Vorlesung Geotechnische Bewertung und Sanierung von Altbergbau SS 2015 Dr.-Ing. habil. Günter Meier

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1 Vorlesung Geotechnische Bewertung und Sanierung von ltbergbau SS 2015 Dr.-Ing. habil. Günter Meier 1

2 Literaturauswahl Tagungsbände zum ltbergbau-kolloquium - jährlich ab 2001 UTORENKOLLEKTIV: Empfehlung Geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung von ltbergbau des rbeitskreises 4.6 der Fachsektion Ingenieurgeologie der DGGT e. V., nhang zum Tagungsband 4. ltbergbau-kolloquium, Leoben, Nov. 2004, 23 Seiten, VGE Verlag GmbH, Essen UTORENKOLLEKTIV : Empfehlung Geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung von Tagebaurestlöchern, Halden und Kippen des ltbergbaus des rbeitskreises 4.6 der Fachsektion Ingenieurgeologie der DGGT e. V. und des DMV e. V., nhang zum Tagungsband 9. ltbergbau-kolloquium, Leoben, Nov. 2009, 16 Seiten, VGE Verlag GmbH, Essen UTORENKOLLEKTIV : Empfehlung Sicherungs- und Verwahrungsarbeiten im ltbergbau des rbeitskreises 4.6 der Fachsektion Ingenieurgeologie der DGGT e. V. in Kooperation mit dem DMV e. V., nhang zu Tagungsband 10. ltbergbau-kolloquium, Freiberg, Nov. 2010, 18 Seiten, VGE Verlag GmbH, Essen UTORENKOLLEKTIV : Empfehlung Geotechnisch-markscheiderische Bewertung und Sanierung von altbergbaulich beeinflussten Gebieten hinsichtlich ihrer baulichen Nachnutzung nhang zu Tagungsband 13. ltbergbau-kolloquium, Freiberg, Nov. 2013, 15 Seiten, Wagner Digitaldruck und Medien GmbH, Nossen MEIER, G.: Grundsätze von Bergsicherungsarbeiten im Gangbergbau.- WTI 32 (1991), Reihe, Heft a, 69 S. 2

3 Gliederung 1. Einführung 2. Beispiele, Definitionen und rechtliche Situation 3. Geotechnisch-altbergbauliche Grundlagen 4. ltbergbaulich bedingte Erscheinungsbilder 5. Erfassung von Schadensereignissen 6. Geotechnisch-altbergbauliche Bewertungen ( Bergschadenkundliche nalyse ) 7. Erkundung und Sanierung 8. Dokumentationen zu bergtechnischen Maßnahmen 9. Besondere Schwerpunktprobleme - Übung zur numerischen Tagesbruchabschätzung 3

4 1. Einführung (Stellung des ltbergbaus in der Geotechnik) Deponiebau ltlasten Ingenieurgeologie geotechn. Sicherungsverfahren Grundbau, Tiefbau Geotechnik (Ingenieurgeologie) ltbergbau Bergbau, Tunnelbau Gebirgsmechanik Bodenmechanik Verkehrsbau Hydrologie (Hydrogeologie) 4

5 Zusammenarbeit von Fachgebieten Geotechnik Bergbau Hydrogeologie Markscheidewesen Ingenieurtechnische Bewertung von ltbergbau und Parameterbestimmung ufarbeitung von ltrissen und rchivalien Bergtechnische Erkundung und Sanierung Monitoring 5

6 2. Beispiele, Definitionen und rechtliche Situation Beispiele von altbergbaulichen Erscheinungsbildern Markante Schäden Historisches zum Bergbau Rechtliche Situation 6

7 Markante Schäden und Einwirkungen durch ltbergbau Tagesbrüche über ltbergbau und deren uswirkungen auf eine sichere Nutzung der Tagesoberfläche Unkontrollierte Wasseraustritte und Vernässungen durch Verbrüche und Standwasserbildungen in Grubenbauen, z. B. Problem: wasserführende Stollen Grundwasserwiederanstieg durch Flutung von Grubenbauen und Restlöchern mit uswirkungen auf die Tagesoberfläche Gasaustritte aus Grubenbauen des ltbergbaus Gravitative Massenbewegungen (Rutschungen) an Tagebauböschungen, Halden, Kippen, Restlöchern 11

8 Durchschnittliche Ereignishäufigkeit von ltbergbauschäden Bundesland Sachsen Nordrhein- Westfalen Ereignisse pro Jahr ca bis 80 Sachsen-nhalt ca Thüringen ca. 40 Brandenburg ca

9 Historisches zum Bergbau Geschichtsepochen und Bergbauaktivitäten in Deutschland Steinzeit (bis 1800 v. u. Z.) Bronzezeit (1800 bis 700 v. u. Z.) Feuerstein, Farberden, Salz (z. B. 2013/ Jahre altes Feuersteinbergwerk in Erdeborn entdeckt!) Kupfer, Zinn, Gold, Salz Eisenzeit und Römisches Kaiserreich (700 v. u. Z. bis 476 u. Z.) Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei, Rötel, Eisen, Naturstein, Salz Bergbau ab etwa dem Jahr 1000 (Beginn von ltbergbau im heutigen Sinn) Rammelsberg (968) Freiberg (1168) 42

10 Feuersteinbergbau in Europa und frika Tiefbau: Krzemionki Opatowski (Polen), Grimes Graves (England), Spinnes (Belgien), Grand Pressigny (Frankreich) lter: über 4000 Jahre (Stein- und Bronzezeit) (ältester bekannter bbau vor Jahren in Ägypten) Lagerstätte: Feuerstein eingelagert in Kalkstein, Rohlinge wurden gehandelt, in über 100 km Entfernung zu Werkzeuge verarbeitet bbau: Schächte, bei Flöz horizontaler unregelmäßiger bbau, z. B. im Krzemionker Bergbau cm mächtig, Tiefe: 6-10 m, nzahl der Schächte: über 1000, bbaue: bis 30 m lang, bbaue: bis 18 x 12 m groß, Gesamtlänge: 4 km, Breite: m Werkzeuge: Steinäxte, Spitzhacken aus Geweihstangen, Holzschaufel Feuersteinbergbau möglicherweise auch eine rituelle Handlung Quellen: BHN, P. G.: Faszination rchäologie.- Knesebeck GmbH & Co VerlagsKG, München 1997, S SKLENR, K.: Spuren der Vergangenheit. rchäologie in Europa.- Verlag Zeuner und Gürchott, Leipzig 1983 Feuerstein wurde bis in das 19. Jahrhundert abgebaut! 43

11 Historische Tunnel zur Wasserversorgung Quanatbauweise (Lichtlochbauweise): seit v. Chr. in Persien, Wasser für Oasen, (seit Nutzung des Eisens) um 700 v. Chr. Tunnel für Wasser durch Etrusker und Griechen Mitte des 2. Jh Jh. römischer Tunnelbau Technologie: Gegenortvortrieb, viele Schächte, kurze Strecken Drover-Berg-Tunnel (bei Düren -NRW): Gesamtlänge 1660 m, ca. 100 Schächte, derzeit 50 bekannt nlage für Wasserversorgung einer villa rustica Quellschüttung: Schachtabstand: 480 m 3 / d ( Heiliger Pütz ) m in den Hanglagen m auf der Höhe Schachtdurchmesser: 0,8-1,1 m, rund, oval, rechteckig Pingendurchmesser: 6 m Nach Vortrieb Einbau von Tonrohren und Tonausfüllung des Hohlraumes im Stollen und der Schächte Quelle: GREWE, K.: Meisterwerke antiker Technik.- Verlag Philipp von Zabern, Mainz

12 ltbergbau in Sachsen 75 % der besiedelten Fläche durch ltbergbau beeinflusst Über Schäden beim Sächsischen Oberbergamt registriert, bisher nur saniert Jährlich Zuwachs von etwa 150 neuen Schäden ltbergbauschwerpunkte Stein- und Braunkohlenbergbau Historischer Silber-, Zinn-, Kobalt-, Kupfer- und Eisenerzbergbau Uranerzbergbau (ltwismutbergbau) Tiefbau auf Steine und Erden Tiefkeller bergmännischen Ursprungs 45

13 Historische Bergreviere des Erzgebirges Freiberg, Schneeberg, nnaberg, Buchholz, Marienberg, Johanngeorgenstadt, Eibenstock, Ehrenfriedersdorf, Geyer, ltenberg, Zinnwald Lagerstättentyp Gänge, Flöze, Lager, Stöcke bbaugegenstand Minerale auf Silber, Zinn, Kobalt, Kupfer, Eisen, Wismut, Zink, rsen, Nickel, Uran, Topas, chat, Werkstein, Dolomit Unzählige Bergbauversuche, Steinbrüche, Ton-, Sandund Kiesgruben, Bergkeller, Bohrungen, Wasserstollen, nzüchte 46

14 Historische bbautechnologien auf Gängen (Quelle: WGENBRETH, O. et al.: Bergbau im Erzgebirge.- Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990) 47

15 Historische Grubenfelder (Quelle: WGENBRETH, O. et al.: Bergbau im Erzgebirge.- Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1990) 48

16 Braunkohlenbergbau in Sachsen Braunkohlenreviere in NW-Sachsen: Borna, Wurzen, Delitzsch Braunkohlenreviere in NE-Sachsen: Weißwasser, Bad Muskau, Niesky Braunkohlenreviere in E-Sachsen: Zittau, Görlitz 49

17 Braunkohlen in Sachsen-nhalt 52

18 Braunkohlen Raum Halle 53

19 Braunkohlen Raum Leipzig Zeitz 54

20 Braunkohlen in der Rhön 56

21 Steinkohlenbergbau in Sachsen Steinkohlenrevier von Zwickau Oelsnitz Lugau 60 km², ca. 20 Flöze, 1 4 m mächtig, Teufe bis m, Geländeabsenkung bis zu 17 m, über Schächte verwahrungsbedürftig, derzeit Problem durch aufgehendes Grubenwasser Döhlener Becken bei Freital 25 km², Teufe bis 700 m, bbau von Steinkohle und uranhaltiger Kohle bis 1989 durch die Wismut Kleinere Becken am Erzgebirgsnordrand (z. B. Flöha, Hainichen) und Osterzgebirge 62

22 Reviere des sächsischen Uranbergbaus lle historischen Bergbaureviere des Erzgebirges außer das Revier Freiberg Döhlener Steinkohlenbecken bei Freital Revier ue lberoda Revier Königstein Revier Zobes Mechelsgrün Flächendeckende Prospektion und bergtechnische Untersuchungen (Schürfe, Bohrungen, Schurfschächte) 63

23 Freiberger Revier Bergbau ab 1168 bis 1968 > bebaute Erzgänge auf ca. 150 km² (Kernrevier) bbau vor allem von Silber- und Buntmetallerzen Gänge bis 15 km lang und 10 m mächtig (in der Regel 0,1 1 m, selten 4 8 m), sehr wechselnd bbauteufe: m 943 Schächte und 388 Stollen bekannt Schachtabstände auf den Gängen: 20 bis 50 m 64

24 Schneeberger und nnaberger Revier Schneeberger Revier > 150 bebaute Gänge mit Silber-Wismut-Kobalt-Nickel- Uran-Erzen auf etwa 15 km² bbauteufe bis ca. 400 m, über 500 Tagesöffnungen nnaberger Revier > 300 bebaute Gänge mit Silber-Wismut-Kobalt-Nickel- Uran-Erzen auf etwa 56 km² bbauteufe bis ca. 400 m, über 1000 Schächte 66

25 ltbergbau in Thüringen Gangerzbergbau Silber-, Kupfer-, Kobalt-, ntimon-, Mangan-, Eisenerz, Baryt, Gold, Flussspat Kupferschieferbergbau Stein- und Kalisalzbergbau Steine- und Erdentiefbau Kalkstein, Sand, Gips, nhydrit, Schiefer, laun, Salz Uranbergbau Braunkohlentiefbau Tiefkeller 67

26 Bergbaureviere Ostthüringens Saalfeld Kamsdorfer Revier > Schächte des Silber-, Kupfer-, Kobalt-, Barytund Eisenerzbergbaus bbauteufe bis ca. 100 m (max. 300 m) Schleizer Revier > 540 Bergbauanlagen, davon 44 Stollen, vor allem Eisen-, Schiefer-, ntimon-, Silber-, Kupferbergbau Lobensteiner Revier > 100 bebaute Gänge auf 10 km² Vor allem Eisenerzbergbau mit 43 Schächten, 56 Stollen, 1169 Pingen und Tagesbrüchen bbauteufe bis ca. 100 m 68

27 ltbergbau in Sachsen-nhalt Kupferschieferbergbau Mansfelder und Sangerhäuser Mulde Steinkohlenbergbau > 250 Schächte bei Wettin, Löbejün und Halle Gangerzbergbau Harz: Silber- und Eisenerz, Flussspat Stein- und Kalisalzbergbau 59 Schächte des ltbergbaus Steine- und Erdentiefbau Braunkohlentiefbau Tiefkeller 69

28 Kupferschieferbergbau Mansfelder und Sangerhäuser Mulde usbiss des Kupferschieferflözes (Halle- Hettstedter Gebirgsbrücke, Hornburger Sattel, Harz, Thüringer Wald, Kyffhäuser) Flözmächtigkeit: ca. 60 cm, davon nur cm vererzt Flözverbreitung: ca. 200 km² im Mansfelder Land bbauteufe: bis m Schachtanzahl: und mehr Starker Einfluss der uslaugung auf den Bergbau 70

29 Förderzahlen des Kupferschieferbergbaus bbauzeit Revier Erz in t Kupfer in t Silber in t Mansfeld Sangerhausen Gesamt

30 Bergbaukarte US (Stand 2012) Quelle: BRUNE, J. F.: rbeitsschutz und Grubensicherheitswesen im US-amerikanischen Bergbau Probleme und Lösungsansätze.- World Mining Surface & Underground 64(2012)6, S

31 usgewählte Städte mit Tiefkelleranlagen 79

32 Hauskeller-Höhler-System (Gera) 80

33 Geraer Höhler 81

34 Formen von Tiefkellern (Gera) 82

35 Ronneburger Bergkeller 83

36 Crimmitschauer Bergkeller 86

37 Crimmitschauer Bergkeller 88

38 Crimmitschauer Bergkeller Dokumentation 89

39 Glauchauer Bergkeller 90

40 Peniger Kellerberge 91

41 Bergkeller 95

42 Zuordnung des Begriffes ltbergbau ltbergbau us fachlicher Sicht us rechtlicher Sicht - lle bergmännischen über- und untertägigen Hinterlassenschaften, die nicht mehr genutzt werden - lle bergbaulichen überund untertägigen Hinterlassenschaften, die nicht mehr der Bergaufsicht unterliegen - Ordnungspolizeiliche Zuständigkeit 98

43 Definition: ltbergbau (aus fachlicher Sicht) Gesamtheit aller bergmännisch hergestellten Hohlräume (Grubenbaue) einschließlich Bohrungen sowie Tagebaue, Halden, Kippen und Restlöcher, die bergbaulich nicht mehr genutzt werden. Sonstige aufgefahrene unterirdische Hohlräume nicht bergbaulichen Ursprungs, wie z. B. Bergkeller, Höhler, Luftschutzstollen und Tunnel erfahren durch ihre Vergleichbarkeit mit Grubenbauen eine sinngemäße Zuordnung. 99

44 Schaden Nachteilige Verletzung, Minderung und Verlust eines Gutes, wie Leben, Gesundheit, Sach- und Geldwerte Beeinträchtigungen von Natur und Umwelt Schadensausmaß wird in Personen-, Sachund Finanzschaden angegeben Quelle: MERZ, B.: Hochwasserrisiken.- Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart

45 Versagen In der Technik tritt ein Versagen ein, wenn das System nicht die festgelegte Leistung bringt. Es dominiert eine Hauptursache für das Versagen, die von zahlreichen abgestuften Prozessen, Ereignissen und Zufälligkeiten begleitet und überlagert wird. 101

46 Gefahr Zustand, der durch seine Labilität zur raschen Veränderung mit negativer uswirkung auf eine Sache, Person oder Umwelt führen kann. Es besteht eine Schadensmöglichkeit. Raum und Zeit eines Ereignisses sind eingegrenzt. Risiko erheblich größer als das Grenzrisiko (DIN VDE 31000) Um eine Gefahr bzw. einen Schaden abzuwenden, ist sofortiges Handeln notwendig ( Gefahr im Verzug ) Erstsicherungsmaßnahmen erforderlich! 102

47 Gefährdung durch ltbergbau Zustand, bei dem sich durch geodynamische Prozesse (natürliche oder anthropogene Einwirkungen) der altbergbaulich beeinflusste Bau- und Untergrund so verändert, dass beim Zusammentreffen dieser Prozesse mit einem Schutzgut eine Gefahr an der Tagesoberfläche entsteht und sich möglicherweise ein Schaden einstellt. 103

48 Rechtsvorschriften und Normen Keine einheitliche Regelungen in Deutschland zum ltbergbau (keine Regelung im BbergG)! Länderspezifische Rechtsvorschriften und Verwaltungsanweisungen (Richtlinien) Vorschriften des allgemeinen Polizei- und Ordnungsrechts, z. B. Ordnungsbehördengesetze bzw. Polizeigesetze der einzelnen Bundesländer Vorschriften des Baurechts, z. B. Bauleitplanung, Baugenehmigung Vorschriften des Wasserrechts und Umweltrechts, z. B. Einleitung von Grubenwässern 104

49 Länderverordnungen Freistaat Sachsen Polizeiverordnung des Sächsischen Staatsministeriums für Wirtschaft und rbeit über die bwehr von Gefahren aus unterirdischen Hohlräumen sowie Halden und Restlöchern (Sächsische Hohlraumverordnung, SächsHohlrVO) vom

50 Länderverordnungen Freistaat Thüringen Thüringer Gesetz über die Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit und Ordnung in Objekten des ltbergbaus und in unterirdischen Hohlräumen (Thüringer ltbergbau- und Unterirdische-Hohlräume-Gesetz ThürBbUHG) vom Land Baden-Württemberg Verordnung des Wirtschaftsministeriums über die Zuständigkeit des Landesbergamtes für stillgelegte Bergwerke und andere künstliche Hohlräume vom

51 Länderverordnungen Land Sachsen-nhalt Verordnung zur Übertragung von Zuständigkeiten im ltbergbau vom 19. Dezember : Die Zuständigkeit für die bwehr von Gefahren aus früherer bergbaulicher Tätigkeit in Bereichen stillgelegter bergbaulicher nlagen, die nicht mehr der Bergaufsicht unterliegen, wird auf das Landesamt für Geologie und Bergwesen übertragen. 107

52 3. Geotechnisch-altbergbauliche Grundlagen Erkenntnisstufen, geodynamische Prozesse, Gesetzmäßigkeiten Klassifikation der Hohlräume und Grubenbaue Bergbauzweige ltbergbauliche Erscheinungsbilder und Schäden 108

53 nalyse der Ursachen und Einwirkungsfaktoren Erkenntnisstufen zu altbergbaulichen Einwirkungen I. llgemeine Erkenntnisse und Gesetzmäßigkeiten zum ltbergbau als Untersuchungs- und Bewertungsgrundlage II. Bergbauzweigbezogene und revierspezifische Erkenntnisse und Gesetzmäßigkeiten III. Örtliche und ggf. objektspezifische Erkenntnisse und Gesetzmäßigkeiten 109

54 Geodynamische Prozesse Veränderungen der geologischen Körper und deren Eigenschaften an der Tagesoberfläche und in den oberen natürlichen und künstlichen Gebirgsschichten, die vor allem auf die Nutzung als Baugrund und Bauraum oder als natürlicher Baustoff sowie Umwelt einwirken. 110

55 Bestandteile der geodynamischen Prozesse Geodynamische Prozesse Endogengeodynamische Prozesse (verursacht durch erdinnere Kräfte) Exogen-geodynamische Prozesse (ausgelöst durch tmosphärilien, Wasser, Gravitation) nthropogengeodynamische Prozesse (verursacht durch menschliche Tätigkeit) 111

56 Untersuchungen von geodynamischen Prozessen Kartierung und Dokumentation von ingenieurgeologischen Struktureinheiten im Untersuchungsgebiet in bhängigkeit von der Baumaßnahme oder Zielstellung (zweckorientiert!) Erfassung der flächenhaften oder räumlichen Verbreitung und Intensität der Prozesse und Erscheinungen Ermittlung der ingenieur- und hydrogeologischen Ursachen der Prozesse und deren Risikogröße Nutzung von boden- bzw. gesteinsphysikalischen Kennzahlen zur Beurteilung der Entstehung und der weiteren Entwicklung eines aktiven Prozesses sowie der Entstehungsmöglichkeit neuer Prozesse Bestimmung der Eigenschaften von Grund- und Grubenwasser Grundlagen für: Homogen- und Bewertungsbereiche sowie geotechnische Modellbildungen bleitung von Maßnahmen zur Verhütung, Einschränkung oder Sanierung der schädlichen Wirkung der Prozesse 112

57 Geologische Gesetze Strukturelle und lagebezogene nordnungen von Eigenschaften Lagerungsgesetz (Nicolaus Steno ) ktualismus der physikalisch-chemischen Gesetze (James Hutton ) Einfluss der Zeitachse und Perioden auf die geodynamischen Prozesse Einfluss von Gesetzmäßigkeit (z. B. Äquidistanz) und Zufälligkeit auf die Verteilung der geologischen Strukturen und deren Eigenschaften Einfluss des Maßstabs- und Größenordnungseffektes bei ingenieurgeologischen Untersuchungen und Bewertungen 113

58 Einfluss des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik auf die geodynamischen Prozesse Die Natur strebt aus dem unwahrscheinlicheren dem wahrscheinlicheren Zustand zu (Boltzmann). Die Vorgänge in der Natur verlaufen irreversibel. (Soweit sie außerhalb des molekularen Bereiches liegen.) Natürliche Vorgänge sind so angelegt, dass die Entropie wächst, wodurch die Richtung der natürlichen Prozesse und der Zeit angegeben wird. (Entropie: Je größer die Zufälligkeit in einer Struktur oder in einem System, je größer ist auch seine Entropie.) Die Natur kennt keine Zeit, sondern nur Gleichgewichtsveränderungen auf einer gerichteten Zeitachse und Perioden. lle geogenen Prozesse und periodischen bläufe sind endlich. 114

59 Gleichgewichte in der Natur Gleichgewichtssysteme beherrschen grundsätzlich die bläufe in der Natur Gleichgewichtsunterschiede entstehen z. B. im Bergbau durch bbaueinwirkungen, Massenumlagerungen und Veränderungen des Wasserregimes Geodynamische Prozesse wirken sicherheitsverändernd und führen zur Instabilität der Gleichgewichtssysteme Naturprozesse sind irreversibel Gleichgewichtsänderungen verlaufen in Phasen ab (Vor-, Haupt- und Nachphase) 115

60 Gleichgewichtsformen in geologischen Systemen Quelle: EISBCHER, G. H. & KLEY, J. (2001) - ergänzt (labil) Geringer nstoß von außen - selbstverstärkende Veränderungen z. B. Hänge, Böschungen Energie von außen notwendig, dann aber selbstverstärkend z. B. durch Verwitterungsvorgänge, Extremwasser (indifferent) Systemstörungen führen nur zu geringen Veränderungen - nur großräumig wirksam z. B. Sedimentationsbecken Geringe Änderung des Gesamtsystems nur kurz- und mittelfristig wirksam, nur an den Rändern Veränderungen, langfristig meist instabil, z. B. Flussaue, Gletscher 116

61 Klassifikation der Hohlräume Nach der Genese Natürlich und anthropogen Nach der räumlichen nordnung Vertikal, geneigt/gebrochen, horizontal Nach der räumlichen Erstreckung Linien-, flächen- und punktförmig Nach der Tiefenlage Tagesnah, oberflächennah, tieferliegend Nach der Nutzung Grubenbaue, Sonderbaue (z. B. Tunnel, Kavernen), Bergkeller, Brunnen, Bohrungen, Höhlen 117

62 Klassifikation der Grubenbaue Grubenbaue mit Tagesöffnungen Schächte, Tagesüberhauen Schürfe, Schurfschächte Stollenmundlöcher, Tageszugänge Grubenbaue ohne Tagesöffnungen Vertikale, geneigte und horizontale bbaue Strecken, Stollen Blindschächte, Überhauen, Gesenke, Radstuben, Rollen, Kammern 118

63 Einteilung des ltbergbaus nach der Tiefe im Fels Begriff Tiefenbereich Tagesnaher ltbergbau Oberflächennaher ltbergbau Tiefer ltbergbau Tagesöffnungen und Grubenbaue von 0 bis 20 m ± 10 m Grubenbaue von 20 bis 50 m ±10 m Grubenbaue > 50 m ±10 m 119

64 Eigenschaften des tagesnahen ltbergbaus Tiefenbereich: 0 20 m ± 10 m Intensiver Einfluss der geodynamischen Prozesse (insbesondere Verwitterung) Tagesnahe uflockerung und uflösung des Gefüges sowie großer Einfluss der Gefügestrukturen Intensiv gestörter Spannungszustand, stark beeinflusst durch Morphologie und Nutzung Überlagerungsdruck dominiert n- und verwitterte Minerale, Lehmbelag auf Klüfte, dadurch reduzierte Durchlässigkeit Grubenbaue meist lufterfüllt Hohe Tagesbruchwahrscheinlichkeit 120

65 Eigenschaften des oberflächennahen ltbergbaus Tiefenbereich: m ± 10 m Übergang zum dreidimensionalen Spannungszustand im Gebirge Stark abnehmender Einfluss der Verwitterung und Gefügestrukturen auf Gestein und Gebirge uf Klüften ungehinderter Wasserdurchlässigkeit, jedoch abnehmend mit der Tiefe Ursprünglich grundwasserbeeinflusst Oft lufterfüllter Grubenbau Oxidationszone auf Gängen, an der Basis geringmächtige Reduktionszone Häufig geringe, mit der Tiefe abnehmende Tagesbruchwahrscheinlichkeit 121

66 Eigenschaften des tieferen ltbergbaus Tiefenbereich: > 50 m ± 10 m Kein oder nur geringer Einfluss der Verwitterung auf das Gestein Dreidimensionaler Spannungszustand Geringe bzw. stark reduzierte Wasserdurchlässigkeit auf Klüften Grubenbaue meist wassererfüllt oder wasserdurchströmt In Gangzonen Primärerz (ohne Verwitterung) Geringe oder nur sehr geringe Tagesbruchwahrscheinlichkeit 122

67 Einteilung nach Bergbauzweigen Unter- und übertägiger Bergbau möglich Gangerzbergbau Kupferschieferbergbau Uranerzbergbau ( Wismutaltbergbau ) Sonstiger untertägiger Erzbergbau Steinkohlenbergbau Braunkohlenbergbau Steine und Erden-Bergbau Kali- und Steinsalzbergbau Sonstige bergmännisch aufgefahrene Hohlräume Bohrungen 123

68 4. ltbergbaulich bedingte Erscheinungsbilder Erscheinungsbild Offener bbau, Schacht, Stollen, Strecke Erläuterung - Durchgebauter und tagebauartiger Grubenbau der unterschiedlichsten rt und Größe - Unverfüllte, abgedeckte, nur teilverfüllte oder offene Schächte - Offene horizontale Tageszugänge Tagesbruch i.e.s. Schachtverbruch Mundlochverbruch Verbruch des natürlichen Deckgebirges über bergmännisch hergestelltem Hohlraum Meist plötzliches bgehen von Versatz- oder Verbruchmassen sowie bbühnungen oder Einbauten in Schachtröhren oder Verbruch durch Versagen des usbaus. n der Tagesoberfläche bildet sich meist eine trichterförmige Bruchform oder es zeichnet sich die Kontur des Schachtes ab. Verschluss von horizontalen Tageszugängen durch Deformationen und Verbrüche von usbau und Deckgebirge 124

69 ltbergbaulich bedingte Erscheinungsbilder Erscheinungsbild Bohrlochverbruch Riss- und Spaltenbildung Senkung / Hebung Erläuterung Versagen der Bohrlochwandung, Materialaufnahme aus dem anstehenden Gebirge, uslaufen des Bohrloches in Hohlraum, meist trichterförmige Bruchform an der Tagesoberfläche Bruchartige Geländeverschiebung am Rand von Deformationszonen und Verbrüchen mit horizontalen und vertikalen Bewegungsanteilen einschließlich btreppungen Vertikale Geländedeformation über verbrochenem oder verbrechendem Hohlraum; in deren Folge kommt es zu Schieflagen und Krümmungen Vertikale Bodenbewegungen treten auch in Verbindung mit bergbaulich bedingten Grundwasserstandsbewegungen auf (Leerlaufen oder Fluten von Grubenbauen oder sonstige Eingriffe in den Grundwasserhaushalt). 125

70 ltbergbaulich bedingte Erscheinungsbilder Erscheinungsbild Erläuterung Zerrung / Pressung Wasseraustritt Relative horizontale Längenänderungen Vernässung, Veränderung des Grundwassers, schwallartiger Wasseraustritt, Standwasserbildung, Verockerung, Verschlammung, ktivierung von Karstprozessen, Versalzung, sonstige Kontaminationen Gasaustritt ustritt von Grubengasen (z. B. Methan, Radon, CO 2 ) aus aufgelockertem Deckgebirge, Verbrüchen, Rissen, Spalten, verfüllten und offenen Grubenbauen Geogene (z. B. lagerstättenbedingte) und anthropogene (z. B. Zersetzung des Holzausbaus) Ursachen 126

71 Grundsätze zu altbergbaulich bedingten Erscheinungsbildern In einem altbergbaulich beeinflussten Gebiet sind sie bereits vorhanden oder zu erwarten ( unerwünschte Ereignisse, altbergbauliche Erscheinungsbilder, Schäden) Schadenswirksame Beeinträchtigung der Tagesoberfläche und Gefährdung der öffentlichen Sicherheit 127

72 Eigenschaften der Schachtröhre Bergbauzweig, lter des Schachtes Schachtfunktion: z. B. Förderschacht, Lichtloch, Hilfsschacht, Kunstschacht, Wetterschacht Schachtform und tiefe sowie Querschnitte und deren Veränderungen Lage im Raum: seiger, tonnlägig, gebrochen Mit oder ohne Ein- und usbauten, Z. B. Holz, Stahl, Naturstein, Ziegel, Mischformen Vorhandene bbühnungen und deren Beschaffenheit, z. B. Platten, Plomben, Gewölbe, Umhausung Brückenbildungen, Verspriegelungen, Siloeffekte Eigenschaften von Verbruch- bzw. Versatzmaterial, z. B. Neigung zu Brückenbildungen, Karstanfälligkeit, Holzanteil Wassersituation: Wasserstand und dessen Schwankungen, Zuflüsse, bflüsse mit Stollenanbindungen, Wassermenge, Wassereigenschaften (Cheminismus, Temperatur) Strecken- und Stollenabgänge, Radstuben, Füllörter, Funktionsräume 128

73 Verfüllungsgrad von Schächten Unverfüllt - mit und ohne us- und Einbauten - offen oder abgedeckt Teilverfüllt - mit und ohne us- und Einbauten - offen oder abgedeckt - Bühneneinbau Vollständig verfüllt - mit und ohne Pinge - Welche Materialeigenschaften, z. B. Holz - dauerhaft gesichert oder verwahrt 129

74 Tagesbruch in Freital 148

75 Def.: ltbergbaulich bedingter Einwirkungsbereich Ein altbergbaulich bedingter Einwirkungsbereich ist an der Tagesoberfläche die Zone, wo altbergbauliche Erscheinungsbilder (z. B. Tagesbrüche, Rutschungen) bereits vorliegen oder auftreten können und ihren schadenswirksamen Einfluss unmittelbar hinterlassen. Er kann nur über hinreichend bekannte Erscheinungsbilder innerhalb eines altbergbaulich beeinflussten Gebietes ausgewiesen werden, dem dann die entsprechende Risikoklasse zugeordnet wird. 164

76 5. Erfassung von Schadensereignissen Erstbewertung Sofortmaßnahmen 165

77 Maßnahmen bei einem Schadensereignis 166

78 Risiko- und Gefahrenzuweisung 167

79 Erfassung von Schadensereignissen Meldung eines eingetretenen Schadensereignisses unmittelbar an das zuständige Bergamt oder Polizei Veranlassung von Erstsicherungsmaßnahmen zur Gefahrenabwehr Erarbeitung einer Erfassungsdokumentation (Sachstandsanzeige, z. B. in Sachsen) Weitere Maßnahmen veranlasst durch zuständige Behörde zur Gefahrenabwehr ufnahme in ein Datenregister 168

80 Sachstandsanzeige Nr. xx, Bezeichnung des Erscheinungsbildes I. Beschreibung des Sachstandes 1. Erstmeldung: am, durch, Inhalt, rt der Erstsicherung 2. Territoriale Lage: Land, Reg.-Bez.; Kreis, Gemeinde, Koordinaten, Höhe, Eigentümer, Bergbau ohne Rechtsnachfolger, vorhandene Unterlagen 3. Erstbefahrung: am, durch, Zustand, Gefährdung der öffentlichen Sicherheit, Sicherungsmaßnahmen, weitere Maßnahmen II. Karten, Risswerk, sonstige Unterlagen (nlagen) uszug aus top. Karte, Flurstückskarte, sonstige Unterlagen, Bilder 169

81 6. Geotechnisch-altbergbauliche Bewertungen Bergschadenkundliche nalyse rchivrecherchen, Rissauswertung und nalyse von Informationsquellen Risikozuordnung Gutachtenerarbeitung Spezielle Schadensanalyse 170

82 Inhaltliche Schwerpunkte einer BS I. Veranlassung, Bestandsaufnahmen, Recherchen II. III. Ingenieur- und bergtechnische Erkundungsarbeiten sowie geotechnische Kennwertermittlungen Numerische Tagesbruchabschätzungen und Risikobewertungen IV. Beschreibung der altbergbaulichen Erscheinungsbilder mit Positionsnummern und Vergabe von Risikoklassen V. Empfehlungen für Erkundungs- und Sanierungsmaßnahmen VI. (Zusammenfassung) bkürzungsverzeichnis Quellenverzeichnis nlagenverzeichnis, nlagen, Bilder u.a. 171

83 blaufschema zu einer geotechnisch-markscheiderischen Bewertung (BS) 172

84 uswertung von rchivmaterial und Literatur 173

85 nalyse und ufbereitung von Informationsquellen Landeskartenwerke Markscheiderische ltrisse Georeferenzierung Betriebliches Risswerk Bergbehördliches Kartenwerk Historische Karten und Stadtpläne Geologische, ingenieurgeologische und hydrogeologische Karten mit Beschreibungen Textliche und bildliche rchivalien Literatur (Fachbuch, Heimat- und Regionalliteratur) Historische und aktuelle Luftbilder rchäologische Quellen Fotographien 174

86 Inhalt der geotechnisch-markscheiderischen Untersuchungen und Bewertungen Interdisziplinäre nalyse des Bearbeitungsgebietes mit textlichen, risslichen und bildlichen Darstellungen bgrenzung altbergbaubedingter Einwirkungsbereiche nalyse der Gas- und Wasserwegigkeiten Risikoanalyse mit Prioritätenliste Schlussfolgerungen für die gegenwärtige oder geplante Nutzung der Tagesoberfläche Empfehlungen für Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen oder Nutzungseinschränkungen 175

87 Untersuchungsschwerpunkte an ltbergbau Sichtung und uswertung von rchivalien Geologie und Lagerstättenverhältnisse rt, Geometrie und Tiefenlage der Hohlräume Ingenieurgeologie und Hydrogeologie Geomechanische Eigenschaften von Gestein und Gebirge, Spannungsverhältnisse, Dauerstandsverhalten der Hohlräume Bergbautechnologische Verhältnisse (z. B. bbautechnologie, usbau, Versatzart) Bewertung der bereits erfolgten Bruch- und Deformationsprozesse 176

88 usgangssituation zur ltbergbaubewertung Vor dem 30-jährigen Krieg keine risslichen Darstellungen, d. h. 600 Jahre Bergbautätigkeit vom etwa 1000-jährigen deutschen Bergbau ohne markscheiderische Vermessung (ab 1668 Risspflicht im sächsischen Silberbergbau) Risse und sonstige rchivalien oft unvollständig, da stets Endaufmessungen fehlen (Behördenrisswerk!) Vorwiegend Unkenntnis über Hohlraumzustand, da meist unzugänglich Viel ltbergbau und mehrere bbauepochen in den traditionsreichen Bergbaurevieren Zahlreiche unter- und übertägige Bergbauversuche und unterirdische Hohlräume mit lokal hohem Risiko 177

89 Tagesbruch in Freital 181

90 Detailschema für Vermessungsarbeiten 186

91 Markscheiderische Zeichen und Symbole Normen des Bergmännischen Risswerkes (DIN bis ) zur eindeutigen Darstellung FBERG Normenausschuss Bergbau und ad-hoc- Normenarbeitskreis Bergbau normende Sachverhalte und Zeichen zum ltbergbau Spezielle Hinweise - DIN Tagebau, Teil 2: Sanierung - DIN Tiefbau, Teil 6: Verwahrung bergmännisch hergestellter unterirdischer Hohlräume 187

92 Detailschema für Dokumentationsarbeiten 189

93 Ingenieurgeologische Dokumentation llgemeines Ist grundsätzlicher Bestandteil von geotechnischmarkscheiderischen Gutachten (stets aufgabenund zweckorientiert!) Nutzungsschwerpunkte Standsicherheitsbetrachtungen an über- und untertägigen ltbergbaurelikten Ermittlung von altbergbaulichen Einwirkungsbereichen Risikobewertungen mit Vergabe von Risikoklassen Entscheidungshilfe bei Nachnutzungsempfehlungen Grundlage für Planungen von Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen 190

94 Ingenieurgeologische Dokumentation untertage Hinweis: rt, Inhalt und Umfang stets abhängig von der ufgabenstellung und vom ltbergbau Grundlage: Markscheiderische Vermessung des Hohlraumes mit Grundriss und Schnitten Zielstellung: Erfassung, Beschreibung und Dokumentation von sicherheitsrelevanten Einwirkungen und von schadenswirksamen geodynamischen Prozessen Zu erfassende Inhalte: (Formblatt, Text, Foto, Skizze) - Geologie, Lagerstättenverhältnisse - Strukturgeologie - Wasserverhältnisse (z. B. Standwasser, Tropfwasser, Menge, Qualität) - Verwitterungsverhältnisse (z. B. Frosteinwirkungen) - Deformationen und sonstige altbergbauliche Erscheinungsbilder - Wetterverhältnisse (z. B. Methan, Radon, Sauerstoffgehalt) - Beschreibung der Einzelobjekte und Erfassung von Parametern (z. B. Material, Schüttwinkel, Zustand von Schächten) 191

95 Ingenieurgeologische Dokumentation übertage Hinweis: rt, Inhalt und Umfang stets abhängig von der ufgabenstellung und vom ltbergbau Grundlage: Markscheiderische Vermessung der ltbergbaurelikte mit aktuellen Bebauungs- und Nutzungsverhältnissen einschließlich Deformationsbereiche (z. B. Spalten, Risse) Zielstellung: Erfassung, Beschreibung und Dokumentation von sicherheitsrelevanten Einwirkungen und von schadenswirksamen geodynamischen Prozessen Zu erfassende Inhalte: (Formblatt, Text, Foto, Skizze) - Geologie, Lagerstättenverhältnisse - Strukturgeologie, Böschungsverhältnisse mit Standsicherheit - Wasserverhältnisse (z. B. Zulauf von Oberflächenwasser, Standwasser) - Verwitterungsverhältnisse (z. B. Frosteinwirkungen) - Deformationen und sonstige altbergbauliche Erscheinungsbilder - Beschreibung der Einzelobjekte und Erfassung von Parametern (z. B. Material, Schüttwinkel, Zustand, aktive Deformationen, Bewuchs) 192

96 Erarbeitung von Risikogutachten zum ltbergbau Geschichtlicher Hintergrund Erste Stilllegungswelle des Silberbergbaus in der 2. Hälfte des 19. Jh. und nfang des 20. Jh. Große Stilllegungen in der zweiten Hälfte des 20. Jh. Steinkohle Stilllegungen von kleineren Wismutstandorten in Sachsen und Thüringen bis 1962 Umfassende Stilllegung nach 1990 in Ostdeutschland Kupferschiefer, Wismut (Uran), Kali, Braunkohle, Eisenerz Stilllegung des Steinkohlenbergbaus in NRW bis

97 Historisches zu Gesetzlichkeiten und Regelungen für die Risikobewertung Erste gesetzliche Regelung in der Verwahrungsanordnung vom (DDR): Erste Normierung einer Bergschadenkundlichen nalyse und Grundlage von bergamtlichen Festlegungen (z. B. Vergabe von Gefährdungsstufen ) Mitteilungen der Westfälischen Berggewerkschaftskasse, z. B (Tagesbruchgefährdung) Bundesberggesetz vom gültig für Bundesrepublik, vorher länderbezogene Berggesetze Festlegungen zur Beendigung von aktiven Bergwerken Nov. 2004: Empfehlung: Geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung von ltbergbau (Vergabe von Risikoklassen) Nov. 2009: Empfehlung: Geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung von Halden und Restlöcher Nov. 2010: Empfehlung: Geotechnisch-markscheiderische Grundlagen für Sicherungs- und Verwahrungsarbeiten im ltbergbau Nov. 2013: Empfehlung: Geotechnisch-markscheiderische Bewertung und Sanierung von altbergbaulich beeinflussten Gebieten hinsichtlich ihrer baulichen Nachnutzung 194

98 Risikoanalyse Ziel Quantifizierung von Risiken (und Gefahren) eines altbergbaubedingten Einwirkungsbereiches Bewertung bezüglich Grenzrisiko Vorgehensweise 1. Identifikation unerwünschter Ereignisse (z. B. Lage und Zustand der Grubenbaue) 2. Eintrittswahrscheinlichkeit (Wirksamwerden der Schadens-/ Gefahrenquellen Einfluss der Zeit) 3. Zu erwartenden Schadensausmaßes (Kosten) 4. Ermittlung der Gefahren und Risiken 195

99 Bestimmung von Risikoklassen Lösungsweg: In einer zeitlichen Folge findet nach festgelegten Bearbeitungsschritten anhand einer ingenieurgeologischen Untersuchung und Bewertung, Identifizierung und Klassifizierung der verschiedenen Erscheinungsbilder eine Risikozuordnung statt. Ergebnis: Prioritätenlisten und Bearbeitungskonzepte für notwendige Erkundungs-, Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen unter Berücksichtigung vorhandener und geplanter Nutzung der Tagesoberfläche zur bwendung von Schäden. 196

100 Bewertungsschwerpunkte Standfestigkeit der Hangendschichten über bergmännischen Hohlräumen bzw. angeschnittener Schichten im Bereich von Tagesöffnungen (Hohlraum- und Deckgebirgsanalyse mit Randbereichen) Einfluss von hydraulischen Veränderungen, z. B. Änderungen GW-Regime und GW-Beschaffenheit Einfluss des usbaus auf die Standfestigkeit des Grubenbaus, Z. B. Holz, Stahl Risikoabschätzung unter Berücksichtigung der Oberflächennutzung Nur fachliche Betrachtung, keine Rechtsfragen 197

101 Ursache-Wirkung-Beziehungen für Veränderungen im ltbergbau (1) Geomechanische Veränderungen Änderungen des Spannungszustandes Spannungsumlagerungen Einwirkung der Teufenlage des Hohlraumes Tektonische Beanspruchungen Einfluss des vorhandenen usbaus Frühere Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Schwächung der umgebenden Gebirgsschichten durch rheologische Prozesse und Verwitterungserscheinungen 198

102 Ursache-Wirkung-Beziehungen für Veränderungen im ltbergbau (2) Hydraulische Veränderungen Änderungen des Grundwasserregimes Änderungen der Grundwasserbeschaffenheit Grundsätzliche Einwirkungen durch: Exogene geodynamische Prozesse, z. B. Verwitterung Endogene geodynamische Prozesse, z. B. Erdbeben nthropogene geodynamische Prozesse, z. B. Nutzungsänderungen 199

103 Identifikation unerwünschtes Ereignis Induktive (prognostizierende) Vorgehensweise wird von ursächlichen Ereignis auf uswirkung (Schäden) geschlossen (im technischen Bereich vorherrschend) Deduktive (retrospektivische) Vorgehensweise wird von einer uswirkung (Schaden) auf das ursächliche Ereignis geschlossen Typische unerwünschte Ereignisse sind: -Tages-, Bohrloch-, Schacht- und Mundlochverbrüche - Senkungen, Spaltenbildungen 200

104 Risiko Definition nach DIN VDE 31000: Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit x Schadensausmaß Eintrittswahrscheinlichkeit oder Eintrittshäufigkeit Schadensausmaß an Personen-, Sach-, Umwelt- und Finanzschaden 201

105 Sicherheit Zustand, der frei von unvertretbaren Risiken oder gefahrenfrei ist (DIN EN ) Nach DIN EN ISO ist das System sicher, wenn die Versagenswahrscheinlichkeit Restrisiken nicht völlig ausschließbar, selbst ein sicheres System kann versagen (MERZ 2006) Vertretbares Risiko von vielen Faktoren abhängig und subjektiv kzeptanz höherer Eintrittswahrscheinlichkeiten mit steigendem Nutzen (z. B. Straßenverkehr) Relativer, qualitativer Zustand der Gefahren- und Risikofreiheit; stets nur bestimmten Zeitraum, eine Umgebung oder Bedingungen vorhanden (MERZ 2006) 202

106 Tagesbrüche über Braunkohlentiefbau Sachsen-nhalt 203

107 Monatliche Verteilung von Tagesbrüchen in Sachsen-nhalt 204

108 Verteilung der Tagesbrüche Sachsen-nhalt 205

109 Tagesbruchverteilung in Thüringen 206

110 Einteilung der Tagesbrüche Tagesbruch Tagesbruch i. e. S. Schachtverbruch Mundlochverbruch Bohrlochverbruch Lössbrunnen (Verflüssigung) Nachbruch 207

111 Vergleich von Tagesbruch i.e.s. und Erdfall Tagesbruch Verbruch des Deckgebirges über einem bergmännischen Hohlraum Verbruch auf Zerrspalten, die durch Bergbaueinfluss entstanden sind und perlschnurartig an den Trogrändern verlaufen Hohlraumverbruch in suffosions- und umlagerungsempfindlichen Gebirge über einen nicht verbrochenen, hydraulisch in Verbindung stehenden Grubenbau. Der Verbruchhohlraum bildet sich durch vertikale und horizontale Umlagerung von fließfähigen Materialien in künstliche Hohlräume oder durch usbrechen aus Böschungen an Schicht - und Wassergrenzen. Erdfall Verbruch des Deckgebirges über einem natürlich entstandenen Hohlraum Verbruch auf Zerrspalten, die durch gravitative, karstbedingte und atektonische Prozesse entstanden sind. Sie sind perlschnurartig angeordnet. Vertikale Verbruchröhre, die durch uflösung oder/und horizontalen Materialumlagerungen an Hängen, z. B. Löß, Küsten, entstanden sind. 208

112 Modelle zur Tagesbruchabschätzung Modelle zur Tagesbruchabschätzung Empirische Modelle nalytische Modelle Numerische Modelle Geometrischingenieurgeologische Modelle Geomechanische Modelle Komplexmodelle Hohlraum-Bruchmassen- Bilanz-Modell Bruchgewölbemodelle Kräftegleichgewichtsmodelle 209

113 Einsatzgebiete von numerischen Tagesbruchabschätzungen Wichtiger Bestandteil einer praxisorientierten Risikobewertung im Locker- und Festgestein durch Eingrenzung der Grenzdeckgebirgsmächtigkeit nhand von Parametersimulationen können die einzelnen geotechnischen Parameter auch nach einem Verbruch rekonstruiert werden bschätzung der Verbruchprognose auch bei Erdfallereignissen in Karstgebieten Numerische bschätzungen ermöglichen eine differenzierte und effiziente Bohrerkundung in einem altbergbaulich beeinflussten Gebieten 210

114 Hauptfaktoren für den Verbruchprozess Hohlraumgeometrie und tiefe Geomechanische und strukturgeologische Gebirgseigenschaften (Fels) bzw. bodenmechanische Eigenschaften (Boden) Spannungen im Gebirge usbau im Hohlraum Verwitterungseinfluss Wasserverhältnisse Verflüssigung von schluffig-feinsandigen Boden Statische und dynamische Einwirkungen durch die Nutzung der Tagesoberfläche 211

115 Schematisches Blockbild: Hochbruch über einer Strecke Geländeoberfläche Hohlraum Verbruchmassen Strecke 213

116 Beginnender Verbruch im Kalkstein Grundriss 214

117 Beispiel von Tagesbrüchen im Löss (Pipes) Quelle: G. MEIER 215

118 Numerische bschätzung von Tagesbrüchen Google Tagesbruch: MEIER, G.; MEIER, J.: Nummerische bschätzung Statistische nalysen (Häufigkeitsverteilungen) 216

119 Hohlraum-Bruchmassen-Bilanz-Modell nach MEIER seitlich begrenzter Hohlraum H max h h 1 s 1 l tan H max 1,274h h 1 s 1 l tan flächiger Hohlraum H max h h 1 s 1 b tan 3b 2 2 h tan 2 H max 1,5h h 1 s 1 b tan 3b 2 2 h tan 2 verallgemeinerte Gleichung Draufsicht Bruchfenster Strecke B Strecke MEIER & MEIER 2006 auslaufende Massen H vorh > H max 217

120 Hohlraum-Bruchvolumen-Bilanz-Modell 218

121 uflockerungsfaktor 219

122 Schüttungswinkel 220

123 ktivierende Prozesse bei ltbergbauschäden Standwasserbildungen und damit verbundene Änderungen der Druckund Spannungsverhältnisse im Gebirge und Versatz sowie der physikalisch-chemischen Locker- und Festgesteinseigenschaften Entwässerung von Grubenbauen und das dadurch bedingte Wegfallen der uftriebswirkung sowie der konservierenden Eigenschaften des Wassers gegenüber von Gebirge und usbaumaterial Zubruchgehen von Pfeilern (häufig nach 10 bis 20 Jahren); unter konservierenden Bedingungen (geflutete Baue) verlängert sich der Zeitraum erheblich lterung und Zersetzung des Holzausbaues; bei Eichenholz sind Standzeiten bis zu 250 Jahren bekannt (Änderung der konservierenden Bedingungen beachten!). Verschleiß von usbaumaterialien (bei Eisen, Stahl- und Betonausbau sowie Mauerung rechnet man mit einer Funktionstüchtigkeit von 50 bis 100 Jahren und mehr). Es gibt intakte Schachtabwölbungen aus Natursteinmauerwerk, die ein lter von 300 bis 400 Jahren aufweisen. 221

124 Bodenbewegungen über Hohlräume im Salinar (REUTER & KLEGEL & PSEK 1992) 222

125 Bewertung von potentiellen Schadensursachen Welche Baustoffe und Versatzmaterialien wurden verwendet? Entfestigungen am Material und Gebirge (Verwitterung, Frost, Karst, Wurzeln u. a. Wirkung der geodynamischen Prozesse) lterung und Ermüdung von Baustoffen Holzzersetzung Dimensionierung von Grubenbauen, Pfeilern rt und Varianten von alten Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Kraftschluss von usbauelementen und Versatz 223

126 Bewertungszonen in Schachtröhren Schachtkopfbereich, der durch Verwitterung, uflockerung und Haldenaufsattelung eine verringerte Standfestigkeit aufweist. Schachtröhre im Gebirge, die noch durch Verwitterungseinflüsse verändert werden kann, z. B. Frosteinfluss durch einziehende Wetter im Winter. Bereich der Schachtröhre ohne Verwitterungseinwirkungen. Dieser Teil kann insbesondere geomechanischen und hydrogeologischen Einflüssen aus dem Gebirgsverband unterliegen. 224

127 Bergbaufremde Gebäudeschäden (KRTZSCH 1997) 225

128 Bergbaufremde Schäden an Bauwerken Pseudobergschaden natürliche künstliche Ursache Rutschung Frostwirkung Wassereinwirkung Wasserstandsänderung Unterschiedlicher Baugrund Schrumpfsetzung (Sonne, Bäume) Gründungsfehler: Teilunterkellerung, unterschiedlicher Lasteintrag, verschiedene Gründungstiefe Konstruktionsfehler: fehlende Fugen, unterschiedliche Wärmeausdehnung Materialfehler: mangelhafte usführung, Erschütterungen, usspülungen, Frostempfindlichkeit, chemische Reaktionen, Saugfähigkeit Schadensbild Zerrrisse Hebung, bblättern Verschiedene Rissstrukturen Setzungsunterschiede Biegerisse, Setzungen Hausecken-briss Verschiedene Rissstrukturen Trenn- und Scherrisse Mörtelzerfall, bplatzungen, Putzschäden, verschiedene Rissstrukturen 226

129 Geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung Interdisziplinäre nalyse des ltbergbaus und der hydrogeologischen Situation im Bearbeitungsgebiet Textliche, rissliche und bildliche Darstellung der Untersuchungsergebnisse Gas-/ Wasserwegigkeit Dauerhafte Funktionalität von Wasserlösestollen bgrenzung der altbergbaulich bedingten Einwirkungsbereiche mit Risikobewertung nmerkung: Bergschadenkundliche nalyse (BS), Geotechnischbergschadenkundliches Gutachten, Geotechnisch-altbergbauliches Gutachten, Gefährdungsanalyse, Bergschadenkundliche Eruierung 227

130 Geotechnisch-markscheiderisches Bearbeitungsgebiet (1) Gebiet umfasst Bergbaureviere, Lagerstätten- distrikte, bergbauliche Erkundungsgebiete und reale mit bergmännisch angelegten Hohlräumen Zone an der Tagesoberfläche, wo altbergbauliche Erscheinungsbilder (z. B. Tagesbrüche) bereits vorliegen oder auftreten können und ihren schadenswirksamen Einfluss hinterlassen. bgrenzung kann auch schematisch erfolgen, z. B. bezogen auf ein Kartenblatt Überlagerungen und Durchdringungen von Lagerstätten, bbauepochen oder Hohlraumsystemen sind möglich 228

131 Geotechnisch-markscheiderisches Bearbeitungsgebiet (2) Kann Teile oder mehrere altbergbaulich beeinflusste Gebiete umfassen Zuordnung der altbergbaulichen Erscheinungsbilder zu den verschiedenen Bergbauaktivitäten und bbauepochen nicht immer durchführbar Grenzen nicht zu eng legen, Grundwasseränderungen und wasserführende Stollen beachten! Grenzen des Bearbeitungsgebietes in der Regel auch durch ufgabenstellung festgelegt! 229

132 Grenzen der geotechnisch-markscheiderischen Bearbeitung bbau altbergbaubedingter Einwirkungsbereich (eingestuft und markiert nach Risikoklasse) Schacht und Strecke verwahrt Strecke Schacht Grenze des geotechnisch-markscheiderischen Bearbeitungsgebietes

133 Def.: ltbergbaulich bedingter Einwirkungsbereich Ein altbergbaulich bedingter Einwirkungsbereich ist an der Tagesoberfläche die Zone, wo altbergbauliche Erscheinungsbilder (z. B. Tagesbrüche, Rutschungen) bereits vorliegen oder auftreten können und ihren schadenswirksamen Einfluss unmittelbar hinterlassen. Er kann nur über hinreichend bekannte Erscheinungsbilder innerhalb eines altbergbaulich beeinflussten Gebietes ausgewiesen werden, dem dann die entsprechende Risikoklasse zugeordnet wird. 231

134 Einwirkungsbereich über bbau Zahlreiche Einflussgrößen bei Grubenbauen auf den Einwirkungsbereich: z. B. bbaumächtigkeit, Lagerstättenverhältnisse, Bergbauzweig, bbautechnologie und -epoche, usbau- und Versatzart, geotechnische Pfeiler- und Deckgebirgssituation, Hydrogeologie, Geometrie der Grubenbaue, deren räumliche Zuordnung und Verbindungen Tagesbrüche dominieren als Erscheinungsbild Deformationen im Bereich des abbaubedingten Bruchwinkels und tektonischer Störungen können aktiviert werden, z. B. durch Wasseranstieg 232

135 ltbergbaulich bedingter Einwirkungsbereich Die usgrenzung von altbergbaulich bedingten Einwirkungsbereichen kann nach folgenden Kriterien erfolgen: 1. bgrenzung erfolgt numerisch auf der Grundlage von bergbaulichen, ingenieurgeologischen, boden- bzw. felsmechanischen und tektonischen sowie hydrogeologischen Erkenntnissen zum Gebirge 2. Empirisch anhand von allgemeinen, objektbezogenen und revierspezifischen Erfahrungswerten 3. uf der Grundlage statistischer nalysen, insbesondere revierspezifisch Stets verbleibt ein altbergbaulich bedingtes Restrisiko! 233

136 Grundsätze zur Ermittlung von Einwirkungsbereichen Festlegung der Einwirkungsbereiche nach: - Erfahrungswerten - statistischen nalysen von vorhandenen Schadensbildern - numerisch nach ingenieurgeologischen und bruchmechanischen Modellen Gesetzmäßigkeiten und Rechenansätze nicht nach der klassischen Bergschadenskunde Bruch- und Deformationsprozesse werden von den geodynamischen Prozessen bestimmt, die nach den abgeklungenen bbaueinfluss verstärkt auf das System Grubenbau-Gebirge wirksam werden und die Standsicherheit verändern 234

137 Schnitt durch einen Halde-Pinge-Komplex 235

138 Beziehung zwischen Schachttiefe und Pingendurchmesser (Revier Kamsdorf) 236

139 Verschiedene Schachtquerschnitte (Revier Kamsdorf) 237

140 Geometrische Daten von Verbrüchen Beispiel: Kamsdorf-Saalfelder Revier 238

141 Einwirkungsbereich nach HÜLSMNN (1992) 239

142 Einwirkungsbereich über einer Strecke 240

143 Einwirkungsbereich bei einem Tagesbruch 241

144 Risiko Risiko = Eintrittswahrscheinlichkeit x Schadensausmaß eines unerwünschten Ereignisses 242

145 0 Einwirkungen durch geodynamische Prozesse labiles Gleichgewicht sicher Restrisiko RR Grenzrisiko RG instabiler Zustand unsicher usgangs- bzw. Zustandsrisiko R mit den Ereignisphasen Risiko R Risikoveränderung durch geodynamische Prozesse Einwirkungen durch geodynamische Prozesse labiles Gleichgewicht instabiler Zustand sicher unsicher 0 Restrisiko RR Grenzrisiko RG usgangs- bzw. Zustandsrisiko R mit den Ereignisphasen Risiko R 243

146 Beziehungen zwischen Rest-, Grenz- und usgangsrisiko 244

147 Beziehung zwischen Sicherheit und Kosten (Quelle: ROGLL & SCHROEDER 2006) 245

148 Risikoanalyse Eintrittswahrscheinlichkeit Ermittlung der Eintrittswahrscheinlichkeit Sehr wahrscheinlich Wahrscheinlich Wenig wahrscheinlich Praktisch unmöglich Probleme Keine konkrete Zeitangabe möglich Nur relative Eintrittswahrscheinlichkeit bestimmbar Die Ermittlung der Eintrittswahrscheinlichkeit erfolgt für jedes identifizierte Ereignis (Schaden- und ggf. Gefahrenquellen). 246

149 Risikoanalyse Schadensausmaß Ermittlung des Schadensausmaßes Sehr hoch Hoch Klein Unbedeutend Probleme Quantifizierung beim Ereigniseintritt schwierig Personen-, Sach- und Umweltschäden Die Ermittlung des Schadensausmaßes nach Schadensart erfolgt für jedes identifiziertes Ereignis (Schaden- und ggf. Gefahrenquelle). 247

150 Eintrittswahrscheinlichkeit bhängigkeit des Risikos von der Eintrittswahrscheinlichkeit und vom Schadensausmaß sehr wahrscheinlich IV III II I wahrscheinlich IV IV III II R > R G wenig wahrscheinlich IV IV IV III R G praktisch unmöglich IV IV IV IV R < R G unbedeutend klein hoch sehr hoch Schadensausmaß Nach bhängigkeit dem derdargestellten Eintrittswahrscheinlichkeit Grenzrisiko vom Schadensausmaß R G dürfen unbedeutende Schadensausmaße sehr wahrscheinlich, sehr hohe Schadensausmaße praktisch unmöglich auftreten. Das Risiko nimmt dabei von der Risikoklasse I bis hin zur Risikoklasse IV stetig ab. 248

151 Ermittlung der Risikoklassen Eintrittswahrscheinlichkeit Bearbeitungsreihenfolge Offener oder abgebühnter Schacht, tagesnaher bbau, Stollen, Strecke, Tagesbruch, Schacht-, Mundloch- und Bohrlochverbruch, Riss- und Spaltenbildung, Senkung/Hebung, Zerrung/Pressung, Wasser- und Gasaustritt, Standwasser Erscheinungsbild Sehr wahrscheinlich Schadensausmaß Risikoklasse Sehr hoch I - sehr hohes Risiko wahrscheinlich hoch II hohes Risiko Wenig wahrscheinlich Praktisch unmöglich gering unbedeutend III mittleres bis hohes Risiko IV geringes Risiko (Restrisiko mit Nutzungseinschränkung) 249

152 Risikoklassen und Grenzrisiko Sicherheit Risikoklasse Charakteristik unsicher I (rot) II (gelb) Sehr hohes Risiko / Gefahrenstellen (akuter Handlungsbedarf) Hohes Risiko (hoher Handlungsbedarf) Grenzrisiko sicher III (grün) IV (blau) Mittleres bis hohes Risiko, intensives Monitoring (Klärungsbedarf) dauerhaft gesicherte Objekte, altbergbaubedingtes Restrisiko, Nutzungseinschränkung an der Tagesoberfläche (Kontroll- und Wartungsbedarf) 250

153 Inhalt der Risikoklassen Grenzrisiko Sicherheit Risikoklasse Charakteristik Handlungsbedarf I (rot) Sehr hohes Risiko (z. B. große aktive Gesteins- und Gebirgsbewegung, große Standwasserbildung im bflussbereich) Umgehender Handlungsbedarf, operative ingenieur- und bergtechnische Maßnahmen Unsicher II (gelb) Hohes Risiko (z. B. mittlere bis kleinere aktive Gesteinsund Gebirgsbewegung, mittlere bis kleinere Standwasserbildung im bflussbereich) Zeitnaher, planmäßiger Handlungsbedarf für ingenieur- und bergtechnische Maßnahmen Grenzrisiko sicher III (grün) IV (blau) entfällt Mittleres Risiko (z. B. inaktive Gesteins- und Gebirgsbewegung, unbekannte altbergbauliche Objekteigenschaften) Dauerhaft gesichertes Objekt, Verbleib des Restrisikos, ungehinderter Wasserabfluss, auch Nachnutzung des Objektes Verwahrt oder keinen Einfluss auf die Sicherheit an der GOK, Verbleib des Restrisikos Klärungsbedarf, Monitoring (Beobachtung und Kontrolle) Monitoring, bei Bedarf Wartung Keine Maßnahmen, nur in Sonderfällen Kontrolle des Verwahrungszustandes 251

154 Kriterien der Risikoklassen für bergmännische Hohlräume(1) ltbergbauliches Erscheinungsbild (Schadensbild) Nutzung der Tagesoberfläche Geotechnische, sicherheitsrelevante Charakteristik der tagesnahen Grubenbauen und deren Deckgebirge Risikoklasse (farbige Kennzeichnung) Handlungsbedarf Empfohlene Maßnahmen ktiver Tagesbruch der verschiedenen rten sowie deren Nachbrüche Größere dynamische (nicht abklingende) Deformation an der Tagesoberfläche, z. B. Spalten- und Rissbildung, Senkung, Gebäudeschaden Offene, ungesicherte Tagesöffnung (Schacht, bbau, Stollen, Tagesstrecke, Tagesüberhauen) kute und aktuelle Wasserschäden durch Verbrüche (z. B. Standwasserbildung mit hohem Druckpotential in Stollen und Grubenbauen, Wasseranstieg in Schächten, aktive Vernässungen an der Tagesoberfläche) ktiver untertägiger, tagesnaher Verbruchprozess Unmittelbare, direkte Überbauung, Bereiche mit erhöhter statischer und dynamischer Belastung im direkten Einwirkungsbereich Flächen mit intensiver landund forstwirtschaftlicher sowie gärtnerischer Nutzung Verkehrswege Stark frequentierte öffentliche Bereiche Besonders schützenswerte Gebiete (z. B. Flächen- und Kulturdenkmal) Sehr geringes und geringes dauerstandsicheres Deckgebirge über den Grubenbauen Grenzdeckgebirgsmächtigkeit H max > H Gebirge Deckgebirge besteht vorwiegend aus sandig-kiesigen und begrenzt tonigen Sedimenten (Lockergestein) Felsiges Deckgebirge ist tiefgründig verwittert, stark tektonisch beansprucht oder geringfestes Halbfestgestein Zahlreiche bereits registrierte Tagesbrucharten und sonstige altbergbaulich bedingte Einwirkungen; somit hohes Tagesbruchrisiko und deren Fortentwicklungen Grubenwasser unterliegt größeren Schwankungen bzw. Grubenbaue und Deckgebirge werden geflutet I (rot) Umgehender Handlungsbedarf bei akuter Gefährdung der öffentlichen Sicherheit Gefahr im Verzug Erstsicherung des Einwirkungsbereiches Nutzungseinschränkung, Sperrung der Tagesoberfläche, Umsiedlung Umgehende ingenieur- und bergtechnische und/oder bautechnische Sanierungsmaßnahmen (Hinweis: Bei diesem Befund ist davon auszugehen, dass die Polizeibehörden amtlich eine Gefahrenfeststellung treffen.) 252

155 Kriterien der Risikoklassen für bergmännische Hohlräume (2) ltbergbauliches Erscheinungsbild (Schadensbild) Nutzung der Tagesoberfläche Geotechnische, sicherheitsrelevante Charakteristik der tagesnahen Grubenbauen und deren Deckgebirge Risikoklasse (farbige Kennzeichnung) Handlungsbedarf Empfohlene Maßnahmen Tagesbruch der verschiedenen rten sowie Nachbrüche unmittelbar nach der Durchbruchphase Geringe Deformation an der Tagesoberfläche, z. B. Spalten- und Rissbildung, Senkung, begrenzter Gebäudeschaden Nur erstgesicherte Tagesöffnung (Schacht, bbau, Stollen, Tagesstrecke, Tagesüberhauen) Periodischer, begrenzter Wasserschaden (z. B. schadensrelevante Standwasserbildung in Stollen und Grubenbauen sowie Wasseranstieg, Vernässungen und Versalzung an der Tagesoberfläche) Beginnender aktiver untertägiger Verbruchprozess ohne direkte Überbauung Nicht dauerstandsicher verfüllte oder teilverfüllte Schächte Unsicher abgebühnte, nicht- oder teilverfüllte Schächte Bebauungsgebiet, jedoch keine direkte Überbauung Land- und forstwirtschaftliche Flächen gering frequentierte öffentliche Bereiche Schützenswerte Gebiete (z. B. Flächen- und Kulturdenkmal) Sehr geringe und geringe Dauerstandsicherheit des Deckgebirges Deckgebirge besteht aus sandigkiesigen und tonigen Sedimenten (Lockergestein) Felsiges Deckgebirge ist tiefgründig verwittert, stark tektonisch beansprucht oder Halbfestgestein Mehrere bereits registrierte Tagesbrüche und sonstige altbergbaulich bedingte Einwirkungen; somit erhöhtes Tagesbruchrisiko Grenzdeckgebirgsmächtigkeit H max > H Gebirge Grundwasser unterliegt größeren Schwankungen ( 1 m) bzw. Grubenbaue und Deckgebirge werden geflutet (GW-Wiederanstieg) II (gelb) Zeitnaher, planmäßiger Handlungsbedarf Erstsicherung des Einwirkungsbereiches Zeitnahe, planmäßige ingenieur- und bergtechnische und/oder bautechnische Sanierungsmaßnahmen Nutzungseinschränkung oder Sperrung der Tagesoberfläche, Umsiedlung 253

156 Kriterien der Risikoklassen für bergmännische Hohlräume (3) ltbergbauliches Erscheinungsbild (Schadensbild) Nutzung der Tagesoberfläche Geotechnische, sicherheitsrelevante Charakteristik der tagesnahen Grubenbauen und deren Deckgebirge Risikoklasse (farbige Kennzeichnung) Handlungsbedarf Empfohlene Maßnahmen Ältere, konsolidierte, Verbruch- und Deformationsereignisse an der Tagesoberfläche (z. B. Tagesbruch mit Baum- und Strauchbewuchs) Tages- und oberflächennahe Grubenbaue unbekannten Zustandes Schächte ohne nachgewiesenen Verfüllzustand unter besonderer Beachtung des Holzproblems und des Grundwassers Gering deformierte, jedoch noch funktionsfähige tagesnahe Hohlraumkonturen Unbekannte hydraulische Gebirgsverhältnisse Bebaute und infrastrukturell genutzte altbergbaulich beeinflusste Gebiete Land- und forstwirtschaftliche Flächen Schützenswerte Gebiete (z. B. Flächen- und Kulturdenkmal) Sicherheitsrelevanter altbergbaulicher Zustand der Grubenbaue, das Deckgebirge und Wasserlösestollen sind nicht oder nur sehr begrenzt bekannt Mittel- und langfristig ist eine Schwächung der Dauerstandsicherheit der Grubenbaue und des Deckgebirges zu erwarten Verschiedene Tagesbrucharten oder/und schadensrelevante Einwirkungen sind bisher nicht bekannt, auch nicht unmittelbar zu erwarten, jedoch grundsätzlich nicht auszuschließen Grenzdeckgebirgsmächtigkeit H max > H Gebirge III (grün) Klärungs- bzw. Erkundungsbedarf Mittel- und langfristig sind direkte und indirekte Untersuchungsmethoden sowie Spezialverfahren zur Neueinstufung der Risikoklassen der Einwirkungsbereiche vorzusehen In Bebauungsgebieten werden periodische visuelle Kontrollen empfohlen (monatlich bis jährlich) Standsicherheitsuntersuchungen von tagesund oberflächennahen altbergbaulichen Hohlräumen 254

157 Kriterien der Risikoklassen für bergmännische Hohlräume (4) ltbergbauliches Erscheinungsbild (Schadensbild) Nutzung der Tagesoberfläche Geotechnische, sicherheitsrelevante Charakteristik der tagesnahen Grubenbauen und deren Deckgebirge Risikoklasse (farbige Kennzeichnung) Handlungsbedarf Empfohlene Maßnahmen Keine Verbrüche und Deformationsereignisse an der Tagesoberfläche bekannt Dauerhaft gesicherte Tagesöffnung Kontrollfähiger, dauerhafter Wasserabfluss Keine First- und Stoßausbrüche sowie Schachtdeformation (bsandungen möglich) usbau ist ausreichend dimensioniert und dauerhaft funktionsfähig Keine Einschränkungen für die behördlich genehmigte Nutzung der Tagesoberfläche und der altbergbaulichen Hohlräume Dauerstandsicherheit des Hohlraumes wird durch geotechnische Parameter erfüllt Ermittelte Grenzdeckgebirgsmächtigkeit kann bei standsicherem Deckgebirge unterschritten werden Grundwasserverhältnisse und Wasserlösestollen sind hinreichend bekannt und dauerstandsicher IV (blau) Monitoring Periodische Kontrollen werden in Einzelbzw. Sonderfällen in größeren Intervallen in bhängigkeit von der Geländenutzung notwendig (z. B. Kali- und Salzschächte) Bei Bedarf Wartung Grundwasserverhältnisse sind ebenfalls zu überwachen 255

158 Hinweise zur Risikovergabe Empfehlungen der DGGT und DMV bilden den fachlich komplexen Bewertungsrahmen für eine geotechnischmarkscheiderische Risikovergabe Erst nach hinreichenden archivalischen Recherchen und zweckorientierten geotechnischen Erkundungen zum ltbergbau ist eine belastbare Risikovergabe möglich Stets ist die Genese der altbergbaulichen Erscheinungsbilder das Bewertungsfundament Bei Änderung der Geländenutzung und/oder in angemessenen Zeitintervallen ist eine Neueinstufung bzw. Überprüfung der Risikoklassen erforderlich. Grundlegende Fachkenntnisse und ein gesunder Sachverstand sind notwendige personelle Voraussetzungen für eine geneseorientierte Risikovergabe 256

159 Zeitlicher Bezug der Risikobewertung Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß verändern sich mit der Zeit (z. B. durch fortschreitende Bruchvorgänge, Nutzungsänderungen, Veränderung des Grenzrisikos u. a. infolge neuer Rechtsvorschriften) ltbergbaubedingte Einwirkungsbereiche sind in größeren Zeitabständen erneut einer nalyse und Bewertung zu unterziehen 257

160 ktuelle Gliederungsempfehlung für BS(1) 1. Veranlassung (ufgabenstellung) 2. Übersicht und Bewertung von verfügbaren Unterlagen 3. Lage und Nutzung des Untersuchungsgebietes 4. Geologische und lagerstättenkundliche Verhältnisse 5. Ingenieur- und hydrogeologische Situation 6. Bergbauhistorischer briss 7. bklärung der Rechtsverhältnisse 8. Bekannte Schadensabfolgen und deren Eigenschaften 9. Durchgeführte Erkundungs- und Sanierungsmaßnahmen 10.Sonstige verfügbare Voruntersuchungen 11.Ingenieur- und bergtechnische Erkundung sowie geotechnische Kennwertbestimmung Markscheiderische rbeiten Geotechnische Dokumentation von altbergbaulichen Hinterlassenschaften Planungs- und Durchführungskonzept von berg- und bohrtechnischen Erkundungen Geotechnische Kennwertermittlungen 258

161 ktuelle Gliederungsempfehlung für BS(2) 12. Numerische Tagesbruchabschätzung und Risikobewertung Ermittlung der Grundlagen zu den Verbruch- und Deformationsprozessen und uswahl des Rechenverfahrens uswahl der geotechnischen Kennwerte und numerische Tagesbruchabschätzung Geomechanische und geohydraulische Bewertung der Standsicherheit der Grubenbaue und Prognose der Schadensentwicklungen Ermittlung der altbergbaulichen Einwirkungsbereiche 13. Beschreibung der altbergbaulichen Erscheinungsbilder mit Vergabe der Risikoklassen 14. Empfehlungen für Erkundungs- und Sanierungsmaßnahmen 15. Kostenschätzung 16. Zusammenfassung bkürzungsverzeichnis Quellenverzeichnis nlagenverzeichnis nlagen 259

162 5. Besondere Schwerpunktprobleme Wasserlösestollen, Grubenwasser Holz im ltbergbau Nachnutzung von unter- und übertägigen ltbergbaurelikten Bauen in ltbergbaugebieten 260

163 7. Erkundungs- und Sanierungsmaßnahmen Geotechnische Erkundungsverfahren Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Dokumentationen zu bergtechnischen Maßnahmen 261

164 Geotechnische Erkundungsverfahren Direkte Verfahren Bohrungen (Kern- und Vollbohrungen, Kleinrammkernbohrungen), Schürfe, bergmännische ufwältigungen, Schurfschächte, Suchstrecken, Flächenfreilegungen Indirekte Verfahren Geophysik, Sondierungen (z. B. Rammsondierungen) Spezialverfahren Foto- und Fernsehsonde, aerogeologische ufnahmen, Tracerversuche bei Wasser- und Wetterbewegungen, irborne-laserscanning 262

165 Zielstellungen für Erkundungsbohrungen Lokalisierung von ltbergbaurelikten (Schächte, Hohlräume, Verbrüche u. a.) Mächtigkeiten und geotechnische Eigenschaften von Lockergesteinen und Verbrüchen Quantitative und qualitative Bestimmung der Deckgebirgsverhältnisse über Hohlräumen Erkundung der hydrogeologischen Verhältnisse Kennwertbestimmung vom Verwahrungshorizont Kontrolle der Versatzquantitäten und qualitäten Komplexverwendung von Bohrungen zur Erkundung, Sicherung und Verwahrung 263

166 Bohrlochabweichungen Bracke, R.: Beachtenswerte Unterschiede.- Deutsches IngenieurBlatt (2011)11, S

167 Bohrlochabweichungen Ursachen: Standortgeologie und Bohrverfahren Verhinderung: Kostenintensive Richtbohrtechnik Schäden: - Hydraulisches Fenster im Injektionsschleier - Gegenseitige Beschädigung von Erdwärmesonden - Fehler in der thermischen Bemessung - Nachbarschaftsrecht - Nicht treffen von Hohlräumen - Verfälschungen von Mächtigkeiten 265

168 Erfolgsquote von Hammerbohrungen (Kamsdorfer Revier) Zielstellung Durchschnittliche Bohrtiefe in m Trefferquote in % Lokalisierung: Schächte, Lichtlöcher, Tagesüberhauen Suche von streckenartigen Grubenbauen Verlauf von steilen Gangabbauen (teilweise mit Fotosondeneinsatz) Lokalisierung von Kammer-Pfeiler-bbauen 6,2 0 5,0 16,1 2,1 11,7 22,4 10,6 63,9 266

169 Erfahrungsgrößen für Tiefen von Erkundungsbohrungen Objekt Einzelbohrung Bohrraster Schacht, Lichtloch, Überhauen Bis 1 m unter Schachtsumpf bzw. Sohle Bis 1 m ins feste Gebirge Lochabstand: 0,9 m Stollen, Strecke Mindesttiefe 10 m Maximaltiefe 40 m Mindesttiefe Lochabstand 10 m 0,75 m Lager-, Flöz- und Gangausbissbereiche Mindesttiefe Maximaltiefe 40 m 60 m Mindesttiefe 20 m Lochabstand -Quer zum Gang 0,75 m -In Gangrichtung 2,0 m Flächenhafte bbaue Mindesttiefe 40 m Maximaltiefe 60 m Mindesttiefe Lochabstand 20 m 2,0 m 267

170 Wichtige Randbedingungen für Erkundungsbohrungen Bohrlochdurchmesser: - etwa 60 bis 70 mm - bei Versatz von Haldenberge > 200 mm Maximale Bohrlochtiefe: - 50 bis 70 mm - bei Kontrollen von Schachtröhren auch > 200 m Tiefe möglich Bohrlochabweichungen: Kontrolle der Neigung und Richtung durch geophysikalische Messungen objektspezifisch notwendig 268

171 Probleme beim Einsatz von Bohrungen Bohrungen sind nur Nadelstiche Einsatz von Einzelbohrungen, Bohrraster und Fächer-, Schräg- und Horizontalbohrungen Bohrungen ohne Kerngewinn haben einen sehr begrenzten Informationsgehalt Kernbohrungen haben jedoch einen Kostenfaktor von 2 gegenüber Hammerbohrungen Höhere Informationsausbeute durch Fernsehoder Fotosonde und Kernauswerteverfahren Nur differenzierter Einsatz und Kombination mit anderen Erkundungsverfahren sind effizient 269

172 Berechnung des L m -Wertes 271

173 Gebirgsbewertung mittels L m -Wert Beispiel: Metamorpher paläozoischer Schiefer 272

174 Geophysik zur Hohlraumortung Messmethode Gravimetrie Seismik Geomagnetik Geothermie Geoelektrik Boden- oder Georadar Bemerkungen Ermittlung von Dichteunterschieden mittels Mikrogravimetrie nur bei speziellen Randbedingungen wirksam Reflexions-, Refraktions- und Vibrationsseismik, seismische Durchschallung Parameter: usbreitungsgeschwindigkeit, Schallhärte, bsorptionskoeffizient Durchschallung ist sicherster Hohlraumnachweis Messung der magnetischen Suszeptibilität nur bei Eisenteilen im Hohlraum wirksam Messung der spezifischen Wärmeleitfähigkeit und IR- Strahlentemperatur starke Effekte bei wassererfüllten Hohlräumen Messung des spezifischen elektrischen Widerstandes, der Dielektrizitätskonstante und magnetischer Permeabilität problembezogene Messanordnung erforderlich Messung von reflektierten elektromagnetischen Impulsen nur über Grundwasser einsetzbar, hier gute Ergebnisse 275

175 Tracer und Markierungsmittel Methode Salzungsmethode Färbung NaCl, KCl, LiCl Festkörpermethode Bärlapp-Sporen Isotopenmethode Mittel Uranin, Fluoreszien, Kaliumpermanganat, Rhodamin, uramin, Brillantgrün, Erosin, Kristallviolett, stra-fuchsin B, Kongorot, Malachitgrün 24 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 82 Br, 86 Rb, 131 J, 3 T, 51 Cr, 85 Kr Sonstige Verfahren - Bakterien - Tenside - Duftstoffe z. B. Serratia macesceus lkylbenzolsulfonat in Verbindung mit Schaumstabilisator Isobornylazetat (Fichtennadelgeruch) Dipenten (terpentin- bis zitronenartiger Geruch) Isocamylsalicylat (Orchideenblütengeruch) 276

176 Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Erstsicherung Dauerhafte Sicherung Verwahrung 277

177 Übersicht über bergtechnische Maßnahmen Erstsicherung Dauerhafte Sicherung Verwahrung Sofortmaßnahme zur Gefahrenabwehr - Warnband - Beschilderung - Bauzaun - temporäre bergtechnische Maßnahmen (z. B. bstützung - Evakuierung Mittelfristige Lebensdauer mit Monitoring - Umhausung - Massive bsperrungen z. B. Zaun, Hecke, Erdwall, Graben, Stahlund Gittertür - Verfüllung und ufhügelung von Schächten - Teilversatz von Hohlräumen - Injektion von Schachtverfüllsäulen - Schachtkopfsicherung, z. B. Verpresspfähle, HDI, Stahlbetonplatte mit Kontrollluke Langzeitstabil und wartungsfrei für jeweilige Geländenutzung - Schotterverfüllungen - Hohlraumfreie Betonverfüllung oder erhärtender Versatzstoff - Betonscherpfropfen - Betonriegel - Statisch bestimmte Stahlbetonplatten - Systemverwahrung 278

178 Sanierung Übergeordneter Begriff von dauerhafter Sicherung und Verwahrung Besonders im Braunkohlenbergbau ist dieser Begriff durch die Kombinationen von dauerhafter Sicherungen und Verwahrungen gebräuchlich 279

179 Dauerhafte Sicherung Gesamtheit aller über- und untertägigen berg- und bautechnischen Maßnahmen zur bwehr von Gefahren und erhöhten Risiken Zielstellung ist die Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit und die meist eingeschränkte, aber sichere Nutzung der Tagesoberfläche Haltbarkeit und volle Funktionalität soll Jahre, Jahrzehnte oder länger betragen Fester Bestandteil ist ein Monitoringprogramm und bei Bedarf Wartung 280

180 Verwahrung Gesamtheit aller über- und untertägigen bergtechnischen Maßnahmen zur dauerhaften bwehr und Beseitigung von Gefahren und erhöhten Risiken Objekt wird wesentlich verändert oder beseitigt rt, Umfang und Wirksamkeit der Maßnahmen werden der aktuellen oder geplanten Nutzung der Tagesoberfläche und den ursprünglichen bzw. den sich neu eingestellten hydrogeologischen Verhältnissen angepasst Maßnahmen werden nach dem Stand der Technik wartungs- und überwachungsfrei ausgeführt Kernstück sind dauerstandsicherer Verwahrungshorizont und langzeitstabiler Verwahrungskörper 281

181 Risiko und Kosten bei Sicherung und Verwahrung 282

182 Erstsicherung (vorläufige Sicherung) Sofortmaßnahmen zur umgehenden bwendungen von Gefahren (Gefahrenabwehrmaßnahme) durch Eigentümer, Rechtsträger oder Nutzer des Grundstückes zur Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit Beschilderung, Umgrenzung z. B. Warnband, Seil, Stacheldraht, Holzstangen, Zaun u.a. Haltbarkeit einige Wochen bis mehrere Monate, Maßnahmen sind zerstörungsanfällig und bedürfen kurzperiodischer Kontrollen und Wartung, auch Nivellements, Rissmonitore Temporäre bergtechnische Maßnahmen 283

183 Dauerhafte Sicherung Gesamtheit aller über- und untertägigen berg- und bautechnischen Maßnahmen zur bwehr von Gefahren und erhöhten Risiken Zielstellung ist die Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit und die meist eingeschränkte, aber sichere Nutzung der Tagesoberfläche Haltbarkeit und volle Funktionalität soll Jahre, Jahrzehnte oder länger betragen Fester Bestandteil ist ein Monitoringprogramm Unterscheidung zwischen unter- und übertägiger dauerhafter Sicherung notwendig! 284

184 Dauerhafte Schachtkopfsicherung 285

185 Einzelmerkmale einer dauerhaften Sicherung Gefahr- bzw. Risikostelle wird nicht beseitigt rt und Umfang setzen geotechnisch-markscheiderische und hydrologische Bewertung voraus Monitoring und periodische Wartung Bei Nachnutzung stets dauerhafte Sicherung Über Schächte Stahlbetonplatte mit Luke Zäune, Seilabsperrungen, Erdwälle, Gräben, Hecken, Umbauung Verfüllung mit Haldenberge und ufhügelung Injektion von Verfüllsäulen Schachtkopfsicherung durch Verpresspfähle, HDI 286

186 Sicherungsbereiche Übertägiger Sicherungsbereich Einwirkungsbereich um altbergbaubedingte Schadstellen mit Gefahren bzw. erheblichen Risiken, z. B. offener oder unsicher verfüllte Schächte, Tagesbrüche, Schachtverbrüche u. a. Untertägiger Sicherungsbereich Grubenbaue mit verringerter Standsicherheit, z. B. unsicher verfüllte Schächte, tagesnahe bbaue, Strecken, Stollen, Überhauen Grubenbaue, die nachgenutzt werden, z. B. Gasund Wassergewinnung, Geothermie, Lagerräume, Besucherbergwerke 287

187 Biotoperhaltende Stollenverschlüsse 288

188 Vergitterung von Zugängen Mitchell-Jones, T. et al. (2007) 289

189 Verwahrung Gesamtheit aller über- und untertägigen bergtechnischen Maßnahmen zur dauerhaften bwehr und Beseitigung von Gefahren und erhöhten Risiken Objekt wird wesentlich verändert oder beseitigt rt, Umfang und Wirksamkeit der Maßnahmen werden der aktuellen oder geplanten Nutzung der Tagesoberfläche angepasst Maßnahmen werden nach dem Stand der Technik wartungs- und überwachungsfrei ausgeführt Kernstück sind dauerstandsicherer Verwahrungshorizont und langzeitstabiler Verwahrungskörper 290

190 Funktionale Haltbarkeit der Sanierungsvarianten Erstsicherung: Tage bis Monate (kurzfristige periodische Kontrolle und Wartung erforderlich) Dauerhafte Sicherung: Monate bis Jahre (periodische Kontrolle und Wartung erforderlich) Verwahrung: 100 Jahre und längere Haltbarkeit (ohne periodische Kontrolle und Wartung) Hinweis: Veränderungen der Nutzung der Sicherungsund Sanierungsbereiche sind zu beachten! 291

191 Verwahrungshorizont und Verwahrungskörper 292

192 Varianten von Betonplomben 293

193 Schema eines Betonriegels 294

194 Schema eines lagestabilen Versatzkörpers 295

195 Verwahrungsschema für teilverbrochenes Deckgebirge 296

196 Verwahrungshorizont Frostsichere Gebirgszone mit ausreichender Dauerstandsicherheit und Langzeitstabilität gemäß Zielstellung und Geländenutzung Gebirgszone muss geotechnisch-markscheiderisch und hydrogeologisch hinreichend bekannt sein. Im Fels ist Erkundung und Bewertung 2 m unter den geplante Verwahrungskörper zu führen. Im Verwahrungshorizont wird der Verwahrungskörper eingebaut. Einbau erfolgt nach bnahme und Freigabe. Bohrtechnische Erkundung ist zulässig. Verwahrungshorizont kann geschaffen werden. 297

197 Verwahrungskörper Bau-, berg- oder injektionstechnisch hergestellter Körper im Verwahrungshorizont aus erhärtendem oder nicht erhärtendem Versatz Teilverfüllungen oder hohlraumfreier und sandwichartiger Versatz sowie statisch oder geometrisch bestimmte Versatzkörper mit definierten Grenzen Integration des alten oder dauerhaften Schachtausbaus in den Verwahrungskörper ist bei Eignungsnachweis möglich. 298

198 uswahlkriterien für die Verwahrungsvariante Bergbauzweig und dessen Besonderheiten Ingenieur- und hydrogeologische Situation, Lagerstätten- und Deckgebirgsverhältnisse bbautechnologie, lter, us- und Einbauten, Versatz, alte Sicherungen und Verwahrungen Verbruch- bzw. Deformationsszenarien rt, Größe und Tiefe des zu verwahrenden Grubenbaus und dessen räumliche Verbindungen Eigenschaften des Verwahrungshorizontes Wasser- und Gasverhältnisse Vorgesehene Nutzung der Tagesoberfläche 300

199 Grundlegende Verwahrungsvarianten Erhärtender und nicht erhärtender Versatz (z. B. Beton, Mörtel, Filterasche, Dämmer, Schotter, klassierte Haldenberge) Bautechnische Maßnahmen (z. B. Betonplombe, Stahlbetonplatte, Betondamm, Gewölbe, Brücke) Sondermaßnahmen (z. B. Injektion, Hochdruckinjektion, Pfähle, Schlitzwand, Daueranker, Sprengung) 301

200 Eigenschaften von idealen Versatzmaterialien Erhärtender Versatz Regulierbare bbindezeit Geringer Volumenschwund Möglichst quellend Regulierbare Festigkeit Bei Lasten keine Setzungen Nicht erhärtender Versatz Geringe Setzungen möglichst selbsthärtende Langzeiteigenschaften hohe Standfestigkeit auch unter Wasser niedriger Böschungswinkel Große Fließweite Resistent gegen Wasser und chemischen Einflüssen Nicht giftig (umweltverträglich) Niedrige Selbstkosten Leicht verarbeitbar Dauerhaft Wasserdurchlässig (drainagefähig) 302

201 Geotechnische Parameter von Haldenberge Mineralogische bzw. petrographische Zusammensetzung Dichte, Porenanteil Wassergehalt Korngrößenverteilung, Kornform, Korndichte, spezifische Kornoberfläche, Oberflächenrauigkeit Gesteinsfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte Wasseraufnahme, Beständigkeit Winkel der inneren Reibung Setzungsverhalten unter Belastung 303

202 Verschiedene Formen von Schachtbetonplatten 304

203 Vergleich von Betonplomben und platten Merkmale Betonplombe Stahlbetonplatte Materialverbrauch - Beton - Bewehrungsstahl Sehr hoch m 3 Kein Verbrauch usführungstiefe 5 20 m, auch tiefer 1 5 m Zustand der Wider- bzw. uflager Gut, hohe Dauerstandsfestigkeit Zustand der Schachtröhre Standfest unterhalb der Platte Gering % einer Plombe kg Sehr gut, hohe Dauerstandsfestigkeit Standfest unterhalb der Platte Einsatz von Großtechnik Nur beschränkt möglich Sehr gut möglich Bearbeitungszeit 3 6 Monate 1 2 Monate Technologischer blauf Unkompliziert, einfache geometrische Vorgaben Berechnung mit Bewehrungsplan Kostenrelation

204 Probleme bei derzeitig eingesetzten Sanierungsmaßnahmen Über Bohrungen im Schachtbereich werden Resthohlräume injektionstechnisch verfüllt und damit die Verfüll-/ Verbruchsäule stabilisiert Hinreichende Kontrolle des Injektionsergebnisses fehlt in vielen Fällen Unzureichend geklärt ist das Holzproblem über dem GW-Spiegel, die Stabilität im Bereich von bgängen und Einfluss von GW-Veränderungen Einordnung der Sanierungsmaßnahme in dauerhafte Sicherung Monitoring, eingeschränkte Nutzung, Umzäunung, Nachsorge 307

205 Systemverwahrung von Schächten Komplexe Verzahnung von verschiedenen dauerhaften bergtechnischen Verwahrungstechnologien unter Berücksichtigung der ingenieur- und hydrogeologischen Verhältnisse in Locker- und Halbfestgesteinen Kraftschlüssige Verkettung von dauerhaft wirkenden Stabilisierungstechnologien, ausgewählten Baustoffen und Ertüchtigung des Verwahrungshorizontes uswahl eines geeigneten Verwahrungskörpers gemäß vorhandener Technologien nach geometrischen oder statischen spekten Einbindung von altem Schachtausbau (z. B. Stahl, Mauerwerk, Beton) in das Gesamtsystem nach Zustandsprüfung und Ertüchtigung 308

206 Voraussetzungen für die Systemverwahrung - usreichende Kenntnisse zu folgenden Basisdaten: ltbergbauliche Objektverhältnisse Lage und Geometrie des Schachtes und der Grubenbaue Geotechnische und hydrogeologische Kenntnisse zum näheren geologischen und bergbaulichen Umfeld des Schachtes Kenntnisse zu den kombinierten Baustoffen Kenntnisse zur geplanten Nutzung der Tagesoberfläche - Bei Bedarf operative npassung der Planung und bergtechnischen rbeiten 309

207 Beispiele für Systemverwahrungen Kupferschieferschacht (1) 310

208 Braunkohlenschacht (5) 314

209 Systemverwahrung bei hohem GW-Stand (8) 317

210 Bewertung der Systemverwahrung Vorteile - Differenzierte Berücksichtigung der Gebirgs-, Wasserund Bergbauverhältnisse - Flexible npassung an die Nutzung - Kriterien einer Verwahrung werden erfüllt - Sicherungsausbau wird Bestandteil der Verwahrung nwendungsgrenzen - Sehr hoher Grundwasserstand - Zu geringe Konsistenz der Gebirgsschichten im Bereich des geplanten Verwahrungshorizontes - Keine oder nur begrenzte Schwankungen des Bergwasserspiegels zulässig 318

211 usblick und Entwicklungsmöglichkeiten Entwicklung ingenieurgeologischer Erkundungsund Bewertungsmethoden zur Bestimmung der wirksamen Gleichgewichtsverhältnisse, deren Eigenschaften im Schachtbereich und der geodynamischen Prozesse Weiterentwicklung der Systemverwahrung durch komplexe und kraftschlüssige Kombinationen von verschiedenen Sanierungstechnologien unter Berücksichtigung der Nutzung Einsatz dieser Verwahrungstechnologie in horizontaler Richtung, z. B. Gang- und Flözausbiss 319

212 8. Dokumentationen zu bergtechnischen Maßnahmen - Ingenieurgeologische Dokumentation von Verwahrungshorizonten und sicherheitsrelevanten Bereichen - Geotechnische Labor- und Feldversuche - Verwahrungs- und Sicherungsdokumentation 321

213 Dokumentationsinhalte von Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Inhalt des Text- und Rissteiles: lle wesentlichen geotechnischen, markscheiderischen, hydrogeologischen, hydrochemischen, altbergbaulichen und bergtechnischen Informationen zum Objekt Sicherungs- bzw. Verwahrungsmaßnahmen sollten lückenlos reproduzierbar und nachvollziehbar sein Darstellung älterer Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Eindeutige Darstellung der Leistungsgrenzen Volumenbilanzen, Verfüllungsgrad und Qualitätsmerkmale bei Versatzarbeiten 322

214 Bedeutung von Dokumentation zu Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen Kernstück für nachfolgende sicherheitsrelevante Bewertungs- und Entscheidungsvorgänge mit Verweis auf Restrisiken Entscheidungsgrundlage für Bebauungsplanungen bzw. Nutzungsänderungen Grundlage für die Erstbewertung von weiteren auftretenden altbergbaubedingten Einwirkungen auf die Geländesoberfläche und für die Festlegung von erforderlichen Erstsicherungsmaßnahmen Bewertung der Dauerhaftigkeit und Funktionalität von vorhandenen Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen bei bsenkung oder Wiederanstieg des Grundwassers sowie bei Wasserstandsschwankungen Langzeitfunktionalität und Wirkungsweise von wasserführenden Stollen im Bearbeitungsbereich Einwirkungen von Gasaustritten auf die Tagesoberfläche 323

215 Grobgliederung einer Dokumentation zu bergtechnischen Maßnahmen 1. Veranlassung und Ziel der rbeiten 2. llgemeine ngaben zum Objekt und verwendete Unterlagen 3. Markscheiderische rbeiten und Erstellung des Risswerkes 4. Geotechnisch-bergbauliche Situation 4.1. Lage und Zustand des Objektes vor der Bearbeitung 4.2. Bergbauliche Verhältnisse 5. Durchgeführte Maßnahmen, Erkundungsergebnisse und rt der Sicherung/Verwahrung 5.1. ufwältigungsarbeiten und Erkundungsergebnisse 5.2. Sicherungs-/ Verwahrungsmaßnahmen 6. Beurteilung der eingesetzten Bau- und Verfüllstoffe 7. Zeitraum der Bearbeitung und ausführende Firmen 8. Geotechnisch-markscheiderische Einschätzung zur Nachnutzung des gesicherten/sanierten Bereiches 9. nlagenverzeichnis Bilddokumentation nlagen 324

216 Weitere Mindestanforderungen an eine Dokumentation Vermessungstechnische Darstellung von Über- und Untertage im amtlichen Lage- und Höhensystem keine lokalen ufnahmen Darstellungen nach DIN , Teil 6, (Markscheiderisches Risswerk) Verwahrung bergmännisch hergestellter Hohlräume Exakte bgrenzung des Leistungsbereiches in Text und Riss ngaben zu: uftraggeber, usführungsfirma, Schadstellennummer, Koordinaten und Höhen, Verwaltungsstruktur wie Regierungsbezirk, Landkreis, Gemeinde, Ort, Ortsteil, Gemarkung, Flurstück (Katastersituation), Kartenblatt, Eigentümer, Nutzer Statische Nachweise und Berechnungen zu Verwahrungen und Sicherungen, ingenieurgeologische Dokumentation des Verwahrungshorizontes bnahmeprotokolle, Gütenachweise und Materialprüfungen (Eigenund Fremdkontrolle), Laborergebnisse Unterlagen sind auch in digitaler Form (DXF-Files) zu erstellen. Unterschrift, Datum und Verteiler 325

217 9. Besondere Schwerpunktprobleme Gase im ltbergbau Wasserlösestollen und Grubenwasser Holz im ltbergbau Bauen in ltbergbaugebieten (z. B. Straßen) Nachnutzungen 326

218 Einwirkungen von Gasen Radon Methan CO 2 CO H 2 S 327

219 Radon ( 222 Rn) Entsteht durch Umwandlung von Uran und Thorium über verschiedene Zwischenprodukte (Nuklide) in stabiles Blei Zwischenprodukt Radon ein natürliches, radioaktives Edelgas Radium zerfällt in Radon (Halbwertszeit 3,8 Tage) und in kurzlebige radioaktive und nicht gasförmige Folgeprodukte Radon und Folgeprodukte sind an erosole im Luftraum gebunden (erosole feste oder flüssige Schwebeteilchen in der Luft) Transportweg: Grubenluft und Grubenwasser 328

220 Radon Maßeinheiten Becquerel (Bq): Einheit der Radioaktivität, 1 Bq = Zerfall eines tomkerns / s Sievert (Sv): Äquivalentdosis für biologische Wirkung von radioaktiver Strahlung Deutschland: ca. 3,9 msv/a (natürlich: 2,4 msv/a, künstlich: 1,5 msv/a) Mittelwert: 50 Bq/m 3 in Wohnraumluft (in Sachsen 80 Bq/m 3 ) 329

221 uswirkungen von Radon und Folgeprodukten Hohe Konzentration in der Lunge kann zu Lungenkrebs führen ( Schneeberger Krankheit ) Ursachen erst nfang der 50er Jahre erkannt Einatmen der kurzlebigen Radon-Zerfallsprodukte verursacht eine relativ hohe lpha-strahlendosis Schneeberger Krankheit seit 1879 als Krebs erkannt, gricola beschrieb bereits Bergsucht Einflussfaktoren auf das Krebsrisiko Dynamik der Radonentgasung Verhältnis Radongas zu Folgeprodukten ufenthaltsdauer temrate 330

222 Radon Grenz- und Richtwerte Deutschland (Richtwerte) Zulässiger Wert in Gebäuden < 250 Bq/m 3 (Normalbereich) Maßnahmen in Gebäuden Bq/m 3 (Ermessensbereich) Maßnahmen in Gebäuden Bq/m 3 (aktive Schutzmaßnahmen erforderlich) Maßnahmen in Gebäuden > Bq/m 3 (umgehende Sanierung innerhalb von 1 Jahr) (Zum Vergleich: Lungenkrebsrisiko > 140 Bq/m 3 ) (FRITSCHE, R.: Das Edelgas Radon und seine uswirkungen. - Bergbau 5/2007, S ) 331

223 Radon Grenz- und Richtwerte Schweiz Mittlerer Grenzwert für Räume: Bq/m 3 und a Neubau, Sanierung: 400 Bq/m 3 und a (Richtwert) Lungenkrebsrisiko: > 150 Bq/m 3 Schweden Niedriges Risiko: < Bq/m 3 Normales Risiko: Bq/m 3 Hohes Risiko: > Bq/m 3 EU Richtwert: 200 Bq/m 3 332

224 Radonkonzentration BRD 333

225 Radonkarte von Sachsen 334

226 Wasserführende Stollen (Wasserlösestollen) - Kein ltbergbau ohne Stollen - In Mittelgebirgsregionen oft Jahrhundertbauwerke - Stollenlänge über 10 km keine Seltenheit - 10 längsten Stollen Sachsens erreichen Gesamtlängen von über 258 km 335

227 Problemstellung von wasserführenden Stollen Stollen waren und sind die Grundlage für Wasserlösung, Erkundung, Erschließung, bbau, Bewetterung, Fahrweg, Transport und wasserwirtschaftliche Energienutzung Stollen im ltbergbau können zu katastrophalen Schadensereignissen führen Schwerpunkt für die geotechnisch-markscheiderische Untersuchung und Bewertung sowie bergtechnische Bearbeitung 336

228 Schadenshäufigkeit am Tiefen Hauptstollen in Geyer Häufigkeit der Ereignisse Zeitraum 340

229 Typische Erscheinungsbilder bei Havarien an Wasserstollen Übertagebereich Tagesbrüche, Schachtverbrüche, Senkungen Mundlochverbrüche, Hangrutschungen rtesische Wasseraustritte (Wasser-, Schlammoder Ockerfluten, Mobilisierung von Schadstoffen) Vernässungszonen ustritte von Gasen 343

230 Typische Erscheinungsbilder bei Havarien an Wasserstollen Untertagebereich Partieller Voll- oder Teilverbruch Massenumlagerungen (Einspülungen verschiedener Materialien in den Stollen) blagerungen von Schlamm und Ocker Veränderungen im Gefälle des Stollens Verbruch- und Deformationsprozesse im Gebirge und usbau je näher das Hindernis am Mundloch, je höher das Risiko für ein unerwünschtes Ereignis und das zu erwartende Schadensausmaß 344

231 Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen, Monitoring Grundsatz: Einmal wasserführender Stollen immer wasserführender Stollen dauerhafter Erhalt der vollen hydraulischen Funktionalität periodische Kontrollen, Wartung (Sicherung) und Reinigung Verhinderung von extremen Wasserzuläufen von übertage 345

232 Sicherungs- und Verwahrungsmaßnahmen, Monitoring Bearbeitungsbereiche Untertägiger Bereich Stollen- bzw. Röschenmundloch bis letzten Wasserzulauf im Gebirge Übertägiger Bereich Offene Rösche bis zur Einleitung in natürlichen Vorfluter, Lichtlöcher und Schächte, mögliche Versturzstellen bei Wasserfluten 346

233 Weitere Schlussfolgerungen rbeiten an Wasserlösestollen sind mit wasserbaulichen Maßnahmen abzustimmen (Hochwasserschutz) Prüfung einer Mehrfachnutzung eines Stollens, z. B. Energie- und Wassernutzung, Heilstollen, Besucherbergwerk u. a. Wasserlösestollen stellen im Hinblick auf die sich verändernden Niederschlags- und Hochwasserverhältnisse zukünftig eine große ufgabe und Herausforderung zur Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit dar 347

234 Übersichtsplan Halsbrücker Spat 350

235 Das Wasserproblem Änderung der Grundwasserbeschaffenheit z. B. Chemismus Änderung des Grundwasserregimes z. B. Fließrichtung, Durchlässigkeit, Gefälleänderung Änderung des Grundwasserstandes z. B. Wasserabsenkung, Wiederanstieg 382

236 Mögliche Folgen von Änderungen der Grundwasserbeschaffenheit (Empfehlung K 4.6 von 2004) 383

237 Möglichkeiten und Folgen von Änderungen des Grundwasserregimes (Empfehlung K ) 384

238 Fortsetzung: Änderung Grundwasserregime 385

239 Holz im ltbergbau Bestandteile des Holzes Holzabbau durch Pilze Holzabbau durch Bakterien Holzvolumen am usbau Holzvolumenanteil am Schachtausbau Milieubereiche für die Holzzersetzung 386

240 Bestandteile des Holzes Cellulose % Lignin % Hemicellulose (Polyosen) % Kerninhaltsstoffe (z. B. Fette, Stärke, Harz) 1 3 % Feste Restbestandteile (sche) 0,1 0,5 % Fazit: m Ende verbleibt für die Organismen unverdauliche sche, Wasser und CO 2! 387

241 Holzabbau durch Pilze Braunfäulepilze (Destruktionsfäule) - bevorzugt Nadelhölzer - Holz zerfällt würfelförmig Weißfäulepilze (Korrosionsfäule) - bevorzugt Laubhölzer - Holz wird leicht, weich und faserig Moderfäulepilze - wächst bei sehr hoher Feuchtigkeit im Boden - Pilz wächst von der Oberfläche her, die modrig weich und schmierig wird 388

242 Holzabbau durch Bakterien Holzzerstörende Bakteriengruppen Tunnelgrabende Bakterien Kavernengrabende Bakterien Erodierende Bakterien Festigkeitsabnahme durch Bakterien Wenig erforscht, ca. 5 % bnahme bei einer Standzeit von Jahren (Kiefernholz) us praktischer Sicht, Holzfunktion über Jahrhunderte unter Wasser gegeben. Vermeidung von Bergwasserschwankungen 389

243 Holzvolumenanteil am usbau Streckenquerschnitte - Braunkohlentiefbau (Ende 19. Jahrhundert) Grubenbauart Höhe in m Sohlenbreite in m Firstbreite in m Einfachstrecke 1,8 2,0 1,5 2,2 1,25 1,85 Doppelstrecke 2,0 2,45 2,5 3,0 2,1 2,5 Holzanteil am uffahrungsvolumen usbauart Streckenbreite 1 m Streckenbreite 2 m Türstockabstand 1 m 8 % 5 % Türstock an Türstock 39 % 24 % 390

244 Holzvolumenanteil am Schachtausbau nteil des usbauholzes am Gesamtvolumen der Schachtröhre usbauart Volumenanteil an der Schachtröhre in % Vollschrotzimmerung Bolzenschrotzimmerung 8-12 Randbedingungen: - Das usbauholz besitzt eine mittlere Kantenlänge von 200 mm, der Verzug ist 40 mm stark. - Die Schachtröhre ist vollständig verfüllt. - Der Schachtausbau ist hohlraumfrei hinterfüllt. - Verbliebene Holzeinbauten wurden nicht berücksichtigt. - Es treten keine Suffosion und kein usfließen von Massen aus der Schachtröhre in Strecken und Füllörter auf. 391

245 Milieubereiche für die Holzzersetzung Lufterfüllte Grubenbaue - grundsätzlich keine Langzeitstabilität und dauerhafte Funktionalität des Holzausbaus Unter Wasser oder wassergesättigter, lehmigtoniger Bereich - langzeitstabiler Holzausbau Wasser-Luft-Wechselzone - verstärkter Holzabbau 393

246 Holz: Wirkung von Wasser Wasser wirkt konservierend In lufterfüllten Hohlräumen: keine Langzeitstabilität und keine dauerhafte Funktionalität Haltbarkeit: Trocken < Wechsel nass/trocken < unter Wasser Zu unterscheidende Milieubereiche: Lufterfüllte Grubenbaue Unter Wasser oder wassergesättigter, lehmig-toniger Bereich Wasser-Luft-Wechselzone 394

247 Dauerhaftigkeit verschiedener einheimischer Holzarten (Jahre) Holzart Ständig unter Wasser Wechsel von nass und trocken an der Luft unter Luftabschluss immer trocken horn Birke Buche (weiß) Buche (rot) Eiche Erle Esche Fichte Kiefer Lärche Pappel Tanne Ulme

248 Zusammenfassung Holz ist nicht langzeit- und volumenstabil Holz verzögert und verzerrt das Zeit- Setzungsverhalten des Gebirges Holz ist möglichst wieder zu entfernen Holz unter Wasser begünstigt die Langzeitstabilität und Funktionalität von Grubenbauen 413

249 Probleme bei ltbergbau unter Straßen In historischen Bergbaurevieren oft unzählige tagesnahe Grubenbaue Vom Verkehrsteilnehmer wird nicht akzeptiert, dass sich in der Fahrbahn plötzlich ein Loch öffnet und es zum Unfall kommt. Risiken (und Gefahren) bestehen bei vorhandenen Straßen, aber auch bei Neubaustrecken Bei Straßen tritt Schaden bei laufendem Verkehr ein Sofortmaßnahmen Bei Neubaustrecken ausreichende Erkundung Grundsatz: Halbe Lösungen sind mindestens doppelte ufwendungen! 414

250 Erkenntnisse und Schlussfolgerungen Verwahrungsziel - Sicherheit und Leichtigkeit des Verkehrs - Reduzierung von Restrisiken auf ein kleines Maß uslösende Schadensfaktoren - Defekte Wasserleitungssysteme - Unzureichende oder gestörte Entwässerung - Intensive statische und dynamische Einwirkung - Schwächung der Hohlraumstandsicherheit durch geodynamische Prozesse - Versagen der Tragwirkung von altem usbau 415

251 Nachnutzung von unterirdischen Hohlräumen (1) 1. Energiegewinnung, Energiespeicherung 2. Besucherbergwerk, Erlebnisbergwerk, Lehrpfad, Konzertraum, Gruselkabinett, Hochzeiten, Heilstollen, Sportanlage, Kunstbunker 3. Biotope 4. Wassergewinnung (Brauch- und Trinkwasser) 5. Lagerräume, z. B. Käse- und Stollenreifung, Bier, Wein, Gemälde, Bernsteinzimmer, Eiskeller 6. Untertagedeponie, illegale Entsorgungsbereiche für Waffen, Munition, Kadaver, kten, alte Geldscheine, ( Würstchenschacht ) 416

252 Nachnutzung von unterirdischen Hohlräumen (2) 7. Lehrbergwerk, usbildungszecke, Tauchschule 8. Untertagelabor, z. B. Erdbebenstation 9. Bierbrauerei, Schnapsbrennerei, Gaststätte 10. Schießstand 11. Fabrik, Gießen von Bleikugeln 12. Kirche, Beinhaus, Begräbnisstätte 13. Tierzucht (Fische, Hühner, Schweine) Gemüseund Pilzzucht 14. Wohnung 15. Garage 16. Kombi-Nutzung 417

253 Nachnutzung von übertägige nlagen Generell: Lehrpfad, montanhistorisches Denkmal, Biotop, Schauanlage, Erlebnisbereiche, usstellungsflächen Restloch: Badesee, Wassersport Naherholung Fischzucht, Tierhaltung Halde: Gewinnung des Haldenmaterials, Standort für Solaranlage, ussichtspunkt, Sportanlage, Golfplatz, Weinberg Kombi-Nutzung 418

254 Besucherbergwerke in Sachsen Problemstellung Enorm große nzahl von montanhistorischen ltbergbaurelikten und Sachzeugen in Sachsen und vor allem im Erzgebirge Traditionsreiche Bergbaureviere mit 35 Bergstädten, Bergorten und Bergflecken Bergbau auf Silber, Blei, Kupfer, Zinn, Eisen, Wismut, Kobalt, Nickel, rsen, Vitriol, Gold, Flussund Schwerspat, Edelsteine, Serpentin, Kaolin, Kalk, Dolomit, Dachschiefer, Uran, Stein- und Braunkohle Unzählige bergmännisch aufgefahrene Hohlräume unter Städten und Gemeinden 419

255 Definitionen Besucherbergwerk: nach BBergG 129 (1) Betriebsplanpflicht, Nachnutzung von bergmännisch aufgefahrenen Hohlräumen und Höhlen Erlebnisbergwerk: Besucher werden in ein produzierendes Bergwerk geführt Schaubergwerk: Nachbildung eines Bergwerkes oder einzelner Grubenbaue - durch Kulissen und Maschinen wird eine untertägige Illusion geschaffen 421

256 Historische Entwicklung der Besucherbergwerke nfänge: 19. Jahrhundert mit der Entstehung des Tourismus durch erhöhte Mobilität: Eisenbahn, später Bus und Individualverkehr Entstehungszeit nzahl der Besucherbergwerke und Höhlen in Sachsen vor vor

257 Statistische Entwicklungen für Besucherbergwerke und höhlen in Sachsen von 1995 bis Betreute Objekte durch Interessengemeinschaften und Vereine nzahl der begehbaren Kellergänge nzahl der Besucherbergwerke und- höhlen Besucherzahlen Quelle: Jahresberichte des Sächsischen Oberbergamtes nzahl der Besucherbergwerke und- höhlen 423