Probleme bei der Verwahrung eines alten Schachtes

Transkript

1 Probleme bei der Verwahrung eines alten Schachtes Michael Penzel 1), Claus Focke 2), Thomas Haufe 3), Olaf Einicke 4) 1) GEOTECHNIK PROJEKT GbR, Leipzig, 2) Ges. zur Verwahrung und Verwertung stillgelegter Bergwerksanlagen mbh, Sondershausen 3) Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt 4) TS BAU GMBH, Niederlassung Jena ZUSAMMENFASSUNG : Grundlage der Verwahrungsplanung von alten Schächten sind das vor Ort Sichtbare, vorhandene Altunterlagen und die bergbaulich-verwahrungstechnischen Erfahrungen. Während der Verwahrungsarbeiten zeigt es sich nicht selten, daß die tatsächlichen Gegebenheiten von den altdokumentierten oder begründet angenommenen abweichen. Das zwingt zu operativen Planungsänderungen, deren effektive Umsetzung eine zeitnahe kooperative Zusammenarbeit zwischen Planer, Auftraggeber, Bergaufsicht und bauausführendem Unternehmen erfordert. Der in der Mansfelder Mulde gelegene, 184 m tiefe, in Mauerwerk stehende Schmid- Schacht wurde um 1850 geteuft. Nach seiner 1864 endenden aktiven Betriebszeit diente er bis zum Beginn der Verwahrungsarbeiten 2005 der Hebung von Brauchwasser, der Wetterführung sowie als Befahrungsschacht im Rahmen der Kontrolle und Instandhaltung untertägiger Anlagen. Bei der Verwahrungsplanung waren als Schutzziele die Gewährleistung der Standsicherheit der Tagesoberfläche sowie die Aufrechterhaltung der Wasserwegsamkeit des mit dem Schacht im Tiefsten verbundenen Schlüsselstollens zu beachten. Es wurde eine Vollverfüllung des Schachtes mit Lockermaterial (klassierter Schotter zur Abgangssicherung, Kupferschlacke) vorgesehen. Im Rahmen der erforderlichen Beräumungsarbeiten im Schachttiefsten zeigte sich unter der Sohle des Querschlags zum Schlüsselstollen eine ca. 2 m mächtige, mit vertretbarem Aufwand nicht entfernbare Schlammschicht. Damit bestand das nicht akzeptable Risiko, daß beim Einbringen der geplanten Füllsäule Schlamm und Füllgut in den Stollen auswandern und damit die Wasserwegsamkeit des Stollens und die Stabilität der Füllsäule negativ beeinflusst werden. Die geänderte Verwahrungsplanung verzichtete auf eine Vollverfüllung und beinhaltete einen kohäsiven Füllsäulenabschnitt. Als verlorenes Widerlager diente eine von einem Füllort in 51,5 m Teufe aus zu errichtende Bühne. Voraussetzung war ein fester Verbund zwischen Mauerwerk und Gebirge. Die bohrtechnische Erkundung ergab wider Erwarten, daß der Mauerwerksausbau vor dem ursprünglichen Holzausbau errichtet wurde. Damit war kein fester Verbund zwischen Mauerwerk und Gebirge vorhanden und durch Injektionen auch nicht definiert herstellbar. Die nochmals geänderte Verwahrungsplanung sah, unter Nutzung der eingebrachten Bühne, die Errichtung einer massiven Füllortplombe in 51,5 m Teufe und eine Überkippung mit Kupferschlacke bis zu Tage vor. Diese Verwahrung wurde realisiert. Mit der durch das Land Sachsen-Anhalt finanzierten Verwahrung des Schmid-Schachtes wurde eine potentielle Gefahrenstelle mit dem Ziel der Beendigung der Bergaufsicht dauerhaft beseitigt. 179

2 1 Problemstellung Die GVV - Gesellschaft zur Verwahrung und Verwertung stillgelegter Bergwerksanlagen mbh - ist u. a. im Auftrag der Landesanstalt für Altlastenfreistellung Sachsen-Anhalt (LAF) für die zum bergrechtlichen Abschluss erforderlichen Arbeiten an einer Reihe von ehemaligen Erz-, Kali- und Spatgruben im Land Sachsen-Anhalt zuständig. Projektziel ist die Beendigung der Bergaufsicht für diese Objekte. Voraussetzung dafür ist ein dauerhaft gefahrenfreier Zustand. Dies bedeutet neben dem Rückbau der ehemaligen Tagesanlagen und der Sicherung von Halden auch die Verwahrung von Grubenbauen. Nach Beendigung der Nutzung war u. a. auch der im Mansfelder Land gelegene, dem Mansfelder Kupferschieferbergbau zuzuordnende Schmid-Schacht zu verwahren. Den Auftrag zur Verwahrungsplanung und -begleitung erhielt die Gesellschaft Geotechnik Projekt br. Die Verwahrungsarbeiten standen unter der Aufsicht des Landesamtes für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt. Bauausführendes Unternehmen war die TS BAU GMBH, Niederlassung Jena. Während der Verwahrungsarbeiten zeigte es sich, daß die tatsächlichen Gegebenheiten von den altdokumentierten oder begründet angenommenen so abwichen, daß erhebliche operative Planungsänderungen notwendig waren. Die effekive Umsetzung der Planungsänderungen war nur durch eine zeitnahe kooperative Zusammenarbeit zwischen allen beteiligten Partnern möglich. 2 Verwahrung nach ursprünglicher Planung 2.1 Schachtkartei Als Grundlage der Verwahrungsplanung wurden alle zur Verfügung stehenden markscheiderischen, geologischen, geotechnischen und bergbauhistorischen Unterlagen ausgewertet. Weiterhin erfolgte eine Befahrung des noch zugänglichen Schachtes. Die Ergebnisse wurden in einer Schachtkartei dokumentiert. Sie sind überblickhaft in der Tab. 1 wiedergegeben. Die Abb. 1 und 2 vermitteln einen Eindruck vom Zustand des Schachtes vor der Verwahrung. Tab.1 : Bergbauliche und geologische Gegebenheiten des Schmid-Schachtes Höhe Rasensohle Höhe Schachttiefstes Teufe 260,00 m NN 76,00 m NN 184,00 m Abgänge/Beschaffenheit - Wetterkanal in 0 m Teufe/offen - Kammer in 51,5 m Teufe/offen - Strecke in 166 m Teufe /offen - Füllort in 180 m Teufe/offen - Querschlag zum Schlüsselstollen in 184 m Teufe/haufwerkserfüllt Schachtquerschnittsform Ausbruchsquerschnitt Lichter Querschnitt Ausbau Schachtkopfsicherung Einbauten Tonnenförmig Unbekannt 3,5 m x 1,5 m Ursprünglich Holz, dann Ziegelmauerwerk Abdeckplatte mit Öffnungen Rohrleitungen, Kabel, Träger, Bühnen, Kübelfahrung 180

3 Teufzeit 1844 bis 1846 Betriebszeit/Nutzung Standfestigkeitsprobleme Wasserzuflüsse 1846 bis 1864/Seilfahrts-, Förder-, Wetterschacht; 1864 bis 2005/Hebung von Brauchwasser, Wetterführung, Befahrungsschacht für untertägige Anlagen Keine Bergfeucht bis tropfnaß Durchteufte Schichtenfolge/Teufe von bis - Lockergestein/0 m bis 5m - Buntsandstein/5 m bis 85 m - Zechstein/85 m bis 184 m Abb.1 : Stahlblechabdeckplatte (links), Blick in die Schachtröhre (rechts) Abb.2 : Füllort 181

4 2.2 Verwahrungsplanung Folgende Schutzziele waren bei der Verwahrung zu beachten: - Dauerhafte Gewährleistung der Standsicherheit der Tagesoberfläche - Nichtbeeinträchtigung der Wasserwegsamkeit des Schlüsselstollens Die Verwahrungsplanung legte die Verwahrungsvariante Vollverfüllung mit Abgangssicherung durch Schotter und Lockermassenüberkippung bis zu Tage entsprechend den Grundsätzen für die Verwahrung von Tagesschächten (IfB 1977) zugrunde (Abb. 3). 0 Ertüchtigte Abdeckplat- Kupferschlacke Klassierter Schotter Schlüsselstollen Teufe [m] Abb.3 : Querschnitt durch den Schmid-Schacht nach Verwahrung entsprechend ursprünglicher Planung (schematisch) Die Abmessungen des Querschlages zum Schlüsselstollen (vor Ort messbar und aus Unterlagen erkennbar war eine Höhe von 1,5 m) und die Entfernung des Schachtes vom Schlüsselstollen (5 m) ließen erwarten, daß eine Beeinflussung des Stollens durch den Fuß der Füllsäule ausgeschlossen werden kann (Abb. 4). Markscheiderisches Profil 1909 Schlüsselstollen 1,5 m Schotterböschung bei 40 5 m Böschungswinkel Abb.4 : Ausbildung der Schotterböschung im Querschlag zum Schlüsselstollen nach recherchiertem Kenntnisstand 182

5 2.3 Verwahrungdurchführung Beim Beräumen des Haufwerks im Schachttiefsten und im Querschlag zum Schlüsselstollen zeigte sich, daß die im Profil von 1909 angegebene feste Sohle nicht vorhanden war. Vielmehr bestand die Sohle aus einem teilweise zersetzten Holzbohlenbelag, unter dem sich schlammartige Lockermassen von ca. 2 m Mächtigkeit und unbekannter querschlagsparalleler Erstreckung befanden. Weiterhin war ein verwitterter Holzdamm sichtbar (Abb. 5). Bohlenbelag, darunter ca. 2m Schlamm Holzdamm Abb.5 : Blick in den Querschlag zum Schlüsselstollen nach Beräumen des Haufwerks Unter diesen Bedingungen waren bei Realisierung der geplanten Verwahrung ein Auslaufen von Schlamm und Füllgut in den Schlüsselstollen und somit eine Beeinträchtigung seiner Wasserwegsamkeit nicht auszuschließen. Damit hätte auch die Stabilität der Füllsäule nicht gewährleistet werden können. Technische Maßnahmen zur Schaffung eines definierten Widerlagers für den Schotter schieden aus logistischen Gründen aus (räumliche Enge, eingeschränkte Energieversorgung, begrenzte Transportmöglichkeiten). 3 Verwahrung nach geänderter Planung 3.1 Verwahrungsplanung Die Schachtverwahrungsplanung wurde unter Zugrundelegung der Variante Teilverfüllung mit einem kohäsiven Füllsäulenabschnitt auf einem verlorenen Schalungswiderlager im Bereich der Kammer in 51,5 m Teufe geändert (Abb. 6). Hierbei fanden die Richtlinien des Oberbergamtes Clausthal-Zellerfeld für das Verfüllen und Abdecken von Tagesschächten (OCZ 1996) Berücksichtigung. Folgende Maßnahmen waren geplant: - Herrichtung der Kammer und Errichtung einer verlorenen Schalungsbühne in 51,5 m Teufe - Niederbringen von 4 gegenüberliegenden Kernbohrungen im Bereich des kohäsiven Füllsäulenabschnitts zum Nachweis des festen Verbundes zwischen Mauerwerk und Gebirge - Säubern des Mauerwerks von Verunreinigungen im Bereich des kohäsiven Füllsäulenabschnitts - Herstellen des kohäsiven Füllsäulenabschnitts im Teufenbereich von 51,5 m bis 36,5 m - Verfüllung bis zur Rasensohle sowie Verfüllung des Wetterkanals mit Kupferschlacke und Ertüchtigung der Abdeckplatte 183

6 0 Ertüchtigte Abdeckplatte Schalung Kupferschlacke Kohäsiver Füllsäulenabschnitt Schalungsbühne Schlüsselstollen Teufe [m] Schlamm Abb.6 : Querschnitt durch den Schmid-Schacht nach Verwahrung entsprechend geänderter Planung (schematisch) Für den kohäsiven Füllsäulenabschnitt und die Schalungsbühne wurden gesonderte gebirgsmechanisch-verwahrungstechnische und bautechnisch-statische Gutachten erstellt. 3.2 Verwahrungsdurchführung Bei der Herstellung der für die Errichtung der Schalungsbühne notwendigen Widerlagerausspitzungen im Schachtmauerwerk zeigte sich überall hinter dem Mauerwerk 7 cm bis. 14 cm dickes, teilweise zersetztes Holz oder Hohlraum (Abb. 7). In keinem Fall war das Mauerwerk fest mit dem Gebirge verbunden. Holz Mauerwerk Mauerwerk Abb.7 : Blick in eine Widerlagerausspitzung 184

7 Diese Befunde gaben zu der Vermutung Anlaß, daß der ursprünglich eingebrachte Holzausbau, nicht, wie sonst üblich, geraubt und durch Mauerwerksausbau ersetzt worden ist, sondern daß der Mauerwerksausbau vor dem Holzausbau errichtet wurde. Die Kernbohrungen sowie weitere Mauerwerksöffnungen bestätigten diese Vermutung. Eine wesentliche Voraussetzung für die Realisierung der geänderten Verwahrungsplanung, der feste Verbund zwischen Schachtmauerwerk und Gebirge im Bereich des kohäsiven Füllsäulenabschnitts zur sicheren Ableitung der Kräfte aus der Verwahrung in das Gebirge, war damit nicht gegeben. Dieser Verbund konnte infolge des vorhandenen, aber unbekannten Anteils mehr oder weniger zersetzten Holzes und Hohlraums auch durch Injektionen nicht definiert erreicht werden. 4 Endgültige Verwahrung 4.1 Verwahrungsplanung Die durch die bisherigen Verwahrungsarbeiten entstandene Situation berücksichtigend erfolgte eine erneute Planung unter Zugrundelegung der Variante Teilverfüllung mit einer massiven Füllortplombe auf einem verlorenen Schalungswiderlager im Bereich der Kammer in 51,5 m Teufe auf der Grundlage der Grundsätze für die Verwahrung von Tagesschächten (IfB 1977). Infolge der gewonnenen Erkenntnisse war die Füllortplombe so zu planen, daß die Belastung aus der Verwahrung nicht in das Mauerwerk, sondern in das anstehende Gebirge eingeleitet wird. Mit dem Ziel der geologischen Ansprache und gebirgsmechanischen Bewertung des Plombenwiderlagers wurde im Kammerniveau eine kurze Strecke in das Gebirge vorgetrieben. Es zeigte sich, daß der Holzausbau durchgängig erhalten war und das Gebirge aus bergfeuchtem, geklüfteten, dichten, roten Sandstein besteht (Abb.8). Abb.8 : Blick in die Kurzstrecke Zur Gewinnung von Gesteinsproben für die nachfolgend durchgeführten Festigkeitsuntersuchungen erfolgten weiterhin Kernbohrungen in das Gebirgswiderlager. Im Rahmen eines gebirgsmechanisch-verwahrungstechnischen Gutachtens wurden die Ergebnisse der Gesteinsfestigkeitsuntersuchungen und der Gebirgsansprache ausgewertet und die massive Füllortplombe geometrisch dimensioniert. Die bauliche Planung der Plombe erfolgte in einem bautechnisch-statischen Gutachten. 185

8 Nach Vorliegen dieser Grundlagen sah die Planung vor (Abb. 9): - Nutzung der Kurzstrecke als zusätzlichen Gebirgswiderlagers für die massive Füllortplombe - Beräumen der Kammer bis auf das feste Gebirge - Errichtung einer massiven Füllorteinfachplombe im Niveau der Kammer in 51,5 m Teufe - Verfüllung bis zur Rasensohle sowie Verfüllung des Wetterkanals mit Kupferschlacke und Ertüchtigung der Abdeckplatte 0 Ertüchtigte Abdeckplatte Kupferschlacke 50 Massive Füllortplombe Schalung Kurzstrecke 100 Alter Holzausbau Schlüsselstollen Teufe [m] Schlamm Abb.9 : Querschnitt durch den Schmid-Schacht nach endgültger Verwahrungsplanung (schematisch) 186

9 4.2 Verwahrungsdurchführung Die endgültige Verwahrung wurde entsprechend der Planung problemlos durchgeführt. Die Abb. 10 und 11 zeigen abschließend verschiedene Stadien der Verwahrungsarbeiten. Abb.10 : Vorbereitung der Plombenbetonage (links) und Plombenbewehrung (rechts) Quellen Abb.11 : Neue Träger der Schachtabdeckplatte (links) und Schachtkennzeichentafel (rechts) IfB 05/77 OCZ 1996 Grundsätze für die Verwahrung von Tagesschächten, Institut für Bergbausicherheit. Leipzig, Richtlinien des Oberbergamtes Clausthal-Zellerfeld für das Verfüllen und Abdecken von Tagesschächten vom /10.2 3/95 II B II f 5.2 II 187