Neue Erkenntnisse in der Erfassung und Bildung von Schichtungen im Wasser gefluteter Bergwerksschächte

Marion Stemke1, Georg Wieber1, Stefan Wohnlich2, Thorsten Gökpinar2
1 Hydrogeochemie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
2 Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

P 2.4 in Grubenwasser

Seit mehr als 2500 Jahren werden in Deutschland Rohstoffe abgebaut. Dabei entstanden bundesweit mehr als 100.000 Grubenbaue mit Teufen von bis zu 1750 m. Nach der Stilllegung der Gruben stieg der Grundwasserspiegel in den Schächten im Laufe der Jahre auf das Niveau der Tiefbausohlen an. Diese wassererfüllten Grubengebäude beinhalten durch das enorm große Wasservolumen, welches oft durch aufsteigende Tiefenwässer erhöhte Temperaturen aufweist, ein hohes potentielles geothermisches Potential. Um dieses optimal ausnutzen zu können, sind Untersuchungen im Bereich der Wasserchemie und der Hydraulik erforderlich. Auftretende Dichteschichtungen (unterschiedliche, in sich weitgehend homogene horizontale Zonen in einem Wasserkörper) im Wasser der Schächte können eine geothermische Nutzung limitieren, da diese meistens höher mineralisiertes und oft belastetes Wasser von oberflächennäherem unbelasteten Wasser trennt.

Die Detektion solcher Schichten wird am Beispiel von ausgewählten Schächten im Sieger- und Sauerland exemplarisch dargestellt. Dazu gehört sowohl die visuelle Untersuchung der Schächte durch Kamerabefahrungen als auch die Bestimmung der physiko-chemischen Parameter des Wassers.

Die Untersuchungen zeigen, dass Schichtungen in Schächten auftreten können. Mit Hilfe einer Unterwasserkamera konnten sie visuell detektiert und nach Messung der Parameter Temperatur, elektrische Leitfähigkeit und Druck berechnet und nachgewiesen werden (Wieber, 2011; Wieber & Ofner, 2008).  Es hat sich auch gezeigt, dass Dichteschichtungen insbesondere im oberflächennahen Bereichen (saisonalen) Schwankungen unterliegen. Durch Säulenversuche im Labor konnte nachgewiesen werden, dass Schichtungen auch durch einen horizontalen Wasserzufluss entstehen können (Kramer, 2016). Ebenso unterliegen sie einer dynamischen Entwicklung. Über Langzeitmessungen konnte das Entstehen und Kollabieren von Schichtungen beobachtet werden. Bei dem untersuchten Beispiel handelt es sich um einen „Stauwasserkörper“ im Gleichgewicht zu Gips, welcher eine hohen Dichte aufweist. Die durch die Grundwasserneubildung dem Schacht zufließenden gering mineralisierten Wässer bilden eine aufliegende Schicht. Diese nimmt mit der Zeit an Mächtigkeit und Mineralisation zu. Die Dichteunterschiede zwischen den beiden Schichten nehmen dadurch kontinuierlich ab, bis die Schichtung letztendlich kollabiert und sich erneut aufbaut. 



KRAMER, A. (2016): Gesamthydraulische Charakterisierung eines aufgelassenen Erzbergwerkschachtes. Masterarbeit Ruhr-Universität Bochum (unveröffentlicht).

WIEBER, G. (2011): Geflutete Grubenbaue als Wärmespeicher.- bbr-Fachmagazin für Brunnen- und Leitungsbau, 05/11, 34-40, Bonn.

WIEBER, G. & OFNER, C. (2008): Geothermische Potentiale gefluteter Bergwerke. – In: bbr Fachmagazin für Brunnen- und Leitungsbau, 12/2008: S. 72-77, 6 Abb., 2 Tab., Bonn.