Gesteinshärte und Abrasivität bei der Brecherauswahl

Gesteinshärte und Abrasivität bei der Brecherauswahl bilden die erste Entscheidung, die die Lebenszykluskosten einer Anlage festlegt. Beide Eigenschaften sind nicht austauschbar: Ein Gestein kann dem Bruch stark widerstehen und den Stahl dennoch schonen, oder leicht brechen und Verschleißteile in erschreckendem Tempo verbrauchen. Eine Fehlpaarung zeigt sich selten als fehlende Tonnage, sondern als Verschleißteilrechnung und als Stillstand.

Zwei ständig verwechselte Eigenschaften

Festigkeit ist die Spannung, der ein Gestein bis zum Versagen standhält; im Labor wird sie als einaxiale Druckfestigkeit bestimmt. Abrasivität ist die Geschwindigkeit, mit der das Gestein das berührende Metall abträgt, und hängt weitgehend von der Mineralzusammensetzung ab, vor allem vom Quarzgehalt. Quarz steht auf der Mohs-Skala bei 7 und ist härter als Werkzeugstahl – deshalb kann selbst ein als weich geltender Sandstein bei hohem Quarzanteil stark abrasiv sein.

Im Betrieb liest sich der Unterschied so: Die Festigkeit sagt, welches Zerkleinerungsprinzip die Arbeit erledigt; die Abrasivität sagt, welches Prinzip sie zu vertretbarem Teileverbrauch erledigt. Vor der Beantwortung beider Fragen sollte keine Maschinenliste entstehen.

Festigkeitsklassen

Die Gesteinsmechanik verwendet eine eingeführte Einteilung der einaxialen Druckfestigkeit. Die Grenzen schwanken je nach Quelle leicht, folgende Bänder sind jedoch weithin anerkannt:

Das Verhalten im Betrieb lässt sich aus der Festigkeit des intakten Gesteins allein nicht ableiten. Kluftabstand, Verwitterung und Schichtung bestimmen die Stückgröße nach dem Sprengen und damit den Charakter der Aufgabe für die Primärstufe.

Wie Abrasivität gemessen wird

Zwei Kennzahlen herrschen vor. Der Cerchar-Index ergibt sich aus der Breite der Verschleißfläche an einem gehärteten Stahlstift, der unter festgelegter Last über die Gesteinsoberfläche gezogen wird; gelesen wird er meist über diese Bänder:

Die zweite Kennzahl ist der Bond-Abrasionsindex, angegeben in Gramm Metallverlust an einem genormten Stahlpaddel im Trommelversuch. In der Praxis gilt ein Wert unter 0,1 als gering, 0,1 bis 0,4 als mittel und ab 0,4 als hoch abrasiv. Kalkstein liegt meist im untersten Band, Granit und Basalt zwischen mittel und hoch, Quarzit ganz oben. Beide Kennzahlen sind probenspezifisch: Derselbe Gesteinsname liefert aus verschiedenen Brüchen verschiedene Werte.

Druck oder Prall

Die Zerkleinerungsprinzipien bilden zwei Familien. Backen- und Kegelbrecher brechen das Material zwischen zwei Flächen durch Druck, in langsamem und geführtem Kontakt. Prallbrecher schlagen das Material bei hoher Geschwindigkeit; das ergibt kubisches Korn und ein hohes Zerkleinerungsverhältnis in einer Stufe, erhöht aber die Relativgeschwindigkeit zwischen Metall und Gestein. Bei abrasiver Aufgabe treibt genau diese Relativgeschwindigkeit den Verbrauch von Schlagleisten und Auskleidungen nach oben.

Genau deshalb wird bei hoher Abrasivität in Sekundär- und Tertiärstufe ein Kegelbrecher bevorzugt: Der Druckkontakt verliert bei gleicher Tonnage weniger Metall.

Gesteinshärte und Abrasivität bei der Brecherauswahl: der Datensatz

Bevor eine Maschinenliste entsteht, gehören in die Akte: Druckfestigkeiten aus repräsentativen Proben, ein Abrasivitätsindex, Quarz- oder Äquivalentquarzgehalt, die erwartete Haufwerkskörnung nach dem Sprengen, Feuchte und Tonanteil sowie die Zielkörnungen samt Formanforderung. Ton und Feuchte erhöhen in Druckstufen die Verstopfungsneigung und verändern die Aufgabevorbereitung. Diesen Datensatz aufzubauen ist Aufgabe der Bergbautechnik und bildet den Kern der Anfrage an die Lieferanten.

Die Probenahmestellen im Bruchplan zu markieren zahlt sich später aus: Ändert sich das Gestein, lässt sich die Ursache der Abweichung zurückverfolgen. Kommen Sprengbild und beobachtete Stückgrößen in dieselbe Akte, wird die Aufgabeöffnung der Primärstufe aus Aufzeichnungen statt aus Annahmen gewählt.

Häufige Fragen

Genügt eine einzige Probe

Nein. Festigkeit und Quarzgehalt ändern sich seitlich wie mit der Tiefe. Bewertet werden der Mittelwert mehrerer Sohlen und der ungünstigste Einzelwert gemeinsam.

Ist hartes Gestein immer abrasiv

Nein. Festigkeit und Abrasivität sind getrennte Eigenschaften; ein hartes, quarzfreies Karbonatgestein kann weit weniger abrasiv sein als ein weicher, quarzreicher Sandstein.

Wie werden Verschleißkosten im Vergleich berücksichtigt

Je Tonne. Für jede Anlagenvariante werden erwartetes Wechselintervall und Stillstand je Wechsel nebeneinandergestellt; der Unterschied im Anschaffungspreis wird zusammen mit diesen beiden Größen beurteilt.