Schachtausbau

Damit bei Schächten nicht die seitlichen Stöße hereinbrechen, müssen diese mit geeigneten Materialien ausgekleidet werden. Der Schachtausbau soll das Eindringen von Wasser verhindern und zusätzlich gegen den Nachfall von Gesteinsplatten schützen. Zudem soll der Schachtausbau einen bestimmten Widerstand gegen seitlich wirkenden Gebirgsdruck bieten. Der Schachtausbau dient außerdem zur Aufnahme der Einstriche und anderer Schachteinbauten. Die Anforderungen an das Ausbaumaterial sind bei Tagesschächten größer als bei Blindschächten. Der verwendete Schachtausbau beeinflusst auch wesentlich die Querschnittsform des Schachtes. Außerdem ist der Ausbau auch ein großer Kostenfaktor beim Abteufen des Schachtes. Der Ausbau der Schächte erfolgte früher mit unterschiedlichen Hölzern. Diese Form des Schachtausbaus aus Holz wurde bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts angewendet, man nannte dieses dann die Schachtzimmerung. Das Ausschalen bzw. Auskleiden eines Schachtes mit Holz bezeichneten die Bergleute als Auszimmern. Später ging man dazu über Schächte mit einer Mauerung als Schachtausbau zu versehen. Im 20. Jahrhundert erfolgte der Ausbau entweder mit geschlossenen Gusseisen- oder Stahlsegmenten oder Stahlringen, die je nach Bedarf mit Verzug versehen und mit geeigneten Materialien hinterfüllt wurden. Heute werden bei neu erstellten Schächten die Stöße mittels Betonausbau abgesichert. Hierzu verwendet man oftmals auch Betonfertigteile, sogenannte Tübbinge.

Die hölzerne Schachtzimmerung hat in ihrem prinzipiellen Aufbau oftmals Parallelen mit der Streckenzimmerung. Sie wird mit großer Genauigkeit in den Schacht eingebracht, damit die Stöße nicht einbrechen können. Je nach Erfordernis werden unterschiedliche Formen und Arten der Schachtzimmerung in den jeweiligen Schacht eingebaut. Um unsichere Bereiche im Schacht abzustützen, ist es in der Regel ausreichend eine, aus einzelnen Hölzern bestehende, einfache Zimmerung einzubringen. Eine einfache Form der Schachtzimmerung war die Reifenzimmerung, die jedoch in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, bei neu abgeteuften Schächten, bergbehördlich verboten wurde. Klassische Schachtzimmerungen können nur in eckigen Schächten verwendet werden. Problematisch ist das Einbringen der Schachtzimmerung, da der Schacht von oben nach unten geteuft wird, die feste Zimmerung jedoch von unten nach oben gebaut wird. Damit beim Abteufen, insbesondere im lockeren Gestein, nicht die Stöße hereinbrechen, wird eine Hilfszimmerung, die sogenannte verlorene Zimmerung, eingebracht. Die verlorene Zimmerung ist eine Art Schalung, die aus Jochen und Kappen besteht, bei starkem Seitendruck werden die Seitenwände mit Einstrichen verspreizt. Die einzelnen Schachtgeviere werden mit Eckbolzen übereinander getragen. Bei rechteckigen Schächten werden die Joche an den kurzen und die Kappen an den langen Stößen angebracht. Sobald festes Gestein erreicht ist, wird die verlorene Zimmerung durch eine feste Zimmerung ersetzt. Zur Verstärkung der Zimmerung bei starkem Gebirgsdruck wurde eine Wandrutenzimmerung eingebracht.

Die Schachtmauerung wird so ähnlich eingebracht wie die Schachtzimmerung. Sie ruht, damit sie genügend Halt hat, auf einem festen Widerlager. Dabei werden Schächte mit einer Teufe von bis zu 100 Metern durchgängig und tiefere Schächte absatzweise ausgemauert. Bei Einbringen der Mauerung im lockeren Gestein kann zunächst kein genügend stabiles Widerlager eingebracht werden. Hierbei wird ein Geviere aus Eichenholz erstellt, das die genaue Schachtform hat und dessen Joche fest in Bühnlöcher gelegt sind. Diese Form dient bei der Mauerung als Schablone. Da die Schachtmauerung ebenfalls von unten nach oben gemauert wird, wird zur Sicherung der Stöße ebenfalls zunächst eine verlorene Zimmerung eingebracht, welche dann hinter der Mauerung zurückbleibt. Die dadurch entstehenden Zwischenräume werden mit geeigneten Materialien hinterfüllt. Bei rechteckigen Schächten müssen, je nachdem ob ein Schacht seiger oder tonnlägig ist, entweder alle Stöße oder nur einige gemauert werden. Vorteilhaft für die Schachtmauerung sind runde oder ovale Schächte, da sich hier der seitliche Gebirgsdruck gleichmäßiger auf die Mauerung verteilt. Für rechteckige Schächte ist die Schachtmauerung weniger geeignet, da gerade Mauern dem seitlichen Gebirgsdruck einen geringeren Widerstand leisten als runde.

Beim Eisenausbau werden speziell geformte Ausbausegmente, die sogenannten Schachtringe, eingebracht. Die einzelnen Schachtringe bestehen aus Profilstahl wie z. B. U-Eisen oder gebogenen Doppel-T-Trägern. Jeder Schachtring besteht aus mehreren Segmenten, die mittels spezieller Laschen miteinander verschraubt werden. Zwischen den einzelnen Schachtringen befinden sich Abstandshalter aus U-Eisen, die mit den Ringen ebenfalls verschraubt werden. Hinter die Schachtringe werden Verzugsmatten eingebracht und der Zwischenraum wird hinterfüllt. Gegenüber der Schachtmauerung hat der Ausbau mit Eisensegmenten große Vorteile: Bei gleicher Stabilität und Festigkeit benötigt der Eisenausbau weniger Platz. Dadurch kann bei gleicher lichter Schachtweite der geteufte Schachtdurchmesser kleiner sein als bei der Schachtmauerung. Außerdem kann der Eisenausbau schon beim Teufen endgültig eingebracht werden und benötigt keine Hilfsschalungen. Auch die Einbauten wie z. B. die Einstriche lassen sich direkt an die Schachtringe schrauben und müssen nicht im Mauerwerk verankert werden. Dadurch ist der Schacht viel früher betriebsbereit. In rechteckigen Schächten wurde teilweise Eisenausbau aus Eisenbahnschienen, Doppel-T-Trägern oder auch U-Eisen verwendet. Die Verbindung der Ausbaue erfolgte entweder direkt oder mittels Verlaschung über Winkellaschen. Nachteilig beim Eisenausbau ist die zerstörerische Auswirkung die durch Rostfraß am Ausbau, insbesondere in Schächten mit Zufluß von Wasser (Grubenwasser), entsteht. Durch Verzinken der Bauteile kann eine Schutzschicht gegen diese Korrosion erstellt werden.

Nachdem Beton und Stahlbeton als Baustoff im Allgemeinen Bauwesen starke Verbreitung gefunden hatte, wurde er auch Anfang des 20. Jahrhunderts als Schachtausbau eingesetzt. Seit den 1960er Jahren wird bei neueren Schächten, der Schachtausbau sehr oft aus Beton hergestellt. Diese Form des Ausbaus wird insbesondere in Bereichen mit starkem Wasserzufluss verwendet. Dies ist erforderlich, da an den Schachtausbau hohe Ansprüche bezüglich der Sicherheit, Präzision und der Effizienz gestellt werden. Der Schachtausbau wird hierbei mit vor Ort hergestelltem Spritzbeton oder mit fertigen Betonsegmenten, sogenannten Tübbingen, hergestellt. Beim Spritzbetonverfahren unterscheidet man zwei Verfahren, das Nass- und das Trockenverfahren. Beim Nassverfahren wird der Spritzbeton vorher schon mit Wasser vermischt und über eine Düse an die zu bearbeitende Wandung gespritzt. Beim Trockenverfahren wird das Wasser erst nach dem Rausspritzen aus der Düse beigegeben. Bei beiden Verfahren kann der Spritzvorgang sowohl manuell als auch maschinell erfolgen. Zur Erschließung von geothermischer Energie gibt es Schachtbauverfahren, bei denen spezielle Tübbinge verwendet werden.

Werden beim Abteufen von Schächten sehr wasserreiche Schichten durchteuft, so ist es in diesen Bereichen erforderlich einen wasserdichten Schachtausbau einzubauen. Eine Möglichkeit, den Schachtausbau in größeren Tiefen wasserdicht zu bauen ist das Einbringen einer Küvelage. Im 19. und 20. Jahrhundert wurden verschiedene Verfahren entwickelt und eingesetzt um wasserführende Schichten in Schächten abzudichten. Eines dieser Verfahren war das Zementierverfahren, bei dem die Abdichtung der wasserführenden Schichten mittels einer Zementsuspension, die unter hohem Druck eingebracht wurde, erfolgte. Das Chemische Verfahren und das Shellperm-Verfahren sind weitere Verfahren die zum Andíchten von wasserführenden Schichten dienen. In Schächten mit schimmendem Deckgebirge wendet man oft das Gefrierschachtverfahren um diese Schichten bis zum Einbau des wasserführenden Schachtausbaus zu stabilisieren. In modernen Schächten werden oftmals zur Abdichtung gegen Wasser Tübbinge als Schachtausbau verwendet.