G l ü c k a u f
Berg- und Hüttenm ännische Zeitschrift
Nr. 36 7. September 1940 76. Jahrg.
Strebbruchbau m it Reihenstempeln beim Abbau von Flöz Finefrau.
V on D ip lo m -B e rg in g e n ie u r O. M i d d e l d o r f , O b e r h a u s e n (Rhld.).
Die auß e ro r d e n tlic h g ü n s t ig e n E rg e b n isse , die man in jüngster Zeit mit S t r e b b r u c h b a u in V e r b in d u n g mit R eih en stempeln bei flacher L a g e r u n g erzielt hat, v e ra n l a ß te n die Zeche Conco rd ia im O k t o b e r 1939, den A b b a u von Flö z Finefrau auf ih r e r Schachtanlage 2 3 m it Bru ch bau zu betreiben. Abb. 1 g ib t den B a u g ru n d ri ß des Flö zes w ie der.
Es han delt sich um d en 260 m h o h e n w estlic hen S o h le n stoß in der 1. w estlic hen A b te ilu n g n ach Süden, 8. Sohle.
Das Flöz fällt mit etwa 6 —10° ein u n d h a t eine zwischen 0,70 bis 0,85 m sc hw ankende M ächtig keit. Die h a n g e n d e n Schichten bestehen aus einem 25 m m ä chtigen San dschiefer, das Liegende bildet ein 10 m m äch tig er, f e s te r San dstein . Vor E inführung des B ruchbaues hatte man d a h e r g e wisse Bedenken, ob bei d en g e sc h ild e r te n V erhältnissen
ein pla nmäßiges Brechen d e r h a n g e n d e n Schichten zu erzielen sei.
Kippstrecke
Abb. 1. B a u g r u n d r i ß d e s Flöze s F in efrau (M a ß s ta b 1 :1 0 0 0 0 ) .
Die Versuche zur E i n f ü h ru n g des B ruchbaues b e gannen in der u n te re n S trebhälf te . Auf G r u n d der geschilderten B etrieb sv erh ältn iss e v e rla n g te die B e rg behörde, daß z u n ä c h st W a n d e r k ä s t e n zur S iche rung des Strebraumes eingesetz t w e r d e n sollten, g ab a b er zugleich für einen Versuch mit R e ih e n s te m p e ln einen S treb ab sch n itt
von 50 m Länge frei. V o r
a u s s e tz u n g f ü r die D u rc h f ü h r u n g d e s B ru chbaues w a r de r A usb au des Streb s mit S ta h lste m p e ln u n d Schal
eisen. Z u m E in satz g e la n g te n die hin reic hend b e kannten Ste m pel d e r Firm a G erlach. Die Ausb auweise verans chaulicht Abb. 2. Schal
eisen von 2,10 m Länge w u r d e n m it 1 m A bsta nd s tre ic h e n d g e l e g t u n d mit 3 S te m p e ln so u n te r b a u t, d aß zw ischen dem E n d s te m p e l an d e r B ru chkante u nd dem m ittle r e n Stem pel ein 0,70 m breites F a h r f e l d blieb. Die W a n d e r k ä s te n h a tte n e n t sp r e c h e n d d e r Breite des F a h r f e l d e s eine Breite von
0,60 m sowie eine Länge von 1 m u n d w u r d e n z u r E r z e u g u n g d e r Bruchkante in dem F a h r f e l d u n t e r je den zw eiten Bau gesetzt, s o d a ß d e r A bsta nd von M itte bis M itte P feiler gem essen 2 m betru g . Die P fe i le r w u rd e n , w ie üblich, aus alten Eisenbahnschie nen zusam m engesetzt u n d w a re n mit der A u slöse vorrichtung von Brieden a usgerüstet.
Die Raubarbeit in der V ersatzschic ht w a r s o o rganisiert, d aß den einzelnen G ru p p e n d e r R a u b m an n s ch aft, die anfangs aus 3 Mann, sp ä t e r aus 2 M ann bestan d en , ein S tr ebabschnitt von 16 m m it in sgesam t 8 Pfeile rn zuge teilt w urd e. D ara us e r g a b sich eine R a u b le istu n g je M an n von anfangs 5,3 m Str eblä nge, die s p ä te r auf 7 —8 m g e ste ig e r t w e rd e n konnte . Bei die ser g erin g en R a u b le istu n g k o n n te von einer W irts chaftlic hkeit des B ruchbaues in V e rb in d u n g mit W a n d e r k ä s te n keine Rede sein. Die fo lg en d e R echnung ü b e r die H ö h e d e r au fzu w e n d e n d e n L o h n k o ste n zeigt, d a ß sich g e g e n ü b e r dem B lin d o rt
versatz, d e r zu d e r gle ichen Zeit in dem ö s t
lichen S ohle nsto ß Flöz F in e f r a u b etrie ben w u r d e , keine V orteile h e ra u s w irts c h a fte n ließen.
In d e r Annahme, d aß d e r ganze S treb mit W a n d e rk ä s te n a u s g e r ü s te t w e r d e n sollte, e r rechnet sich d e r g esam te Schic hte naufw and f ü r die Versatzsch icht w ie fo lg t.
Bei einer Bauhöhe des Str ebs von 260 m si n d f ü r die Str eckensicherung d e r Kopf-, Flucht- u n d Füll strecken rd. 30 m abzuziehen, so d aß f ü r d e n eigentlichen B ru chbau 230 m Str eb verbleib en. Bei einer durc hschnittlic hen R aubleistung von 7 m S tr e b lä n g e je M ann e rg i b t sich eine R aub m an n s ch aft von 2 3 0 : 7
= 33 Mann. H ie rz u tr e te n noch 1 S tem pelz ähle r u n d 2 Man n f ü r die A u f f a h r u n g des B egle ito rte s o b e r halb d e r Füllstre cke, d a s nic ht n u r z u r Streckensicherung, so n d ern in e rs te r Linie aus w etterte chnischen G r ü n d e n a u fg ef ah ren w u rd e. (An d ie ser Stelle sei bem erkt, d a ß die T e m p e r a tu r in dem S treb ü b er 28° C b e t ru g , so d a ß man a u f eine geschlossen e Z u f ü h r u n g des W e t te r s tr o m e s be
so nderen W e r t legen m ußte.) Somit w e r d e n beim E insa tz von W an d erk äs ten in d e r Versatzschicht 36 M ann b enötig t.
L egt man einen Lohn von 13 einschließlich d e r sozialen A bgaben z u g ru n d e , so w ü r d e die tä glich a u fz u b r in g e n d e Lohnsu mm e 468 3LH b etrag en . Bei einer F ö r d e r u n g von 650 t / T a g w ü r d e n sich allein die Lohnkoste n f ü r d e n V er
satz auf 0,72 -ft.fl/t belaufe n. Beim B li ndortv ersatz, d e r, wie berei ts erw ä h n t, u n t e r gleic hen V erhältnis sen im östlichen S ohle nsto ß b etrieb en w u r d e , err e c h n e t sich bei A bzug d e r S treckensicheru ngen f ü r die Kopf- u n d F lu c h t
strecke d e r Schic htenaufw and f ü r 240 m S tr e b lä n g e zu 33 Schichten, u n d z w a r w e rd e n b e n ö t ig t:
24 B lindortv ersetzer (A b stan d d e r B lin d ö rter von M itte bis Mitte g e r e c h n e t 10 m ), 4 B ohrer, 2 A b s te m p le r u n d 3 Schießmeister.
Bei einem L o h n vo n 13 b eläu ft sich die tä g lic h e L o h n su m m e für 30 G e d in g e a r b e i te r u n d 3 Sch ic h tlö h n e r auf 421 bei einer F ö r d e r u n g von 650 t auf 0,65 Jt. »i t.
D a z u tr e t e n n och die S p re n g s to ff k o s te n in H ö h e von 0 08 Ä Ä / t , so d a ß sich die B lin d o rtv ersatzk o sten (L öhne u n d Sprengsto ffe) auf 0,73 JLH t stellen.
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Abb. 2. Str eb b ru ch b au mit W anderkäste n in F lö z
Fin efra u.
4 8 5
Abb. 3. Strebbru ch bau mit Reihenstempeln in Flöz Fin ef rau.
A bgesehen davon, daß sich mit dem S tr e b b ru c h b a u in V erbindung mit W a n d e rk ä s te n g e g e n ü b e r dem Blindort
versatz kein w irtschaftlicher Vorteil erzielen ließ, erg ab der pra ktis che Versuch, daß die Mitn ahm e von W a n d e r kästen bei den vorliegenden Verhältnissen betriebliche Schw ierigkeiten im G efolg e hatte, ln erste r Linie w aren es die beschränkte n Raumverhältnisse, die das R auben der Kästen außero rden tlich ersc hwerten. In den w enig sten Fällen gelang es den Männern, in der Schichtzeit von 73/t Stunden den ihnen zugew ie se nen Streb ab sch n itt von 16 m ord nu n g s m äß ig auszurauben . Bei d e r geringen F lö z mächtigkeit von stellenweise 0,70 m w a r es nicht möglich, in der Kohlenschicht den S trebra um nach der Versatzseite hin w ä h re n d der F ö r d e r u n g vom Kohlenklein zu säubern, zumal ja die W anderkäste n in Abstän den von 1 m im F a h rf e ld standen und eine B efahrung des Strebs an d e r Versatzseite unmöglich machten. Durch die A nhäufung von Kohlenklein sowie du rch die beengten R aum verhältnisse ereigneten sich Unfälle, weil sich die R äu b er nicht schnell genug in Sicherheit zu bringen vermochten. D abei ist noch besonders hervorzuheben, d aß das 0,70 m breite Fahrf eld an der Versatzseite nicht nur zur A ufn ahme d e r W a n d e r kästen, sondern auch zur A ufn ahme des gesa m te n g e ra ubten eisernen Ausb au es dienen mußte.
Abb. 4. Die Reihenstempel an d e r Bruchkante.
Im m er w ie der muß jedoch betont w erden, d aß nicht der eigentliche R a u b v o rg a n g als solcher Schw ie rigkeiten veru rsachte, sondern im besonderen die been g ten R a u m verhältnisse V era nla ssu ng gaben, die W a n d e rk ä s te n durch Reihenstempel zu ersetzen. Ein se h r w esentlic her Pun k t,
G l ü c k a u f N r. 36
Abb. 5. Das F a h r f e l d an d e r Kohlenstoßseite.
* i
% 5
% Abb. 6. Blick in den S treb von d e r V ersatzseite aus.
s
Diese u n g ü n stig e n E r g e b n isse beim Einsatz von W a n d e rk ä s te n ließen e rk e n n e n , d aß d e r Str ebbruchbau in Flöz Fin efra u nur in V e r b in d u n g mit Reih en stem peln mit Erfolg d u r c h f ü h rb a r sein w ü rd e . D a ra u fh in w u rd e n in dem bei E in f ü h ru n g des B ru ch b au es f ü r den Versuch mit Reihenstempeln f r e ig e g e b e n e n 50 m la n g en Strebabschnitt an Stelle von W a n d e rk ä s te n 2 zusätzliche Stempel unter 0,60 m lange, im Ein fallen g e le g te Fla cheisen als Hilfsbaue zwischen die E ndste in pel an d e r V ersatzseite gesetzt (Abb. 3 und 4). Zugleich dam it w u r d e d e r mittle re Stempel von d e r Versatzseite a u f die K ohlen sto ß seite genommen (Abb. 3, 5 und 6). Diese V e r le g u n g des F a h r f e ld e s an die Kolilenstoßseite w irk t sieh in sofern g ü n s t i g aus, als die Kolilenhauer zu Beginn d e r Schicht P latz v o rf in d e n , um mit dem Kerben beginnen zu können. F e r n e r d ie n t d a s Fahrfeld zur A ufn ahm e d e r g e r a u b t e n A usbaute ile , die auf diese Weise stets zur H a n d sind u n d nicht, wie vo rh e r , über die Rutsche hin w eg h e r a n g e h o l t zu w e rd e n b rau ch en , was bei den b eengten R au m v erh ältn iss en w ä h r e n d d e r F örderung besondere M ühe macht.
der ebenfalls g e g e n die W a n d e r k ä s t e n s prach, w a r das unregelm äßige Brechen d e r h a n g e n d e n Schichten. W ährend bei den R eih enste m peln , wie sich sp ä t e r herausstellte, unm ittelb ar nach dem R auben ein 0,80 bis 1 m mächtiger Sandsc hiefe rp acken so fo rt h e rein b rach , tr a t dies beim Rauben der W a n d e r k ä s te n nic ht ein. Das Brechen der hangenden Schichten erfolg te vie lm ehr s e h r unregelmäßig, und zw ar meistens ers t nach 2 bis 3 T ag en . W i r führten diese E rsc h e in u n g d a ra u f z u rück, d a ß die W anderkäste n infolge ihrer im G e g e n s a tz zu den Reih enste m peln breite
ren U n ters tü tzu n g sfläch e kei ne g e r a d e verlaufende Bruch
linie im H a ngenden erzeugten. A lle rd in g s muß hier er
w ähnt w erden, d aß auch bei V e rw e n d u n g von Reihen
stempeln das H a u p th a n g e n d e nicht u n m itte lb a r nach dem Rauben hereinbrach, s o n d e r n n u r d e r 1 m mächtige Sand
schieferpacken, d e r den au sg ek o h lten S treb rau m nur zum Teil verfüllte. Das H a u p th a n g e n d e setzte sich regelmäßig am zweiten Tage.
7. S t j i J i ^ i i i ü g r w w ^ E g ^
u i ü c k a u f
4 8 7 Die auf diese W eise gebildete, ä u ß e r s t w id e r s t a n d s fähige Ste m pelreih e, bei d e r die Ste m pel einen A b stan d von 0,30 bis 0,35 m v o n e in a n d e r h atte n, e r z e u g t e am Hangenden eine g e r a d e v e rlaufende Bruchlinie, die in der bereits g eschild erte n W eise den Bruch d e r Dachschichten und anschließend des H a u p th a n g e n d e n herbeiführte. Die Raubarbeit in d e r V ersatzschic ht w u r d e so organisiert, daß jeweils 2 R ä u b e r 20 — 22 m S tr e b lä n g e zugew iesen erhielten. Somit e rh ö h t e sich bei E i n f ü h ru n g von R eih en stempeln die R a u b le istu n g auf 10 m S tr e b lä n g e je Mann, die bereits im zw eiten M o n at w eiter auf 11 in g e s t e ig e r t werden konnte . U n te r Z u g r u n d e l e g u n g die se r Leistungen ergaben sich f o l g e n d e Versatzschichten.
Für die in F ra g e k o m m e n d e S tr e b h ö h e von 230 m wird bei einer R au b leistu n g von 11 in S tr e b lä n g e je Mann eine Raubm annschaft von rd. 21 Mann benötig t. H ie rz u kommen noch 2 Man n für die A u ffa h ru n g des e rw ä h n te n Begleitortes ob erh alb d e r Füllstrecke und 1 Mann zum Stempelzählen, so d aß die V ersatzschicht in sgesam t aus 24 Mann besteht. U n te r Z u g ru n d e l e g u n g eines Lohnes von 13 JtM einschließlich d e r sozi alen A b g a b e n b e tra g e n die täglichen Lohnkosten 312 JtM bzw. bei ei ner F ö r d e r u n g von 650 t 0,48 JtM/t, so d a ß sich g e g e n ü b e r dem Blindort
versatz an Lohnkosten re chnerisch eine Ersparnis von 0,73 — 0,48 = 0,25 JtM /t ergibt. E rst am 15. D e z e m b e r 1939 konnte der Versu chss treb vollständig auf Reihen stem pel Z a h l e n t a f e l 1. B etriebsergebniss e im M onat J a n u a r 1940 des Reviers 4 (östlicher S ohlens toß) u nd des Reviers 5
(w estlicher V ersuchss treb).
Lfd.
Nr.
Revier
4 5
U nter
schiede gegen Revier 4
% 1 B e t r i e b s a r t ... Blindort
versatz S tr eb bruchbau 2 F lözm ächtigkeit... m 0,80 0,80 —
3 Flache Bauhöhe des Strebes . . . m 260 260 —
4 S t r e b f ö r d e r u n g ... t 15371 15722 + 2,2 5 Zahl d e r Versatzschichten ... 826 504 - 39,0 6 Versatzschichten je 100 t F ö r d er u n g . . 5,37 3,21 - 40,2 7
8
Versetzte S t r e b l ä n g e ...m Versatzschichten je 100 m versetzte
3972,5 5313 + 33,7
9
S treb län g e ...
Oesamtschichten im Streb (K ohle nhauer, 20,8 9,5 - 54,4 10
Umleger, V e r s e t z e r )...
Oesamtschichten im S treb je 1001 F ö rd e
2657 2622 - 1,2
11
rung ...
Oesamtschichten d e r K ohle nhauer und
17,3 16,7 - 3,4
12
U m l e g e r ...
Oesamtschichten d e r K ohlenhauer und
1832 2118 + 15,6
Umleger je 100 t F ö r d e r u n g . . . . 11,9 13,5 + 13,3 13
14
Hackenleistung d e r K ohle nhauer . . t Anteil der Versatzschichten an den G e
13,9 11,5 - 17,2
15 samtschichten im S treb . . . . % Lohnkosten d er V ersatzarbeit je t F ör
31,1 19,2 - 38,2
derung ...M H 0,56 0,37 - 33,9 16 Oesamtkosten für den B ergeversatz ¿M It 0,67 0,39 - 31,5 17 Gesamtkosten im S t r e b ... SfUlH 2,59 2,27 - 12,3 18 Davon Kosten für den Ausbau . M H 0,34 0,20' - 4 1 , 1
1 In den A usbaukoste n für den V ersu ch sstreb Revier 5 sind die Maschinenmieten für die eisern en Stempel in Höhe von 0,80 M I Monat und Stempel und für die Schaleisen in Höhe von 0,65 tätCIMonat und Schaleisen enthalten.
umgestellt w erd en , weil im o b e re n Strebteil m e h re re Störungen zu d u rc h ö r te r n w a re n und den Einsa tz des eisernen Ausbaues e rs ch w erten .
Es ist nun von Interess e, die B etrie bsergebnisse eines M onats herauszugreif en, um V ergleiche zwischen dem Bru chbau mit Reih enste m peln un d dem Blindortv ersatz
b etrie b anzustellen. F ü r diese G e g e n ü b e rs t e ll u n g k o m m t d e r M onat Ja n u a r 1940 in F rage, weil in die sem M onat der westliche V ersu ch ss treb wie auch der östliche S ohlen
stoß zur gleichen Zeit stö ru n g sf re i gelaufen sind, die Flö z
mächtigkeiten in beiden Betrieben pra ktisch gleich und der G a n g der Kohle sowie die G eb irg s v erh ältn is se in beiden Stö ßen gle ic hw ertig w aren.
U nte r Ziffer 9 d e r vo rs te h e n d e n Z ahle ntafe l sind die G esam tschichte n im S treb g eg en ü b erg es tellt, w obei sich zeigt, daß tr o tz d e r E in sp a ru n g von 322 Schichten beim Versatz (s. Ziffer 5) der G e s a m t a u fw a n d an Schichten in Revier 4 n u r um 35 Schichten h öher als im Versu chss treb liegt. Aus diesem G ru n d e w u rd e n u n te r Ziffer 11 die Schichten für die K ohle nhauer und U m le g e r und un te r Ziffer 13 die H ackenleistung m ite inander verglichen. Die G e g e n ü b e rste llu n g zeigt, d aß in dem V ersuchsstreb die H ackenle istu ng wesentlich g e rin g e r w ar, w as auf folgende U m stän d e z u rü ck zu fü h ren ist:
1. Die Länge der Schaleisen in dem V ersuchsstreb b e tru g 2,10 m, die Länge der Schalhölzer in Revier 4 d ag eg en 2,20 m. Das 0,10 m bre ite re Feld in Revier 4 bed ingte eine L eis tu n g ssteig e ru n g von 5 o/o, weil für die K ohlenhauer die M itn ahm e eines zusätzlichen 0,10 m breiten Streifens keine b eso n d ere M ehrleistung erford ert.
2. In dem V ersuchss treb Revier 5 stehen mit R ück
sicht auf die R eih enste m pel die R utsche nm otoren auf d e r Kohlenstoßseite. Die um stän d lich ere G e w i n n u n g der Kohlen an den M otoren e r l o r d e r t e zusätzlich 4 K ohle n
hauer.
3. Das Ein brin gen des eisernen A usbaues in den V er
su chsstr eb erf olgte w egen des g rö ß e r e n G ew ichte s durc h 2 Männer, w ä h re n d in Revier 4 bei dem A usbau mit Holz je der H au er seinen ihm zugew ie senen S trebabschnitt selbst ausbaute, was die H a c k e n le istu n g ebenfalls nachteilig beeinflußte.
4. Die g e ra u b t e n A usb aute ile w e rd e n in dem an der Kohlenstoßseite befindlichen F a h r w e g aufgestapelt und behindern so zu Beginn d e r K ohlenschicht w e g e n der beengten R aum verhältnisse die Ein brucharbeiten.
Die in den P u n k te n 1—4 a n g e fü h r te n G r ü n d e fanden bei der F estsetz u n g des G e d in g e s in d e r W eise Berück
sichtigung, daß die K oh len h au er beim E inbrin gen von ei sernem A usbau 0,74 u nd beim E in brin gen von H o lz ausbau 0,70 JtM für den W a g e n Kohlen erhielten, der W ageninhalt zu 0,9 t gerechnet.
Die unte r Ziffer 13 der Zahlentafe l 1 an g e fü h r te H ackenle istu ng von 13,9 bzw. 11,5 t ist als s e h r g u t zu bezeichnen, zum al w e g e n d e r e rh ö h te n T e m p e r a t u r mit v e rk ü r z te r A rb eitszeit g e a rb e ite t w urde.
U nter Ziffer 16 sind die G e s a m t k o s t e n für den B erg e versatz m ite inander verglichen. Nach den E rg eb n issen des M onats Ja n u a r ist mithin für den S tr e b b r u c h b a u mit Reihen stem peln g e g e n ü b e r dem Blindortversa tz eine E r sparnis von 0,28 JtM /t zu verzeichnen, so d aß sich die B etrie bsergebnisse mit der w eiter o ben errech n eten E r spar nis von 0,25 JtM /t ziemlich decken.
Z a h l e n t a f e l 2. V erluste un d B eschädigungen an S tahlstem peln und Schaleisen in d e r Zeit von O k t o b e r 1939 bis April 1940.
1939 1940 Monats
Oktober N o
vember De
zem ber Januar Februar März April d u rc h schnitt'
705 813 1436 1527 1527 1415 1196 1294
2 74 1 2 9 15 29 20,8
0,28 9,10 0,07 0,13 0,59 1,06 2,42 1,61
_ —
1 7 18 31 42 15,7_
0,07 0,46 1,18 2,19 3,51 1,21227 280 434 456 455 426 386 400
25 6 31 64 46 10 28,9
_
8,90 1,38 6,80 14,10 10,80 2,59 7,23_
92 22 125 157 73 96 90— 32,80 5,80 27,40 34,50 17,10 24,90 22,50
Lfd.
Nr.
1
2 3 4 5 6 7 8
Id9
Im Monatsdurchschnitt eingesetzte S t e m p e l ...
V erlu st2 an S t a h l s t e m p e l n ..._ ... • • • Verlust an Stahlstempeln im Verhältnis zu den eingesetzten Stempe n
Beschädigte S t e m p e l ■ •
Beschädigte Stempel im Verhältnis zu den eingesetzten Stempeln . . Im Monatsdurchschnitt eingesetzte S c h a l e i s e n ...
V erlust2 an S c h a l e i s e n ... ■ Verlust an Schaleisen im V erhältnis zu den eingesetzten Schaleisen . Beschädigte S c h a l e i s e n ...
Beschädigte Schaleisen im Verhältnis zu den eingesetzten Schaleisen
%
1 Bei der Erm ittlung des M onatsdurchschnittes ist d e r M onat O k to b er 1939 nur mit einem Drittel berücksichtigt, weil mit den V ersuchen erst am 21. d ieses Monats begonnen w u rd e . - U nter V erlu st sind die verlo ren g eg an g en en sowie die v erschrotteten Stempel un d Schaleisen em gesetz t.
4 88 G l ü c k a u f im r. jo Von beso nder em Interesse sind die w ä h re n d der V e r
suchszeit von O k to b e r 1939 bis April 1940 eingetretenen Verluste und Beschädigungen an eisernen Stempeln und Schaleisen, ü b er die Zahlentafel 2 Aufschluß gibt. Die Übersicht zeigt, daß sich im gro ß e n und ganzen der V er
lust an Stempeln und Schaleisen in erträglichen G re nzen geh alte n hat. Auffällig sind die hohen Verluste im Monat N ovem ber kurz nach E inführu ng des eisernen Ausbaues.
Sie sind darauf zurückzuführe n, d aß in die sem Monat mehrere Stö rungen zu durchörte rn w aren , w obei sich das G ebirge d erar t verschlechterte, daß man g ezw u n g en war, v o rübergehend den eisernen A usbau aus dem Stoß zu e n t
fernen und mit Holz auszubauen. Um die Belegschaft an einer möglichst vollstän dig en W ied erg ew in n u n g des Eisens zu interessieren, w urde der R aubm annschaft neben dem Mete rg edinge eine besondere Stempel- und Schaleisen
mäßig erwiesen. D u r c h w e g k a n n g e s a g t w erd en , d aß der V ers uchsstreb von D e z e m b e r 1939 bis April 1940 zur vollsten Z u fried en h eit g elau fen ist.
Bei dieser G e le g e n h e i t sei k u rz z u d e r F r a g e des mechanischen R aubens des eisernen A usbaues Stellung genom m en, das nach M a e v e r t 1 mit g r o ß e m Erfolg auf der Zeche Sachsen d u r c h g e f ü h r t w o r d e n ist. Auch wir haben uns die F ra g e vorgelegt, ob nicht auch in dem Vers uchsstreb das m echanische R a u b e n des Ausbaues z w ec k m ä ß ig e r sei. Nach reiflicher Ü b e rle g u n g haben wir aber von die se r M ö glic hkeit A b sta n d g e n o m m e n . Maevert gibt se lbst zu, d aß beim m e chanischen R a u b e n erhebliche Beschädigungen an den S te m peln a uftreten, z. B. durch A breißen d e r Kopfplatte, V erbiegen des In nenste m pels usw.
Bei den hier vorlie genden V erh ältnis sen w a r mit derartigen Beschädigungen ganz b esonders zu rechnen, weil die Flöz
mächtigkeit stellenweise n u r 0,70 m betru g . D er Nachteil prämie gew ährt. Diese M aßnahm e hat sich als sehr zweck-
Z a h l e n t a f e l 3. Anzahl d e r Unfälle beim Rauben des eisernen A usb aues.
1939 1940
Revier
Okto ber 4 | 5
N ovember 4 | 5
Dezember 4 | 5
Januar 4 | 5
Feb ru a r 4 [ 5
März 4 | 5
April
4 5
Unfälle bei der V e r s a t z a r b e i t ...
Unfälle bei der Versatzarb eit je 10 000 t F ö r d e r u n g . . . I 1,0 1,8
2,0 2,0 1,3 | 1,5
- i,o - 1 0,6
— 1,0
0,6 1,0 0,7
<0 0—' o = = _ _ j _ _
der Stahlstempel in geringm ächtig en Flözen besteh t ab er darin, daß sie bei F lözschw ankungen nur eine geringe An
passungsfäh igkeit besitzen. Die Stempel, die für eine Flöz
mächtigkeit von 0,80 m zugeschnitten w aren, wiesen bei geringerer Mächtig kei t den Nachteil auf, d aß bei ein
setzendem G ebirgsdruck d e r Ste m pelk opf sehr bald auf dem Schloß des Unterstempels* aufsaß. ln diesen F ällen w ar es deshalb notw endig, v orher ein entsp re chend tiefes Bühnloch herzustellen, dam it eine gew isse N achgie bigkeit des Stempels g e w a h rt blieb. Es liegt auf d e r H an d , daß sich derartig eingebühnte Stempel auf m echanischem W ege nicht ohne g ro ß e Beschädigungen hätten rauben lassen.
Abschließend seien noch die U nfälle in dem östlichen und westlichen Sohlenstoß von O k to b e r 1939 bis April 1940 gegenüberg este llt, um zu bew eisen, daß in dem V ers uchs
streb g erade bei d e r Versatzarbeit (Rauben des eisernen
Ausbaues) sich nicht m e h r U nfälle e re i g n e t haben als in dem mit Blindortversa tz betrie benen östlichen Sohlenstoß (Zahlentafel 3).
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Nach einer Schilderung d e r betrieb lichen und wirt
schaftlichen Nachteile, die beim A bbau von Flöz Finefrau mit d e r A nw endung von W an d e rk ä s te n u n d von Blindort
versatz verbunden w aren, w ird die U m stell ung eines Strebs auf S tr ebbruchbau mit R eih enste m peln behandelt.
Die in m ehre re n M onaten gesam m elten Erfahrungen w erd en im einzelnen an H a n d von Betriebsergebnissen er
örtert, die zeigen, daß d e r mit R eih enste m peln ausgerüstete Streb in betrieblicher , sicherhei tlicher u n d wirtschaftlicher Hinsicht zur vollsten Z u fried en h eit g elau fen ist.
1 Glückauf 76 (1940) S. 25.
Der funkgeologische Nachweis von Gas- und Wassereinschlüssen.
Von Dipl.-Ing. Dr.
Schon im älteren Schrifttum g ib t es Hinweise auf die Möglichkeit, durch elektrische M eß verfahren Gas- und Wassereinschlüsse nachzuweisen und d ad u rch Gas- und W ass ere in brüche zu verhindern oder w enig stens rechtzeitig vorauszusagen. Durch die Verfahre n der F u n k m u t u n g lassen sich nun solche U nte rs uchungen u n te r w eit g ü n s t i
geren V ora ussetzungen durchf ühren, als dies fr üher der Fall war. In den folgenden Zeilen soll d a h e r vers ucht werden, zunächst die V ora ussetzungen für die A n w e n d u n g solcher Verfahren zu klären und dann die geeignete n M eßgeräte und Verfahren darzu leg en . Wen ngleich dieses Forschungsgebie t noch in den A nfä ngen steht, so bietet es doch schon heute recht beachtenswerte Möglichkeiten, deren sich auch der praktis ch tä tige B erg m ann be
dienen sollte.
Aufgaben.
Die Aufgaben, die heute schon eine praktis che Be
deu tu n g haben, sind u n g e fä h r f o lg e n d e :
a) Nachweis von Zonen be so nders hohen W assergehalt es im norm alfeuchten Geb irge, was oft un m ittelb ar auch zur Feststellung w asserfü h ren d er S törungszonen führt.
b) Ermittlung von Zonen e rh ö h ter P orositä t in K alila ger
stätten. Das Porenvolum en ist in der Regel mit K ohle n
säure erfüllt, die wegen des hohen D ru ckes v e r
flüssigt ist.
c) Nachweis von Kohlenlagern mit hohem Gasg ehalt.
Diese U nte rs uchungen gehen auf Arbeiten von K o e n i g s b e r g e r zurück, der schon vor Ja h r e n auf die T ats ache hinweisen kon nte , d aß die elektrischen
. F r i t s c h , Brünn.
Eigenschaften g a s h a l ti g e r Kohle sich von denen nor
maler unte rscheiden.
Elektrisch sind diese T e il a u fg a b e n leicht auf einen gem ein sam en N en n er zu bringen. Es h an d elt sich immer um die Festste llu ng von Zonen, d e re n elektrisc he Eigen
schaften sich von je nen d e r U m g e b u n g unterscheiden.
Diese V o rau ssetzu n g ist im ü b r i g e n für die Anwendung elektrischer V erfahren no tw en d ig . W e n n sie (z. B. in sehr feuchtem Gestein, in oberf lä chlic h an g efeu ch teten Salz
lagerstätten usw.) nicht e rf ü ll t ist, so kann überhaupt ein elektrisches Verfahre n nicht m e h r in F r a g e komm en.
5
b
Abb. 1. A llgem eines E rsatzschem a.
Abb. 1 g ib t das allgem eine E rs a t z s c h e m a wieder. Im testen G e b irg e soll ein E inschlu ß H e i n g e b e tt e t sein. Zur M essu ng legen w ir die beiden E le k t ro d e n E . . . E an, die mit dem H o c h f r e q u e n z m e ß g e r ä t e H F v e r b u n d e n werden.
7. S e p t e m b e r 1940 G l ü c k a u f 489 Rechts ist das z u g e h ö ri g e E rs a tz s c h e m a dargeste llt. Z u
nächst m uß der O berflächenfilm b e a c h te t w e r d e n sow ie die Kapazität in Luft d e r beiden E le k t ro d e n g e g e n e i n a n d e r und der an sie a ngeschlossenen Leitungen . Diese bei den sind durch die K apazit ät C und den W id e r s t a n d R a n gedeutet. Dem feste n G e b ir g e sind die B estim m u n g sstü ck e Cg und Rg zugeteilt. Dem Einschlüsse, d e r in diesem Falle als N ic htle ite r ang en o m m en w u r d e , ist die Kapazi
tät Ch zugeteilt. H an d elt es sich um einen gute n Leiter, also z. B. um W ass er, so tr itt an die Stelle von Ch ein Ohmscher W i d e rs t a n d R H o d e r im allg em ein en Falle ein komplexer W id erstan d . Die elektrische A u fg a b e b e ste h t nun darin, V e rä n d e ru n g e n von C H o d e r des an d e re n Stelle liegenden O hm schen o d e r k o m p l e x e n W i d e rs t a n d e s am Geräte H F nachzu w eisen.
Um die M es su n g d u rc h f ü h re n zu kö n n en , m u ß man bestimmte V o rau ssetzu n g en m achen. Zunächst müs sen C und R klein sein. D er W i d e r s t a n d R ist von d e r S tärke und der Leitfähigkeit des feuchten Filmes ab h ä n g ig , d e r fast jedes Gestein ü berzieht. Bei no rm a le r G r u b e n f e u c h t ig keit w ird er b esonders an alten G este inen nicht allzu störend ins Gewicht fallen. In Salz lag ers tätten kann er aber unter Umständen jede M es su n g verhindern. U n te r dem Ein flüsse recht geringer F e u c h t ig k e i t übe rz ie h e n sich nämlich solche Lag er mit einer d ü n n e n Schicht von Lösu ngen , die sehr gut leiten, ln tr o c k e n e n G r u b e n a b e r w u r d e ein s t ö r e n der Film dieser Art nic ht beo b ach tet. In K ohlenlagern wird der Film im allgem einen n u r eine g e ri n g e L eitfä higkeit haben. Um seine W i r k s a m k e i t h e ra b z u s e tz e n , k ann man die Oberfläche in der n äch sten N ä h e d e r E le k t r o d e n durc h Erhitzen austrocknen. Die M e s su n g m u ß dann allerdings in kurz er Zeit d u r c h g e f ü h r t w e rd e n , d a m it sich die so vorbereitete O b erfläche nic ht el ek trisch v erändert.
Die Kapazität C w ird d u rc h v ers chiedene F a k to r e n bestimmt; sie ist nie se h r g ro ß . W ic h tig ist es aber, daß sie unbedingt k o n sta n t bleibt. Sie h ä n g t zum Teil auch von der Stellung des M e s se n d e n ab. Aus diesem G r u n d e soll man nie dicht an die E le k t ro d e n h e ra n tre te n und zumindest w ä h re n d d e r M e s su n g g e g e n ü b e r die sen sow ie den Leitungen und G e r ä te n im m er den gleichen A bsta nd einhalten. Ein Teil d e r von den E le k t ro d e n und Leitungen ausgehenden V erschiebungslinie n schlie ßt sich auch in der gegenüberlie genden Ulm e, w enn die M e ß s tre c k e nur geringe Breite hat. In Abb. 2 ist dies schem atisch d a r gestellt. Die N e b e n k a p a z it ä t C (s. Abb. 1) ist in die sem Falle also auch teilw ei se d urch die Beschaff enheit der gegenüberliegenden U lm e b edingt. Abb. 3 ze igt das e n t sprechende Ersatzsc hem a. Die N e b e n k a p a z it ä t C ist durc h die beiden Kapazitäten in Luft C ' u n d den zwischen diesen beiden eingeschalteten k o m p l e x e n W i d e rs t a n d w i e d e r gegeben. Im allg em ein en w ird w ohl die K apazität in Luft C' klein sein, u n d d a h e r w e r d e n auch V e rä n d e ru n g e n des komplexen W i d e r s t a n d e s nur g e rin g e W i r k u n g aus-, lösen können. Im m erhin a b e r w ird es g u t sein, auch die elektrischen V erhältnisse in d e r U m g e b u n g zu be achten.
Wenn man nun die E le k t ro d e n an das G este in anlegt, so werden die von die sem a u s g e h e n d e n S tr om - und V e r schiebungslinien th e o re tisc h das g a n z e Volu men d u r c h setzen. Praktisch w ird a b e r n u r in einem T e ilg e b ie t die Dichte dieser Linien so g r o ß sein, d a ß e in g e b ra c h te In
homogenitäten noch m e ß tech n isch n a c h w e is b a r e V e r ä n d e rungen hervorrufen. Diesen T e il r a u m bezeichnet man als den Aufschlußraum.
Bekanntlich w ir d d e r A u fs c h l u ß ra u m zu ei ner F unktion des Abstandes d e r beiden M e ß e l e k tr o d e n , mit dessen
Z u n ah m e er anw achsen wird. D er einfachste Fall ei ner M essung ist geg eb en , w enn die beiden E lek tro d en an ein völlig hom oge nes V o rk o m m e n a n g e le g t w erd en. W en n man dann, wie dies Abb. 4 veranschaulicht, den E le k t ro d e n abstand v e rg r ö ß e rt, so w ird sich auch d e r R a u m w id e r
sta n d oder die Kap azität verändern. In Abb. 4 ist das E rsatzkapazitätsverfahren a n g e w a n d t, das sp ä t e r noch besprochen wird. Parallel zu den E le k t ro d e n liegt die K apazität C. Das M e ß g e r ä t M zeigt eine bestim m te E ig e n frequenz durc h einen geeignete n In d ik ato r an. Die Kapa
zität C w ird nun im m er so eingestellt, d aß diese E igen
frequenz erhalten bleibt. W enn man also d en E le k t r o d e n ab stand u nd d ad u rch die zw isch en den beiden E lek tro d en liegende R a u m k a p a z itä t v erän d ert, so m uß auch C v e r stellt w erden . Abb. 4 stellt nun den Verlauf von A C als Funktion des A bsta ndes d dar. A C ist hierbei der Betrag, um den die K apazität C jeweils verstellt w e rd e n muß, dam it die Kreisfrequenz u n v e rä n d e r t bleibt. Man sieht, daß die E rsatzkapazität A C zu nächst rasch abnim m t, um dann einen konstanten, von d u n abhängigen W e r t anzunehmen.
Es liegen also ganz ähnliche Verhältnisse vor wie bei den elektrischen W i d erstan d sv erfah r en , w o auch d e r W i d e r st an d zunächst rasch anwächst, um d a n n einen gew issen G re n z w e r t beizubehalten. P rak tisc h ist wichtig, d aß in ner
halb des Bereiches d' w om öglich nicht g em essen w e rd e n soll. O f t läßt sich dies a llerd in g s nic ht ve rm eid en.
Die Erg ebnisse in diesem Teile sind a b er o f t ungenau.
Die Tiefe des A ufs chlußra unie s ist eine F unktion des A b
standes d. Bei den nie d erfreq u en ten W id e rsta n d sv e rfa h r e n entspricht die Tiefe des A ufschlußraum es u n g e fä h r dem Absta nde d. Bei hohen Frequenzen sind die V erhältnisse sicher viel verw ic kelte r, u nd es b ed arf noch w eite re r U n t e r suchungen, um die Z u sam m en h än g e klarzustellen.
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Abb. 3. E rsatzschem a zu Abb. 2.
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Abb. 4. V erm es sung eines h o m oge nen V ork omm ens.
W ichtiger als die quantitativen Aufschlüsse sind v o r ers t die qualitativen. In Abb. 5 sieht man, in w elc her Weise sich die in Abb. 4 d a rg e s te l lt e Kurve ä n d e rt, w enn in den A ufschlußra um e n t w e d e r ein g u te r od e r ein schlechte r Leiter eintritt. O ben ist die V e rfo rm u n g d u rc h einen sehr schlechtleitenden Einschluß, z. B. durc h einen H o h lrau m , eine porö se Stelle o d er ähnliches, unte n das E n t g e g e n gesetzte darg es tellt. Die V e rfo rm u n g d e u te t also a u f die
Abb. 5. Einfluß von E in lag eru n g en .
490 G l ü c k a u f Nr. 36 G efahr eines Wassere in bruches hin. Der Abstand der V er
formungsstelle A ist mit d" bezeichnet. Es g eh t nun darum , die Verfo rm ung der Kurve durch die erw ähnte n Einflüsse zu prüfen und weiterhin aus dem A bsta nde d auf die Entfern ung der gestörten Volumteile zu schließen.
Die erste Aufgabe scheint sehr leicht zu lösen zu sein, in Wirklichkeit aber ist dem nicht so. Man darf nicht ü b e r sehen, daß im natürlichen G ebirge viele und recht v e r
schiedene Störungen zu berücksichtigen sind, die alle auch elektrisch zum A usdru ck kommen. Dazu trete n E le k t r o d e n fehler und vieles andere, so daß es oft einer gew issen Erfa hrung bedarf, um diese verschiedenen S törungen vo n einander richtig unterscheiden zu können. A ußerdem ist der Raumanteil der gestörten Zonen oft n u r gering, und es bedarf daher sehr empfindlicher M es su ngen , um die durch sie bedingten elektrischen S tö rungen nachzuweisen.
Dadurch kom m t man a b er mit den M essu ngen nicht selten in die Nähe d e r Fehlergrenze. Eine rein schematische D urc hfü hru ng ist also kau m geeignet, praktis che E r
gebnisse zu erzielen, man muß sich vielmehr den jeweils g egebenen Vorausset zu ngen w eitgehend anpassen. Sobald die Verfahren en dgültig a u sg e b a u t sind, w ird es sich empfehlen, in den G ru b en ständig e V erm essungen w o möglich durch die gleichen Leute durchführen zu lassen, damit diese eine möglichst um fassende E rfa h r u n g g e winnen. Die Ermittelung der E ntfern ungen ist ebenfalls vorwiegend eine Erfahrungssache. N eben d e r F re quenz spielt natürlich auch die S truktur eine bestim m ende Rolle.
Eine rein mathem atische Behandlu ng wird da im mer nur A nhaltspunkte geben können.
Bei geringen Abständen wird die Lage der S tö r u n g s zone g eg en ü b er den beiden E lektro den im mer eine g ro ß e Rolle spielen. S tö rungen in der Nähe der E lektro den w erden stä rk e r zu bem erken sein als solche in g r ö ß e r e r Entfernung. Dies ist dad urch bedingt, daß in der nächsten U m g e b u n g der E lektro den sowohl die Strom- als auch die Verschiebungslinien viel dichter sind als in g rö ß e r e m Ab
stande. In Abb. 6 ist dies an einem Beispiele schematisch dargestellt. Die der Ele ktro de E näh er liegende Stö ru n g I wird von g rößerem Einflüsse sein als die w eiter entfernte gleichgroße Störung II.
i 1 f
in verschiedenen H orizonten verlegen (Abb. 7c). Man muß da alle G e sic h tsp u n k te berücksic htig en, die schon in der allgem einen G e o e le k t rik b e a c h te t w e rd e n , w o ja auch oft die versch ieden sten E l e k t r o d e n a n o r d n u n g e n erfo rd er
lich sind.
a b
Abb. 7 a —c. A n o r d n u n g d e r
C Ilektroden.
H andelt es sich d a ru m , S tö r u n g e n dic ht hinter der Ulme nachzu w eisen , so k ann eine einpolige Anordnung gute Dienste leisten, wie sie sc hem atisch Abb. 8 zeigt. Die A rbeitselektrode ist mit E bezeichnet* D er a ndere Pol ist entw eder an eine H ilf se le k tro d e E ' a n g eleg t, die dauernd an d e r gleichen Stelle verb leib t, o d e r an ein Gegen
gewicht G, das in d e r Versuchss trecke au sg es p an n t wird.
/ "
Abb. 6. Stromlinienverlauf.
Eine wichtige F rage ist die nach d e r maximalen Elekt ro denentfe rn ung. Je g r ö ß e r diese nämlich ist, desto g rö ß e r wird auch der erzielbar e Aufschlußra um sein. Die Entfern ung ist vornehmlich durch zwei F a k to r e n bestim mt, nämlich 1. durch die zusätzliche Kapazität d e r Zuleitu ngen un d noch m e hr durch die Kapazitätss ch wan kungen , die sich auch bei sorgfä ltig er V erle gung la nger Leitungen nie ganz vermeiden lassen, 2. durch die F o rd e r u n g , daß an
nähern d stationäre V oraussetzungen erhalten bleiben.
Durch diese F o r d e r u n g w ird — wenn man von verwickelten Kreisschaltungen absieht — die mögliche Länge der Z u leitung auf einen W e r t begre nzt, der einem Viertel der verwendeten W elle nlänge noch nicht vergleic hbar ist.
Bei einer Welle nlänge von 1000 m w ird man also eine Leitungslänge von u n g e fä h r 100 m zulassen können.
Im allgemeinen w erden die Elektro den in einer Ebene an geord net, wie dies Abb. 7a zeigt. Indessen sind auch andere A nordnungen möglich. So können die E lektro den
»über Eck« verlegt w erd en, wie es das mittlere Bild v e r
anschaulicht. Schließlich lassen sich die E lek tro d en auch
Abb. 8. Ein polige A nordnung.
Auch das M e tallg eh äu se des G e r ä te s kann als Gegen
gew icht dienen. Bei d e r V e r w e n d u n g von Gegengewichten mit kleiner E ig e n k a p a z itä t ist a b e r die Möglichkeit einer S tö rung du rch H an d - un d K ö r p e r k a p a z i tä t se h r groß. Eine S chutz erdung o d er d e r A nschlu ß des G e h ä u se s an Leiter von g r o ß e r Kapazität ist v orteilhaft. Z w e c k m ä ß ig legt man aber in die Z ule itu ng einen S p e rr k re is , d e r auf die Betriebs
frequenz a b g e s t im m t wird.
Die E lektroden sind im m er so anzulegen, d aß zwischen den Metallpla tte n u nd den geo lo g isch en Leitern ein sehr dichter Kontakt besteht. Es ist d a h e r w ohl vorteilhaft, den Zwischen raum mit G e ste in sm e h l des gleic hen geologischen Leiters auszufüllen, das leicht a n g e fe u c h t e t w e rd e n kann, damit es besser anhaftet. D a g e g e n soll man das Gestein an den Stellen, an denen die E le k tro d e n a n g e l e g t werden, nicht mit W a s s e r ü b e rg i e ß e n , da dieses rasch in das Gestein eindringt und dann in d e r N ä h e der E le k t ro d e n die Kriech
ström e begünstig t.
Elek trisch e V o ra u sse tz u n g e n .
Der geologische Leiter besteh t be kanntlich aus An
teilen alle r drei A g g re g a tz u s tä n d e , von denen die flüssigen Lösungen, d i e - d a s P o re n v o lu m e n e rf ü ll e n , elektrisch am wichtigsten sind. Bezeichnet man mit f die Fiillziffer und mit vp das P o re n v o lu m e n , so gilt f ü r die elektrische Leit
fähigkeit d e r feste n u n d flü ssig en B esta ndte ile :
° i = a fest ‘ a ’ ( v ~ v p) und aa = a flössig. ß . f .
In diesen G le ichungen b e d e u te t öfest bzw. öfiüssig die spezi
fische Leitfä higkeit d e r fe ste n u n d flü ssig en Anteile, v bezeichnet das ganze Volu men des u n te rs u c h te n Körpers und Oj und ö, sin d die T eilleitfäh ig k eiten f ü r d en ganzen Raum.
7. S e p t e m b e r 1940 G l ü c k a u f 491
Die spezifische L eitfä higkeit d e r flüssigen Lösungen ist w ieder von d e r Io nenkonzentration u n d allen F a k to r e n abhängig, die sie beeinflussen. Man kann sich nun die ein
zelnen Bestandteile versch ieden g e sch altet denken. Als besonders anschauliches Beispiel m a g in die sem Falle d e r geschichtete Leiter dienen, wie ihn die Abb. 9 a zeigt.
Legt man die E le k t ro d e n bei E an, so sind die Schichten in Reihe geschaltet. Liegen sie d a g e g e n bei E', so sind sie nebeneinander geschalte t. In Abb. 10b ist eine ganz regellose A n o r d n u n g d a rg e s te llt. U m nun die se beiden geologischen Leiter, denen die elek trischen E igens chaften ö 1e , u n d ö 2 e 2 zu kom men, zue in a n d e r in Beziehung setzen zu können, f ü h r t man den B e re c h t ig u n g s f a k to r 9- ein. Dann ergibt sich ganz allg em ein :
a) für die Leitfähigkeit
bei R e ih e n s c h a ltu n g : l / o = dj/cq + ü 2/o2, bei N e b e n s c h a lt u n g : o = ttjOj + 0 2o2;
b) für die D ielek trizitäts k o n stan te bei R eih e n s c h a ltu n g : 1/e = --1- + - 2 ,
El e2 bei N e b e n s c h a lt u n g : e = f f , e j + t>
2
e 2 .¿1
(?, f ,
E ' 62 C2
r G ,t,
G2 £2
<j,e,
Abb. 9. Schichtung u n d regellose A n o rdnung.
Im Falle einer an d e re n A n o r d n u n g als d e r Schichtung kann die Leitfähigkeit rechnerisch e r f a ß t w e rd e n , wenn die Eigenschaften d e r T eilleiter u n d ihre gegen seitig e Lage bekannt sind.
Die bisherigen Berechnungen beziehen sich a u f n ie d e r
frequente D u rchström ung. Bei H o ch freq u en z tr e te n n a t ü r lich auch da wesentliche A bw eichungen au f, die rechnerisch schwer zu erfassen sind. Man ist da vornehm lich auf Versuche angewiesen. Die D ielektrizitäts konsta nte von regellosen Gemengen kann in e r s te r A n n ä h e ru n g auch rechnerisch e rf a ß t w erd en . Nach d e r M isc h u n g sf o rm e l von L i c h t e n e c k e r e r h ä l t man
"fr. ,
8 = Ei 1 + e2 •
Weitere Berechnungen d ie ser A rt stam m en z. B. von Lord R a y l e i g h , W i e n e r u . a . F ü r den Fall, d a ß beide Be
standteile gle ichbere chtig t sind, d a ß also Ö! = ü 2 = */2, ■
gibt Lichtenecker f ü r die re s u ltie re n d e L eitfä higkeit des Gemenges fo lg e n d e n W e r t an:
1/a = V'/oi • Vos-
Zur A uswer tung die ser m a them atischen E r w ä g u n g e n sollen die Zahlenwerte f ü r zwei praktis ch m öglic he F älle a u s
gerechnet w e rd e n :
a) e1 = 1 u nd e2 = 6. Diese V orau ssetzu n g en w e rd e n bei der U n te rs u c h u n g von p o rö s e m Steinsalz e rf ü ll t sein, wenn die P oren mit G as g e f ü l l t sind. Nach d e r schon erw ähnte n M ischform el e r h ä l t man f ür :
f>, = 5 °/o 10 o/o 20 % ___ 5 0 %
e= 5,484 5^)14 4/192 2,449.
b) R, = l / o = 103 O hm ■ cm. R, soll zwischen 102 u n d 103 schwanken. R, bezieht sich a u f die feste n und R 2 auf die flüssigen Anteile. A n g e n o m m e n sei, d aß die beiden
Anteile einander g le ic hberechtig t sind. Diese V o rau s
setzungen w ären gegeben, w enn in naturfeuchtes G e stein R egenw asser einfließt, das z. B. u n te r dem E in flüsse vers chie dener F akto ren seine Leitfähigkeit von dem sogenannten O b e rflä c h e n w e r t a u f den H u m u s w e rt erhöht. Nach d e r M ischform el ergeben sich fo lg en d e W erte f ü r d en G e sa m tw id e rsta n d R:
R2 : 105 10^ 103 102 O h m - c m
R = 101 3 , 3 - 103 103 3,3- 1Ö2 O h m - c m N im m t man nun an, daß die Leitfähigkeit des feste n An
teiles so g e rin g ist, daß man sie vernachlässigen kann u n d daß somit die Leitfähigkeit ausschließlich d urch die flüssige Phase b estim m t ist, so lä ßt sich die schon be
sprochene Mischformel vereinfachen, u n d man erhält
Der B erechtigungsfaktor ist nun vom Po ren v o lu m en abhängig, das die F lü ssig keit erfü llt, u n d ü berdies noch von verschiedenen anderen Fak to ren . H l a u s c h e k g ib t da folgende W e rte an:
P orenvolum en in %
des G esam tv o lu m en s: 2 5 10 20 26 40 47,6 0,: 150 60 30 15 6 4 2,4.
Die A nnahme, d aß die Leitfähigkeit des festen An
teiles ganz gering ist, trifft, w en n man von einigen w enig en geologischen Leitern absieht, durchaus zu. Die W i d e r stände der festen Anteile gleicher, jenen d e r gute n technischen Isolatoren.
Pra ktisch k o m m e n nun, wie schon eingangs erw äh n t, in Betracht:
a) Nachweis von g a sh a ltig e r Kohle. Die spezifischen W id erstän d e für Kohle b e tra g e n um 109 bis 1010 O hm
■ cm. Die feinen Risse sind o ft mit W a ss e r erfüllt. D er spezifische W id e rsta n d von g a s h a l ti g e r Kohle liegt h öher als d e r d e r festen.
b) Nachweis von W a s s e r v o r k o m m e n in G ebirgen. Das feste G e b irg e hat in tr o c k e n e m Z usta nde bis zu 1013 und noch m e h r O h m • cm. Feuchtes G estein h a t W id erstän d e von 103 bis 105 O h m • cm. D er U n t e r schied zwischen norm alf euchte m G e b irg e und tiefem W ass er b e t r ä g t i m ' allgemeinen ein bis zwei Z e h n e r potenzen.
c) Nachweis von porö sem Salz. Die O hmsc he Leit
fähigkeit des Salzes ist se h r gering. W ichtig ist aller
dings, daß bere its ge rin g e F euchtigkeitsspuren oft g u t leitende Lösungen erzeugen, die dann das V o rk o m m e n als Film überziehen. Gas ein schlü sse lassen sich stets an einer V e rä n d e ru n g d e r D ie lek trizitäts k o n stan te erkennen, ln feuchten G ru b e n sind solche M essungen ausgeschlossen..
M eß g eräte.
Die älteren V erfahren schließen an die für n ie d e r
frequente M es sungen üblichen K on stru k tio n e n an. S päte r w u rd e n aber f ü r H ochfrequenz G e rä te nach neuen G esic hts
p u n k te n entwickelt, die heute vorn ehm lich in G e b ra u c h stehen. Sie sind heute schon au sreic hend empfindlich und auch den se h r s chw eren B etr ieb sb ed in g u n g en g ew achsen.
Die M essung k ann e n t w e d e r n u r den W i d e rs t a n d oder die Die lektrizitäts konstante o d e r diese beiden B estim m u n g s
stücke umfassen. In d e r Regel w ird in Kalilagern nur die D ie lektrizitäts konsta nte, so n st ab e r d e r kom plexe W i d e r stand, der aus einer O hm schen und einer kapazitiven K o m ponente besteht, zu messen sein.
Die ei nfach ste A n o rd n u n g g ib t Abb. 10 w ieder. Die beiden E le k tro d e n E w e rd e n an das zu u n te rs u c h e n d e V olumen angelegt. Aus Strom (J) u nd S p a n n u n g (U) k a n n dann der W id e rsta n d des g eologischen Leiters b e re c h n e t w erden. Dieses einfache V erfa h re n w ird a b er f ü r die sen Zweck im allg em ein en u n b ra u c h b a r sein, weil als u n b e k a n n t e G r ö ß e n die bei den E l e k t r o d e n w id e r s tä n d e R E
4 92 G l ü c k a u f Nr. 36 in das Ersatzschem a eingehen. Da man überd ies zu
mindest eine Ele ktro de ständig verschieben muß, so w ir d bei je d e r solchen Verschiebung auch eine Än
de ru n g des E lektro denw id ers ta ndes auftreten. D adurch wird es a b er unmöglich, aufeinanderfo lgen de M essu ngen aneinander anzuschließen. Aus diesem G ru n d e g e h t man zu andere n V erfahren über. Eines der bek an n testen trennt Strom zuführu ngs- und M eßelektr oden voneinander. An Stelle von zwei w erden also nun vier Ele ktroden verwendet.
Die A n o rdnung veranschaulicht Abb. 11. Die S tro m zufü hrung erfolgt bei E, und das M eß g er ät M ist an die Elektroden E' angeschlossen. Das en tspre chende E rsatz
schema ist d a ru n ter eingezeichnet. Der W iderstand wird nun zwischen den Pun k ten 1 und 2 aus einer Span n u n g s
messung ermittelt. D er Ü bergangsw id ersta nd d e r E lek troden E' spielt eine geringe Rolle, weil er in Reihe zum ohnehin sehr hohen W iderstande (Rm) des M eßgeräte s liegt. Aus die sen beiden A nordnungen läßt sich eine neue entwickeln, wenn man bed enkt, daß bei diesen Mes su ngen im allgemeinen eine Ele ktro de an der gleichen Stelle liegt, w ähre nd die andere verschoben wird. Aus diesem G ru n d e und auch deshalb, weil im allgemeinen ohn eh in relative E rgebni sse genügen, kann man die in Abb. 12 d argeste llte A nord nung wählen. Diese erhält man aus d e r in Abb. 11 wie derg egebenen, wenn man die linken E lektroden E und E' zusammenlegt. Der W iderstand d e r E lek tro d e R E w ird nun natürlich bem erkbar, da er aber w ä h re n d der ganzen M essu ng konstant bleibt, so spielt er keine Rolle.
Es wird lediglich die mittlere E lek tro d e vers choben, die den N am en Sonde fü h r t und deren Ü bergangsw id ersta nd nur die Empfindlichkeit, keinesw egs aber das Erg eb nis des Verfahrens beeinflußt.
- - - - ^
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U
Abb. 10. Zweiele ktro denverf ahre n.
^ W W u V v V W W V W W r
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Abb. 11a und b. M e ß a n o r d n u n g mit getrennte n S tro m z uführungs- u nd M eßelektroden.
In Abb. 12 ist d e r W iderstand des geologischen Leiters mit R', der S ondenw id ersta nd mit Rs u nd d e r W iderstand der (rechten) H ilfselektrode mit RH bezeichnet. Der W id e r
stand Re w ird möglichst klein gemacht, was im allgemeinen durch V erw endung g ro ß fläch ig er E lektro den durchaus möglich ist. E r kann schließlich durch eine M essung bei dicht anlie gender Sonde noch besonders ermittelt werden. Ein für diese Mes su ngen geeignete s G e r ä t zeigt schematisch Abb. 13. E , S , H bedeuten Ele ktro de, Sonde und Hilfselektrode. D er W iderstand R' w ird so eingestellt, daß die Ström e J, und J 2 einander gleichen. Dies e rk e n n t man daran, daß das M e ß g e r ä t M, keinen Strom anzeigt, wenn die W iderstände Ri und R2 einander gleichen. Der G le it
k o n ta k t am W iders tand R wird dann so eingestellt, daß
auch M2 strom los ist. Dann erhält man für den Widerstand zwischen E und S
Rs = a + b R’
Z u r S peis ung d e r Brückenzw eige w ir d ein Hoch
fr e q u e n z g e n e ra to r v e rw endet, d e r m it Niederfrequenz m oduliert wird.
W v V V W j M A A M A A
- 0 1
- O r \ j O -
Abb. 12. D r e ie l e k tr o d e n a n o rd n u n g .
N eben diesen B rückenverfahren, die den bei Gleich
strom verw en d eten ähneln, g ib t es auch eigentliche Hoch
fr equenzm ethoden. Zunächst kann man, wie dies Abb. 14a zeigt, den zu u n te rsuchenden W i d e r s t a n d in einen Hoch
fr equenzkreis einschalten. Besteht d ie s e r dann aus den Bestim m ungsstücken L, C u nd Rg, so e rg i b t sich als dessen Eigenf requenz bekanntlich
1
2 jt VC ■ L ■ Vl + (R/2 1/C/L)2
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Abb. 13. H o c h fre q u e n z m e ß g e rä t.
Man kann den W id e rs ta n d Rg natürlich auch parallel zu C anord nen. Im allg em ein en w ird man zu Rg einen zweiten W id e rsta n d R„ in Reihe legen. M an läßt dann eine bestim mte E ig enfrequenz eingeste llt un d verändert den W iderstand R„ im m er so, d a ß diese E ig en freq u en z erhalten bleibt. D er substituierte B etrag von R„ entsp rich t dann Rg. Dam it a b er kom m t man b ereits zum sogenannten E rsatzk ap azitäts v erfah ren , das sich f ü r diese Zwecke beso nders bra u c h b a r erw iesen hat. Da es schon an anderen Stellen ausführlich besprochen w o r d e n i s t 1, so genügt hier
C
L *9
Abb. 14. Ein sc halten d e s W i d e rs t a n d e s in einen H o ch freq u en zk reis.
1 Z. B. O erlands Beitr. zur G eophysik 54 (1939) S. 245; Beitr. angew.
Geophysik 7 (1937) S. 53.
Nt.y / . b e p t e i i r n r r ' T 9 w - u i ü c k a u f 493
eine kurz e E rk l ä ru n g . Das G r u n d s c h e m a ist in Abb. 15 dargestellt. Das M e ß g e r ä t M b e s t e h t aus einem klein en Oszillator, d e r d u rc h ein Q u a r z n o r m a l g e s t e u e r t wird. Der Indikator M g ib t an, w ann die F re q u e n z des A u ß en k reis es mit der des N o rm a ls ü b erein stim m t. D er A u ß en k reis besteht aus einer S elbstinduktion L, einer veränderlichen Kapazität C u nd dem E le k tro d e n k re is , in d e m d e r zu untersuchende geo logische Leiter Rg liegt. W ie die T e il
skizze (Abb. 15b) zeigt, besteht d ie s e r aus einem kapazitiven (Xcg) und einem O h m sc h e n Anteil (Rg).
*0;
Abb. 15. E rsa tz k a p a z itä ts v e rfa h r e n . Mit dem Schalter S w ird zunächst d e r E le k tro d e n k re is abgeschaltet u n d C a u f Resonanz ei ngestellt. Dan n legt man S ein und stellt bei an g e sc h a lte te m E le k t ro d e n k re i s e w ieder C auf Resonanz ein. Die D ifferenz d e r bei den Ein
stellungen AC heißt die E rs a t z k a p a z it ä t un d bildet ein Maß für die weiteren U n te rs u c h u n g e n . D er aus vers chie denen Anteilen bestehende E le k t ro d e n k re i s w ird som it d urch eine reine Kapazität ersetzt. Ein w esen tlich er Vorteil dieses Verfahrens b esteht darin, d a ß K a p a z itä tsm e ssu n g e n heute schon mit g r o ß e r G e n a u ig k e i t u nd W i e d e r h o lb a r k e it d u r c h geführt w erden können . Mit den heute g e b a u t e n G eräten ist es durchaus noch möglic h, U n te rs c h ie d e d e r DK von 0,001 und dadurch porö se V olumen von ziemlich g e ri n g e r Ausdehnung zu ermitteln. D en a p p aratetech n isch en Teil möchte ich hier nicht n äher behandeln, ln d e r Regel w e rd e n Geräte verwendet, die nach dem A b re iß v e r fa h re n arbeiten.
M essung.
Für Messungen in d e r G r u b e m üsse n die G e r ä te v e r schiedenen A nfo rderungen entsp rech en . Z u n ä c h st sind sie vvasser- und w etterd ic ht a u szuführen. Da in d e r Regel An
schluß an Leitungen nic ht möglich o d e r um stä ndlic h ist, empfiehlt sich, nach M öglic hkeit B atterieb etrieb vorzusehen.
Dieser ist auch deshalb a n z u stre b e n , weil die Z uleitu ngen oft zu Störungen des Feld es A nlaß g eben, die sich sc hw er erkennen und noch s c h w ie r ig e r berücksichtigen lassen.
Wenn irgend möglich, sollen A p p arate, M e ß g e r ä te und Stromquellen z u s a m m e n g e b a u t w e rd e n , so d a ß d azw ischen keinerlei bewegliche L eitu n g en v o rh a n d e n sind, die Störungen herv orru fe n können. Die M e s s u n g ist erst e n t sprechend zu berichtigen, u. a. m u ß man die B atterie
schwankungen beachten. Bei M e s su n g e n in G e b ie t e n mit hoher T em peratur sind die en tsp re c h e n d e n A u s d e h n u n g s erscheinungen in R e c h n u n g zu stellen. Man darf nicht ü b e r sehen, daß es sich d u r c h w e g um F ein m essu n g e n handelt, bei denen die gleichen A n fo rd e ru n g e n zu stellen sind wie etwa bei optischen o d er fe i n m ag n etis ch en V erfahre n. U n te r Berücksichtigung diese r K o r r e k t u r e n e rh ä l t man dann die K om pensations widerstände od e r die E rsa tz k a p a z itä te n , die nun die weitere M e ß g r u n d la g e bilden. W ie schon erw äh n t, wird man im allg em ein en v o rl ä u f i g a u f absolute M essungen verzichten un d sich mit relativen E rg e b n is s e n b eg n ü g en , da es ja stets nur d arau f a n k o m m t, S tö r u n g sste lle n zu finden und einzugrenzen. D esto m e h r soll m an a b e r auf eine ü b e r sichtliche D ars tellung der E r g e b n isse sehen.
Sind w ä h re n d ei ner M eßreih e alle N ebenum stände konstant, so kön n en die einzelnen E rgebnisse un m itte lb a r a n einander angesc hlossen w erd en . W e n n dies a b e r nicht sicher der Fall ist, w en n also z. B. die B e w e tte r u n g v e r schieden ist o d er sonstig e S tö r u n g en d urch den Betrieb wahrscheinlich vorliegen, so em pfiehlt sich die ständige V ergle ichsm essung an dem gleichen M e ß o r te in bestim m ten Zeitabständen. Die E rgebnisse w e rd e n dann auf diese V er
gle ic hsm essung bezogen. Als V ergle ichsort w ir d eine Stelle gew ählt, f ü r die möglic hst norm ale Bed in gungen gelten.
Die D arstellung k ann e n t
w e d e r nach dem Sta ndlin ien
o d er C -G le ichen-V erfa hre n e r folgen. Beim erste n w ird die S c h w a n k u n g der Ersa tz k a p a z itä t o d er des W id e rsta n d e s e ntlang einer in der Str ecke g ezo g en en Standlinie aufgetragen. Erh ält man auf diese Weise D iskonti
nuitätsstel len, so vers ucht man, diese n äher einzugre nzen. Man w ird bei n ic h th o m o g e n em G e bir ge eine K urv enschar erhalten.
P a r a m e te r ist die A ufs chluß
teufe. In ähnlicher Weise lassen sich bei A n w e n d u n g des-Ersatz - k ap azitätsv erfah ren s die s o g e nannt en C-Gleichen konstru ie re n. Sie sind d e r O r t aller P unkte gle icher Ersatzkapazität.
N eben den ei gentlichen M essungen empfehlerf sich u n te r U m ständen noch H ilfsm essungen. In Betracht ko m m e n besonders folgende:
a) Bestimm ung des W i d e rs t a n d e s des O berflächenfilm es.
Z u diesem Z w e c k e k ö n n e n einfache B rückenm essungen ben utzt w erd en.
b) U n ters uchung d e r a b g e k e h r t e n Ulme, d e r First und der Sohle. Diese M essu n g en sind w ic htig, weil sich ein Teil d e r Strom- o d e r Verschiebungslinie n darin schließt und d a h e r ele ktrisc he V e rä n d e ru n g e n für das G esam terg eb n is von Einfluß sein kö nnen.
c) Bestim m ung des Einflusses d e r K ö rp e rk a p a z i tä t und deren A usschaltu ng d urch geeignete M aßnahm en.
F ü h rt man diese H ilfsunte rsuchungen durc h u nd ist m an im übrigen auf die G e n a u ig k e i t d e r M essung selbst bedacht, so w ird man schon heute in vielen Fällen se h r wertv olle A ngaben ü b e r das A uftr ete n von G as- und W assere in schlü ssen erhalte n, die du rch andere V erfahre n, im besonderen durc h n ie derfrequente, o f t nic ht zu gew in nen sind. H o ch freq u en te V erfah ren w e rd e n na m entlic h dann in Betracht ko m m en , w enn es sich um nichtleitende Ein schlüsse in schlechten Leitern ha ndelt, also z. B. um den Nachweis von G aseinschlüss en in Kohle o d e r Salz o d e r von W a s s e r g e rin g e r Leitfä higkeit in tr o c k e n e m Gestein. Da die G e rä te einfach zu bedienen sind, so darf man a n nehm en, daß sie auch in die Prax is im m er m e h r E ingang finden w erden .
Z u s a m m e n f a s s u n g .
Durch ho ch freq u en te M e ß v e r fa h re n (F u n k m u tu n g ) ist d e r Nachweis von Gas- u nd W asserein schlü ssen in G este inen u n d Salz lagerstätten möglich. Die V erfahren messen sow ohl V e rä n d e ru n g e n d e r Leitungs- als auch solche der V ers ch ieb u n g sströ m e. D a d u rc h w ird die U n t e r s cheidung von Nichtle ite rn möglich, so w eit sie n u r a b w eichende D ie lektrizitäts konsta nten aufw eisen. Die heute zur V e rfü g u n g ste h e n d e n G e rä te h a b e n schon eine so hohe Em pfin dlichkeit erreicht, d aß sie p ra k tis c h e A n w e n d u n g finden können. Sie lassen sich auch schon in A u s fü h ru n g e n hersteilen, die den b e s o n d e r e n V o ra u s s e t z u n g e n des G ru b e n b e tr ie b e s g e re c h t w erd en .
