt durch die Nase durch den Mund atmen, 9. Personen, bei denen die Nasenschleimhaut angegriffen ist, also auch Personen, die oft von hartnäckigem Schnupfen betroffen werden, 10. Alkoholiker, 11. Syphilitiker, 12. Personen mit nicht normal entwickeltem Brustkorb und mit geringer Atmungskapazität, 13. Personen, die an Konjunktivitis (Bindehautentzündung) leiden (auch diese Augenkrankheit verschlimmert sich bei Aufenthalt in staubhaltigen Wettern), 14. Personen mit Skrofulöse. Bei der Untersuchung der Arbeiter soll u. a. folgendes berücksichtigt werden: 1. GesundheitsverhäUnisse in der Familie: Arbeiter aus ungesunden Familien unterliegen der Silikose schneller als solche aus gesunden. 2. Trinken und Rauchen: Übermäßiges Trinken und Rauchen kann nicht förderlich sein. Es gibt aber auch Ärzte, nach deren Ansicht der Genuß von Kaffee, Tee oder Tabak auf die Entwicklung der Silikose keinen Einfluß ausübt. 3. Einfluß des Alters: Jugendliche Arbeiter neigen mehr zur Silikose, weshalb sie in staubhaltigen Gruben nicht arbeiten sollten. In manchen Gebieten werden für Arbeiten an gefährlichen Betriebspunkten nur Arbeiter eingesetzt, die älter als 30 oder 25 Jahre sind.

Ausscheiden tuberkulöser Arbeiter — Ständige ärztliche Überwachung

425

4. Dauer des Schlafes: Bisher wurde nicht festgestellt, daß Arbeiter mit wenig Schlaf zur Silikose stärker neigen als solche, die viel schlafen. 5. Einfluß von Kinderkrankheiten: Alle Personen, die in ihrer Kindheit infektiöse Krankheiten, mit Ausnahme von Diphtherie und Scharlach, durchgemacht haben, sind besonders silikoseempfänglich. 6. Einfluß anderer Krankheiten: Ein Arbeiter, der zum Beispiel an Malaria erkrankt war, wird von der Silikose leichter betroffen werden. Mandelentzündungen, hauptsächlich wenn sie sich oft wiederholen, vermindern die Widerstandsfähigkeit gegen Tuberkuloseinfektion. Meist neigen solche Arbeiter zu Silikose, die öfters an Bronchialentzündungen, Pleuraentzündungen und an Asthma leiden. Auch Personen, die oft an Grippe, Lungenentzündung, hartnäckigem Schnupfen und Heuschnupfen erkranken, sind für Silikose empfänglicher. Chronische Katarrhe und Nasenbeschwerden, zum Beispiel Polypen, die eine Mundatmung hervorrufen, vergrößern ebenfalls die Neigung zu Silikose. Personen mit vertikal hängendem Herz sind für Tuberkulose leichter empfänglich. 7. Der Pulsschlag sowie der Blutdruck, das eingeatmete Luftvolumen und das Körpergewicht sollen immer festgestellt werden. 8. Lebenslauf: Ferner ist ein genauer Lebenslauf des Arbeiters aufzunehmen, der nähere Ort- und Zeitangaben über seine frühere Beschäftigung sowie die Arbeitsbedingungen, etwaige erlittene Unfälle, seine Gewohnheiten u. ä. enthalten soll. 26.02 Ausscheiden tuberkulöser Arbeiter aus der Arbeit Ein silikotischer Arbeiter neigt besonders zu Tuberkulose und wird von ihr früher oder später betroffen, was dann zu weiterer Ansteckung führen kann. Die Möglichkeit einer solchen Ansteckung ist in der Grube größer als über Tage, wo der Arbeiter die Bazillen in die freie Luft ausatmet. In der Grube arbeitet der Bergmann jedoch in einem engen Raum, und die von ihm ausgeatmete Luft bewegt sich in einer engen Strecke, in der meist nahe dabei auch andere Arbeiter tätig sind, so daß die Ansteckungsgefahr groß ist. Aus diesem Grunde soll ein tuberkulöser Arbeiter gleich aus der Arbeit ausscheiden, um die Ansteckungsquelle zu beseitigen. Auch sollten Tuberkulöse nicht in Siedlungen wohnen. 26.03 Ständige ärztliche Überwachung der in silikosegefährlichen Gruben beschäftigten Arbeiter In Gruben, in denen Silikosegefahr besteht, sollen nicht nur kranke Arbeiter, sondern die ganze Belegschaft unter ständiger ärztlicher Kontrolle stehen. Nur so wird es möglich sein, einen guten Gesundheitszustand der ganzen Belegschaft zu erreichen und die beginnende Staublungenerkrankung frühzeitig zu erkennen. In manchen Gebieten werden die Arbeiter alle 6 Wochen gewogen. Liegt bei einem Arbeiter eine größere Gewichtsabnahme vor, so muß in einer gründlichen

426

Aufgaben des Arztes bei der Silikosebekämpfung

Untersuchung der Grund hierfür festgestellt werden. Die Gewichtsabnahme kann sofort aus einem Gesundheitsbogen, der für jeden Arbeiter geführt wird, abgelesen werden. Die betreffenden Arbeiter, bei denen eine Gewichtsabnahme eintrat, werden alle 3 Monate untersucht. Sämtliche Arbeiter sollen alle 1—3 Jahre (je nach Vorbefund) röntgenologisch untersucht und nach Möglichkeit Großaufnahmen von den Lungen angefertigt werden, da nur auf diese Weise eine genaue Diagnose möglich ist. Schirmbildaufnahmen und einfache Durchleuchtungen genügen nicht. In Südafrika findet die röntgenologische Untersuchung zweimal im Jahre statt. Arbeiter, bei denen eine Gewichtsabnahme festgestellt wird oder die silikoseverdächtig sind, werden viermal im Jahr untersucht. Die Anzahl der notwendigen Untersuchungen hängt von dem Gefahrenmoment, der Staubkonzentration und dem Stand der Abwehrmaßnahmen ab. Die Lungenaufnahmen sind aufzubewahren, damit sie dann mit den Aufnahmen bei späteren Untersuchungen verglichen werden können.

26.04 Arbeitsplatzwechsel Eine ideale Lösung wäre es, wenn die in silikosegefährlichen Gruben beschäftigten Arbeiter ihre Arbeit mit einer solchen über Tage, am besten mit einer Wald- oder Feldarbeit oder in anderen von schädlichem Staub befreiten Arbeitsstätten wechseln könnten. Dann würde sich ihre Arbeitsfähigkeit sehr verlängern lassen. In der zur Poliklinik der Universität München gehörenden Klinik für Staublungenerkrankungen vertritt man die Ansicht, daß ein ausgiebiger Aufenthalt an frischer Luft nach der Arbeit die Silikoseentwicklung verzögert, weil dadurch die Selbstreinigung der Lungen erhöht wird. Im gleichen Institut hat man an Ratten festgestellt, daß körperliche Anstrengung in reiner Atmosphäre die Selbstreinigung erhöht und daß die verstaubten Zellen in erhöhtem Maße auf dem Bronchialwege abtransportiert werden. Andererseits müssen wir jedoch bedenken, daß mit dem Augenblick, wo sich ein Teil des schädlichen Staubes bereits in den Lungen abgesetzt hat, die Entwicklung der Silikose auch dann fortschreitet, wenn der Arbeiter den verstaubten Arbeitsplatz verlassen hat. Ein kranker Arbeiter soll möglichst schnell von der Arbeit an gesundheitsschädlichen Arbeitsplätzen freigestellt und zu Arbeiten an ungefährlichen Orten, später nur über Tage, herangezogen werden. Bei diesem Verfahren müssen aber andere Arbeiter an ihrer Stelle in der Grabe eingesetzt werden, und so wird die doppelte Zahl Arbeiter von der Silikose betroffen. Sollen die Arbeiter in unterschiedlich verstaubter Umgebung beschäftigt werden, dann muß man den Staubgehalt an den einzelnen Arbeitsstellen systematisch messen und außerdem die Verwendbarkeit der einzelnen Arbeiter genau kennen. Hierbei entscheiden nicht nur der Grad der LungenVerstaubung und der

Richtige und ausreichende Ernährung

427

Grad der Silikoseentwicklung, sondern auch das Alter des Arbeiters und die Zeitdauer, während welcher er in der staubigen Umgebung beschäftigt war. Ein Arbeiter, der in staubiger Umgebung 20 Jahre tätig war, bevor sich bei ihm eine Silikose ersten Grades entwickelte, ist geJähre wiß für die Staubwirkung weniger empfänglich als ein Arbeiter, der schon nach fünfjährigem Dienst eine Silikose ersten Grades hat. Das Alter des Arbeiters ist deshalb entscheidend, weil bei einem älteren Menschen alle Lebensvorgänge und hauptsächlich die Bildung des Gewebes langsamer verlaufen als bei einem jungen Menschen, folglich entwickelt sich bei diesem die Silikose auch langsamer. Die Verwendbarkeit für den Arbeitseinsatz oder, besser gesagt, die Tauglichkeitsgruppe kann aus einem einfachen Diagramm abgelesen werden, in dem auf einer Ordinate das Lebensalter, auf der anderen das Berufsalter und auf der Abszisse der Grad der Silikose angegeben sind (Abb. 384). Beim Arbeitsplatzwechsel soll die Entlohnung am neuen Arbeitsplatz nicht schlechter sein. Darüber hinaus kann ein Arbeitsplatzwechsel sich auch in psychologischer Hinsicht ungünstig auswirken Abb. 384. Diagramm zur Feststellung der und so den Zustand des Silikosekranken Tauglichkeitsgruppe verschlechtern. Deshalb bleibt in manchen Staaten (z. B. USA) der erkrankte Arbeiter am gleichen Arbeitsplatz. Bei einem Wechsel besteht auch die Gefahr, daß noch ein zweiter Arbeiter — sein Nachfolger — an Silikose erkrankt. In anderen Ländern dagegen (Deutschland, UdSSR, England, Frankreich, Belgien, Südafrika) wird dem Silikotiker ein weniger schädlicher Arbeitsplatz zugewiesen. 26.05 Richtige und ausreichende Ernährung Selbstverständlich ist ein gut und richtig ernährter Arbeiter widerstandsfähiger als ein schlecht oder nur ungenügend ernährter. Deshalb soll man auch dieser Frage entsprechende Sorgfalt widmen, dabei evtl. ärztlichen Rat einholen und ihn auch befolgen 1 . 1

Darüber, ob die Arbeiter nach Möglichkeit in Werksküchen beköstigt werden sollen, um eine richtige Ernährung und die vorgeschriebenen Lebensmittelrationen zu gewährleisten, gehen die Ansichten auseinander.

428

Aufgaben des Arztes bei der Silikosebekämpfung

Man hat für die Arbeiter viel fette Kost vorgeschlagen, insbesondere Speck. Doch behauptet der Direktor des Institutes für Kolloidforschung der Universität Frankfurt (Main) in Bad Homburg, Dr. R. JÄGER, daß Fettsäuren nur an verunreinigtem Quarz adsorbieren. Deshalb glaubt er nicht, daß Fettsäuren oder fette Kost einen schützenden Einfluß gegen Silikose haben könnten. Fett könne bei Verbesserung der Kost in Notzeiten eine Rolle spielen, wenn die Kost sonst unzureichend ist, dann ließe sich die Widerstandsfähigkeit gegen Silikose beeinflussen. Bei normaler Kost könne nach JÄGER eine Fettzugabe keinen Einfluß auf die Entstehung der Silikose haben. 26.06 Badegelegenheit nach Arbeitsschluß Alle Arbeiter sollten nach Beendigung ihrer Arbeit Bade- oder Brausegelegenheit haben, denn auch dadurch verbessert sich ihr Gesundheitszustand. 26.07 Bestrahlen mit Höhensonne Da man in der Grube auf das Sonnenlicht und die wohltuende Wirkung der Sonnenstrahlen verzichten muß, sollte dafür gesorgt werden, daß jeder Arbeiter nach dem Bad auch die Möglichkeit erhält, wenigstens für kurze Zeit mit Höhensonne bestrahlt zu werden. Auch das ist ein Mittel zur Verbesserung des Gesundheitszustandes der Arbeiter sowie zur Erhöhung ihrer Widerstandskraft gegen verschiedene Krankheiten. 26.08 Verabreichen von Vitamin C und D In vielen Gebieten werden den Bergarbeitern regelmäßig Tabletten mit Vitamin D verabreicht, weil sich dieses im Körper des Bergmannes infolge Mangels an Sonnenlicht nicht in ausreichendem Maße bilden kann und auch mit der Nahrung nicht in genügender Menge aufgenommen wird. Vitamin D ist wichtig für den Metabolismus des Kalziums, für die Knochenbildung und deren Erhaltung und Festigkeit. Die Verabreichung von Vitamin C ist deshalb wichtig, weil dadurch die Widerstandskraft gegen Infektionskrankheiten erhöht wird. Nach der Theorie von JÄGER-SEIFERT über die Blockierung der aktiven Oberfläche des Quarzkristalls kann man zu dieser Blockierung Vitamin B x und einen besonderen Stoff Nr. 25 verwenden. 26.09 Ergänzen der durch die Schweißabsonderung verlorenen Stoffe Ein schwerarbeitender Bergmann pflegt, vor allem in heißen Gruben, bei der Arbeit stark zu schwitzen. Die Schweißmenge erreicht pro Schicht einige Liter. In Kladno (ÖSSR) wurde festgestellt, daß der Arbeiter binnen einer Arbeitsschicht durchschnittlich 2 Liter Schweiß absondert. Es sind jedoch auch Fälle bekannt, wo der Arbeiter bis zu 5 Liter ausgeschwitzt hat. Der Wasserverlust

Bedeutung der Tuberkulosetherapie für die Silikoseentwicklung

429

durch Schweiß k a n n zwar durch Trinken ersetzt werden, jedoch verliert der Arbeiter mit dem Schweiß auch Salze, besonders NaCl u n d KCl. I m Schweiß sind davon etwa 0 , 8 % enthalten. Beim Ausschwitzen von 1 Liter Schweiß verliert er auch 8 g dieser Salze, deren Verlust sich durch Müdigkeit, Arbeitsunlust u n d bei größerem Verlust auch durch Krämpfe äußert. Deshalb ist es notwendig, den Arbeitern diese Salze wieder zuzuführen, u n d zwar entweder durch eine salzhaltige Kost oder in Form von Tabletten, die 9 0 % NaCl u n d 10% KCl enthalten. I n manchen Gruben wird dem Trinkwasser Salz zugesetzt. Wenn der Arbeiter in einer Schicht weniger als 7 1 Schweiß absondert, so genügt zum Ersatz des Salzes eine salzhaltige Kost, bei größerer Schweißmenge sind jedoch Tabletten notwendig.

26.10 Einatmen von zerstäubtem Penicillin Penicillin k a n n m a n mit besonderen Geräten sehr fein zerstäuben. E s wurden Vorschläge unterbreitet, wonach den Arbeitern die Möglichkeit gegeben werden soll, das auf diese Weise zerstäubte Penicillin einzuatmen, u n d zwar in der Markenstube vor dem Einfahren oder in besonderen R ä u m e n , in denen m a n das E i n a t m e n nach der Menge des verstäubten Penicillins u n d der Einatmungsdauer regeln kann. Das feinzerstäubte Penicillin dringt auch in die feinsten Alveolengänge und Alveolen ein und ü b t dort seine wohltuende Wirkung aus. So k a n n m a n der E n t s t e h u n g vieler infektiöser Krankheiten vorbeugen. Von vielen Ärzten wird jedoch die prophylaktische Anwendung von Penicillin in größerem Maße nicht empfohlen. Die Bakterienstämme werden immun gegen das Penicillin, u n d wenn sie d a n n wirklich eine ernste Krankheit hervorrufen, verliert Penicillin seine antibiotische Wirkung. Deshalb sollte die Benutzung von Penicillin ernsten Krankheitsfällen oder prophylaktisch nur einzelnen sehr gefährdeten Fällen vorbehalten bleiben.

26.11 Bedeutung der Tuberkulosetherapie für die Silikoseentwicklung Wenn wir imstande wären, die Tuberkulose wirksam zu heilen, d a n n würde dies auch f ü r die Therapie der Silikose einen großen Fortschritt bedeuten. Die sogenannte „einfache Silikose" setzt bei manchen Arbeitern lange Zeit deren Leistungsfähigkeit nicht herab, sie ist jedoch gerade deshalb sehr gefährlich, weil d e r silikotische Arbeiter häufig an Tuberkulose erkrankt.

27 Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

27.1 Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet V o n B e r g r a t E R N S T AUGUST HAHN, H e r n e

27.11 Allgemeines Die Silikose fordert in allen Erdteilen ständig eine große Zahl von Opfern unter den Bergleuten: Sie ist daher in den meisten bergbautreibenden Staaten als Berufskrankheit anerkannt, so daß die Betroffenen für das Opfer ihrer Gesundheit entschädigt werden. Als wichtigste und zahlenmäßig weit überwiegende 2138

1853

1 l

1495

7500

500

1 1937

0

' 'i' i ' ' ' '' ''

7950

1953

1 I

1956

Abb. 385. Anzahl der an Silikose verstorbenen Bergleute im Ruhrbergbau. (Die Ursachen des Ansteigens sind auf S. 435 angeführt. Vergleiche auch Abb. 387)

539

§

1952

Abb. 386. Anzahl der an Silikose Verstorbenen übersteigt die Anzahl der tödlichen Unfälle (Ruhrbergbau)

Berufskrankheit bildet die Silikose in allen Staaten, die über einen nennenswerten Bergbau verfügen, ein ernstes Problem in arbeitshygienischer, sozialer und wirtschaftlicher Hinsicht (Abb. 385, 386). In Deutschland gibt es einen Katalog der Berufskrankheiten, der 40 als Berufskrankheiten anerkannte Gesundheitsschädigungen enthält. Die betroffenen Arbeitnehmer haben, sofern eine bestimmte Minderung der Erwerbsfähigkeit

Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet

431

ärztlich festgestellt wird, einen gesetzlichen Anspruch auf Entschädigung. Dieser besteht bei der Silikose seit dem Erlaß der 2. Verordnung über die Ausdehnung der Unfallversicherung auf Berufskrankheiten vom 11.2. 1929. Die Bedeutung der Silikose als bergmännische Berufskrankheit geht ays folgenden statistischen Angaben hervor: 80—85% aller Entschädigungsfälle von Berufskrankheiten im westdeutschen Bergbau sind Silikosefälle, und rund 93% der Entschädigungsleistungen für bergmännische Berufskrankheiten — Leistungen an Erkrankte und Hinterbliebene sowie Leistungen für Heilverfahren — sind für Silikosefälle aufgewendet worden [79]. Die Bedeutung der Silikose im Bergbau geht auch aus folgenden Zahlen hervor: Im Jahre 1956 starben in Westdeutschland insgesamt 2142 Bergleute an den Folgen einer Berufskrankheit, davon allein 2138 an den Folgen der Silikose und Siliko-Tuberkulose (s. a. Seite 433). Ebenfalls im Jahre 1956 gab es bei der Bergbauberufsgenossenschaft insgesamt rund 69000 entschädigte Silikosefälle; dabei handelt es sich um rund 44500 Renten für aktive, ehemalige (Berufswechsel) oder bereits invalide Bergleute und um rund 24500 Fälle von Entschädigungen an Hinterbliebene verstorbener Silikosekranker. Aus Großbritannien berichtet FLETCHER [95], daß von 1931 bis 1948 in Südwales von 100000 Untertagearbeitern allein 22000 an Silikose erkrankt sind. 27.12 Statistik der Silikose Die Silikose wurde im Jahre 1929 als entschädigungspflichtige Berufskrankheit in Deutschland gesetzlich anerkannt. Seitdem werden auch statistische Unterlagen über diese Erkrankung gesammelt und ausgewertet. Für den westdeutschen Bergbau führt die Bergbauberufsgenossenschaft als Trägerin der gesetzlichen Unfallversicherung eine besondere Silikosestatistik, die interessante Aufschlüsse über die Entwicklung der Silikose vermittelt. Neben den allgemeinen Erhebungen über Rentenfälle, Todesfälle und Entschädigungsleistungen werden seit 1948 auch statistische Angaben über das Lebens- und Berufsalter der Silikosekranken bei Beginn der Rentengewährung und beim Tode festgehalten. Daraus lassen sich schon heute Schlüsse ziehen auf die Wirkung medizinischer und technischer Maßnahmen gegen die Silikose, sofern sich diese Maßnahmen in den Betrieben bereits auswirken konnten. Will man statistische Aufzeichnungen über die Silikose beurteilen, so muß man einige Dinge berücksichtigen, die im folgenden kurz erläutert werden und die nicht außer acht gelassen werden dürfen, wenn man Fehlschlüsse und Irrtümer vermeiden will. Folgende Tatsachen sind zu beachten: 1. Jede Statistik der Silikose vermittelt ein Bild von lange zurückliegenden Verhältnissen, weil die Veränderungen der Lunge unter dem Einfluß des Staubes sehr langsam fortschreiten und erst nach vielen Jahren ständiger Gesundheitsschädigung sichtbar hervortreten. Statistisch tritt ein Krankheitsfall erstmalig

432

Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

in Erscheinung, wenn der untersuchende Arzt ihn an die Berufsgenossenschaft weiter meldet, wozu er verpflichtet ist (Statistik der gemeldeten Fälle). Später wird der Fall erneut erfaßt, wenn der betroffene Bergmann Rente erhält (Statistik der erstmals entschädigten Fälle). Aus diesem Grunde finden auch die Ergebnisse von Verhütungs- und Bekämpfungsmaßnahmen erst viel später in der Statistik ihren Niederschlag, im Gegensatz etwa zu der Unfallstatistik. So muß man berücksichtigen, daß zum Beispiel Bergleute, die 1950 erstmals entschädigt worden sind, im Durchschnitt ein bergmännisches Berufsalter von 28 Jahren hatten. Sie waren also in der Mehrzahl bereits seit 1925—1930 im Bergbau tätig und haben zunächst jahrelang ohne wesentlichen Staubschutz gearbeitet. 2. Die Zahlenangaben aus den weiter zurückliegenden Jahren sind mit den Ergebnissen der letzten Jahre nicht ohne weiteres vergleichbar. Der Kreis der regelmäßig untersuchten Bergleute war zum Beispiel im Jahre 1930 ein anderer als im Jahre 1935 oder 1950 (vgl. dazu S. 462, Kap. 28), und der Kreis der Entschädigungsberechtigten ist in Deutschland durch verschiedene Berufskrankheitsverordnungen mehrfach, zuletzt 1952 und 1953, erweitert worden. 3. Die Statistik der erstmals entschädigten Fälle zeigt nicht den ganzen Umfang der Silikoseerkrankungen in dem erfaßten Gebiet. Sie berücksichtigt nur diejenigen Fälle, die bereits ärztlich erkannt sind und in denen eine Rente zugesprochen wurde. Daneben gibt es aber weitere Bergleute mit einer beginnenden oder leichten Silikose: entweder zeigt dabei die Lunge im Röntgenbild noch keinen typischen Befund, oder die leichte Form der Krankheit hat noch nicht zu einer Einbuße der Erwerbsfähigkeit geführt, die Voraussetzung für den Rentenanspruch ist. ZahlterFälle 9600 r 8)008000

Erstmalig entschädigte Silikosen Insgesamt tödliche Silikosen

7200 6400 5600 4800

3200 2400 1600

im30 31 32 33 34 3S 3637 38 39 40 4142 43 44 45 45 47 48 49 50 57 52 , z. 3. 4. B e r u f s k r a n k h e i t e n - / e r Ordnung Abbt 387. Erstmalig entschädigte und tödliche Staublungenerkrankungen im westdeutschen Bergbau

Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet

433

Die Entwicklung der Staublungenerkrankungen im westdeutschen Bergbau seit 1929 ist aus der Tabelle 50 zu ersehen1. Tabelle 50. Entwicklung der Staublungenerkrankung im westdeutschen Bergbau seit 1929 2 Erstmalig entschädigte Silikosefälle

Tödliche Silikosefälle

Reine Silikose

Siliko-Tuberkulose

insgesamt

insgesamt

1

2

3

4

5

1929 1930 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955

1015 1484 840 623 379 313 449 614 1075 1266 1316 1232 1643 2095 1988 2107 776 2768 2482 3270 4351 5946 4848 4377 8482

—

397 437 399 385 448 505 621 638 176 880 721 795 699 627 513 455 550

1015 1484 840 623 379 313 449 614 1472 1703 1715 1617 2091 2600 2609 2745 952 3648 3203 4065 5050 6573 5361 4832 9032

279 352 408 368 451 354 399 515 583 690 822 872 946 1026 1039 1152 1022 1199 1364 1431 1533 1672 1707 1653 1994

4638 3690

1956 1957

3325 3443

401 359 291 264

5039 4049 3616 3707

1703 2167 2113 1910

Jahr

— — — — — — —

In Abb. 387 sind die gleichen Zahlen in einer graphischen Darstellung wiedergegeben. 1

Die Tabelle 50 und die Abbildungen 387—390 sind mit Genehmigung der Bergbauberufsgenossenschaft aus dem Mitteilungsblatt „Der Kompaß", 67. Jahrgang (1957), Heft 2 und 3, übernommen. Sie wurden in ihrer Form z. T . etwas abgeändert und dieser Arbeit angepaßt sowie durch Einfügen der Zahlen für 1956 und 1957 ergänzt.

2

Auch für die Jahre vor 1945 ist nur das Gebiet Westdeutschlands erfaßt.

28

Silikosebekämpfung

434

Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

Als „erstmalig entschädigte Fälle" gelten in Deutschland alle diejenigen, bei denen der Versicherungsträger in dem betreffenden Jahr seine Entschädigungspflicht anerkannt h a t ; sie sind also als Neuzugänge an Entschädigungsfällen anzusehen. Die krankhaften Veränderungen der Lunge haben bei diesen Arbeitern sicher schon vorher bestanden. Wann sie sich zuerst bemerkbar gemacht haben und wie lange es zurückhegt, seit die ersten Staubveränderungen aufgetreten sind, kann bei den älteren Personen nicht ermittelt werden, da in früheren Zeiten keine regelmäßigen Untersuchungen vorgesehen waren. Heute dagegen werden im Ruhrgebiet sämtliche Untersuchungsbefunde in einer Kartei erfaßt, so daß man in Zukunft jederzeit feststellen kann, wann bei einem Bergmann die ersten Lungenveränderungen aufgetreten sind. Zusätzlich werden für jeden Betriebsangehörigen die Staubbelastungen der Arbeitsplätze, an denen er beschäftigt ist, in der Kartei angegeben. In der Tabelle 50 wird unterschieden zwischen „reiner Silikose" und „SilikoTuberkulose". Bei letzterer handelt es sich um eine ursächliche Verbindung von silikotischen Veränderungen des Lungengewebes mit aktiv fortschreitender Lungentuberkulose, wobei die silikotischen Erscheinungen unter Umständen nur leichter Art sind. Man sieht aus der Tabelle, daß im deutschen Bergbau die Tuberkulose im Zusammenhang mit der Silikose nur untergeordnete Bedeutung h a t : Im Jahre 1950 zum Beispiel machten kaum 10% aller Fälle Siliko-Tuberkulosen aus. Bei den tödlichen Silikosefällen ist folgendes zu berücksichtigen: Alle diejenigen Todesfälle von Silikosekranken, die nach ärztlicher Ansicht mit der Silikose in einem ursächlichen Zusammenhang stehen, werden als Silikose-Todesfälle erfaßt. Stellt der Arzt fest, daß der Bergmann voraussichtlich noch länger als ein J a h r weitergelebt hätte, wenn er frei von Silikose gewesen wäre, dann gilt der Tod als tödlicher Silikosefall, auch wenn die akute Todesursache nicht die Silikose oder eine ihrer Begleiterscheinungen war. Aus der Kurve in Abb. 387 geht deutlich hervor, wie die verschiedenen Berufskrankheitenverordnungen das statistische Bild der Silikose beeinflußt haben. Mit der 2. Verordnung vom Jahre 1929 wurde die Silikose als Berufskrankheit anerkannt, aber es mußte eine sogenannte schwere Silikose vorliegen, bei der die Erwerbsfähigkeit der Erkrankten um mindestens 50% vermindert war. Die leichten und mittelschweren Fälle wurden damals noch nicht entschädigt und sind daher in der Statistik auch nicht erfaßt. Im Jahre 1936 wurde mit der 3. Berufskrankheitenverordnung auch die SilikoTuberkulose in den Kreis der Berufskrankheiten einbezogen. Als Voraussetzung galt jedoch, daß die Gesamterkrankung schwer war und daß die Staubveränderungen der Lunge einen aktiv fortschreitenden Verlauf der Tuberkulose wesentlich verursacht hatten [265]. Für den Arzt war es jedoch sehr schwer zu beurteilen, ob die Staubveränderungen den aktiv fortschreitenden Verlauf der Tuberkulose wesentlich verursacht hatten. Die 4. Beruf skr ankheitenver Ordnung von 1943 brachte daher insofern eine Änderung, als von diesem Zeitpunkt an jede Verknüpfung von Staubveränderungen der Lunge und aktiv fortschreitender Tuber-

Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet

435

kulose entschädigt wurde, wenn die Staubveränderungen den ersten Grad überschritten hatten. Allgemein galt jedoch weiterhin, daß die Erwerbseinbuße mindestens 50% betragen mußte. Dies wurde erst 1952 durch die 5. Verordnung geändert. Es entfällt jetzt die bisherige Voraussetzung zur Entschädigung, daß es sich um eine schwere Erkrankung handeln muß. Seit dieser Zeit sind alle Fälle schon ab 20% Erwerbsminderung entschädigungsberechtigt. In der amtlichen Begründung der 5. Verordnung heißt es: „Der Versicherungsfall ist nunmehr eindeutig durch das Merkmal einer funktionellen Beeinträchtigung von Atmung oder Kreislauf bedingt. Versicherungsrechtlich ist für einen Schadenersatz, d. h. auch für die Gewährung einer Rente gemäß §§ 555 und 559 a der Reichs Versicherungsordnung, Voraussetzung, daß eine durch Staublungenerkrankung verursachte Einbuße an Erwerbsfähigkeit objektiv festgestellt wird. Entsprechend den allgemeinen Grundsätzen der gesetzlichen Unfallversicherung genügt schon eine Minderung der Erwerbsfähigkeit um 20%. Röntgenbild und Funktionsprüfung müssen zusammen ausgewertet werden, denn nur aus einer solchen Gesamtwertung kann der versicherungsrechtlich notwendige Schluß auf einen ursächlichen Zusammenhang zwischen einer Staublungenerkrankung und einem nachgewiesenen Funktionsausfall gezogen werden." Diese Verordnung hatte naturgemäß eine erhebliche Rückwirkung. Die Zahl der erstmalig entschädigten Fälle stieg sprunghaft von rund 4800 im Jahre 1952 auf rund 9000 im Jahre 1953 an. Sie fiel aber bereits 1954 wieder auf den verhältnismäßig günstigen Stand der Jahre 1951/52 ab und ist seitdem bis 1956 ständig weiter gesunken. Die Gründe für das Ansteigen und Abfallen der Zahlenreihe sind zweifellos sehr schwer festzustellen. Außer den bisher angeführten Ursachen haben sicherlich noch andere Tatsachen mitgewirkt: zum Beispiel die Erweiterung der medizinischen Kenntnisse, die Verbesserung der diagnostischen Methoden — vor allem der Röntgendiagnostik —, die ständig verbesserte medizinische Überwachung der Bergleute mit Lenkung des Arbeitseinsatzes der beschränkt tauglichen Leute, aber nicht zuletzt auch die Weiterentwicklung der technischen Staubbekämpfung im Betrieb. Der auffällige Rückgang der erstmalig entschädigten Fälle aus den Jahren 1931 bis 1936 (s. Tab. 50 und Abb. 387) ist sicher auf den Nachholbedarf beim Inkrafttreten der 2. Verordnung zurückzuführen; außerdem könnte er vielleicht auch in einem gewissen Zusammenhang mit dem ersten Weltkrieg stehen: Zwischen 1914 und 1918 haben viele Bergleute ihre Berufstätigkeit längere Zeit unterbrechen müssen, und dadurch könnte der Beginn oder das Fortschreiten der Krankheit bei jüngeren Menschen oftmals hinausgeschoben worden sein. Ahnlich mag auch die Arbeitslosigkeit vieler Bergleute in der Krisenzeit nach 1930 die Entwicklung der Silikose in manchen Fällen erheblich verzögert haben. Der Rückgang der Neuzugänge in den Jahren 1950—1952 und seit 1954 darf aber wohl auch als ein Zeichen dafür gewertet werden, daß die Maßnahmen zur Staubbekämpfung im Betrieb und die intensive medizinische Überwachung be28*

436

Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

gönnen haben, sichtbare Früchte zu tragen. Aus dem geringfügigen Anstieg der Neuzugänge im Jahre 1957 können zunächst noch keine besonderen Schlüsse gezogen werden. Die verschiedenen Maßnahmen zur Bekämpfung der Silikose wirken sich nicht nur dahin aus, daß die Zahl der Erkrankten und damit die Zahl der entschädigungspflichtigen Neuzugänge an Silikosefällen zurückgeht (gemäß Tab. 50 und Abb. 387). Außerdem soll erreicht werden, daß die Krankheit erst zu einem späteren Zeitpunkt entsteht, dann langsamer fortschreitet und deshalb in ihren Auswirkungen nicht mehr so schwer wird wie in früheren Zeiten. Wenn dies gelingt, dann wird sich auch das durchschnittliche Lebensalter der Kranken erhöhen, und ihre Lebenserwartung kann sich der normalen Lebenserwartung der übrigen Bevölkerung annähern. Ein wichtiges Ziel wäre schon dann erreicht, wenn die schweren Stadien der Krankheit so weit hinausgeschoben werden könnten, daß sie nicht mehr in den Bereich der durchschnittlichen Lebenserwartung fallen. In Zahlen ausgedrückt: Wenn die Krankheit erst mit 40 bis 50 Jahren beginnen und dann Abb. 388. Durchschnittlich erreichtes Lebensalter der so langsam fortschreiten würde, erstmalig entschädigten Silikosekranken bei Beginn daß schwere Staubveränderunder Rentenleistung in den Jahren 1948 bis 1955 im gen erst bei einem Lebensalter westdeutschen Bergbau von 90—100 Jahren, praktisch also — von Ausnahmen abgesehen — überhaupt nicht mehr, entstehen würden, dann wäre bereits ein wesentliches Ziel erreicht. Um diese Entwicklung auch statistisch verfolgen zu können, hat die Bergbauberufsgenossenschaft seit 1948 das Lebensalter und das Berufsalter der Silikosekranken bei Eintritt des Rentenfalles und beim Tode beobachtet und statistisch ausgewertet. Abb. 388 zeigt das durchschnittliche Lebensalter der Silikosekranken in Westdeutschland bei Eintritt der Rentenleistung. Es hat sich von 51,5 Jahre (1948) auf 56,8 Jahre (1957) erhöht, d. h. um 12,5% innerhalb von 10 Jahren. Noch deutlicher ist dieser Tatbestand aus den Häufigkeitskurven der Abbildung 389 zu erkennen. Danach wurden 1948/49 die meisten Kranken im Alter von 46—50 Jahren erstmals entschädigt. In den Jahren 1954/55 hat sich jedoch das Maximum der Kurve auf ein Alter von 51—55 Jahren verschoben. Aus der Zusammenstellung unterhalb der Abszisse geht außerdem folgendes hervor: In den Jahren 1948/49 waren 22,3% der erstmals entschädigten Bergleute unter

Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet

437

45 Jahre alt, 1954/55 aber waren es nur noch 7,5%, die in einem derart niedrigen Alter bereits eine entschädigungspflichtige Silikose hatten. Dagegen ist der Anteil der Arbeiter, die erst mit über 60 Lebensjahren erstmals eine Silikoserente bezogen, von 18,2% in den Jahren 1948/49 auf 24,5% in den Jahren 1954/55 gestiegen, obwohl bis 1952 nur schwere Fälle (über 50% Erwerbsminderung), nach 1952 aber auch leichtere Fälle (ab 20% Erwerbsminderung) erfaßt worden sind. 33 % 30 27 24

/

21 1951/1952-

/

t

\

7/ //

\

1348/1949-

\ \

Vx .

1954/1955

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M pis35

L 36-40 41-45\ Lebensjahre

o—o 22,32% O o o 13,10% O

o o

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_L ,45-50

51-55

_L 56-50,

Lebensjahre

• -o 59,46% o—o —° 64,08% o o —o 67,98% o—o

p1-65 oo o

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\

_L 71-75 76-80 über 80 Lebensjahre

18,22% < — 22.82% < 24,51% i

—o o

Abb. 389. Lebensalter der Silikosekranken bei Beginn der Rentenleistung

Auch das Berufsalter bei Beginn des Rentenfalles ist in diesem Zeitraum laufend gestiegen, und zwar von durchschnittlich 26,6 Jahren (1948) auf 29,5 Jahre (1957), d. h. um 11% innerhalb von 10 Jahren. Aus diesen Angaben über das Berufsalter ist außerdem folgendes zu erkennen: Die Silikosekranken, die in den Jahren 1956/57 entschädigungsberechtigt werden, haben zum größten Teil bereits in den Jahren 1925—1930 ihre bergmännische Tätigkeit begonnen und daher zunächst unter Bedingungen gearbeitet, die in staubhygienischer Hinsicht noch jrecht ungünstig waren. Daß trotzdem das Berufsalter der silikosekranken Bergleute schon im Laufe von 10 Jahren so sichtbar gestiegen ist, läßt für die Zukunft noch weitere Fortschritte erhoffen. Das durchschnittlich erreichte Lebensalter beim Tode der Silikosekranken ist ähnlich angestiegen: Abb. 390 zeigt, daß im Jahre 1948 die Kranken durchschnittlich mit 56,7 Jahren verstorben sind, daß sie im Jahre 1957 jedoch ein Lebensalter von 63,1 Jahren erreicht haben.

438

Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

Im Alter bis zu 45 Jahren starben 1948/49 noch 8,6% aller an Silikose Verstorbenen, dagegen waren es in den Jahren 1954/55 nur noch 1,2%. Über 60 Jahre alt wurden einerseits in den Jahren 1948/49 nur 37% der an Silikose verstorbenen Bergleute, 1954/55 dagegen waren es 51%. Diese Zahlen mögen beweisen, daß der oben angedeutete Weg der Silikoseverhütung schon zu nachweisbaren Erfolgen geführt hat, die mit wachsender Intensität der Bekämpfungsmaßnahmen noch deutlicher werden können. Abb. 390. Durchschnittlich erreichtes Lebensalter der an Silikose Verstorbenen in den Jahren 1948 — 1955

27.13 Wirtschaftliche Bedeutung der Silikose Der statistische Überblick über die Silikose wäre unvollständig, wollte man nicht auch die wirtschaftliche Seite berücksichtigen. Die Silikose hat — das wurde schon mehrfach betont — eine erhebliche volkswirtschaftliche Bedeutung; diese zeigt sich einerseits in dem umfangreichen Ausfall an Arbeitskraft, der zum Ausdruck kommt durch die große Zahl der laufenden Entschädigungsfälle: In Westdeutschland gab es 1956 rund 44500 Bergleute, die eine Rente wegen Silikose bezogen und die daher für den Betrieb nur noch in beschränktem Maße einsatzfähig waren. Andererseits zeigt sich die wirtschaftliche Bedeutung der Silikose in den hohen Aufwendungen an Renten und anderen Entschädigungsleistungen für die Betroffenen und deren Hinterbliebene. Der silikosekranke Bergmann ist schon frühzeitig in seiner Leistungsfähigkeit gehemmt. Die Erkenntnis, daß bei der ärztlichen Untersuchung Staubveränderungen der Lunge festgestellt wurden, wirkt sich bei vielen arbeitenden Menschen psychologisch so aus, daß sie sich selbst schärfer beobachten und plötzlich auch körperliche Schwächen fühlen, die sie vorher nicht bemerkt haben (subjektive Einflüsse). Wird ihnen eine Rente zugesprochen, so sehen sie darin ein Zeichen dafür, daß die Leistungsfähigkeit auch objektiv schon stark gemindert ist. Außerdem müssen diese Personen rechtzeitig von den staubgefährlichen Arbeitsstellen entfernt werden und können dann oft nur noch leichtere Arbeiten verrichten; dies wirkt sich wiederum psychologisch ungünstig auf die Betroffenen aus. Außerdem ist folgendes zu berücksichtigen: Der silikosekranke Bergmann verläßt seinen Arbeitsplatz häufig zu einem Zeitpunkt, zu dem er die größte beruf-

Silikose statistisch und versicherungsrechtlich betrachtet

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liehe Erfahrung besitzt, die er dann nicht mehr zu seinem eigenen Vorteil und zum Nutzen des Betriebes verwerten kann. Damit wird auch der fruchtbare Erfahrungsaustausch zwischen diesen erfahrenen Bergleuten und ihren jüngeren Kollegen erschwert oder ganz unterbunden, was sich nicht zuletzt auch auf die Arbeitsleistung der jüngeren Kräfte ungünstig auswirken kann. Diese vielschichtigen Folgen der Silikose lassen sich in ihrer wirtschaftlichen Bedeutung naturgemäß kaum zahlenmäßig erfassen. Nachzuweisen sind nur die Aufwendungen der beteiligten Stellen für Entschädigungsleistungen. Dabei handelt es sich um Renten und Abfindungen an Silikosekranke und Hinterbliebene verstorbener Kranker sowie um die Kosten der Krankenbehandlung und Berufsfürsorge. Allé diese Leistungen der Bergbauberufsgenossenschaft für Silikoseentschädigungen beliefen sich im Jahre 1956 auf rund 160 Mill. DM, das sind 59% ihrer gesamten Entschädigungsleistungen. I m Jahre 1938 wurden dagegen nur etwa 10,7 Mill. RM aufgewendet, das waren damals etwa 19% der Gesamtleistungen. Will man aber die gesamten Aufwendungen erfassen, welche durch die Silikose verursacht sind, so muß man außer den Entschädigungen auch diejenigen Mittel berücksichtigen, die für Forschung, betriebliche Maßnahmen zur Staubbekämpfung und sonstige Verhütungsmaßnahmen — ärztliche Untersuchungen, Arbeitsplatzwechsel, vorbeugende Kuraufenthalte, Aufklärung der Belegschaft u. a. — aufgewendet wurden. In Nordrhein-Westfalen, wo der weitaus größte Teil des westdeutschen Bergbaus konzentriert ist (z. B. das Ruhrgebiet) wurden in den Jahren 1949—1954 insgesamt rund 1,5 Milliarden DM für die Silikose ausgegeben. Davon entfielen etwa 85% auf Entschädigungsleistungen, 11% auf die Maßnahmen zur Staubbekämpfung unter Tage und der Rest auf sonstige Silikoseverhütung einschließlich der Forschung. Durch diese Aufwendungen wurde der Steinkohlenbergbau im Jahre 1949 mit 1,06 DM/t und im Jahre 1954 bereits mit 1,99 DM/t verwertbarer Förderung belastet [50], in den letzten Jahren 1,60-1,70 DM/t. Auch in anderen Staaten bildet die Belastung des Bergbaus durch die Silikose ein ernstes wirtschaftliches Problem: In Südafrika wurde die Silikose schon im Jahre 1920 als entschädigungspflichtige Berufserkrankung gesetzlich anerkannt. Bis zum Jahre 1934 haben südafrikanische Gruben insgesamt 436 Mill. RM an Entschädigungen aufgebracht, die Kosten durch verminderte Leistungen und sonstige mittelbare Ausgaben sind darin nicht enthalten. Die Tonne Roherz verteuerte sich dadurch im Jahre 1927 um 0,75 RM und im Jahre 1936 nochmals um 0,52 RM. Die Schicht eines europäischen Arbeiters wurde durch diese Aufwendungen mit 6,20 RM belastet. In Kanada beträgt die Entschädigung für silikosekranke Arbeiter 1,25% der Lohnsumme, obwohl nur 2,5% der Arbeiter staubgefährdet sind. Jeder Kranke kostet dem Unternehmen etwa 15000 Dollar. In Bröken Hill (Australien) müssen für Silikosekranke 0,25 RM je Tonne Erz aufgewendet werden. In den USA rechnet man damit, daß ein silikosekranker Arbeiter die Industrie etwa 14000—16000 Dollar kostet.

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Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

27.14 Silikose und bergmännisches Nachwuchsproblem Die Silikose wirkt sich zweifellos auch auf das Problem des bergmännischen Nachwuchses aus. Zahlenmäßig ist dieser Einfluß zwar nicht nachzuweisen, doch wird unbestreitbar durch frühzeitigen Ausfall von Silikosekranken der Nachwuchsbedarf beträchtlich vergrößert. So mußten im westdeutschen Bergbau (Land Nordrhein-Westfalen) in der Zeit von 1945 bis 1954 fast 18000 Bergleute wegen Silikoseerkrankung den Bergbau verlassen. Es handelte sich dabei überwiegend um leistungsfähige Kräfte, die über beste praktische Erfahrungen in ihrem Beruf verfügten. Auch auf die Gewinnung von Nachwuchs fällt der Schatten der Silikose. Es zeigt sich immer wieder, daß Bergleute, die selbst an Silikose leiden oder solche Fälle in der Verwandtschaft kennen, ihren Söhnen eindringlich vom Bergmannsberuf abraten. Auch außerhalb der eigentlichen Bergbaugebiete weiß man heute schon so viel über diese Krankheit, daß sie oft als Grund für eine Ablehnung des Bergmannsberufs angegeben wird. Weiterhin wirkt sich oft ungünstig aus, daß die Silikosekranken frühzeitig aus den Abbaubetrieben herausgenommen werden müssen. Damit rücken jüngere Kräfte nach, die oft weder die körperliche Eignung noch die notwendige Erfahrung mitbringen, um bei der schwierigen Arbeit auch eine entsprechende Leistung zu erzielen. Wenn der Arbeiter in der Grube volle 40 Jahre arbeitet, zum Beispiel vom 20. bis zum 60. Lebensjahre, dann brauchen jährlich nur halb soviel Arbeitskräfte eingesetzt zu werden, als wenn der Arbeiter nur 20 Jahre seine Arbeit verrichten kann. Sinkt seine Leistung auf die Hälfte und kann man den Erkrankten durch eine neue, leistungsfähige Arbeitskraft nicht ersetzen, so müssen jährlich viermal soviel Arbeiter angeworben werden, als wenn die Leistung der Hauer während der ganzen 40 Jahre gleichbleibt. 27.2 Durch Silikose verursachte wirtschaftliche Verluste (Beispiel) In der Tschechoslowakei wird für den Silikosekranken in folgender Weise gesorgt: Zunächst werden ihm alle durch die Krankheit verursachten Feierschichten als entschuldigt anerkannt, und der Kranke bezieht sogleich vom ersten Tage an 90% seines Lohnes, was ihm zu diesem Zeitpunkt als Krankengeld zusteht. Bei einer Verminderung der Erwerbsfähigkeit um 30% hat der Silikosekranke Anspruch auf eine Teilrente in Höhe von 45% seines Lohnes, da seine Leistung und damit auch sein Lohn niedriger sind. Darüber hinaus wird ihm bei Invalidität eine Rente von 65% seines Lohnes zuzüglich 2% für jedes Jahr nach dem 15. Jahr, in welchem er gearbeitet hat, zugesprochen, wobei er auch Anspruch auf Kinderzulagen hat. Nach seinem Tode wird den Hinterbliebenen ebenfalls eine ansehnliche Rente zuerkannt — Witwe 70% der Rente des Ehemannes, Kinder 40—80 DM monatlich. Die Kinder ge-

Durch Silikose verursachte wirtschaftliche Verluste (Beispiel)

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nießen diese Vorteile während ihres ganzen Schulbesuchs einschließlich des Hochschulstudiums. Auf Grund dieser gesetzlichen Ansprüche haben wir versucht, die durch den Silikosekranken entstehenden Aufwendungen bzw. wirtschaftlichen Verluste zahlenmäßig an einem Beispiel zu erfassen. Nehmen wir einen Arbeiter an, der im Alter von 20 Jahren die Arbeit in der Grube aufnimmt und hier volle 10 Jahre, d. h. bis zu seinem 30. Lebensjahr, ganz normal arbeitet. Die Silikose hat seine Arbeitsleistung während dieser Periode nicht beeinträchtigt. Seit seinem 30. Lebensjahr macht er jedoch krankheitshalber Feierschichten, deren Zahl bei weiterer Verschlechterung der Krankheit naturgemäß steigt. Da der Arbeiter silikosekrank ist, handelt es sich durchweg um durch Berufskrankheit entschuldigte Schichten. Für die Feierschichten muß aber auch hier die Gesellschaft für ihn bestimmte Aufwendungen leisten, die im folgenden aufgezählt werden: Rentenleistung seit seinem 40. Lebensjahr, beim Tod im 55. Lebensjahr hinterläßt er Witwe und drei Kinder; die Witwe überlebt ihn um 25 Jahre; ihre Lebenserwartung erreicht 70 Jahre. 1. Krankengelder zwischen dem 30. und 40. Lebensjahr 2. Leistungen für Heilverfahren: a) zwischen dem 20. und 30. Lebensjahr b) zwischen dem 30. und 40. Lebensjahr 3. Kuraufenthalt zwischen dem 30. und 40. Lebensjahr 4. Leistungen für Heilverfahren zwischen dem 40. und 55. Lebensjahr 5. Teil-Invaliditätsrente zwischen dem 37. und 40. Lebensjahr 6. Volle Silikoserente seit dem 40. Lebensjahr bis zum Tode, d. h. 15 Jahre lang 7. Kinderzulagen für drei Kinder 8. Nach seinem Tode bezieht die um 10 Jahre jüngere Witwe 25 Jahre lang Witwenrente in Höhe von 70% der Rente des Ehemannes; für 25 Jahre sind das 9. Die Waisenkinder haben ebenfalls Anspruch auf eine Waisenrente; diese beträgt 10. Leistungen für Heilverfahren und Erholung: a) für Ehefrau und Witwe während 50 Jahre b) für drei Kinder von der Geburt bis zum 18. Lebensjahr

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1 8 2 6 1 , - DM 1 900,3900,10000,-

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20500,7776,-

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90000,26200,-

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105000,30000,13900,11000,-

Gesamtbetrag

3 3 7 4 3 7 , - DM

Hinzu kommen noch die Verwaltungskosten der Sozialversicherung mit etwa 8,5% der ausgezahlten Beträge

28722,— DM

Damit verursacht der abgeschlossene Silikosefall Aufwendungen von rund

370000,—DM

Umrechnungskurs 1 DM = 3 Kcs.

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Statistik und wirtschaftliche Bedeutung der Silikose

Zur Gegenüberstellung wird das Beispiel eines an einer einwandfreien Arbeitsstätte beschäftigten Bergmannes, d. h. vom 20. bis zum 60. Lebensjahr, herangezogen, bei gleichen Familienverhältnissen: eine um 10 Jahre jüngere Frau und drei Kinder. Die für ihn und seine Angehörigen aufgewendeten sozialen Ausgaben betrugen insgesamt 63330,— DM Da er jedoch ganze 40 Jahre hindurch arbeitete, hat er ein Arbeitsjahr mit Sozialkosten durchschnittlich mit nur 1583,— DM belastet. Dagegen stellt sich bei einem Silikosekranken, der eigentlich nur 10 Jahre voll und die weiteren 10 Jahre mit einer Erwerbsminderung von etwa 50%, somit nur 15 Jahre voll gearbeitet hat, diese Belastung auf 370000: 15 = 24667,— DM jährlich. Demzufolge belastet der Silikosekranke die Gesellschaft jährlich mit 23084,— DM mehr als der Gesunde. Auch bei einem an Silikose früh verstorbenen Arbeiter ohne Hinterbliebene ist zu berücksichtigen, daß für ihn während seiner Schul-, Lehr- und Militärdienstzeit bedeutende Aufwendungen gemacht werden mußten, für die er infolge seiner kurzfristigen Arbeit keinen Gegenwert bieten konnte. Diese kurzen Ausführungen lassen erkennen, daß der Silikosekranke die Gesellschaft mit bedeutenden Aufwendungen belastet. Eine ausführliche Berechnung dieses Silikosefalles ist in der tschechischen Ausgabe dieses Buches enthalten. Der wichtigste Gesichtspunkt aber ist der, daß es sich bei der Staubbekämpfung und der Silikoseverhütung in erster Linie um eine Frage der Menschlichkeit handelt. Die Sorgepflicht der Betriebe gebietet es, alles zu tun, was in ihren Möglichkeiten liegt, die Gesundheit ihrer Arbeiter zu erhalten.

27.3 Bedeutung der zur Staubverhütung aufgewendeten Mittel Auf den vorherigen Seiten wurde versucht, die durch Silikose verursachten Schäden darzustellen. Man sollte nicht an den Mitteln für die Staubbekämpfung sparen, weil das Vielfache der zurückgehaltenen Mittel später doch aufgewendet werden müßte. Umgekehrt ist jeder zur Verminderung des Staubgehaltes und zur Silikosebekämpfung aufgewendete Betrag gut angelegt, weil dadurch die Leistungsfähigkeit der Belegschaft erhalten, ja gesteigert werden kann. Hinzu kommen die Lasten, die nicht allein von der Grube, sondern zum Teil auch von der Gesellschaft getragen werden (Krankengelder, Alters- und Witwenrenten, Kinderzuschläge). Ferner ist zu berücksichtigen, daß für einen Arbeiter bei niedrigerer Leistung und kürzerer Berufsdauer eine größere Zahl von Arbeitern eingesetzt werden muß. Aus alledem ersieht man, daß jeder für die Staubbekämpfungsmaßnahmen aufgewendete Betrag gut angelegt ist und auch zur Produktionserhöhung beiträgt.

Entwicklung der Staub- u n d Silikosebekämpfung im Bergbau

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27.4 Entwicklung der Staub- und Silikosebekämpfung im Bergbau Das Silikoseproblem t a u c h t e zum erstenmal im J a h r e 1900 in den südafrikanischen Goldg r u b e n auf, wo damals 2 6 % der Belegschaft a n Silikose e r k r a n k t waren. Die meisten Menschen scheuten die Arbeit in der Grube, u n d die Arbeiter, die sich zur Arbeit u n t e r Tage entschlossen, verlangten einen bedeutend höheren Lohn. Die Pflege der K r a n k e n u n d die E n t s c h ä d i g u n g der Hinterbliebenen erforderten gleichfalls große Summen. Deshalb entschloß m a n sich, die ganze Frage gründlich zu untersuchen. 1901 schrieb die südafrikanische Grubenkammer einen W e t t b e w e r b f ü r Mittel zur Silikosev e r h ü t u n g aus, u n d schon damals wurden 35 verschiedene Staubsauger u n d 41 Masken vorgeschlagen. Bemerkenswert ist, d a ß sich von diesen Mitteln keines bewährte. H e u t e ist allgemein b e k a n n t , d a ß Staubmasken zwar einen ausreichenden Schutz darstellen, aber f ü r die schweren Arbeiten in der Grube o f t unzweckmäßig sind. Die Entwicklung h a t bald eine a n d e r e R i c h t u n g eingeschlagen. I n den südafrikanischen Gruben h a t m a n bereits im J a h r e 1889 beim Streckenvortrieb maschinelles Bohren angewandt, jedoch ohne Spülung u n d ohne andere S t a u b s c h u t z m a ß n a h m e n . I n den Abbauen wurde bis zum J a h r e 1912 n u r m i t der H a n d gebohrt. Diese H a n d bohrung war v o m S t a n d p u n k t der Staubentwicklung eigentlich besser als das maschinelle Bohren, weil in die Bohrlöcher Wasser gegossen wurde — m a n h a t f a s t ausschließlich einfallende Bohrlöcher angesetzt —, aber auf der anderen Seite war die Arbeit f ü r den H a u e r s e h r anstrengend. Das maschinelle Bohren mit S t a u b b e k ä m p f u n g wurde in den südafrikanischen Gruben bereits im J a h r e 1903 eingeführt. D a jedoch keine Hohlbohrer v o r h a n d e n waren, setzte m a n in das Bohrloch neben dem Bohrer ein Spülröhrchen ein, d u r c h welches der Bohrlochsohle Wasser zugeführt wurde. Auf diese Weise arbeitete m a n bis z u m J a h r e 1908, als m a n ein rationelles Verfahren zur Erzeugung von Hohlbohrern erfand. I n d e m ganzen Zeitabschnitt von 1908 bis 1921 wurden umfangreiche Versuche m i t Wasserspülung vorgenommen m i t dem Ziel, dieses Bohrverfahren möglichst wirkungsvoll u n d betriebssicher zu gestalten. N a c h d e m die Versuche erfolgreich waren, verbot m a n im J a h r e 1921 allgemein •das Trockenbohren. Dieses Verbot wurde dann im J a h r e 1926 d u r c h ein weiteres ergänzt, 3 CQ s S £ fi

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