Südamerikanische Untertagebauunternehmen setzen tragbare Luftkompressoren für Belüftungs- und Ortsbohrarbeiten ein.

Ende 2025 erhielt ich eine technische Anfrage eines peruanischen Bergbauunternehmens, die mich veranlasste, die Spezifikation von tragbaren Luftkompressoren für Untertageanwendungen neu zu prüfen. Das Unternehmen betrieb eine Goldmine in den peruanischen Anden auf 3.600 m Höhe und nutzte bisher eine Kombination aus elektrisch betriebenen Axialventilatoren zur Belüftung und einem separaten Druckluftsystem für die Ortsbrustbohrung. Die bestehende Anlage wies zwei grundlegende Probleme auf: Das Belüftungssystem benötigte eine separate 400-V-Leitung, die häufig durch die im engen Stollen fahrenden Muldenkipper beschädigt wurde, und das Luftvolumen der Ventilatoren lag in der Höhe aufgrund der geringeren Luftdichte etwa 30 % unter der vom Hersteller angegebenen Nennleistung für Meereshöhe. Der Projektleiter des Unternehmens fragte an, ob ein einziger tragbarer Kaishan-Dieselkompressor sowohl die Belüftungs- als auch die Bohrluft mit demselben Gerät liefern könnte, wodurch die elektrische Infrastruktur entfiele und die Gesamtzuverlässigkeit des Systems verbessert würde. Im Januar 2026 besuchte ich die Mine, um Messungen vor Ort durchzuführen und eine Empfehlung für die Kompressorspezifikation abzugeben.

Die Höhenminderungsberechnung, die die Zwei-Einheiten-Konfiguration für die peruanische Mine definierte

Mein erster Analyseschritt bestand in der Berechnung des Höhenminderungsfaktors für den Untertagebau. In 3.600 m Höhe beträgt der Luftdruck etwa 64 kPa im Vergleich zu 101,3 kPa auf Meereshöhe – eine Reduzierung der verfügbaren Ansaugluftdichte um 37 %. Bei einem dieselbetriebenen Schraubenkompressor sinkt die Motorleistung um etwa 1 % pro 100 m Höhe über 1.000 m, was einem Leistungsverlust von 26 % in 3.600 m Höhe entspricht. Auch das Verdichterelement selbst erfährt eine reduzierte Ansaugluftdichte, obwohl… Ein Schraubenkompressor Mit einem ausreichend dimensionierten Einlass erreicht das System in dieser Höhe ca. 90 % seiner Frischluftleistung auf Meereshöhe, sofern der Motor über genügend Leistungsreserven verfügt, um das Element mit Nenndrehzahl anzutreiben. Meine Berechnungen ergaben, dass eine einzelne Einheit mit einer Leistung von 22 m³/min auf Meereshöhe in 3.600 m Höhe ca. 16,5 m³/min liefern würde. Davon wären ca. 5 m³/min für die pneumatische Ortsbrustbohrausrüstung erforderlich – sodass nur noch 11,5 m³/min für die Belüftungsdüsen übrig blieben. Der Belüftungsingenieur des Auftragnehmers berechnete, dass der Hauptstollen mindestens 18 m³/min Frischluft benötigt, um die Dieselpartikelkonzentration unter dem von der peruanischen Bergbehörde festgelegten Grenzwert von 1,5 mg/m³ zu halten. Ein einzelner Kompressor kann den Bedarf für Bohren und Belüftung nicht gleichzeitig decken. Ich empfahl daher eine Konfiguration mit zwei Einheiten: eine primäre Einheit für die Belüftungsdüsen und eine als Backup dienende Einheit für das Bohren, jeweils mit einem Querverbindungsverteiler, der es ermöglicht, dass jede Einheit das Belüftungssystem versorgt, falls die andere ausfällt. Diese Konfiguration bot zudem eine Betriebsredundanz, die dem vorherigen Ein-Lüfter-System fehlte.

Leistung des Lüftungsinjektors im Vergleich zum vorherigen elektrischen Lüftersystem

Der Auftragnehmer installierte die beiden tragbaren Kaishan-Kompressoren am Frischlufteinlass. Diese sind an ein Venturi-Ejektorsystem mit 250 mm Durchmesser angeschlossen, das Frischluft mit einer gemessenen Luftmenge von 22,5 m³/min durch den Stollen förderte – eine Verbesserung von 40 % gegenüber den 16 m³/min des vorherigen elektrischen Lüftersystems an derselben Stelle. Das Ejektorsystem beseitigte die Gefahren durch die Kabelführung, da die Druckluftleitung vom Kompressor zum Ejektor ein Standard-Stahlrohr mit einer Betriebsdruckauslegung von 10 bar war und nicht ein empfindliches 400-V-Kabel, das entlang der Stollenwand verlegt worden wäre. Der Auftragnehmer berichtete, dass es beim vorherigen elektrischen Lüftersystem in den vorangegangenen zwölf Monaten drei Kabelschäden gegeben hatte, die jeweils einen kompletten Produktionsausfall aufgrund der Kabelreparatur erforderten – insgesamt etwa 24 Stunden Ausfallzeit mit einem geschätzten Produktionsverlust von 18.000 USD pro Vorfall. Während der 90-tägigen Testphase mit dem Druckluft-Ejektorsystem traten keine ungeplanten Ausfallzeiten aufgrund von Störungen des Belüftungssystems auf. Die vom Sicherheitsbeauftragten des Bergwerks an der Ortsbrust (600 m vom Stollenportal entfernt) gemessenen Dieselrußpartikelkonzentrationen lagen im Versuchszeitraum im Durchschnitt bei 1,2 mg/m³, unter dem OSINERGMIN-Grenzwert von 1,5 mg/m³ und deutlich unter dem Durchschnittswert von 2,8 mg/m³, der unter dem elektrischen Lüftersystem gemessen wurde. Die Verbesserung ist auf das höhere Luftvolumen und den konstanten Volumenstrom zurückzuführen, die durch die Konstantdruckregelung des Schraubenkompressors im Vergleich zur drehzahlvariablen Kennlinie des elektrischen Lüfters bei schwankendem Belüftungswiderstand im Bergwerk während des Stollenvortriebs gewährleistet werden.

Reduzierung der Zykluszeit beim Stirnbohren durch die Konstruktion des Kreuzverbindungsverteilers

Die Bohrausrüstung an der Ortsbrust bestand aus einem pneumatischen Einarmbohrgerät, das mit 6 bar Druck und einem Verbrauch von ca. 4,8 m³/min arbeitete. Im vorherigen System wurde das Bohrgerät von einem stationären Kompressor versorgt, der 200 m von der Ortsbrust entfernt stand. Der Druckabfall in der 25 mm dicken Rohrleitung betrug bei Volllast durchschnittlich 0,8 bar. Mit dem neuen Querverbindungsverteiler wurde das Bohrgerät vom Reservekompressor am Portal – über eine 600 m lange Rohrleitung – versorgt. Der gemessene Druckabfall betrug jedoch nur noch 0,35 bar, da der Rohrdurchmesser im Vergleich zu den vorherigen 25 mm auf 50 mm erhöht wurde. Diese einfache Änderung des Rohrdurchmessers reduzierte den Druckverlust um 56 % und erhöhte den Betriebsdruck des Bohrgeräts von 5,2 bar auf 6,2 bar. Die Bohrgeschwindigkeit stieg um 35 %, wodurch sich die durchschnittliche Bohrzykluszeit pro Sprengloch von 4,5 Minuten auf 2,9 Minuten verkürzte. Der Auftragnehmer berechnete, dass diese Reduzierung der Bohrzeit zwei zusätzliche Sprengzyklen pro 12-Stunden-Schicht ermöglichte und die tägliche Erzproduktion um ca. 180 Tonnen steigerte. Die Druckluftverteiler-Querverbindung bestand aus einer einfachen Ventilanordnung mit je einem 50-mm-Absperrventil an jedem Kompressorausgang, verbunden durch ein 50-mm-Stahlrohr mit Gewindeflanschen. Die gesamten Materialkosten beliefen sich auf ca. 1.200 USD, inklusive des Rohrs mit größerem Durchmesser, der beiden Absperrventile und der Flanschverbindungen. Allein die durch die Zeitersparnis beim Bohren erzielte Mehrproduktion amortisierte die Modifikation des Verteilers innerhalb der ersten neun Betriebstage. Ich habe diese Optimierung des Rohrdurchmessers seither allen Bergbauunternehmen empfohlen, die pneumatische Bohrgeräte in Entfernungen von mehr als 300 m vom Kompressor betreiben.

Vergleich des Dieselverbrauchs und der Wartungskosten zwischen den beiden Systemen

Der Dieselverbrauch beider mobiler Kompressoren lag im Durchschnitt bei 18,5 l/h bei 70 % Auslastung während des 90-tägigen Tests. Der Kompressor für die Belüftung lief dabei mit 85 % Auslastung, der Bohrkompressor als Backup mit 35 %. Das vorherige System verbrauchte 22 l/h für das separate elektrische Lüftersystem – das von einem Dieselgenerator betrieben wurde, da die Mine am Stollen nicht an das Stromnetz angeschlossen war – und zusätzlich 8 l/h für den stationären Bohrkompressor, insgesamt also 30 l/h. Das neue System reduzierte den Dieselverbrauch um 38 % und sparte 11,5 l/h ein. Bei einem peruanischen Dieselpreis von ca. 1,10 USD/l zum Zeitpunkt des Tests beliefen sich die Kraftstoffeinsparungen auf ca. 12,65 USD/h bzw. 303,60 USD pro 24-Stunden-Betriebstag. Auch die Wartungskosten fielen mit der Konfiguration aus zwei mobilen Einheiten günstiger aus. Die mobilen Kompressoren von Kaishan verwenden denselben Motortyp, wodurch sich die Ersatzteillagerhaltung auf einen einzigen Satz Filter, Riemen und Öl für beide Geräte vereinfachte. Das Ölwechselintervall betrug für beide Kompressoren 500 Stunden, im Vergleich zu den separaten 250-Stunden-Intervallen für den Dieselgenerator und den stationären Kompressor aufgrund ihrer unterschiedlichen Motortypen. Die prognostizierten jährlichen Wartungskosten beliefen sich auf 4.800 USD für die beiden mobilen Kompressoren, gegenüber 8.200 USD für die vorherige Kombination aus Generator und stationärem Kompressor. Der Wartungsleiter des Auftragnehmers merkte an, dass die einheitliche Motorplattform auch den Schulungsaufwand für die Mechaniker reduzierte: Jeder Mechaniker, der einen Kompressor warten konnte, konnte beide warten, während das vorherige System eine Schulung für drei verschiedene Motorplattformen erforderte.

Kaltstartzuverlässigkeit in Andenhöhe und bei niedrigen Nachttemperaturen

Ein vor dem Test geäußerter betrieblicher Bedenken betraf die Kaltstartsicherheit der Dieselmotoren am Minenstandort, wo die Nachttemperaturen in 3.600 m Höhe auf -5 °C und nach starkem Schneefall gelegentlich sogar auf -10 °C sinken können. Die tragbaren Kompressoren von Kaishan wurden mit einem optionalen Kaltstartpaket ausgestattet, das eine Batterieheizung, eine Kühlmittelumwälzheizung und synthetisches 5W-40-Motorenöl für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen umfasste. Während des 90-tägigen Tests starteten die Geräte an 87 von 90 Betriebstagen beim ersten Versuch. Die drei Fehlstarts ereigneten sich morgens nach starkem Schneefall, als die Umgebungstemperatur auf -10 °C gefallen war und die Batterieheizung den Schutzschalter des Ladegeräts ausgelöst hatte. Das Wartungsteam des Auftragnehmers setzte den Schutzschalter zurück, und die Geräte starteten jedes Mal beim zweiten Versuch. Ich empfahl die Installation eines separaten 240-V-Stromkreises für die Batterieheizung mit einem auf 10 A eingestellten thermischen Überlastrelais, um zukünftige Schutzschalterauslösungen durch Einschaltströme zu verhindern. Nachdem diese Modifikation in der letzten Testwoche implementiert worden war, traten keine weiteren Startprobleme auf. Die Kaltstartzuverlässigkeit stellte eine deutliche Verbesserung gegenüber dem vorherigen elektrischen Lüftersystem dar, bei dem der Dieselgenerator an kalten Morgen manuell per Seilzug gestartet werden musste – ein Vorgang, der üblicherweise 20 bis 30 Minuten Arbeitszeit in Anspruch nahm und durch den Seilzugmechanismus ein Risiko für Rückenverletzungen barg.

ROI-Berechnung, Amortisationszeit und Flottenerweiterungsplan

Die Ergebnisse des 90-tägigen Tests wurden dem Minenbetreiber als formelle ROI-Analyse vorgelegt. Die Gesamtinvestition für die beiden mobilen Kompressoren, das Ejektorsystem, den Verteiler und die komplette Rohrleitungsinfrastruktur belief sich auf 58.000 USD (Lieferung und Inbetriebnahme vor Ort). Die jährlichen Betriebskosteneinsparungen wurden auf 87.000 USD berechnet, aufgeteilt in 68.000 USD Kraftstoffeinsparungen, 12.000 USD Wartungseinsparungen und ca. 7.000 USD entfallende Kabelreparaturkosten. Die einfache Amortisationszeit, basierend allein auf den Betriebskosteneinsparungen, betrug 8 Monate. Berücksichtigt man jedoch den zusätzlichen Erzförderwert aus dem schnelleren Bohrzyklus – bewertet mit ca. 54.000 USD pro Jahr bei einem aktuellen Goldpreis von 2.650 USD pro Feinunze und einem durchschnittlichen Erzgehalt der Mine von 3,2 Gramm pro Tonne – verkürzte sich die effektive Amortisationszeit auf 4,7 Monate. Der Auftragnehmer hat inzwischen zwei weitere mobile Kaishan-Kompressoren für einen zweiten Stollen in derselben Mine bestellt und prüft die gleiche Zwei-Einheiten-Verteilerkonfiguration für ein neues Untertage-Kupferprojekt in Südperu, dessen Erschließung im dritten Quartal 2026 beginnen soll. Der Minenbetreiber hat außerdem ein technisches Angebot für die Nachrüstung des dritten Stollens mit demselben System angefordert. Ich habe die Berechnungsmethode für die Höhenminderung und die Zwei-Einheiten-Verteilerkonfiguration in die Standardvorlage für technische Angebote aufgenommen, die ich allen Bergbauunternehmen zur Verfügung stelle, die in Höhenlagen über 2.500 m tätig sind.

Materialauswahl für Druckluftleitungen im Untertagebau

Die Materialauswahl für die 600 m lange Druckluftleitung vom Stollenportal zur Ortsbrust erforderte die Berücksichtigung der Bedingungen unter Tage. Im peruanischen Bergwerk herrschte eine relative Luftfeuchtigkeit von 85–95 %, gelegentlich trat saures Wasser mit einem pH-Wert von bis zu 5,2 aus, und es bestand die Gefahr mechanischer Beschädigungen durch den Muldenkipperverkehr. Für die Hauptleitung wurde Standard-Stahlrohr der Serie 40 mit einem Korrosionszuschlag von 3 mm über dem erforderlichen Betriebsdruck gewählt. Das Rohr wurde im Abstand von 3 m mit verzinkten Stahlhaken an der Stollendecke befestigt, sodass es die Durchfahrtshöhe der Muldenkipper von 2,5 m nicht unterschritt. Das Gesamtgewicht der 600 m langen Leitung betrug 2.640 kg; sie wurde in 6 m langen Abschnitten mit Gewindekupplungen geliefert. Die Montagemannschaft des Auftragnehmers schloss die Installation der Rohrleitung in drei Schichten ab – in etwa der Hälfte der Zeit, die für die vorherige Installation des 400-V-Kabels benötigt wurde, da die Rohrabschnitte mit einfachen Gewindekupplungen verbunden wurden und kein Elektriker mit Kabelverbindungen zum Einsatz kommen musste. Die Rohrleitung wurde vor der Inbetriebnahme mit einem hydrostatischen Druck von 12 bar geprüft, wobei an keiner der 100 Kupplungen Leckagen festgestellt wurden. Bei der Auswahl der Rohrleitung wurde auch eine zukünftige Erweiterung berücksichtigt: Das Rohr mit 50 mm Durchmesser hat eine Kapazität von bis zu 30 m³/min bei 7 bar und bietet damit eine Kapazitätsreserve von 33 % für den geplanten zweiten Anschluss. Die Druckluftleitung kostete etwa 60 % einer gleichwertigen Elektrokabelinstallation ähnlicher Länge, da die Rohrkosten pro Meter etwa die Hälfte der Kosten eines 400-V-Panzerkabels betragen und die Installationskosten aufgrund der einfacheren Verbindungsmethode geringer sind.

Häufig gestellte Fragen