Das europäische Horizon 2020-Forschungsprojekt „Sustainable Low Impact Mining – SLIM“

Die wesentlichen wirtschaftlichen, technologischen und umweltmäßigen Herausforderungen kleiner Bergbaubetriebe beinhalten die Reduktion der hohen Investmentkosten, des anfallenden Taubmaterials und der Halden oder Schlammbecken sowie die Verringerung der Einflüsse auf die Umwelt. Gleichzeitig soll die Flexibilität, der Automationsgrad und die Sicherheit der Betriebsabläufe verbessert werden.

Die Bemühungen der letzten Jahre haben jedoch gezeigt, dass es keine schnelle und einfache Lösung für diese Herausforderungen im Bergbau gibt und dass es derzeit unrealistisch ist, auf Produktionstechnologien zu setzen, die noch eine Entwicklungszeit von vielen Jahren bis zur Einsatzreife haben dürften. Da die derzeitige Hartgesteinsbergbautechnologie auf Sprengtechnologie und mobilem Gerät für Laden und Transport basiert, wurde vom Projektkonsortium die Entscheidung getroffen, sich auf die Verbesserung der Sprengtechnologie zu konzentrieren.

Das europäische Forschungsvorhaben SLIM „Nachhaltige, umweltfreundliche Bergbaumethode zur Gewinnung von kleineren Rohstofflagerstätten durch fortschrittliche Sprengtechnologien und Umwelttechnologien“ wurde im Rahmen der EU-Forschungsinitiative Horizon 2020 im Jahre 2016 genehmigt (Abb. 1).

Das Projekt SLIM hat eine Laufzeit von 48 Monaten und ein Förderungsbudget von 6.979.200 € (Tab. 1).

Das SLIM-Projekt zielt auf die Entwicklung kosteneffizienter und nachhaltiger, selektiver Bergbauverfahren für kleinere, komplexe Lagerstätten. Dies erfolgt basierend auf nichtlinearer Gesteinszerkleinerung durch Sprengmodellierung und Aktionen zur Reduktion der Staubentwicklung, der Vibrationsauswirkungen und der Nitratverluste. Zu diesem Zweck wird eine neue Generation von Sprengstoffen angewendet. Eine fortschrittliche automatisierte Sprengplanungssoftware wird entwickelt, aufbauend auf einer verbesserten Gebirgscharakterisierung und der Optimierung der Gesteinszerkleinerung. Die Reduktion der Vibrationen in der Umgebung des Bergbaus soll die Akzeptanz des Bergbaubetriebes durch die Anrainer verbessern.

Dazu wird in den Teilnehmerstaaten des Projektes auch die Zivilgesellschaft durch verschiedene öffentliche Veranstaltungen involviert.

Die verschiedenen Aktivitäten des SLIM-Projektes beinhalten eine umfassende Beurteilung der Sprengstoff-Technologien und ihres Verhaltens in kleinen Rohstofflagerstätten.

Auch die Gesteinszerkleinerung wird durch neu entwickelte Technologien für die Vermessung der Haufwerkseigenschaften und ein neues dynamisches Modell für die Gesteins‑/Fels-Interaktion während des Sprengvorganges weiterentwickelt.

Dies erfolgt durch Versuche im Labor und in den teilnehmenden Bergwerksbetrieben.

Das Projekt SLIM umfasst 11 verschiedene Arbeitspakete, die hier kurz vorgestellt werden.

Das Arbeitspaket 1 „Koordination und Management“ unter der Leitung der Universidad Politecnica de Madrid beinhaltet die administrative Abwicklung des Projektes. Dies umfasst auch die Treffen des Konsortiums und die technischen und finanziellen Berichte an den Forschungsgeldgeber. Das erste 12-Monatstreffen aller Projektpartner fand am 23./24. Oktober 2017 an der Montanuniversität Leoben statt. Dabei wurde den 35 internationalen Teilnehmern auch der Bergbaubetrieb VA Erzberg GmbH im Detail präsentiert (Abb. 2 und 3).

Das Arbeitspaket 2 „Gesteins‑/Sprengstoff-Interaktion“ steht ebenfalls unter der Leitung der Universidad Politecnica de Madrid. In diesem Arbeitspaket wird die freigesetzte Energie der bestehenden zivilen Sprengstoffe und ihre Wirkung im Einsatz evaluiert. Auch die freigesetzten Stickoxide (NO, NO₂) und das Kohlenmonoxid werden im Detail quantifiziert. Eine an jeden Sprengvorgang angepasste „Rock Mass Characterisation“ durch ein laufend aktualisiertes Geoinformationsmodell soll die Produktivität des Bergbaus erhöhen. Die Umweltauswirkungen und die Produktion von taubem Gestein sollen reduziert werden. Die Planung und Vorhersage der Gesteinszerkleinerung durch die Sprengstoffeinwirkung werden im Detail erforscht und neue Verfahren erprobt.

Das Arbeitspaket 3 „Umwelteinflüsse und Sicherheit“ wird von der Montanuniversität Leoben geleitet. Nahfeld-Vibrationsmessungen werden von Universidad Politecnico de Madrid und ARNO durchgeführt und dann mit der Technischen Universität Luleå in ein numerisches Modell eingebracht. (Abb. 4) Fernfeldmessungen werden am Erzberg von der Montanuniversität Leoben durchgeführt und ein topografisch heterogenes unterirdisches Modell des Bergbaus der VA Erzberg GmbH erstellt. In Spanien werden Versuche zur Reduktion der Staubentwicklung bei Sprengungen durchgeführt. Die Montanuniversität Leoben erprobt Prototypen mit Auskleidung der Bohrlöcher beim Sprengstoffeinbringen zur Reduktion der Nitrat-Leckage im Labor und am Erzberg.

Das Arbeitspaket 5 „Rock Mass Modelling Software“ wird von 3GSM geleitet. Durch rechnergestützte Haufwerkscharakterisierung sollen Eigenschaften wie Form, Größe und Zerkleinerung von Material in Tagebausprengorten durch die Verwendung von unbemannten Flugvehikeln („Drohnen“) mit fotogrammetrischen Computervisionssystemen erfasst und verarbeitet werden. Die Arbeiten umfassen auch die Entwicklung eines neuen Algorithmus zur Interpretation visueller und geometrischer Daten vom Haufwerk zur Identifikation der Zerkleinerungsgrößenverteilung, der Anwesenheit von Felsbrocken, der Identifikation von teilweise verdeckten Fragmenten und Feinmaterial an der Bildauflösungsgrenze. Auch 3GSM arbeitet an einer Softwareanwendung, die eine automatische Sprengplanung an Hand der präzisen Kenntnis der Geometrie des Sprengortes und der strukturellen Information über die Gesteinsformation („Rock Mass“) ermöglicht. Diese Software schafft die Voraussetzung für die automatische Positionierung der Sprenglöcher und die automatische Ladung mit Sprengstoff unter Berücksichtigung der aktuellen Geometrie der freien Wand (Abb. 5).

Das Arbeitspaket 6 „Upstream System Validierung und Aufbereitungsüberwachung“ unter der Leitung von Universidad Politecnico de Madrid evaluiert die Verbesserungen im Sprengverfahren durch das SLIM-Projekt betreffend die Versorgung der Aufbereitungsanlage mit dem geeigneten Material. Dazu wird auch ein Satz von „Key Performance Indicators (KPIs)“ entwickelt. Die entsprechenden Versuche werden bei Orgiva und am Erzberg durchgeführt. Dabei wird die Prozesskette vom Sprengvorgang bis zur Aufbereitung in den Erzmühlen in den Bergwerken messtechnisch überwacht und die Veränderungen dokumentiert (Abb. 6).

Mit den Verbesserungen des Horizon 2020 Projektes SLIM im Bereich der Sprengtechnologien, Sprengplanung und Sprengverfahren wird die Produktivität und die Umweltverträglichkeit im europäischen Bergbau wesentlich gesteigert.

Diese Verbesserungen werden auch unter Einbindung der Zivilgesellschaft, die vom Bergbau betroffen ist, erreicht und kommuniziert.

Damit leistet dieses von der Europäischen Kommission unter dem Grant Agreement Nr. 730294 [1] geförderte Projekt einen wichtigen Beitrag zur umweltschonenden und effizienten Versorgung der Europäischen Gemeinschaft mit Rohstoffen.

Über die weiteren Forschungsergebnisse im H2020-Projekt SLIM wird in kommenden Ausgaben im Detail berichtet werden.