Modellgestützte Analyse von Grubenwasseranstiegen in Untertagebergwerken als Beitrag zur Optimierung nachbergbaulicher Maßnahmen

Sebastian Westermann1, Dmytro Rudakov2
1 Forschungszentrum Nachbergbau, Technische Hochschule Georg Agricola Bochum
2 Dnipro University of Technology

V 9.12 in Bergbau und Grundwasser

25.03.2022, 10:00-10:15, HS 3

Nach Stilllegung eines Untertagebergwerks ist eine Wasserhaltung in dem Umfang wie in der aktiven Abbauphase nicht mehr erforderlich. Die Folge ist der Anstieg des Grubenwasserspiegels im Grubengebäude (Melchers et al. 2019). Die möglichst exakte Kenntnis über den räumlich-zeitlichen Verlauf des Grubenwasseranstiegs ist u.a. für die zeitliche Festlegung von Maßnahmen im Zuge der Bergwerksschließung oder für nachbergbauliche Nutzungszwecke des Grubenwassers (Wagner et al. 2020) erforderlich.

Grubenwasseranstiege in Untertagebergwerken werden seit Anfang der 1990er Jahre vor allem mit Hilfe von numerischen Strömungsmodellen simuliert, die eine detaillierte Kenntnis über die Verteilung der hydrogeologischen und bergbaulichen Parameter voraussetzen. Die Erhebung dieser Daten ist mit hohem methodischen und finanziellen Aufwand verbunden, so dass diese Daten oftmals nicht in dem erforderlichen Umfang und der notwendigen Qualität vorliegen.

Hiermit wird ein Modell auf Basis analytischer Methoden der Grundwasserdynamik vorgestellt, das sich durch Annahmen zur Vereinfachung der komplexen Geometrie eines Untertagebergwerks auszeichnet (Rudakov & Westermann 2021). Aufgrund des gewählten Ansatzes setzt dieses Modell eine weniger umfangreiche Kenntnis über die räumliche Verteilung der Eingangsdaten voraus. Zudem ermöglicht der analytische Ansatz die gezielte Variation der Eingangsdaten, wodurch deren Signifikanz im Hinblick auf die Beeinflussung eines Grubenwasseranstiegs untersucht wird. Für die Auswertung wurde die statistische Versuchsplanung (Design of Experiments) erstmalig im Bereich der speziellen Hydrogeologie im (Nach-)Bergbau angewendet (Westermann 2020).

Die Untersuchungen erfolgten an drei stillgelegten Steinkohlenbergwerke in Nordrhein-Westfalen, die sich hinsichtlich ihres geologischen Aufbaus unterscheiden. Die Einflussnahme der jeweiligen Parameter auf den Grubenwasseranstiegsverlauf ist standortspezifisch. Entsprechend der aus Physik stammenden Ähnlichkeitstheorie lassen sich die Erkenntnisse dennoch auf die Natur und somit auf beliebige andere Standorte übertragen. So können die untersuchten Parameter in Prioritätenklassen für zukünftige Stilllegungsmaßnahmen eingeordnet werden, die als Grundlage der Optimierung der Datenerhebung in der Explorations- und Abbauphase sowie des Monitorings in der Nachbergbauphase dienen. Die vertiefte Kenntnis über die hydraulischen Parameter innerhalb eines Untertagebergwerks wird in zukünftigen Projekten zur nachhaltigen Ressourcennutzung in den stillgelegten Bergwerken von großer Bedeutung sein. Diese Untersuchungen leisten demnach einen Beitrag zur aktiven Gestaltung des bergbaulichen Lebenszyklus.



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