“Wherever he saw a hole he always wanted to know the depth of it. To him this was important.”
Nicht ganz bis zum Mittelpunkt der Erde, aber doch in unbekannte Tiefen führt der Weg von Thorsten Kratz. In bester Jules-Verne-Manier macht sich der Bauingenieur und Projektleiter der Thyssen Schachtbau GmbH auf, den Untergrund zu erkunden – und zwar mit Explorationsbohrungen.
Ziel dieser Bohrungen ist es, Bohrkerne oder Bohrklein einzuholen und darüber Erkenntnisse hinsichtlich Lage, Mächtigkeit und Wertmineralgehalt zu gewinnen. Auf deren Basis können dann Entscheidungen über den Abbau und das Abbauverfahren getroffen werden. Im Tunnelbau geht es auch darum, an Informationen über tektonische Störungszonen, bergwasserführende Gebirgsabschnitte und Ähnliches zu kommen.
In geringen Teufen von bis zu 100 Meter ist die Bohrkerngewinnung mit Einfachkernrohren und Doppelkernrohren noch relativ einfach. Der Bohrkern wird bei diesen Verfahren über den Ausbau des Bohrgestänges geborgen. In Teufen von bis zu 2.000 Meter wird das sogenannte Seilkernverfahren eingesetzt, bei dem das Bohrgestänge eine schützende Rolle einnimmt, während das Innenkernrohr über eine Seilwinde geborgen wird. Die Bohrkerne, die dabei geborgen werden, sind zwischen 26 und 102 Millimeter dick.
Wir haben bei Thorsten Kratz nachgefragt, wie solche Explorationsbohrungen ablaufen, über spannende Projekte und hinderliche Hindernisse gesprochen und einen Blick in die Zukunft geworfen.
Vorhang auf für den Professor Lidenbrock der Gegenwart!
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eguana: Was unterschiedet euch und eure Bohrungen vom Mitbewerb?
Thorsten Kratz: Die Komplexität einer Bohrung ergibt sich aus dem Ziel der Bohrung und den gegebenen Rahmenbedingungen.
Herausfordernde Ziele und Rahmenbedingungen sind beispielsweise:
Sobald innerhalb der Projektanforderung einer oder mehrere der oben genannten Punkte zutreffend sind, werden spezielle Bohrgeräte, Ausrüstung und Personal benötigt, um die Bohrung überhaupt durchführen zu können. Die Thyssen Schachtbau GmbH führt eine Vielzahl dieser hochspezialisierten Bohrprojekte aus. Um ein paar zu nennen:
- *) Horizontale, abgelenkte Kernbohrungen im Kali- und Steinsalzbergbau unter Preventerschutz (Gas) mit Bohrteufen bis 2.500 m
- *) orientiertes Kernbohrungen im Steinsalz mit Luftspülung bis 450 m
- *) Horizontale Erkundungsbohrungen unter Preventerschutz (Wasser bis 100 bar) im Tunnelbau mit Bohrteufen bis 300 m.
- *) Erosionsstabile Überlagerungsbohrungen bis 150 m
- *) Vertikale, gesteuerte Kernbohrungen mit Bohrteufen bis zu 1.200 m für die Erkundung von Lagerstätten oder von Standorten zukünftiger Bergwerksschächte
- *) Vertikale und horizontale, gesteuerte Gefrierbohrungen bis in Tiefenstufen von ca. 800 m für die Durchführung von Bodenvereisung
- *) Geneigte, gesteuerte Großlochbohrungen mit Durchmesser > 300 mm und Bohrteufen bis zu 800 m als Pilotbohrung für Raisebohrungen.
Jedes Mal, wenn ich daheim etwas an die Wand schrauben möchte, erwische ich eine Stelle, an der ich nicht bohren kann. Logischerweise meistens erst beim zweiten Loch, damit es so richtig blöd ist. Wie ist das bei Bohrungen im großen Stil? Kommt es da auch vor, dass man schon die Hälfte geschafft hat und dann auf eine undurchdringbare Gesteinsschicht stößt? Oder kommt ihr durch alles durch?
Schön, aber sicherlich gelogen, wäre es zu behaupten, wir könnten durch jedwedes Gestein und Gebirge bohren. Jedem Bohrverfahren obliegen gerätetechnische oder verfahrensbedingte Einsatzgrenzen. Bei schwierigen Rahmenbedingungen liegt die Basis einer erfolgreichen Bohrung in einer guten Planung und Arbeitsvorbereitung sowie erfahrenem Bohrpersonal.
Die Vergangenheit zeigt allerdings, dass selbst dann eine Bohrung scheitern kann.
So konnten wir beispielsweise mit dem vertraglich geforderten Kernbohrverfahren eine mächtige Störungszone nicht durchbohren, da aufgrund der fehlenden Bohrlochstabilität keine Spülungszirkulation zustande kam und im Folgenden der Bohrstrang feststeckte. In diesem speziellen Fall war der Wechsel des Bohrverfahrens hin zu einer Überlagerungsbohrung, bei der die Verrohrung direkt mit dem Bohrprozess mitgeführt wird, die zielführende Lösung.
Wären wir in Hollywood, könnte so eine Erkundungsbohrung ganz viele spannende Katastrophen auslösen: angefangen bei einem simplen Gasleck über das Freisetzen von Urzeit-Killer-Bakterien bis hin zur Umkehrung der Erdrotation (vermutlich, weil der Bohrer einen Akupunktur-Punkt in der Erdkruste ungünstig berührt). Wie sieht die Realität aus – gibt es vernünftige Gründe, vor denen man sich „fürchten“ sollte?
Das Risiko einer Bohrlochhavarie ist insbesondere bei Bohrungen gegen hohen Wasser- oder Gasdruck gegeben. Die Bezeichnung Havarie bedeutet, dass das in das Bohrloch zuströmende Medium unkontrolliert aus dem Bohrloch strömt. Um solche Situationen zu verhindern, arbeiten wir mit sogenannten „Bohrlochabschlussvorrichtungen“ oder auch Preventer genannt, wie man sie grundsätzlich aus der Erdölindustrie kennt. Je nach Einsatz ermöglicht der modulare Aufbau solcher Preventer die Durchführung einer Bohrung bei Wasserzutritt bis zu 200 bar Druck. Im Ereignisfall kann mit einem sog. Scherpreventer der Bohrstrang in Sekundenschnelle durchtrennt und damit das Bohrloch zu 100 Prozent abgeschlossen werden. Diese Art von Preventer ist nicht mit den in der Bauindustrie eingesetzten Ringraumpreventern und Spatenschiebern vergleichbar.
Wie bei Wasserzutritten erfordert das Bohren in gasführendem Gebirge technische Adaptionen: Zum einen wird im Regelfall ebenfalls mit einem Preventer gearbeitet, der im Bedarfsfall den Gaszutritt im Bohrloch einschließen kann. Weiterhin ist erforderlich, elektrische und elektronische Anlagenteile (Antrieb, Sensorik, etc.) in Ex-Schutz auszuführen.
Seid ihr schon einmal auf einen völlig unerwarteten Bohrkern gestoßen? Findet man auch mal wirklich spannende Sachen? Ein kleines Diamant-Vorkommen?
Wir haben zwar schon in Botswana Erkundungsbohrungen für ein Bergbauunternehmen in einem Tagebau für Diamantgewinnung durchgeführt, aber leider konnten wir mit den gewonnen Bohrkernen keine hoch-karatigen Diamanten aus dem Kimberlit-Schlot bergen.
Grundsätzlich liegt es in der Natur der Sache, dass bei Erkundungsbohrungen nicht-prognostizierte Geologien angetroffen werden. Das ist selten spektakulär, aber häufig technisch herausfordernd und macht die Arbeit daher so spannend.
Bleibt das Loch am Ende offen? Ist die Versuchung sehr groß, einen Stein reinfallen zu lassen, und zu horchen, wann er aufschlägt?
Wenn eine weitere Nutzung der Bohrung geplant ist, folgt nach Fertigstellung der Bohrung in der Regel der Einbau einer Verrohrung. Ist das nicht der Fall, werden Bohrlöcher häufig mit Zement aufgefüllt und damit verschlossen.
Was für Projekte habt ihr diesbezüglich am Laufen? Spannende abgeschlossene Projekte oder interessante Erkenntnisse?
Im Bereich der Explorationsbohrungen liegt mein Fokus insbesondere auf unserem Projekt am Semmering Basistunnel, Baulos 1.1. Die schwierige Geologie ist nicht nur aus bohrtechnischer Sicht eine absolute Herausforderung und fordert immer wieder kreative Lösungen.
Ein weiteres spannendes Projekt, welches leider vermutlich bald auf unbestimmte Zeit unterbrochen wird, ist der Brenner Basistunnel. Hier werden Vorauserkundungsbohrungen aus dem Erkundungstollen heraus in Vortriebsrichtung abgeteuft. Dabei werden Wasserdrücke von über 100 bar prognostiziert, die den Einsatz spezieller Preventertechnik erfordern.
In Serbien haben wir kürzlich Raisebohrungen in einem Kalksteinbruch hergestellt. Die Schächte mit einem Durchmesser von 3,50m und ca. 120m Teufe dienen dem Steinbruch als Schutterschächte und reduzieren vornehmlich den radgebundenen Transport, der ab einer gewissen Strecke wirtschaftliche und emissionstechnische Nachteile mit sich bringt. Neben technischen Herausforderungen, z.B. in Bezug auf die fehlende Standfestigkeit des Gebirges, konnten auch die Themen hinsichtlich Logistik, bergamtliche Genehmigungen und Materialversorgung in einem nicht-EU-Land mit abgelegenem Projektstandort gemeistert werden.
Ein Blick in die Zukunft – wie sieht es in fünf Jahren aus?
In Bezug auf die Bohrtechnik sind aus meiner Sicht in den kommenden Jahren keine technisch maßgeblichen Entwicklungssprünge zu erwarten. Vielmehr wird der Fokus auf Nutzung der bereits schon heute häufig erfassten und vertraglich geforderten Bohrdaten liegen. Die Basis liegt dabei in einem effizienten möglichst digitalen Bohrdatenmanagement, welches einiges Optimierungspotential beherbergt. Die Digitalisierung der Bohrdaten reduziert den Dokumentationsaufwand und erhöht die Qualität der Daten gleichermaßen. Transparenz und Nutzbarkeit der Daten ermöglichen die Identifikation von Problemstellen, die Analyse von Leistung und Verbrauchsmengen und bilden damit die Grundlage für Kalkulation, Controlling und Baustellenmanagement im Allgemeinen. In weiteren Schritten besteht die Möglichkeit, auf Basis der Bohrdaten Prozesszuordnungen zu definieren, Prozesse entsprechend zu visualisieren und Aufmaß- sowie Abrechnungsblätter für den Kunden automatisch zu generieren.
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“Anything one man can imagine, other men can make real”, schrieb Jules Verne einst. Ein Stück fehlt zwar noch bis zum Mittelpunkt der Erde, aber dass die Menschheit einmal so weit kommen würde, wie Thorsten es jetzt schon ist, war zu seinen Lebzeiten noch ein ferner Traum. Die bislang tiefste Bohrung der Welt drang Ende der Siebziger in Teufen von über 12 Kilometer vor, und kratzte doch nur an der Erdkruste. Bis zum tatsächlichen Erdmittelpunkt fehlen rund 6.000 Kilometer – aber wer weiß, was die Zukunft bringt. Vielleicht behält der Science-Fiction-Prophet, der schon Mitte des 19. Jahrhunderts von U-Booten träumte, auch mit einer Reise zum Mittelpunkt der Erde Recht.
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Über Thorsten Kratz:
Wie auch Professor Lidenbrock stammt auch Thorsten Kratz aus Deutschland. Der studierte Bergbauingenieur arbeitete bereits während seines Doktorats als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bergbaukunde I der RWTH Aachen University im Forschungsbereich konventionelles Schachtabteufen. Nach seiner Promotion wechselte er zur Thyssen Schachtbau GmbH, wo er mittlerweile als Projektleiter in der Alpen- und Balkanregion für Infrastruktur- und Bergbauprojekte mit Tätigkeitsschwerpunkten in den Bereichen Tunnel- und Schachtbau, Raise-Boring, Explorationsbohrungen und Injektionstechnik tätig ist. Das Hauptprojekt ist der Semmering Basistunnel, Baulos 1.1, das er seit Beginn an als Mitglied der technischen Geschäftsführung begleitet.
