Die Effizienz der Produktionsprozesse im Steinbruch wird in hohem Maße durch die Qualität und Wirksamkeit der Sprengarbeiten bestimmt, die die erste und zugleich eine der strategisch wichtigsten Phasen der Gesteinsgewinnung darstellen. Der Ablauf der Sprengung definiert die Kornverteilung des Haufwerks, die wiederum direkten Einfluss auf die Leistungsparameter und die Gesamtkosten der nachfolgenden Zerkleinerungs- und Siebprozesse hat – einschließlich des Energiebedarfs der gesamten Aufbereitungsanlage.
Eine unzureichende Fragmentierung – unabhängig davon, ob sie zu grob oder übermäßig fein ist – stört das Gleichgewicht der gesamten Prozesskette. Zu große Gesteinsbrocken reduzieren die Durchsatzleistung der Brecher und erfordern zusätzliche Bearbeitungsschritte, während eine übermäßige Zerkleinerung hohe Kosten für Sprengstoffe verursacht, die den Nutzen geringerer Energieverbräuche in späteren Prozessstufen übersteigen können.
Herausforderungen beim Ausgleich von Spreng- und Aufbereitungskosten
Ein zentraler Aspekt des Produktionsmanagements ist die Aufrechterhaltung eines optimalen Verhältnisses zwischen den Kosten der Sprengarbeiten und den Kosten der nachgelagerten Materialaufbereitung. Dies erfordert eine kontinuierliche Überwachung der Sprengqualität sowie eine detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen Fragmentierungsgrad, Produktionsleistung und Energieverbrauch der Anlage.
Moderne Steinbrüche stehen daher vor der Herausforderung, nicht nur geeignete Sprengparameter festzulegen, sondern auch Daten aus unterschiedlichen Produktionsstufen zu integrieren. Im Zuge der Digitalisierung der Bergbau- und Rohstoffindustrie gewinnt die Fähigkeit zur Zusammenführung und Interpretation von Prozessdaten zunehmend an Bedeutung, um komplexe technologische Wechselwirkungen besser zu verstehen und die Fragmentierung des Haufwerks gezielt zu steuern.
Sprengarbeiten – Bedeutung der Parameter für die Haufwerksqualität
Der Sprengprozess erfordert eine präzise Auswahl zahlreicher technischer Parameter, darunter Art und Menge der Sprengstoffe, Dichte und Geometrie des Bohrlochrasters sowie die Art der Zündung. Jeder dieser Faktoren beeinflusst das Bruchverhalten des Gesteins und die finale Struktur des Haufwerks.
Eine zu geringe Lademenge führt zur Bildung von Überkorn, also großen Gesteinsblöcken, die die Effizienz der Zerkleinerung erheblich verringern und überdurchschnittliche Betriebskosten verursachen. Eine zu hohe Intensität der Sprengarbeiten verbessert zwar die Fragmentierung, geht jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen Verbrauch an Sprengstoffen einher. Die Optimierung besteht daher in der Auswahl solcher Parameter, die die Summe aus Sprengkosten und nachgelagerten spezifischen Energiekosten der Zerkleinerung minimieren – und nicht nur einen dieser Faktoren isoliert betrachten.
Fotoanalyse des Haufwerks und Sieblinien als Instrumente der Produktionskontrolle
Die Fotoanalyse des Haufwerks ermöglicht eine detaillierte Bewertung der Sprengergebnisse anhand von Bildern, die unmittelbar nach der Sprengung aufgenommen werden. Bildverarbeitungsalgorithmen erzeugen daraus Sieblinien, die den prozentualen Anteil einzelner Kornfraktionen sowie deren Übereinstimmung mit technologischen Anforderungen darstellen.
Die Sieblinie ist eines der wichtigsten Werkzeuge der Qualitätskontrolle. Sie erlaubt eine schnelle Identifikation von Abweichungen in der Fragmentierung, die Bewertung der Stabilität des Sprengprozesses sowie die Anpassung der Parameter für nachfolgende Sprengungen. Dadurch wird eine aktive Steuerung der Haufwerksqualität bereits vor dem Eintritt in die Aufbereitungskette ermöglicht.
Integration von TMS-Daten – Analyse von Leistung und spezifischem Energieverbrauch
Das TMS-System ist ein fortschrittliches Werkzeug zur Überwachung operativer Prozesse in Steinbrüchen. Sensoren auf Muldenkippern sowie Wiegesysteme erfassen die transportierte Materialmenge, die Zykluszeiten des Transports und den Energieverbrauch, wodurch der spezifische Energieverbrauch (kWh/t) berechnet werden kann.
Die Kombination der TMS-Daten mit Ergebnissen der Fotoanalyse und den Sieblinien liefert ein vollständiges Bild des Einflusses der Sprengqualität auf nachfolgende Produktionsstufen. Die Analysen zeigen eindeutig, dass eine Verschlechterung der Fragmentierung in Form größerer Korndurchmesser zu einer Reduzierung der Brecherleistung und zu einem höheren Energiebedarf führt. Eine sehr gute Fragmentierung hingegen – erreicht durch höheren Sprengstoffverbrauch – senkt zwar den Energieverbrauch der Aufbereitung, erhöht jedoch die Kosten der Sprengarbeiten.
Durch die Datenintegration kann der optimale Kompromisspunkt bestimmt werden, also ein Parametersatz, der die Gesamtkosten der Produktion minimiert.
Kostenoptimierung im Steinbruch
Aus wirtschaftlicher Sicht ist es notwendig, zwei grundlegende Kostenblöcke gleichzeitig zu berücksichtigen:
- Kosten der Sprengarbeiten, abhängig von der Auswahl der Sprengstoffe und den Parametern des Bohr- und Sprengplans,
- Kosten der elektrischen Energie, die aus Zerkleinerungs- und Siebprozessen resultieren.
Erst eine gemeinsame Analyse ermöglicht eine fundierte Steuerung der Fragmentierung und der Produktionsleistung. Die Verbindung von fotoanalytischen und operativen Daten im TMS erlaubt multidimensionale Analysen, die Bestimmung minimaler spezifischer Kosten sowie die Definition von Betriebsparametern, die an die geologischen Eigenschaften der Lagerstätte angepasst sind.
Lokalisierung und Effizienz – Nutzung räumlicher Daten im TMS
Die Erweiterung des TMS um räumliche Datenfunktionen ermöglicht die Rückverfolgung der Herkunft des Haufwerks bis zum genauen Ladeort. Die Korrelation des Fragmentierungsgrades mit konkreten Abbaubereichen erlaubt die Bewertung der geologischen Variabilität der Lagerstätte und deren Einfluss auf die Wirksamkeit der Sprengtechnik sowie auf den Energiebedarf der gesamten Aufbereitung.
Solche Analysen unterstützen eine Produktionsplanung unter Berücksichtigung lokaler geologischer Bedingungen und ermöglichen eine präzisere Steuerung der Sprengarbeiten sowie eine Steigerung der Effizienz der gesamten Produktionskette.
TMS als strategisches Werkzeug zur Optimierung von Produktion und Gesteinsqualität
Die fortgeschrittene Integration von fotoanalytischen Daten, Sieblinien und operativen Parametern aus dem TMS ermöglicht ein systematisches Management der Gesteinsproduktion durch:
- präzise Planung und Anpassung der Sprengparameter,
- Optimierung des Energieverbrauchs in nachgelagerten Prozessstufen,
- Maximierung der Brecherleistung,
- Sicherstellung einer stabilen und reproduzierbaren Haufwerksqualität.
Infolgedessen geht TMS weit über die Rolle eines reinen Logistiksystems hinaus und wird zu einem strategischen Instrument der Qualitäts- und Effizienzsteuerung, das technische und wirtschaftliche Entscheidungen unterstützt und die Wettbewerbsfähigkeit des gesamten Betriebs stärkt.