Ausbreitungspotenzial anorganischer Schadstoffe aus Bruchhohlraumversatzbereichen im gefluteten Untertagebergbau

Jens Tielker1, Otto Rüber1
1 delta h Ing. GmbH, Parkweg 67, 58453 Witten

O 2.8 in Grubenwasser

22.03.2018, 14:30-14:45, 3

Im Rahmen der Untersuchungen zur Prüfung möglicher Umweltauswirkungen des Einsatzes von Abfall- und Reststoffen zur Bruch-Hohlraum-Verfüllung (BHV) in Steinkohlebergwerken in Nordrhein-Westfalen wurde ein dreidimensionales Grundwassermodell erstellt. Der Untersuchungsraum liegt in der Wasserprovinz Haus Aden und die entsprechenden Baufelder sind Teil der Zeche Monopol. Neben den Daten der RAG AG, die das Grubengebäude beschreiben, standen Daten des Geologischen Dienstes (GD NRW) aus der Kohlevorratsberechnung zur Verfügung, welche die Geologie der Umgebung beschreiben. Aus diesen Eingangsdaten wurde das hydrogeologische Strukturmodell entwickelt. Die Gesamtstruktur bildet eine langgestreckte variszisch streichende Mulde. Der Kohleabbau erfolgte ausschließlich im flach lagernden Kern der Muldenstruktur. Das Karbon wird diskordant von Sedimenten der Kreide überlagert. Der so konstruierte Flächenverband, einschließlich der regional bedeutenden Störungen (Rünther Störung und Fliericher Sprung), bildet das hydrogeologische Strukturmodell, das dem Grundwassermodell zugrunde liegt.

Zur Kalibrierung der Durchlässigkeiten des Quartärs und der Leakagekoeffizienten der Oberflächengewässer standen Daten von 634 Grundwassermessstellen und die Wasserstände der Lippe und ihrer Nebengewässer bereit.

In den tieferen Modellschichten der Kreide und des Karbons erfolgte die Kalibrierung über eine Bilanzierung der Wasserströme. Die in das Modellgebiet einströmenden Mengen müssen mit den aus diesem Gebiet geförderten Mengen im Gleichgewicht stehen. Dadurch konnten die Durchlässigkeiten und die Leakagekoeffizienten des Röhrensystems, bestehend aus offenen Strecken und Schächten, bestimmt werde.

Mit dem kalibrierten Modell wurde das Strömungsfeld nach Flutung des Grubengebäudes bis zu einer Höhe von -670 m NN berechnet. Eine darauf aufbauende hydrogeochemische Modellierung, die von Prof. van Berk (TU Clausthal) durchgeführt wurde, nutzt als Eingangsparameter die charakteristische Fließlänge durch die BHV-Bereiche, um die Freisetzung der Stoffe zu bestimmen. Die Bestimmung der Fließlänge erfolgt durch die Auswertung unterschiedlicher Bahnlinien. Bahnlinien, die den Fließweg des Wassers beschreiben.

Die Dauer eines Porenwasseraustausches ist abhängig vom Strömungsfeld in den BHV-Bereichen. Diese wurden räumlich in Teilbereiche untergliedert, um eine möglichst genau Bilanzierung im Strömungsfeld zu ermöglichen. Ein Porenwasseraustausch hat stattgefunden, wenn das gesamte Porenvolumen eines BHV-Teilbereichs ausgetauscht wurde.

Mit den ermittelten zeitabhängigen Freisetzungsverläufen der Teilbereiche konnte die instationäre Transportberechnung im stationären Strömungsfeld erfolgen. Der Stofftransport wurde für 10.000 Jahre berechnet. Dabei wurden die Frachten bilanziert, die dem offenen Streckensystem und damit der zentralen Wasserhaltung zufließen.

3D-Ansicht des geologischen Struktur-Modells mit Karbon (blau, rot), Kreide (orange) und Quartär (grün).
3D-Ansicht des geologischen Struktur-Modells mit Karbon (blau, rot), Kreide (orange) und Quartär (grün).



GD-NRW (2016): Digitale Daten zu Flözflächen, Störungen und geologischen Standardprofilen der Großschollen 136, 137 und 138 aus dem Projekt Kohlevorratsberechnung (KVB); Stand 3/2016.

RAG (2015): Digitale Daten zum Grubengebäude des BW Ost/Monopol im dxf-Format; RAG Servicebereich Standort-/Geodienste BGS; Stand 10/2015.



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