Labortechnische Analysen zur Änderung der Festigkeitseigenschaften von Fels infolge Mikrowellenbestrahlung

Untersuchungen zur Mikrowellenbestrahlung für den Abbau von Festgestein

Bereits seit mehreren Jahrzehnten wird über den Einsatz von Mikrowellen zum Abbau von Festgestein diskutiert. Durch die Mikrowellenbestrahlung wird das Gestein erwärmt, wodurch Spannungen im Gestein entstehen und eine Reduzierung der Festigkeit des Gesteins herbeigeführt wird. Die Erwärmung und die Zerstörung des Gesteins hängen dabei maßgeblich von den dielektrischen Eigenschaften des Gesteins ab.

Die dielektrischen Materialeigenschaften beschreiben das Verhalten eines Festkörpers beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes, das im Material einen elektrischen Strom verursacht, Wärme erzeugt und mit der Dielektrizitätskonstante (Permittivität) definiert wird. Zu den dielektrischen Materialien gehören schwach- oder nichtleitende Materialen, mitunter Gesteine und Mineralien, deren dielektrische Eigenschaften verantwortlich für die Erwärmung und beispielsweise abhängig vom Wassergehalt, Korngröße, Porosität, Temperatur und der angelegten Mikrowellenfrequenz sind.

Um die Auswirkung der Mikrowellenbestrahlung auf die Zerstörung bzw. Festigkeitseigenschaften zu untersuchen, wurden bereits verschiedene Versuche bzw. Forschungsprojekte durchgeführt. Die untersuchten Gesteine umfassenden dabei magmatische Gesteinsarten wie z. B. Granit, Basalt, Granodiorit und Norit. Sedimentgesteine wie z. B. Sandstein oder Kalkstein wurden i. d. R. dabei nicht untersucht. Hierzu liegen bisher keine Erkenntnisse bzw. Erfahrungen vor.

An der Hochschule für angewandte Wissenschaften Darmstadt werden am Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen Versuche zur Änderung der Druckfestigkeit von Fels infolge von Mikrowellenbestrahlung durchgeführt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchungen auf dem Einfluss der Mikrowellenbestrahlung bei Sedimentgesteinen.

Projektziel:

Optimierung des Einsatzes von Mikrowellen zum Abbau von Festgestein insbesondere zum nachhaltigen Einsatz im Bereich des Tunnelbaus und des untertägigen Hohlraumbaus

Durchführung:

Das Projekt ist unterteilt in folgende Phasen

  1. Durchführung labortechnischer Analysen
  2. Vergleich mit bestehenden Versuchen
  3. Ableitung von Ansätzen zur Optimierung des Einsatzes von Mikrowellen zum Abbau von Festgestein
Veröffentlichungen:

Schmitt, J.; Ritter, J.; Bormann, A.; Cemhan, S.: Altering the Compressive Strength of Bunter Sandstone by Microwave Irradiation, GeoResources Journal, Band 5 (2019), Heft 4-2019, S. 39-42

Schmitt, J.; Ritter, J.; Bormann, A.; Cemhan, S.: Änderung der Druckfestigkeit von Buntsandstein durch Mikrowellenbestrahlung, GeoResources Zeitschrift, Band 5 (2019), Heft 3-2019, S. 45-48

Cemhan, S.; Kelly, G.; Schmitt, J.: The effect of microwave irradiation on hard rock as pretreatment to increase the efficiency of underground mining, Collaborative European Research Conference (CERC 2019), 29.03.2019, Darmstadt, S. 397-406

Weitere Informationen

Kurzinfo

Laufzeit

seit 12/2017

Kontakt

Prof. Dr. Jürgen Schmitt