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Kohlendioxid - Eine unsichtbare Gefahr im Altbergbau

Von Matthias Becker

Man riecht es nicht, man schmeckt es nicht und doch ist es da: Kohlendioxid, richtiger Kohlenstoffdioxid (CO2). Wenn man an gefährliche Gase im Bergbau denkt, dann zunächst an das brennbare und explosive Atmosphären bildende Methan. Der Bergmann spricht von den Schlagenden Wettern. Deren Vorkommen ist bis auf wenige Ausnahmen auf den Stein- und Braunkohlenbergbau begrenzt. Dagegen kann das CO2, bergmännisch Matte Wetter genannt, in praktisch allen aufgelassenen Bergwerken einschließlich natürlicher Höhlen vorhanden sein.

Woher kommt Kohlendioxid?

Das als klimaschädlich verrufene Gas entsteht normalerweise bei der Verbrennung organischer Brennstoffe wie Erdöl und Kohle und ist in unserer Ausatemluft enthalten. Doch wie gelangt es in untertägige Hohlräume?

Es gibt zwei mögliche Ursachen für die Bildung von Kohlendioxid in Grubenräumen. Zum einen werden Ausbauhölzer oder andere organische Werkstoffe von eingeschleppten Schimmelpilzen und Bakterien zersetzt. Die feuchte Umgebung bildet hierbei ein ideales Milieu. Dabei entsteht als Stoffwechselprodukt CO2. Wir kennen das von der Gärung von Bier und Wein oder beim Hefeteig. Weiterhin oxidieren noch anstehende Reste von Kohle im entsprechenden Bergbau langsam unter der Bildung von Kohlendioxid. Durch die allgemein schlechte Bewetterung in stillgelegten Stollen und Schächten kann sich das Gas in gefährlichen Konzentrationen anreichern. Da CO2 etwa doppelt so schwer wie Luft ist, sind vor allem Rampen und Gesenke gefährdet. Der natürliche Luftaustausch wird im Altbergbau durch Verbrüche und die Verwahrung von Tagesöffnungen erschwert.

Die zweite mögliche Entstehungsursache sind Karstvorgänge, die auch im Umfeld künstlicher Gruben stattfinden können. Dabei reagieren saure, eisen- und manganreiche Wasser mit Kalkstein (Kalziumkarbonat, CaCO3). Das Eisen und Mangan fällt als Brauneisenstein bzw. Braunstein aus, Kalziumionen gehen in Lösung und Kohlendioxid wird freigesetzt. Ein großer Teil des Gases verbleibt wegen seiner guten Löslichkeit im Wasser und kann dadurch in entfernte Teile des Grubengebäudes gelangen. Auch Oberflächenwasser können durch mikrobiologische Vorgänge gelöstes CO2 in unterirdische Hohlräume eintragen.

Durch den BGVR e.V. durchgeführte Messungen ergaben in schwach bewetterten Steinkohlenbergwerken an der Ruhr Werte zwischen 0,5 und 2,5 Vol.-%. Spitzenwerte lagen über 3 % Kohlendioxid.


Gaswarner im Altbergbau

Was ist das gefährliche an Kohlendioxid?



Entgegen der verbreiteten Meinung, die Gefahr für den Befahrer käme allein durch die den verdrängten Luftsauerstoff, wirkt CO² toxisch auf den menschlichen Organismus. Ungefährlich gelten Konzentration von höchstens 0,5% CO2 über maximal 8 Stunden oder Spitzenwerte von 1% über höchstens 15 Minuten. Diese gelten daher als Arbeitsplatzgrenzwerte in der deutschen Wirtschaft. Nur unterhalb dieser Werte kann eine Gesundheitsgefährdung aus medizinisch-toxikologischer Sicht ausgeschlossen werden. Bei höheren Kohlendioxid-Expositionen erhöht sich der pH-Wert des menschlichen Blutes und damit verringert sich dessen Lösungsvermögen für den lebenswichtigen Sauerstoff - es kommt zu Respiratorischen Azidose. Anzeichen für eine CO2-Vergiftung treten je nach körperlicher Konstitution ab circa 2,5 Vol.-% auf und äußern sich in einer unwillkürlich verstärkten Atmung, beschleunigtem Puls, einhergehend mit starken Wärmegefühl und Schwitzen. Häufiges Gähnen, Kopfschmerzen und Schwindel können auch ein Anzeichen sein. Bei hohen Konzentrationen kommt es zu Atemnot, Sehstörungen und Bewusstseinsstörungen bis zur Ohnmacht. Werte ab 8% wirken nach kurzer Zeit tödlich.

Wie kann ich mich vor den Gefahren durch Kohlendioxid im Altbergbau schützen?



Die Bergleute im deutschen Untertage-Bergbau sind zum Mitführen eines sogenannten Filterselbstretters verpflichtet. Dieser schützt über eine gewisse Zeit (Flucht) vor der Einwirkung von Kohlenstoffmonoxid als auch -dioxid infolge von Grubenbränden. Eine längere Einsatzdauer (ca. 3-4 Stunden) bieten die nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Geräte der Grubenwehren. Die arbeiten damit auch in schlecht bewetterten, aufgelassenen Grubenbauen im Auftrag der Zentralen Wasserhaltung der RAG. Das Funktionsprinzip der Schutzausrüstung beruht auf der katalytischen Bindung der Kohlenstoffoxide in einer Kalipatrone und Ausgleich der Sauerstoffkonzentration durch Zumischung von reinem Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter. Diese Atemschutztechnik ist sehr teuer und wartungsintensiv. Die Geräte sind sehr sperrig und das Einatmen der durch die Katalyse aufgeheizten 40-50°C warmen Luft bedarf einer medizinischen überwachten Eignung der Träger. Daher ist die Technik für den Befahrer nicht praktikabel, zumal auch die Einsatzdauer begrenzt ist.

Es bleibt nur die Möglichkeit durch eine geeignete Messtechnik sicherzustellen, dass sich in dem zu befahrenden Altbergbau kein CO2 in schädlicher Konzentration angereichert hat. Die nach dem Prinzip der Flammenveränderung bei Sauerstoffmangel arbeitende Benzinsicherheitslampe (Brunnen- oder Wetterlampe) bietet eine nur mäßige Zuverlässigkeit. Zwar geht der Luftsauerstoff analog zum Anstieg der Kohlendioxidkonzentration zurück, jedoch besteht bei 15-16% O2 als oberen Messbereich, entsprechend 5-6% CO2 bereits hohe Lebensgefahr!


Wetterlampe im Altbergbau

Als geeignet haben sich elektronische Infrarotsensoren erwiesen, die auch im Gegensatz zu elektrochemischen Sensoren eine ausreichende Lebenserwartung haben. Die Kohlendioxidmessfühler werden meistens in sogenannten Mehrgasgeräten angeboten und lassen sich mit O2 und Schwefelwasserstoff (Faulgas) kombinieren. Ein katalytischer Explosionsgrenzensensor ist meistens standardmäßig enthalten. Die Messungen des BGVR e.V. wurden mit dem Gerät X am 7000 durchgeführt. Dieses hat eine Bergbauzulassung und wird auch von vielen Feuerwehren oder beim THW zur Gefahrenabwehr eingesetzt. Ein Schutz nach IP 67 sorgt für eine hohe Altbergbautauglichkeit. Eine vergleichbare Technik hat auch das Multiwarn II. Seit kurzen sind wesentlich kompaktere Geräte auf den Markt, z.B. das X am 5600 mit der XXS-Sensor-Technik. Wir möchten an dieser Stelle keine Werbung für die Firma Dräger machen, wir haben nur die meiste Erfahrung mit deren Produkten. Der Nachteil all dieser Geräte ist der Anschaffungspreis im unteren vierstelligen Euro-Bereich bei jährlichen Wartungskosten durch den Werkskundendienst von einigen hundert Euro. Daher erscheint es sinnvoll, sich mit mehreren zuverlässigen Befahrern ein Messgerät zu teilen. Wer hier spart, gefährdet möglicherweise sein Leben! Bei preisgünstigen Geräten aus dem Internet sollte man auf die Kalibrierfähigkeit und Lebensdauer, ausreichenden Schutz der Elektronik und vor allem auf den Messbereich achten. Einige Geräte sind nur für die Überwachung von Arbeitsplätzen gedacht und decken nur einen kleinen Bereich ab. Die Genauigkeit nimmt auch bei der vollen Ausschöpfung des Messbereiches ab.


Gaswarngerät Dräger

Bei plötzlichem Anstieg der Messwerte und/oder Auftreten der zuvor genannten Vergiftungssymptome (beschleunigte Atmung, Kopfschmerzen etc.) sollte umgehend, aber möglichst ruhig auf kürzesten, wenig exponierten Weg ausgefahren werden. Panikartige Flucht wird die Wirkung des Gases noch beschleunigen (Hyperventilation). Beruhigen Sie daher Ihre Mitbefahrer! Bedenken Sie auch, dass Sie sich bei der Rettung eines Verunfallten sehr schnell selbst in Lebensgefahr bringen!

Im Altbergbau ist mit gefährlichen CO2-Konzentrationen über 0,5 Vol.-% zu rechnen. Schützen kann man sich nur durch geeignete Überwachung des Gehaltes und bei Verdacht einer erhöhten Kohlendioxidexposition sollte man die Grubenräume unbedingt, aber ohne Panik verlassen.

Quellen:

- Befahrerhandbuch LINK

- J. Soentgen, A. Reller: CO2 - Lebenselixier und Klimakiller, oekom verlag 2009,

- http://www.draeger.com/