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Lagerstättenerkundung und Rohstoffuntersuchung

Die Dr. KRAKOW Rohstoffe GmbH bietet komplexe Leistungen zum Auffinden und Erkunden von Tonrohstoffen an.

Die fachgerechte Suche und Erkundung von Tonlagerstätten setzt Jahrzehnte lange Erfahrung voraus. Dies betrifft vor allem die Standortauswahl als auch die Art und Anzahl der Bohrungen. Durch Erkundungsfehler werden immer wieder Millionen-Investitionen, im wahrsten Sinne des Wortes, in den Sand gesetzt. Infolge dessen stehen Produktionsstandorte am falschen Platz und sind Zeit Lebens mit hohen Kosten für den Ankauf externer Tonrohstoffe belastet. Daher sollte der Rohstofferkundung und Rohstoffuntersuchung allerhöchste Priorität zukommen. 

Geologische Bohrkernaufnahme/Covasna, Rumänien (2008)
Geologische Bohrkernaufnahme/Covasna, Rumänien (2008)
Luftdichtes verpacken von Bohrkernen/Covasna, Rumänien (2008)
Luftdichtes verpacken von Bohrkernen/Covasna, Rumänien (2008)
Behördliche Abstimmung des Erkundungsrasters/Bukarest, Rumänien (2006)
Behördliche Abstimmung des Erkundungsrasters/Bukarest, Rumänien (2006)

Wir bieten hierzu folgende Leistungspakete an:

Vorerkundung

Systematische Vorerkundung höffiger Großräume. Bemusterung vorhandener Tagesaufschlüsse im regionalen Umfeld des geplanten Erkundungsgebietes.

Bohrplan und Konzept

Abteufen erster Bohrungen im weiten Raster. Erstellung eines Bohrplanes mit Art, Anzahl, Lage und Endteufen der einzelnen Aufschlussbohrungen.

Geologische Betreuung

Geologische Betreuung der Bohrarbeiten sowie Aufnahme der Bohrkerne. Individuelle Anpassung des Bohrplanes in Abhängigkeit von den ersten Erkundungsergebnissen.

Probennahme und Transfer

Qualifizierte Entnahme von Bohrkernen und Transport ins Keramiklabor für eine vollständige Rohstoffuntersuchung. Bei Auslandsaufträgen Abwicklung aller Formalitäten.

Eignungsprüfung im Labor

Die Rohstoffuntersuchung umfasst die Ermittlung der keramtechnologischen Kennwerte im Keramiklabor. Georeferenzierte Darstellung der Erkundungsergebnisse in Lageplänen, Bohrprofilen, Schnitten und ISO-Plänen.

Genehmigungsverfahren

Erstellung sämtlicher Antragsunterlagen für das Genehmigungsverfahrens. Abstimmung des Umfangs mit den zuständigen Behörden und Ministerien.

Vorerkundung und Aufschlussmethoden

Es wird zwischen der Vorerkundung sowie zwischen direkten und indirekten Aufschlussmethoden unterschieden. Die Vorerkundung beinhaltet das Sichten, Beschaffen und Bewerten aller verfügbaren geologischen Unterlagen sowie die grundsätzliche Prüfung der Genehmigungsfähigkeit in Bezug auf konkurrierende Nutzungen.

Ziel der Vorerkundung sind die Ausweisung potentiell höffiger Tonareale und die Erstellung eines Erkundungsprogramms mit Angabe von Art, Anzahl und Teufe der geplanten Aufschlüsse. Die geplanten Aufschlüsse sind in Lageplänen zu dokumentieren und im Hinblick auf die voraussichtlichen Kosten zu beziffern.

Zu den direkten Aufschlüssen zählen vor allem Bohrungen jeglicher Art sowie Probeschürfe mittels Hydraulikbagger. Zu den indirekten Aufschlüssen zählen im Wesentlichen die unterschiedlichen seismischen Verfahren der Bohrlochvermessung sowie geophysikalische Messungen an der Geländeoberfläche.

Allgemeine Hinweise zu Bohrverfahren

Bohrverfahren und Bohrdurchmesser richten sich vor allem nach Art und Qualität der benötigten Rohstoffproben. Grundsätzlich sind Bohrverfahren vorzuziehen, bei denen das Bohrgut möglichst ungestört gewonnen wird. In plastischen Tonen sowie überlagernden Lockersedimenten sind wegen mangelnder Erosionsstabilität nur Trockenbohrverfahren anzuwenden. Die Bohrlöcher sind entsprechend des Bohrfortschritts zu verrohren, damit kein Bohrlochnachfall ins Bohrgut gelangt.

Um Setzungen und Umweltschäden zu vermeiden, müssen die Bohrlöcher mit dem abschließenden Ziehen der Verrohrung sorgfältig verfüllt werden. Insbesondere beim Antreffen von gespanntem Grundwasser muss die hydraulische Sperrwirkung des ursprünglich vorhandenen Schichtverbandes durch Verfüllung mit technischem Quellton unbedingt wieder hergestellt werden.

Kombiniertes Rammkern-/Seilkernbohrverfahren SK6L
Kombiniertes Rammkern-/Seilkernbohrverfahren SK6L
Freibohren des Kernrohres nach dem Verfahren SK6L
Freibohren des Kernrohres nach dem Verfahren SK6L
Gewinnung des Kernrohres mit Bohrkern im PVC-Inliner
Gewinnung des Kernrohres mit Bohrkern im PVC-Inliner

Empfehlungen für die Ziegelindustrie

Aus der Vielzahl der Bohrverfahren ist für die Ziegelindustrie vor allem das kombinierte Rammkern-/Seilkernbohrverfahren SK6L zu empfehlen. Um durchgehend ungestörte, vollständige und teufengerechte Rohstoffproben aus geologischen Formationen der Klassen 1-5 nach DIN 18 300 (Tone, Lehme, Mergel und andere Lockergesteine) zu erhalten, wird das Rammkernbohrverfahren erfolgreich eingesetzt.

Hierbei wird das Rammkernrohr mit einer auf den Untergrund angepassten Bohrkrone bestückt und mit einem Rammbären in den Untergrund getrieben. Danach wird das Rammkernrohr mit einer Rohrtour (Durchmesser 168 mm) überbohrt und somit die Bohrlochwand gesichert. Anschließend wird das Rammkernrohr von der Bohrlochsohle gelöst und über eine Seilfangvorrichtung geborgen. Ein Bohrkerndurchmesser von 101 mm hat sich allgemein durchgesetzt, weil das Verhältnis der gewonnenen Probenmenge zum Bohrlochdurchmesser sehr günstig ist.

Schema des Rammkern-/Seilkernbohrverfahres (aus: Krakow & Homrighausen, 1997)
Schema des Rammkern-/Seilkernbohrverfahres (aus: Krakow & Homrighausen, 1997)
Bohrkerne aus Rammkernverfahren, Klassen 1-5 nach DIN 18 300
Bohrkerne aus Rammkernverfahren, Klassen 1-5 nach DIN 18 300
Bohrkerne aus Seilkernbohrverfahren, Klassen 6-7 nach DIN 18 300
Bohrkerne aus Seilkernbohrverfahren, Klassen 6-7 nach DIN 18 300

Für die exakte Erkundung von geologischen Formationen der Klassen 6-7 nach DIN 18 300 (Tonsteine, Schiefertone, Tonschiefer, Phyllitschiefer und andere Festgesteine) stellt das Rotary-Seilkernbohrverfahren mit Doppelkernrohr heute die bevorzugte Aufschlussmethode dar. Der gängigste Bohrdurchmesser für die Erkundung ist 146 mm mit einem Kerndurchmesser von 101 mm. Der Spülungsfluss erfolgt über Kolbenpumpen aus einer Spülwanne bzw. einem Spülteich durch das Gestänge, sodass die Spülung zwischen Außen- und Innenrohr vorbeifließt und eine unerwünschte Beeinflussung des Bohrkerns weitgehend vermieden wird.

Erfolgreiche Ziegeltonerkundung/Eggegebirge (2007)
Erfolgreiche Ziegeltonerkundung/Eggegebirge (2007)
Unverritztes Ziegeltongelände im Rhätkeuper/Eggegebirge (2007)
Unverritztes Ziegeltongelände im Rhätkeuper/Eggegebirge (2007)
Aufgeschlossenes Ziegeltongelände im Rhätkeuper/Eggegebirge (2016)
Aufgeschlossenes Ziegeltongelände im Rhätkeuper/Eggegebirge (2016)

Kernqualität und Kerngewinn hängen maßgeblich von der Wahl der eingesetzten Bohrkronen ab. Anzustreben ist ein Kerngewinn von 95 %. In festen Tongesteinen sind generell Hartstiftkronen und corboritbesetzte Kronen unterschiedlichen Typs zu empfehlen. Mit der Seilkernbohrmethode sind, vom Standrohr abgesehen, unverrohrte Kernbohrungen von mehreren Hundert Metern möglich. Damit ist es ein wirtschaftliches Bohrverfahren, um in Festgesteinsformationen saubere Aufschlüsse mit der Gewinnung teufengerechter Proben zu erhalten.

Probeschürfe mit Hydraulikbagger

Mit Hilfe eines tieflöffelbestückten Hydraulikbaggers können geologische Formationen der Klassen 1-5 nach DIN 18 300 problemlos bis in Teufen von rund 5 Meter unter Gelände erkundet werden. Die Vorteile dieser Methode liegen vor allem in der großdimensionierten Aufschlussgeometrie, der Möglichkeit große Probenmengen zu entnehmen und in dem vergleichsweise geringen Zeit- und Kostenaufwand. In kurzer Zeit können viele Aufschlüsse niedergebracht und geologisch aufgenommen werden.

Als nachteilig ist neben der geringen Erkundungstiefe vor allem das Ausmaß der Flurschäden anzusehen. Unabhängig davon sind die Schürfe nach der Aufnahme wieder sorgfältig und horizontgerecht zu verschließen. Vor allem in der Explorationsphase sind Baggerschürfe zur Verdichtung des Aufschlussrasters und zur Gewinnung ausreichender Probemengen zu empfehlen.

Baggerschurf als direktes Aufschlussverfahren in Lockergesteinen
Baggerschurf als direktes Aufschlussverfahren in Lockergesteinen
Möglichkeit zur Gewinnung großer Probenmengen in Lockergesteinen
Möglichkeit zur Gewinnung großer Probenmengen in Lockergesteinen
Möglichkeit zur Durchführung erster Produktionsversuche im Ziegelwerk
Möglichkeit zur Durchführung erster Produktionsversuche im Ziegelwerk

Geophysikalische Messungen

Geophysikalische Messungen an der Geländeoberfläche basieren methodisch auf der Verfolgung von Grenzflächen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Untergrundes, wie der Fortpflanzungsgeschwindigkeit für seismische Wellen oder dem elektrischen Widerstand. Voraussetzung ist, dass der Untergrund möglichst nur zweischichtig aufgebaut ist und dass sich diese Schichten in ihren Wellengeschwindigkeiten bzw. in ihrem elektrischen Widerstand möglichst deutlich voneinander unterscheiden.

Vorteile der Methode liegen vor allem im flächendeckenden Aufschluss und im vergleichsweise geringen finanziellen Aufwand. Begrenzungen resultieren aus der zwingenden Korrelation der Messergebnisse mit den Ergebnissen direkter Aufschlussmethoden, in der Regel mit Kernbohrungen. Geophysikalische Erkundungen können zur Verdichtung des Aufschlussrasters empfohlen werden, sofern Befunde aus direkten Aufschlüsse positiv sind.

Dokumentation und Vorbereitung des Abgrabungsverfahrens

Maßnahmen zur Lagerstättenerkundung sind in aller Regel mit einem hohem finanziellen Aufwand und Risiko verbunden. Daher sollten alle Arbeitsergebnisse sorgfältig dokumentiert werden. Zu diesem Zweck sind alle Aufschlusspunkte und Probenahmestellen zu georeferenzieren und in entsprechenden Kartenunterlagen darzustellen. Zur Erstellung des behördlich geforderten Lagerstättennachweises müssen visuelle Geländebefunde/Schichtenverzeichnisse durch qualifiziere Laborversuche untersetzt werden. Es muss nachgewiesen werden, dass das erkundete Vorkommen in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Im Rahmen einer gesonderten keramtechnologischen Eignungsprüfung muss nachvollziehbar gezeigt werden, dass das erkundete Vorkommen tatsächlich für den geplanten Einsatzzweck geeignet ist. In Bezug auf die Ziegelindustrie ist dabei grob zwischen den Hauptproduktgruppen Mauerziegel, Klinker und Dachziegel zu differenzieren. Die Dauer der Abgrabungsverfahren ist von Land zu Land unterschiedlich. Tendenziell werden die Verfahren immer aufwendiger. In der EU sind Zeiten zwischen fünf und zehn Jahren realistisch. Immer wieder werden diese Vorlaufzeiten unterschätzt. Oft mit fatalen Folgen.