Projektbeispiele

Wie stabil ist das Grubengebäude?

Zur Gewährleistung der Langzeitsicherheit im Bereich der Grubenfelder einer Reihe von stillgelegten Kalibergwerken im Südharz- und Saale-Unstrut-Kaligebiet sind nach der Einstellung der Förderung umfangreiche Verwahrungsmaßnahmen erforderlich geworden, die vor allem dem Schutz der Tagesoberfläche dienen. Dabei sind insbesondere die nachfolgend genannten gebirgsmechanischen Gefährdungspotentiale zu sehen:

• Ablauf großräumiger übertägiger Senkungsprozesse mit hohen jährlichen Absenkungsraten bzw. zu erwartenden großen Erdsenkungen und negativen Auswirkungen auf Gebäude, Verkehrswege und Vorfluter,
• bergbaulich induzierte seismisch-tektonische Aktivität in verschiedenen Feldesteilen,
• latent bestehende Gebirgsschlaggefährdung durch den großflächigen Abbau von Carnallitit.

Die erforderlichen Verwahrungs- und Sicherungsarbeiten im Rahmen eines langjährig zu betreibenden Versatzbergbaus mit Steinsalz-Bergeversatz oder bergbaufremden Abfällen bedürfen intensiver wissenschaftlicher Begleitung. Hierzu werden im Vorfeld von und begleitend zu Versatzmaßnahmen komplexe geotechnische Analysen durchgeführt, in die die grubenfeldspezifischen Randbedingungen und umfassende geomechanische Parameter eingehen. In dem folgenden Schema werden die unterschiedlichen Randbedingungen und die zur Erfassung der geomechanischen Situation eingesetzten Verfahren deutlich.

Komplexe geomechanische Überwachung von Grubenfeldern

In der fotografischen Dokumentation werden die makroskopischen gebirgsmechanischen Verhältnisse in den Feldesteilen und ihre zeitlichen Veränderungen (Beweissicherung) festgehalten.

Intensiver Verbruch in einer Hartsalzstrecke

Mit dem Verfahren des Hydraulic Fracturing werden systematische Spannungsmessungen durchgeführt und somit das zeitabhängige Entfestigungs- und Tragverhalten der Abbaupfeiler erfaßt.

In situ-Durchführung von Spannungsmessungen mittels Hydraulic Fracturing

Zusammen mit flächendeckenden konventionellen Deformationsmessungen (Pfeilerquerdehnung, Konvergenz) im Abbauhorizont und übertägigen markscheiderischen Senkungsmessungen ergibt sich ein zuverlässiges Bild des in situ-Spannungs-und Deformationszustandes. Zusätzlich wird eine flächendeckende seismische Überwachung mit unter- und übertägigen Aufnehmern zur Ortung, Untersuchungen und geotechnischen Analysen registrierter großräumiger seismischer Vorgänge durchgeführt.

Prinzip der seismischen Überwachung		Seismogrammausschnitt

Zum Einbringen von Versatzmaterial in versatzpflichtige Baufelder kommen unterschiedliche Substanzen und Verfahren zum Einsatz. Beim Steinsalzbergeversatz wird grubeneigenes Material zur Verfüllung der Hohlräume verwendet.

Steinsalzbergeversatz (Vollversatz) unter dem Stadtgebiet von Sondershausen

Seit Anfang der 90er Jahre werden in zunehmendem Umfang bergbaufremde Abfälle als hydraulischer Versatz in endzuverwahrende Hohlräume des mitteldeutschen Kalibergbaus eingebracht. Die Entwicklung geeigneter Versatzbaustoffe für Pump- oder Spülversatz, die den mechanischen und thermischen Dauerbeanspruchungen genügen und gleichzeitig langfristig keine chemischen Folgeschäden mit sich bringen, wird in der Abteilung für Entsorgungs- und Versatztechnik der K-UTEC vorgenommen. Der in flüssiger Form eingebrachte Versatz ist selbstnivellierend und erreicht bereits nach relativ kurzen Stillstandszeiten eine solche Festigkeit, daß er (bei nicht vollständig verfüllten Kammern) betreten und belastet werden kann. Damit ist es möglich, die Versatzwirksamkeit und den stabilisierenden Effekt der verfüllten Kammern nachzuweisen.

Dynamischer Plattendruckversuch in einem zu 80 % mit bergbaufremden Abfällen verspülten Carnallititabbau		Rammsondierung nach DIN 4094 in einem Versatzabbau

Die Beobachtung der übertägigen Senkungsprozesse bietet ebenfalls einen Nachweis für den Erfolg der vorgenommenen Versatzarbeiten. Es ist allgemein zu beobachten, daß mit Beginn der Hohlraumbildung durch Kaliabbau die Senkungsgeschwindigkeiten über Tage deutlich zunehmen und erst nach Wiederauffüllen der Hohlräume durch Versatzmaterial zur Ruhe kommen.

Zeitliche Entwicklung der maximalen Senkungsgeschwindigkeiten an der Tagesoberfläche über einem Versatzabbau