Die Technologie des Bergbaus – Bohren

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In der Exploration von Erzen und zur Gewinnung von flüssigen und gasförmigen Rohstoffen werden unterschiedliche Bohrgeräte und Bohrer genutzt, von kleinen Handbohrgeräten bis hin zu den großen Bohrtürmen und Bohrplattformen, die aus der Erdölindustrie bekannt sind. Bei der Erkundung von Rohstoffvorkommen werden vor allem zwei Typen von Bohrungen durchgeführt:

  • Rückspülbohrungen (im Englischen : RC-drilling (reverse circulation drilling)) und

  • Diamant-Kernbohrungen

Bei der Rückspülbohrung wird ein Hartmetall-Bohrer, meist aus Titan-Carbid oder Wolfram-Carbid als Röhre mit einem Durchmesser von ca. 13 bis 20cm in den Boden getrieben. Durch den Bohrzylinder wird dem Schneidbereich Druckluft (und auch Wasser als Kühlmittel) zugeführt, wobei sich die Klingen des Bohrers in den Boden ähnlich wie bei einem Schlagbohrer in den Boden schneiden. Das durch den Bohrer abgetragene Material wird im Inneren der Röhre des Bohrzylinders durch die Druckluft nach oben gefördert, wobei die maximale Bohrtiefe durch den maximalen Druckunterschied begrenzt ist, schließlich wird das zerkleinerte Material im Inneren der Röhre gegen die Schwerkraft gefördert. Durch den Verschleiß der Bohreinsätze nimmt die Bohrgeschwindigkeit ab, was zu einem Steckenbleiben des Bohrers führen kann. Dies führt nicht nur zu Ausfallzeiten, sondern kann auch Schäden an dem relativ teuren Bohrgestänge und den Bohreinsätzen führen. Wenn der Bohrer hartes Gestein erreicht, wird oft eine Verschalung in Form einer PVC- oder Metallröhre in das Bohrloch um die Wände des Bohrlochs zu stützen und ein Abbrechen des Gesteins, welches den Bohrer verklemmen kann, zu verhindern. Eine solche Verschalung kann je nach Beschaffenheit des Bodens bis zu 60 Meter tief sein. Beispiele für RC-Bohrungen sind in den nachfolgenden Videosequenzen dargestellt.

Bei der Diamant-Kernbohrung wird ein ringförmiger, mit kleinen Diamantsplitter besetzter Bohrer in die Erde getrieben, wobei das Bohrgestänge einen Hohlraum bildet, um einen zylindrischen Kern aus dem zu untersuchenden Untergrund herauszuholen. Die Diamanten werden in einer Matrix aus Metall oder einer Keramik gebunden. Der Antrieb des Bohrers kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen. In der Regel verfügt das Bohrgestänge über zusätzliche Versorgungsöffnungen, über welche ein Kühlmittel (im einfachsten Fall Wasser) der Bohrerspitze zugeführt werden kann. Dieses Kühlmittel hat drei im Wesentlichen drei Funktionen – Schmierung, Kühlung und Entfernung von zerkleinertem Material aus dem Bereich der Schneidflächen. Dabei spielt die Kühlung eine entscheidende Rolle. Obwohl ein Diamant extrem hart ist und mit einem Diamantbohrer quasi in jedes Material gebohrt werden kann, so besteht ein Diamant letztendlich aus Kohlenstoff. Durch starkes Erwärmen bei gleichzeitigem Druck dazu kommen, dass der Diamant "verdampft", in eine andere, wesentlich weichere Erscheinungsform des Kohlenstoffs umwandelt oder einfach als atomarer Kohlenstoff in den Gegenkörper hinein diffundiert. Eine besonders hohe Diffusionsneigung von Kohlenstoff besteht gegenüber Eisen, wobei sich die Bohrspitze beim Bohren eines Diamantbohrers in Eisen unter der Temperatur regelrecht auflöst.

Diamantbohrungen sind viel langsamer als Rückspülbohrungen und werden vor allem bei sehr hartem Untergrund eingesetzt. Bohrlängen von bis zu 1800m sind möglich, wobei die typischen Bohrlängen in der Exploration zwischen 50 und 250m liegen. Der Bohrkern entsteht in dem Hohlraum in der Mitte des zylindrischen Bohrers. In den folgenden Videos sehen Sie das Bohren sowie das spätere "auspacken" eines Bohrkerns einer Diamant-Kernbohrung.

Während das deutlich teurere Diamant-Kernbohren kompakte Bohrkerne liefert, welche später aufbewahrt und analysiert werden können, liefert das RC-Bohrungen zerkleinertes Material. In der Exploration werden oftmals beide Bohrmethoden kombiniert, um detailierte Einblicke in die Gesteinsformation (Diamant-Kernbohren) auf der einen Seite, jedoch auch umfangreiche Gesteinsproben (RC-Drilling) in einem zeitlich und finanziell vertretbaren Rahmen zu erhalten.

Ich hoffe, dass ich Ihnen den Prozess des Bohrens etwas näher bringen konnte.


Ihr Manuel Giesen