8. Brandenburgisches Markscheiderforum 21. September 2010, Cottbus

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1 Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe 21. September 2010, Cottbus Standsicherheit von Böschungssystemen - Eine interdisziplinäre Aufgabe - Überwachung von Tagebaurandböschungen als Hilfsmittel zur Beurteilung der Standsicherheit am Beispiel des Braunkohletagebaus Hambach Werner Guder, Dr. Dieter Dahmen, RWE Power AG SEITE 1

2 Gliederung Einführung Ausblick und SEITE 2

3 Vier Kraftwerke decken rd. 10 % des Stromverbrauches der BRD KW Frimmersdorf MW KW Neurath MW KW Niederaußem* MW KW Weisweiler MW Bruttostromerzeugung 2009: Gesamtleistung: 65,3 TWh rd MW SEITE 3

4 Sichere Versorgung aus drei Tagebauen Tgb. Garzweiler Mio. t/a 1,4 Mrd. t Kohlevorrat Tgb. Inden Mio. t/a 0,5 Mrd. t Kohlevorrat Tgb. Hambach Mio. t/a 1,7 Mrd. t Kohlevorrat Förderung: Genehmigungsrechtlich abgesicherte Reserven: rd. 100 Mio. t/a rd. 40 Jahre SEITE 4

5 Tagebau Hambach Jahresförderung (Kohle und Abraum) : rd. 300 Mio. t und m³ Kohlevorrat : rd. 1,7 Mrd. t Teufe : rd. 390 m SEITE 5

6 Geotechnische Modellbildung / Geotechnische Analyse Planungsphase Ergebnisse für die Planung Betriebsphase Tagebauplanung Verformungsdaten Geologie Tagebausituation Hydrologie Geologie Geomechanikdaten Hydrologie Standsicherheitsuntersuchungen Hinweis auf mögliche Bruchmechanismen Erfordernis besonderer Maßnahmen? Zustandsbeurteilung SEITE 6

7 Überwachung von Tagebaurandböschungen Mess. 1 = m Mess. 2 = m Diff. = - 12 mm Punkt 5036 (Reflektor) Schnittlage S Verkippung Punkt 5107 (Reflektor) Kohlegewinnung Messcontainer (B) Messcontainer (A) Inklinometermessungen (bis 600 m Teufe) Abraumgewinnung Georobot (automatisierte Totalstation) SEITE 7

8 Inklinometermessungen mobil, teilautomatisiert Aussage zum VerformungsverhalMesskabel ten im Inneren der Böschung. Identifizierung von bewegungsaktiven Horizonten innerhalb einer Randböschung. Neigungsaufnehmer stationär + B + A L=0,5-2,0 m Sonde Führungsrohr 110 x 110 mm Inklinometersonde Inklinometerkette SEITE 8

9 Prinzip (elektrooptische Distanz- oder GPS-Messung) Berechnung von Entfernungen GPS 2 GPS 1 GPS 4 GPS 3 GPS 6 GPS GPS 7 5 Vergleich der Messpunktdistanzen Alarmauslösung bei Messwertüberschreitung Punkt 5036 (Reflektor) Verkippung Schnittlage S Punkt 5107 (Reflektor) Kohlegewinnung (B) Messcontainer (A) Abraumgewinnung SEITE 9

10 Messstation Mobiler Messcontainer Industrie-PC Tachymeter 1 GPS-Empfänger (Standortbestimmung) zusätzliche GPS-Empfänger (Beobachtungspunkte) Meteo-Sensoren Daten-Funkübertragung 14 m² Solarzellen SEITE 10

11 Georobot Informationsfluss Eigenüberwachung Schrankenüberschreitung Ausfall Stromversorgung Systemstörungen SystemeigenEreignis überwachung informiert BÜ BÜ informiert Markscheiderei Maßnahmen SEITE 11

12 Georobot Datenfluss Georobot A A Funk Georobot B B Funk Georobot C C Funk Relais-station Stand- Stand - leitung leitung Server Betriebsüberü wachung (BÜ) LAN SEITE 12

13 Georobot Auswertung Ausgabe Zeit-Wegdiagramme Zeit-Geschwindigkeitsdiagramme Vektordarstellungen Isolinien Datenfilterung Zeit Messwerte/Tagesmittel Messwertglättung Speicherung der Rohdaten in Datenbank SEITE 13

14 Weiterentwicklungen konkret in Arbeit Georobot V Einbindung weiterer geodätischer und geotechnischer Sensoren Nutzung virtueller Sensoren auf der Grundlage funktionaler Zusammenhänge Einbindung georeferenzierter Karten (Lagepläne, Schnitte) zur besseren Visualisierung Erweiterung der Kommunikationswege (GPRS, WLAN, ) WEB-Service über eigenen Server SEITE 14

15 Markscheiderisches Kontrollzentrum 2 x Georobot-Server 2 x GNSS-Server Kontrollcenter-PC SABAS/SATAS Viewer Standleitungsmodems Georobot A-C NAS-Server z. Datensicherung Meldeanlage zur BÜ SEITE 15

16 SABAS/SATAS (Satellitengestützte Bagger- und Absetzereinsatzsteuerung) Echtzeitinformation über die Großgeräteposition SEITE 16

17 Resümee Inklinometer- und Georobotmessungen wurden an die speziellen Anforderungen und Randbedingungen der tiefen Tagebaue bei RWE Power angepasst und werden ständig weiterentwickelt sind unverzichtbare Hilfsmittel zur Beurteilung des Zustandes von Tagebaurandböschungen haben sich seit mehr als 2 Jahrzehnten als feste Bestandteile der Betriebsführung bewährt. SEITE 17

18 Resümee Langzeitauswertung hinsichtlich Grundlast Verformungsgröße Nachlaufen helfen, Anomalien im Bewegungsverhalten frühzeitig zu erkennen. SEITE 18

19 Baggereinsatz Tagebaurandböschung Baggereinsatz Randböschung Typisches Verformungsbild Verformung (Skizze) Grundlast Baggereinsatz Nachlaufen Grundlast Zeit SEITE 19

20 Datenbankorientiertes Informationssystem TagEbaurand-Böschung (DIEB) Welches Ziel verfolgt DIEB Nutzung aller fachbereichsspezifischer Daten aus unterschiedlich strukturierten Datenquellen die geeignete Informationen zur Beurteilung der Standsicherheit enthalten SEITE 20

21 Datenquellen Fachbereiche CAD MS Access Oracle DIEB Zentrale Anwendung Text ODBC TIF SEITE 21

22 Resümee Informationssysteme ermöglichen den schnellen Zugriff auf aktuelle Sachdaten und helfen die Ursachen für Anomalien zu identifizieren SEITE 22

23 3D-Laserscanning Prinzip: 3D-Laserscanner messen von einem Standpunkt aus die Entfernung zu einem sichtbaren Objekt. Bei der Entfernungsmessung wird das Objekt gitterförmig (konstante horizontale und vertikale Winkelschritte) abgetastet. Laserscanner arbeiten mit extrem hohen Abtastraten. Aus den vorgegebenen Winkeln und den gemessenen Strecken werden quasi online 3D- Punktwolken berechnet. SEITE 23

24 Resümee Ergebnis hinsichtlich der erzielbaren Punktgenauigkeit vielversprechend Flächenhafte Erfassung von Verformungen auch bei größeren Beträgen möglich! Verdichtung des Georobotpunktfeldes Messung in unzugänglichen Bereichen Punktvermarkung nicht erforderlich Reichweite Weitere Entwicklungsarbeit bzgl. Automatisierung Alarmgenerierung SEITE 24

25 Test: Radarinterferometrie, Tagebau Hambach Test in Zusammenarbeit Ziel: Erfassung von Verformungen Abschätzung zur grundsätzlichen Machbarkeit! Objekt: Randböschung Tagebau Hambach SEITE 25

26 Herstellerangaben, IBIS-L (Fa. IDS) Stepped-Frequency Continous Wave coherent radar Reichweite /Genauigkeit bis 4 km / 0,1 mm Wiederhol-Frequenz: 5 Minuten Basis: 2 m (5 mm Schrittweite) Pixelgröße auf 1 km: 4,5 m zu 0,5 m maximal erfassbare Verformung: zw. 2 Messungen max. 4,38 mm SEITE 26

27 Resümee Hohe Genauigkeit erzielbar Differenz Georobot Radar ~ -2 mm Bewegungen > 5 mm/10 Minuten werden nicht erkannt! Flächenhafte Erfassung von Verformungen! Wetter unabhängig große Reichweite Weitere Entwicklungsarbeit bzgl. Automatisierung Alarmgenerierung SEITE 27

28 Georobot- und Inklinometermessungen sind feste Bestandteile der Betriebsführung Hard- und Software sind geeignet, Verformung frühzeitig zu erkennen Langzeitauswertungen lassen Anomalien erkennen Informationssysteme helfen, Ursachen für Anomalien zu finden 3D-Scanner und Radar liefern vielversprechende Ergebnisse Sinnvolle Ergänzung zum Georobot aber Einsatz im Kippen- und Arbeitsböschungsbereich nur mittelfristig denkbar, denn Praxiseinsatz erfordert Weiterentwicklung im Rahmen von F+EMaßnahmen SEITE 28

29 VIELEN DANK FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT UND LASSEN SIE UNS GEMEINSAM: SEITE 29