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Die Geowissenschaften sind auf Beobachtungen vor Ort, Messungen in situ und Probennahmen angewiesen. Der aktuelle Standard zur Erfassung von In-Situ-Daten kann als „Sample to lab" beschrieben werden. In diesem erfolgt die Probennahme gemäß einem standardisierten Verfahren. Eine mögliche Alternative stellt der Ansatz „Lab to field" dar. Bei diesem werden kostengünstige Sensoren in situ verbaut. Durch den heutigen Stand der Technik ergibt sich hierbei die Möglichkeit einer dauerhaften Überwachung mittels Echtzeitdaten.
Das Forschungsprojekt DIETER, durchgeführt von der Ruhr-Universität Bochum, der Hochschule Rhein-Waal in Kleve und der Universität Stuttgart., befasst sich mit der Digitalisierung bergbaulicher Strukturen mit Hilfe innovativer Sensorik und Künstlicher Intelligenz in einem „Lab to field Ansatz". In der dortigen Bachelorarbeit werden die möglichen Zusammenhänge zwischen den von den Sensoren erfassten Daten und Pegelstandsänderungen und mögliche Korrelationen zu Luftdruck, Temperatur sowie zu atmosphärischen Größen und gravimetrischen Effekten untersucht.
Die Arbeit mit den von den Sensoren übermittelten Daten kämpft mit einigen Herausforderungen, vor allem im Bereich der Kontinuität der Messreihen. Sie bietet aber große Chancen für ein besseres Systemverständnis. Die Echtzeitüberwachung in Bergwerken erhöht die Sicherheit durch die Möglichkeit der frühzeitigen Erkennung von Gefahrenquellen. Es ist möglich, Sensoren an schwer zugänglichen Bereichen zu installieren und über diese Daten zu gewinnen. Durch eine flächendeckende, engmaschige Überwachung kann so die Grundlage für die Entwicklung von Softsensoren zur Ereignisprognose geschaffen werden.
Der kontrollierte Grubenwasseranstieg nach dem Ende des deutschen Steinkohlenbergbaus wird im Ruhrgebiet durch ein integrales Monitoring begleitet, das mögliche Auswirkungen auf Mensch und Natur erfasst. Ein zentraler Baustein dieses Systems ist das risikoorientierte Ausgasungsmonitoring, mit dem die RAG Aktiengesellschaft mögliche Veränderungen der Gasdynamik überwacht. Die vorgestellten Untersuchungen sind Teil des mehrstufigen Monitoringsystems, das auf den langjährigen Erfahrungen des Altbergbau-Monitorings aufbaut.
Mit steigendem Grubenwasserstand verändern sich die Strömungs- und Speicherbedingungen für Grubengase im Grubengebäude. Zugleich nimmt die Methanfreisetzung aus den verbliebenen Kohleflözen und damit das langfristige Grubengaspotenzial ab, da der steigende Wasserdruck die Desorption des Gases aus den überstauten Flözbereichen zunehmend hemmt bzw. vollständig unterbindet. Durch die Überstauung von Wegsamkeiten können Gase verdrängt, umgelagert oder in Teilbereichen verdichtet werden. Veränderungen der Gasmigration in Richtung Deckgebirge und Tagesoberfläche sind dabei nicht grundsätzlich auszuschließen. Das Monitoring verfolgt daher das Ziel, potenzielle Entwicklungen frühzeitig zu identifizieren und gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Gefahrenabwehr einzuleiten.
Das Monitoringkonzept umfasst vier aufeinander aufbauende Stufen: die Basisüberwachung an Schächten und Bohrungen, ein erweitertes Monitoring bei Auffälligkeiten, Messungen der Bodenluft zur Erfassung potenzieller Grubengasmigrationen im Untergrund sowie innenraumbezogene Untersuchungen bei konkreten Verdachtsfällen. Regionale Besonderheiten der Geologie und des Deckgebirges werden dabei berücksichtigt. Im östlichen Ruhrgebiet wird die Systemüberwachung zusätzlich durch flächige Methanmessungen an der Tagesoberfläche ergänzt, um mögliche Austritte von Deckgebirgsgas zu erfassen.
Die bisherigen Erkenntnisse zeigen, dass zusätzliche wasseranstiegsbedingte Gasaustritte insgesamt als sehr gering wahrscheinlich eingeschätzt werden. Gleichzeitig unterstreichen die gewonnenen Messdaten die Bedeutung eines kontinuierlichen, anpassungsfähigen Monitorings. Neben der Gewährleistung von Sicherheit und Gefahrenabwehr liefern die Untersuchungen wertvolle Erkenntnisse für das Verständnis langfristiger Gasmigrationsprozesse im Nachbergbau und tragen zur Weiterentwicklung entsprechender Prognose- und Bewertungsverfahren bei.
Die Braunkohlesanierung im Mitteldeutschen- und auch im Lausitzer Revier wird seit den 1990er Jahren durch numerische Modellierung zur Beschreibung der Grundwasserstände und -Dynamik sowie der Seespiegelentwicklung begleitet. Die so prognostizierten Wasserstände dienen als essentielle Grundlage für die Geotechnischen Gutachten, Planung und Genehmigung und Bewirtschaftung wobei der Prognosehorizont mehrere Jahrzehnte in der Zukunft liegt. Für die Sanierung können die letzten Dezimeter des Grundwasserwiederanstiegs entscheidend sein.
Die in der Modellierung angesetzten zukünftigen meteorologischen Verhältnisse spielen folglich eine entscheidende Rolle für die Höhe der prognostizierten Endwasserstände. Die bisherige Praxis beruht auf der Annahme mittlerer Verhältnisse auf Basis der 30-jährigen Klimanormalperiode. Infolge des Klimawandels werden die hydrometeorologischen Verhältnisse sich weiter verändern. Ein alleiniger Bezug auf Normalperioden ist langfristig nicht mehr ausreichend.
Die LMBV mbH hat dazu zusammen mit einem Expertengremium in einer Grundsatzstudie die Klärung der Herangehensweisen und zu verwendenden Daten erarbeitet. Modellbasierte Prognosen zu den Auswirkungen des Klimawandels erfolgen derzeit bereits.
Der Beitrag soll einen kurzen Abriss der Herangehensweise und Umsetzung innerhalb der Grundwassermodellierung sowie einen ersten Ausblick auf die mögliche Spannweite der Ergebnisse aufzeigen.
Eine neue Methode wurde entwickelt, die im Labor die Alkalinitätsfreisetzung von Kalksteinmehl in Wasser unter definierten Bedingungen bestimmt. Diese zeigt deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Kalkstein-Produkten. Zusätzlich wurden die Produkte auch bei verschiedenen pH-Werten getestet. Mit steigenden pH-Werten wurde eine signifikante Abnahme der Alkalinitätsfreisetzung beobachtet, wobei erneut Produktunterschiede eine Rolle spielten. Der Vergleich mit durchgeführten Wasseraufbereitungskampagnen bestätigt grundsätzlich die im Labor gefundenen Zusammenhänge. Allerdings können weitere Einflussfaktoren identifiziert werden, die zur Abweichung von den laborativ ermittelten Werten führten, um zukünftige Maßnahmen effizienter zu gestalten.
Die Sanierung der Hinterlassenschaften des Braunkohlebergbaus wurde nach der Wiedervereinigung Deutschlands zur gemeinschaftlichen Aufgabe von Bund und Ländern. Die Wiederherstellung des Wasserhaushalts durch die LMBV besteht im Wesentlichen aus der Auffüllung von Grundwasserdefiziten, der Schaffung sicherer Bergbaufolgeseen, deren Anbindung an Flüsse sowie der Herstellung einer umweltverträglichen Wasserqualität in den Oberflächengewässern. Eine ggf. erforderliche Wasserbehandlung von Bergbaufolgeseen erfolgt üblicherweise mittels In-Lake-Verfahren. Dabei wird Kalksteinmehl mithilfe von Gewässerbehandlungsschiffen über den gesamten Wasserkörper des Sees verteilt und mit dem Seewasser vermischt, um die Kinetik der Kalklösung zu maximieren. Im Zuge der Erstbehandlung wird der gesamte Wasserkörper auf einen neutralen pH-Wert angehoben. Im Fall des stetigen Zuflusses sauren Grundwassers in die Bergbaufolgeseen sind wiederholte Nachbehandlungen erforderlich, um einen dauerhaft neutralen pH-Wert aufrechtzuerhalten. Hierfür werden üblicherweise calciumcarbonathaltige Neutralisationsmittel in Form von Kalksteinmehl eingesetzt. Die am Markt erhältlichen Kalksteinmehle unterscheiden sich hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften. Bei der Wasserbehandlung im neutralen Bereich setzen die verschiedenen Kalksteinmehle daher unterschiedliche Mengen an Alkalinität in das Gewässer frei. Bislang gab es keinen Standard zur Bestimmung der Alkalitätsfreisetzung von kohlensauren Kalkprodukten in Wasser. Im Auftrag der LMBV wurde ein Verfahren zur Bestimmung der Reaktivität kohlensaurer Kalkprodukte entwickelt und eine Verfahrensvorschrift erstellt. Dieses Verfahren schafft die Voraussetzung, verschiedene Kalkprodukt auch unter wirtschaftlichen Aspekten miteinander zu vergleichen. Die Wirkungsgrade unterschiedlicher Kampagnen der letzten Jahre in Mitteldeutschland am Hainer See werden aufgezeigt und verglichen.
Die Ausgasung von Kohlenstoffdioxid aus Grubenwasser kann in Minen zu einem Sicherheitsrisiko werden oder das Management und die Nutzung des Grubenwassers erschweren. Daher ist eine präzise Quantifikation des im Wasser gelösten Kohlenstoffdioxids wichtig, aber herausfordernd. Dies liegt zum einen an den erschwerten Messbedingungen unter Tage, als auch dem Entgasen des Kohlenstoffdioxids bei der Probennahme. Ziel dieser Arbeit war es daher eine Methode zu entwickeln, um in einem gefluteten Minenschacht für verschiedene Wassertiefen den gelösten Kohlenstoffdioxidgehalt zu messen. Für die Versuche wurde der Weidtmanschacht in der Mine Neuhoffnung in Bad Ems ausgewählt. Es wurden aus verschiedenen Tiefen Wasserproben hochgepumpt. Diese wurden direkt vor Ort zu einer Bariumchloridlösung gegeben, wobei das Kohlenstoffdioxid mit dem Bariumchlorid zu Bariumcarbonat reagiert, welches dann als Feststoff ausfällt. Dadurch ist das Kohlenstoffdioxid fixiert und kann nicht weiter entweichen. Das entstanden Bariumcarbonat wird anschließen mit Salzsäure. Dabei kann durch das verbrauchte Volumen an Salzsäure auf die Kohlenstoffdioxidkonzentration rückgeschlossen werden. Um zusätzlich die Konzentration des Hydrogencarbonats zu bestimmen wurde ein Teil der Wasserprobe zusätzlich noch direkt vor Ort in der Mine titriert. Die Ergebnisse des Versuchs zeigen zwar höhere Kohlenstoffdioxid – Werte ab einer Tiefe von ungefähr 20 m, es lässt sich aber kein klarer Trend mit der Tiefe erkennen und oberhalb der 20 m sind gar keine Unterschiede in der Konzentration abhängig von der Tiefe zu erkennen. Dies, zusätzlich zu der Beobachtung im Feld, dass das Kohlenstoffdioxid bereits im Schlauch der Pumpe ausgast, lässt darauf schließen, dass ein Großteil des Kohlenstoffdioxid bei der Probennahme entgast ist und lediglich ein Minimalwert gemessen wurde. Deshalb wurde ein neuer Versuchsaufbau konzipiert, bei dem zusätzlich am Schlauchausgang eine Art „Falle“ für das bereits entgaste Kohlenstoffdioxid angebracht wird.
Die derzeitige globale Energiewende hin zu erneuerbaren Energien erfordert einen grundlegenden Wandel in der Energieerzeugung und -speicherung. Die Dekarbonisierung des Heiz- und Kühlsektors, auf den ein erheblicher Anteil der weltweiten Treibhausgasemissionen entfällt, stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Das Konzept der thermischen Energiespeicherung in Bergwerken (MTES) stellt einen relativ neuen und vielversprechenden Ansatz zur Erzeugung und Speicherung thermischer Energie dar und bietet eine effiziente und skalierbare Technologie zur Überwindung des zeitlichen Ungleichgewichts zwischen Energieverfügbarkeit und -verbrauch. Durch die Umnutzung stillgelegter, gefluteter Bergwerkshohlräume werden die unterirdischen Volumina und die gering durchlässigen Wirtsgesteinsformationen genutzt, um große Mengen an Wärmeenergie im Untergrund zu speichern. Industrielle und gewerbliche Prozesse erzeugen erhebliche Mengen an Abwärme, die andernfalls ungenutzt blieben. Durch die Nutzung dieser überschüssigen Energie kann dieser Wärmeüberschuss kosteneffizient im Untergrund gespeichert werden, wodurch die Gesamtenergieeffizienz gesteigert und Wärmeverluste reduziert werden.
Um sicherzustellen, dass sich MTES über die technische Machbarkeit hinaus zu einer gesellschaftlich akzeptierten Technologie entwickelt, sind Sicherheitsaspekte von größter Bedeutung. Aus diesem Grund hat das WINZER-Projekt am Teststandort IEG Kleinzeche in Bochum ein umfassendes Rahmenwerk zur Zustandsüberwachung etabliert, wobei ein in Betrieb befindliches MTES-System als Fallstudie aus der Praxis für die Entwicklung und Umsetzung verschiedener Überwachungsstrategien genutzt wurde. Wir skizzieren die Erkenntnisse dieser Zustandsüberwachung während der Projektlaufzeit anhand ausgewählter Ergebnisse aus der geomechanischen und hydrochemischen Überwachung. Die Ergebnisse umfassen eine systematische Risikokvantifizierung und die Entwicklung optimierter Überwachungsstrategien, aus denen in Zusammenarbeit mit Aufsichtsbehörden, der Industrie und der Wissenschaft Empfehlungen für die sichere und effiziente Umsetzung von MTES-Projekten in Deutschland abgeleitet wurden.
Kann das Grubenwassermanagement klimaneutraler werden? Das Grubenwassermanagement ist in vielen Nachbergbauregionen eine dauerhafte Verpflichtung und erzeugt einen langfristigen Bedarf an alkalischen Behandlungsmitteln. Kalkstein wird aufgrund seiner Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und bewährten Anwendung weiterhin breit eingesetzt. Über Jahrzehnte bedeutet diese Materialwahl jedoch eine fortlaufende Abhängigkeit von der Gewinnung, Aufbereitung und dem Transport primärer mineralischer Rohstoffe. Mit steigenden Dekarbonisierungszielen, einer stärkeren Berücksichtigung von Emissionen entlang der Wertschöpfungskette und zunehmenden regulatorischen Anforderungen gewinnt daher auch der Materialfußabdruck des langfristigen Grubenwassermanagements an Bedeutung.
Gleichzeitig fallen in der Stahlproduktion Stahlschlacken mit Restalkalinität und reaktiven Mineralphasen an, die zur Neutralisation und Metallimmobilisierung beitragen können. Rohschlacke kann Kalkstein jedoch nicht einfach ersetzen: Unkontrollierte Reaktionskinetik und Sekundärfällungen können ihre praktische Anwendung einschränken. Unsere Laborarbeiten untersuchen daher werkstofftechnisch modifizierte Stahlschlacke, deren Reaktion mit dem Grubenwasser gezielt gesteuert wird, um ein besser kontrollierbares Behandlungsverhalten zu erreichen und gleichzeitig die mineralische CO₂-Bindung als zusätzliche Funktion zu erhalten.
Vorläufige Laborversuche unter sauren, sulfatreichen Grubenwasserbedingungen untersuchen Neutralisationsverhalten, Metallimmobilisierung, Materialstabilität und mineralische CO₂-Bindung. Die experimentell ermittelte Materialperformance dient zur Parametrisierung einer laborbasierten Cradle-to-Gate-Ökobilanz, in der die aufbereitete Stahlschlacke mit einer konventionellen Kalksteinversorgung verglichen wird. Die Bewertung quantifiziert potenziell vermiedene Emissionen; die mineralische CO₂-Bindung wird als zusätzlicher Klimanutzen berücksichtigt.
Die Fallstudie Saarland definiert die regionalen Systemgrenzen für eine systemische Wirkungsanalyse. Im Saarland treffen langfristige Verpflichtungen im Grubenwassermanagement auf engem Raum auf eine etablierte Stahlindustrie, die sich gleichzeitig in der Transformation zu einer klimafreundlicheren Stahlproduktion befindet. Verfügbarkeit von Stahlschlacke, Kalksteinbedarf sowie Aufbereitungs- und Transportanforderungen werden gemeinsam betrachtet, um zu untersuchen, unter welchen Bedingungen eine regionale zirkuläre Wertschöpfungskette Netto-Ressourcen- und Klimavorteile erzielen und auf andere Stahl- und Nachbergbauregionen übertragen werden kann.
Die Studie verbindet damit sekundäre Mineralströme der Stahlindustrie mit dem langfristigen Materialbedarf des Nachbergbaus. Werkstoffinnovation bildet die technische Brücke, um den Bedarf an primären mineralischen Rohstoffen zu reduzieren und die langfristige Kohlenstoffbelastung des Grubenwassermanagements zu senken.
Aus der bergbaulichen Nutzung vieler rohstoffreicher Gebiete resultieren vielfältige Herausforderungen für den Nachbergbau. Eine davon ist der potenzielle negative Einfluss des Untertagebergbaus auf das Grundwasser und die umliegenden Gewässer. Mit dieser Fragestellung befasst sich die Untersuchung in dem ehemaligen Asbestbergwerk Havelock in Bulembu, eSwatini. Im Rahmen einer hydrodynamischen Untersuchung im Zeitraum vom 26. Februar bis zum 02. Mai 2026 wurde ein Tracertest mit den beiden Fluoreszenztracern Uranin und Eosin Y durchgeführt. Zur Bestimmung möglicher hydraulischer Verbindungen zwischen dem Grubengebäude und dem Grubenwasserausfluss, wurden 3020,09 g Uranin und 5026,81 g Eosin Y an zwei verschiedenen Stellen in das Grubenwasser injiziert und gemeinsam mittels eines GGUN FL-30 Fluorometers am Grubenwasserausfluss aufgezeichnet. Ergänzend zu dieser Untersuchung wurden im Rahmen von zwei Messkampagnen Wasserproben aus mehreren zugänglichen Stellen im Untersuchungsgebiet entnommen. Diese wurden durch die Messung der Vor-Ort-Parameter Temperatur, Redoxspannung, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert sowie O2-Konzentration und -Sättigung begleitet. Außerdem wurden an fünf verschiedenen Stellen im Untersuchungsgebiet mehrmals Durchflussmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse des Tracertests zeigten eine eindeutige hydraulische Verbindung zwischen dem Injektionspunkt HVS und dem Grubenwasserausfluss HMD mit einer Tracer Wiederfindungsrate von 64%. Für den Bereich des zweiten Injektionspunktes 10E konnte kein Tracer am Messpunkt festgestellt werden. Folglich konnte auf Grundlage des Tracertests keine hydrologische Verbindung zwischen 10E und HMD nachgewiesen werden. Anhand der Wasseranalysen lassen sich die beprobten Gewässer deutlich in drei verschiedene Gruppen mit unterschiedlicher chemischer und physikalisch-chemischer Zusammensetzung einteilen. Es wurden schwach mineralisierte, sauerstoffreiche Oberflächenwässer sowie Wässer mit moderater Mineralisierung in Kombination mit hohen pH-Werten und niedriger Sauerstoffkonzentration und -sättigung festgestellt. Die dritte Gruppe wird durch stark mineralisierte Wässer mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit charakterisiert. Zusammen mit den Ergebnissen der Durchflussmessungen weisen diese Ergebnisse auf verschiedene Wasserherkünfte hin. Zusätzlich lagen die gemessenen Durchflussraten wesentlich über den in vorherigen Untersuchungen bestimmten Messwerten. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen eine hydraulische Verbindung zwischen dem westlichen Bereich des Bergwerks (HVS) und dem Grubenwasserausfluss (HMD). Eine Verbindung zwischen dem östlichen Bereich (10E) und dem Grubenwasserausfluss konnte anhand dieses Tracertests nicht nachgewiesen werden. Anhand der jeweiligen Mess- und Analyseergebnisse der Wasserproben lassen sich außerdem drei verschiedene Wasserherkünfte ableiten.
Der CO₂-Preis hat sich zu einem der wichtigsten politischen Instrumente zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen entwickelt, da sie Anreize für den Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien schafft. In dieser Arbeit untersuchen wir, wie sich der CO₂-Preis auf Investitionsentscheidungen für geothermische Grubenwassersysteme auswirkt.
Anhand einer Fallstudie zu einem bereits seit Längerem betriebenen Grubenwasser-Wärmesystem in Deutschland untersuchen wir die Auswirkungen des CO₂-Preises auf die Wirtschaftlichkeit des Projekts. Die Analyse berücksichtigt die gemessene thermische und hydraulische Systemleistung, die Betriebskosten sowie die prognostizierte Entwicklung der Strom- und CO₂-Zertifikatspreise. Die daraus resultierenden spezifischen Wärmeentstehungskosten werden mit einer bestehenden Gastherme sowie mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe verglichen.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die CO₂-Bepreisung die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit geothermischer Grubenwassersysteme maßgeblich verändert. Während die Technologie bereits unter günstigen geologischen Bedingungen wettbewerbsfähig ist, verkürzen steigende CO₂-Preise die Amortisationszeiten erheblich und erhöhen die Attraktivität der Investition. Zudem verdeutlicht die Analyse, dass die geologischen Standortbedingungen weiterhin den entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit ausüben.
Boxmodell ist eine von DMT seit Ende der 1990-er Jahre fortlaufend entwickelte Software zur hydraulischen, thermischen und chemischen Simulation von Grubenwasser in Bergwerken. Entstanden ist sie Ende der 1990-er Jahre im Zusammenhang mit Arbeiten für das Bergwerk Ronneburg der Wismuth unter der Leitung von Dr. Michael Eckart. Zeit seines Lebens arbeitete Dr. Eckart intensiv an der inhaltlichen Aktualisierung der Software und passte es fortlaufend an aktuelle Fragestellungen an, sodass Boxmodell mittlerweile eine Vielzahl von Berechnungen durchführen kann. Seit über 20 Jahren ist Boxmodell nunmehr das Standardtool zur Berechnung von Wasseranstiegsprozessen im deutschen Steinkohlenbergbau und wurde auch in internationalen Grubenwasserprojekten angewandt. Die mit dem Stilllegungsprozess und den damit einhergehenden Wasseranstiegen verbundenen zusätzlichen Kenntnisse und Prozesse sind in das Modell kontinuierlich eingeflossen.
Dieser Vortrag möchte einen kurzen Abriss über die vielfältigen Möglichkeiten von Boxmodell zeigen sowie seine Relevanz in der tagtäglichen Arbeit der DMT unterstreichen. Zum jetzigen Zeitpunkt besteht Boxmodell aus drei Hauptprogrammen, einem Modellierungstool, einem Präprozessor (Praebox) und einem Berechnungsprogramm (Box3D64). Hinzu kommen verschiedene Hilfsprogramme für spezielle Fragestellungen oder zur Datenverarbeitung. Der generelle Aufbau der mit Boxmodell berechneten Modelle wird ebenso vorgestellt, wie das zugrunde liegende Numerikmodell. Abschließend wird noch ein kurzer Blick auf zukünftige Weiterentwicklungen geworfen.
In den vergangenen 20 Jahren erfolgte eine Verfahrensentwicklung für einen hydrochemischen Sanierungsansatz der teilgefluteten Uranerzgrube Königstein. Die In-situ-Sanierung der verwahrten Grube wird seit zwei Jahren im großtechnischen Maßstab umgesetzt. Der Einsatz der reaktiven Lösung (Natronlauge und später Butanol) zielt dabei in erster Linie auf die Elimination von Säure und Oxidationsmitteln und als Folge dessen auf die Ausfällung und mikrobiologisch katalysierte sulfidische Festsetzung von (Schad-) Stoffen im Flutungsraum ab.
Um das Prozessverständnis zu erweitern und zu vertiefen, wird die großtechnische Anwendung durch Technikumsversuche wissenschaftlich begleitet. In einem Entwicklungsschritt wurden über mehrere Jahre Säulenversuche zur Untersuchung geochemischer Langzeitprozesse durchgeführt (Wismut, GFI Dresden). Die sechs Säulen wurden in verschiedenen Szenarien bis 2017 betrieben, um die hydrochemischen Verhältnisse bei Anwendung der flutungsunterstützenden Maßnahme abzubilden: Die Waschung mit geringmineralisiertem Wasser, die Injektion von Lauge und deren Wirkung in unterschiedlichen Entfernungen zum Aufgabepunkt sowie die Kombination von Natronlauge und Butanol.
Die Versuche lieferten hydrogeochemische Daten als Grundlage zur Entwicklung eines Injektionsverfahrens zur Verbesserung der Beschaffenheit des nur durch wenige Messstellen zugänglichen Flutungswasserkörpers.
Nach einer achtjähriger Ruhephase ohne Durchströmung wurde die gasförmige, flüssige und feste Phase der Säulenversuche beprobt. Die Probenahme wurde gemeinsam mit dem Grundwasserforschungsinstitut Dresden (GFI) unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Die Beprobung des Standby-Zustandes ermöglichte eine Einschätzung der Langzeitstabilität und Nachhaltigkeit der bis 2017 untersuchten Maßnahmen (Waschung, Einsatz von Lauge und Butanol), die die Wirksamkeit des Einsatzes von Natronlauge und Butanol bestätigte.
Anschließend wurde die Technikumsanlage wieder aufgebaut und die Säulen als durchströmte Batchversuche im Drei-Phasen-System in Betrieb genommen. Damit soll die Wirkung der seit zwei Jahren angewandten Injektionsmaßnahme über Tage im Technikumsmaßstab experimentell abgebildet werden, insbesondere weil Beprobungen in der teilgefluteten Grube nur sehr eingeschränkt möglich sind. Im Fokus steht die Stabilität der festgesetzten Schadstoffe bei der weiteren schrittweisen Flutung bis zum natürlichen Einstauniveau und der damit verbundenen Erstflutung von Bereichen mit noch stark sauren und hochmineralisierten Porenwässern.
Die Digitalisierung bietet neue Möglichkeiten für das Monitoring von Grubenwassersystemen. Gleichzeitig stellt gerade das Bergwerksumfeld hohe Anforderungen an die Messtechnik. Vor diesem Hintergrund gewinnen datengetriebene Verfahren zur virtuellen Rekonstruktion von Messgrößen – sogenannte Soft-Sensoren – zunehmend an Bedeutung. Soft-Sensoren sind virtuelle Messgrößen, die nach einer Trainingsphase nicht direkt durch einen physikalischen Sensor erfasst, sondern aus anderen kontinuierlich verfügbaren Messdaten abgeleitet werden. Im Grubenwassermonitoring können hierfür beispielsweise Zeitreihen von Wasserstand, Temperatur, elektrischer Leitfähigkeit, Durchfluss oder Pumpenbetrieb genutzt werden. Verfahren des maschinellen Lernens lernen aus historischen Zeitreihen die statistischen und zeitlichen Zusammenhänge zwischen diesen Eingangsgrößen und der Zielgröße. Dabei können neben aktuellen Messwerten auch zeitverzögerte Effekte, saisonale Muster und längerfristige Trends berücksichtigt werden. Nach erfolgreichem Training ermöglicht das Modell eine fortlaufende Abschätzung der Zielgröße und kann so Messlücken überbrücken und Vorhersagen treffen. Die Aussagekraft eines solchen Soft-Sensors hängt jedoch wesentlich von der Qualität, Repräsentativität und zeitlichen Stabilität der zugrundeliegenden Trainingsdaten ab.
Der Beitrag diskutiert Potenziale und Grenzen des Einsatzes von Soft-Sensoren im Grubenwassermonitoring anhand von Beispielen an einem Pilotstandort. Gleichzeitig werden die Voraussetzungen für einen zuverlässigen Einsatz kritisch beleuchtet. Insbesondere die Verfügbarkeit hochwertiger Trainingsdaten, Änderungen der Systemcharakteristik, Sensoralterung, Datenunsicherheiten sowie die eingeschränkte Übertragbarkeit auf andere Standorte stellen wesentliche Herausforderungen dar. Ziel des Beitrags ist es, die Rolle datengetriebener Verfahren als Ergänzung zu klassischen Monitoringkonzepten einzuordnen und Perspektiven für die Entwicklung robuster digitaler Überwachungssysteme und digitaler Zwillinge im Nachbergbau aufzuzeigen.
Grubenwassergeothermie bietet in ehemaligen Bergbauregionen die Möglichkeit, ganzjährig verfügbare und vergleichsweise temperaturstabile Energiequellen für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden und Stadtteilen zu erschließen. Im Projekt GEoQart wurden hierzu untertägige Grubenwasserpotenziale mit gebäudescharf modellierten Wärme- und Kältebedarfen sowie mit Photovoltaikerträgen verknüpft. Technische und wirtschaftliche Versorgungskonzepte für zehn Modellquartiere in der Montanregion Erzgebirge konnten auf dieser Basis verglichen werden.
Ein zentrales Ergebnis ist ein frei verfügbares Auslegungswerkzeug, das auf Basis standortspezifischer Eingangsparameter eine erste technische, ökologische und ökonomische Bewertung quartiersbezogener Grubenwassersysteme ermöglicht. Die Modellierungen zeigen, dass geeignete Quartierslösungen insbesondere durch die Kombination von Grubenwasser, Wärmepumpen, Wärmenetzen und Photovoltaik realisierbar und wirtschaftlich attraktiv sind. Die betrachteten Quartiere erreichten dabei CO₂-Einsparungen von 50 % bis 70 % gegenüber einer erdgasbasierten Wärmebereitstellung. Die berechneten Energiepreise für die Quartiersbewohner lagen insbesondere im Wärme- und Kältebereich deutlich unter den üblichen Preisen für Fernwärme und -kälte. Die Ergebnisse sind zudem auf weitere nationale und internationale Bergbauregionen übertragbar.
Entscheidend für die Potenzialquantifizierung ist die Kenntnis über das geothermische Potenzial des Grubenwassers. Für eine belastbare Weiterentwicklung der untertägigen Modellierung bestehen jedoch offene Fragestellungen. Das im Projekt entwickelte reduzierte Modell bildet Wärmeübertragung und Wärmespeicherung im Gestein sowie die Energiebilanz im Grubenwasser ab, kann die komplexe Geometrie und Hydraulik realer Grubengebäude nur vereinfacht berücksichtigen. Insbesondere sind der Einfluss der Rauheit und Beschaffenheit des Grubengewölbes, hydraulische Verbindungen zwischen Strecken sowie die tatsächliche Strömungsführung und mögliche Sekundärströmungen näher zu untersuchen. Aus diesem Grund wird aktuell eine Modellversuchsanlage entwickelt, in der der Wärmeentzug aus einer gefluteten Strecke im Labormaßstab nachgebildet werden soll.
Nach der Einstellung des Steinkohlenbergbaus im Ruhrgebiet wird das Druckpotenzial des Grubenwassers dauerhaft auf festgelegten Teufen gehalten. Eine zentrale Aufgabe der technischen Wasserhaltung besteht darin, einen hinreichenden Abstand zwischen Grubenwasser und oberflächennahen und z. T. wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleitern sicherzustellen. Diese Grundwasserleiter liegen in den jüngeren Schichten der Oberkreide (Haltern- und Recklinghausen-Formation).
Dazwischen liegt die Emscher-Formation (Oberkreide). Diese verfügt aufgrund ihrer relativ homogenen Lithologie aus Tonmergel- und Mergelstein sowie ihrer ausgeprägten Mächtigkeit über das Potenzial, als hydraulische Barriere zwischen Grubenwasser und Grundwasser zu wirken. Doch wie schafft man ein belastbares Fundament für die Bewertung dieser Fähigkeit?
Hierfür wurden detaillierte mineralogische und petrophysikalische Untersuchungen an Bohrkernmaterial durchgeführt. Das untersuchte Material stammt aus der 471 m tiefen Kernbohrung OST 5.1 in Lünen im nördlichen Ruhrgebiet. Die Bohrung dient der Errichtung einer tiefen Grundwassermessstelle, die eine Überwachung des geplanten Grubenwasseranstiegs ermöglicht. Das Probenmaterial erlaubt einen Einblick in die gesamte Mächtigkeit der Emscher-Formation von 316 m am Standort. Die Gesteinsproben wurden hinsichtlich relevanter Parameter wie Porosität, Permeabilität, Korngrößenverteilung und Mineralogie untersucht, um das Verhalten des Gesteins bei Kontakt mit Grubenwasser zu beurteilen.
Das Projekt liefert eine belastbare, teufenabhängige Charakterisierung des Gesteins der Emscher-Formation. Die darauf aufbauende Einschätzung der hydraulischen Barrierewirkung schafft die Voraussetzung für eine Optimierung der langfristigen Grubenwasserhaltung im Ruhrgebiet. Die Untersuchung schließt die Lücke zwischen der technischen Grubenwasserhaltung und den geologischen Eigenschaften der Gesteine der Emscher-Formation und unterstützt damit eine integrative Bewertung des Gesamtsystems.
Das südliche Münsterland und Teile des nördlichen Ruhrgebiets sind seit Langem für oberflächennahe Methanausgasungen bekannt. Auch in der Region um die Stadt Hamm treten diffuse Gasaustritte auf. Deren Migrationswege und Emissionsverhalten können sowohl durch natürliche geologische Strukturen als auch durch den ehemaligen Steinkohlebergbau und den geplanten Grubenwasseranstieg beeinflusst werden. Während ansteigendes Grubenwasser Grubengas verdrängen und die Migration zur Tagesoberfläche begünstigen kann, zeigen Modellierungen und Messungen, dass eine vollständige Überstauung der Lagerstätte die Desorption von Methan aus den Kohleflözen weitgehend unterbindet. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen des Projektes GEO-GASH die beobachteten Ausgasungen im Raum Hamm systematisch erfasst und analysiert.
Potentielle Verdachtsflächen wurden auf Grundlage vorhandener Forschungsergebnisse sowie einer Auswertung historischer Luftbilder identifiziert, wobei Vegetationsanomalien als mögliche Hinweise auf Kohlenwasserstoffaustritte dienten. An ausgewählten Gasaustrittsflächen wurden Gasproben zur Analyse der Gaszusammensetzung und der stabilen Isotopensignatur genommen. Ergänzend kamen Drohnenbefliegungen mit RGB- und multispektralen Sensoren sowie ein luftgestütztes Methanmesssystem zum Einsatz. Die Befliegungen ermöglichten eine reproduzierbare Erfassung und Kartierung der Vegetationsanomalien. Die multispektrale Auswertung ermöglichte es, Schäden zu identifizieren, die in konventionellen RGB-Aufnahmen nicht erkennbar sind. Zusätzlich konnte mit dem Sensor „Falcon Plus“ (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) Methan auch direkt aus der Luft an den Vegetationsanomalien nachgewiesen werden.
Die bisherigen Ergebnisse ermöglichen noch keine eindeutige Zuordnung der Methanquellen in der Region Hamm. Vielmehr sprechen die Daten dafür, dass sowohl bergbaulich beeinflusste als auch natürliche, diffuse Methan-Ausgasungen entlang tektonischer Störungen vorkommen. Die Isotopen- und Gasanalysen zeigen, dass das ausströmende Methangas häufig eine Mischung aus thermogenem und biogenem Methan ist. Teilweise ließ sich jedoch ein nahezu ausschließlich thermogenes Kohleflözgas nachweisen. Bei den Ausgasungen außerhalb des bergbaulich beeinflussten Bereichs sind natürliche Ursachen anzunehmen. Eine abschließende Bewertung ist dort jedoch noch nicht möglich, da die gasgeochemische Charakterisierung an diesen Standorten noch aussteht.
Die Einstellung der Grubenwasserhaltung und der anschließende Grubenwasseranstieg können die geomechanischen Verhältnisse in ehemaligen Bergbauregionen verändern und zu Bodenbewegungen beitragen. Beobachtete Bewegungen an der Tagesoberfläche lassen sich jedoch nicht automatisch auf den Grubenwasseranstieg zurückführen. Hydroklimatische Schwankungen, Grundwasserbewirtschaftung, Veränderungen der Bodenfeuchte, Vegetationsdynamik, Landnutzung und weitere anthropogene Aktivitäten können sich räumlich und zeitlich überlagern und ähnliche Deformationsmuster verursachen.
Das Projekt BM.Ruhr entwickelt einen Multisource-Ansatz, um grubenwasserbedingte Bodenbewegungen von natürlichen und anderen anthropogenen Einflussfaktoren zu unterscheiden. Der Ansatz integriert Sentinel-1-InSAR-Messungen der Bodenbewegung mit Grundwasserbeobachtungen, Niederschlags- und Wasserbilanzdaten, Vegetationsindizes, geologischen und bergbaulichen Informationen, Landnutzungsdaten sowie lokalen In-situ-Messungen. Räumliche und zeitliche Kenngrößen, darunter langfristige Trends, saisonale Amplituden und residuale Variabilität, werden genutzt, um auffällige Bereiche zu identifizieren und Deformationsmuster mit potenziellen Einflussfaktoren zu vergleichen.
Der Ansatz wird in drei unterschiedlich geprägten Untersuchungsgebieten im Ruhrgebiet angewendet: im südlichen Rheinberg mit geringen Grundwasserflurabständen und einem weitgehend abgeschlossenen Grubenwasseranstieg, im südlichen Essen mit Altbergbau und tagesnahem Bergbau sowie im Raum Hamm-Bergkamen, wo der Grubenwasseranstieg andauert und Methanaustritte beobachtet werden.
Erste Analysen im Raum Rheinberg/Walsum zeigen, dass räumlich zusammenhängende Bodenbewegungsmuster mit unterschiedlichen Prozessen in Verbindung stehen können. Einige Muster treten in der Nähe ehemaliger bergbaulicher Einwirkungsbereiche auf, während andere mit Maßnahmen der Grundwasserbewirtschaftung oder mit Landnutzungseffekten zusammenfallen. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit eines multifaktoriellen Attributionsansatzes anstelle einer Interpretation, die ausschließlich auf Deformationsdaten basiert.
BM.Ruhr soll einen übertragbaren Screening-Ansatz bereitstellen, mit dem dominante Einflussfaktoren auf Bodenbewegungen identifiziert und gezielte Standortuntersuchungen, das Grubenwassermanagement sowie die nachbergbauliche Risikobewertung unterstützt werden können.
Unterirdische Flüssigkeiten wie geothermische Solelösungen und Grubenwasser können kritische Rohstoffe (CRMs) in stark variierenden Konzentrationen enthalten. Ihre wirtschaftliche Gewinnung muss daher standortspezifisch bewertet werden, wobei nicht nur die Förderkosten, sondern auch lokale Randbedingungen wie Temperatur, Flüssigkeitszusammensetzung, konkurrierende Ionen und geologische Gegebenheiten zu berücksichtigen sind. Während sich die aktuelle Forschung vorrangig auf Gewinnungstechnologien konzentriert, stellt das geochemische Verhalten tiefer salzhaltiger Flüssigkeiten nach wie vor eine wesentliche Unsicherheitsquelle für die Ressourcenbewertung und die Integration von Gewinnungsprozessen in geothermische und Grubenwassersysteme dar.
Das ThermIon-Projekt begegnet dieser Herausforderung mit einem ganzheitlichen Ansatz, der die Charakterisierung von Lagerstätten und Sole, die Vor- und Nachbehandlung der Flüssigkeiten sowie die Entwicklung neuartiger elektrochemischer Gewinnungstechnologien vereint. Diese Studie stellt das Projektkonzept zusammen mit ersten Ergebnissen vor und überträgt die entwickelte Methodik auf die Bewertung kritischer Rohstoffe in Grubenwässern.
Eine erste Studie (Spitzmüller et al., 2026) hat geothermische Fluide aus einer Vielzahl europäischer geothermischer Systeme zusammengestellt und hinsichtlich ihres Potenzials als Quellen für kritische und wertvolle mineralische Rohstoffe bewertet. In der vorliegenden Arbeit werden diese Ergebnisse mit ausgewählten deutschen Grubenwässern verglichen, um Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Möglichkeiten zur Rückgewinnung von Ressourcen zu identifizieren.
Eine große Herausforderung besteht darin, Ausfällungs- und Auflösungsprozesse während der Fluidförderung, -aufbereitung, Rohstoffgewinnung und -rückverpressung vorherzusagen. Diese Reaktionen werden durch Veränderungen von Temperatur, Druck und Fluidzusammensetzung während des gesamten Produktionszyklus gesteuert. Um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern, wird eine neue thermodynamische Datenbank für geothermische Fluide mit hohem Salzgehalt und ausgewählte kritische Rohstoffe entwickelt. Die Datenbank ermöglicht eine zuverlässigere Vorhersage von Ablagerungen, Mineralauflösung und Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen, einschließlich der potenziellen Remobilisierung und Rückgewinnung wertvoller Elemente aus Lagerstättengestein. Dies bietet eine solide Grundlage für die Prozessauslegung, einen stabilen Anlagenbetrieb und die langfristige Nachhaltigkeit der Lagerstätten. Die Datenbank wird anschließend eingesetzt, um die Chancen und Herausforderungen der kombinierten Wärme- und kritischen Rohstoffrückgewinnung aus Grubenwässern zu bewerten und so deren nachhaltige Aufwertung zu unterstützen.
Jeder Errichtung einer neuen Wasserbehandlungsanlage geht eine intensive Beschäftigung mit den zu beachtenden Randbedingungen, der geplanten Technologie und der jeweiligen Technik voraus.
Blickt man nach mehreren Betriebsjahren zurück, so sind bei vielen Anlagen Änderungen gegenüber dem geplanten Anlagenbestand erkennbar.
Ging man bei der Planung der Wasserbehandlungsanlagen Seelingstädt und Ronneburg Ende der 90iger Jahre noch von einer permanenten Besetzung 24/7 durch Anlagenpersonal vor Ort aus, so hat die technische Entwicklung hier zu einem Umdenken geführt. Eigene Beispiele, wie zum Beispiel die neue Wasserbehandlungsanlage und die Wasserfassungsanlagen Helmsdorf zeigten, dass eine Fernüberwachung und Fernbedienung technisch stabil und effizient möglich sind. Mit diesem positiven Feedback wurde die Umstellung der Wasserbehandlungsanlagen Ronneburg und Seelingstädt sowie der zugehörigen Wasserfassungsanlagen auf Fernüberwachung und -bedienung in einer konzertierten Maßnahme angegangen. Zielstellung war es, die 24/7-Belegung der Anlagen zukünftig durch eine permanente 2-schichtige Belegung und zentrale Überwachung von einer Leitwarte abzulösen. Wesentliche technische Herausforderung war es, diese gesamte Umstellung bei laufendem Betrieb zu gestalten.
Eine ganz andere Herausforderung bestand in der Mitnahme des Anlagenpersonals in diesem Umgestaltungsprozess. Neben Einzelgesprächen wurden in zentralen Veranstaltungen die Hintergründe erläutert, ein Meisterbereich Leitwarte etabliert sowie ein Auswahlprozess für die zukünftigen Mitarbeiter der Leitwarte gestartet.
Als zweckmäßig erwies sich hierbei die schrittweise Umstellung der Betriebsorganisation und von Abläufen beim Anlagenbetrieb.
Die technischen Maßnahmen wurden 11/2024 abgeschlossen. Nach einem halbjährigen Probebetrieb wurde dann sukzessive die permanente Anlagenbelegung reduziert. Der finale Schritt ist nun zum 31.12.2026 vorgesehen. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt die zentrale Überwachung der Wasserbehandlungs- und Wasserfassungsanlagen der Standorte Ronneburg, Seelingstädt und Helmsdorf von einer zentralen Leitwarte aus. Die Anlagen Seelingstädt und Ronneburg sind dann nur noch Montag - Freitag 2-schichtig, die Anlage Helmsdorf bei Bedarf (Rückstandsbehandlung, Wartung, Instandsetzung, Annahme Lieferungen) besetzt. Ein Zweierteam ist weiterhin an Wochenenden notwendig, um beauflagte Probenahmen und Anlagenkontrollen durchzuführen.
Am Ende der Kernsanierung der Hinterlassenschaften des Uranbergbaus bleibt als eine zentrale Aufgabe der Wismut GmbH die schadstoffbelasteten Wässer zu behandeln und den Vorflutern zuzuführen. 2025 wurden in den sechs Wasserbehandlungsanlagen in Thüringen und Sachsen etwa 12 Mio. m³ Wasser gereinigt.
Die Standorte weisen aufgrund unterschiedlicher Hydrochemie, variierender zu behandelnder Wassermengen und standortspezifischer Grenzwerte unterschiedliche Anforderungen an die Wasserbehandlung auf. Neben typischen Schadstoffen wie Eisen und Mangan müssen infolge des ehemaligen Uranbergbaus auch Uran und Radium entfernt werden. Bisher kam überwiegend das modifizierte Kalkfällverfahren als robuste Behandlungsmethode zum Einsatz. Mit fortschreitender Flutung der Grubenbaue und der Stabilisierung der Abflüsse aus den konturierten und endabgedeckten Halden und industriellen Absetzanlagen stellen sich zunehmend stationäre Bedingungen ein. Für die langfristige Behandlung wird daher standortbezogen geprüft, welche alternativen Behandlungsverfahren die Anforderungen erfüllen bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten.
Am Standort Crossen wurde dieser Prozess bereits erfolgreich umgesetzt. Seit 2023 läuft die neue Wasserbehandlungsanlage Helmsdorf im Regelbetrieb. Sie ist auf die deutlich reduzierten Sickerwassermengen sowie die spezifisch abzutrennenden Schadstoffe ausgelegt. Dabei wird Uran über Ionenaustausch und Arsen sowie Radium über Adsorption an einem reaktiven Material entfernt. Durch diese Prozessumstellung konnten die Energie- sowie die Behandlungskosten gesenkt werden.
Für den Standort Seelingstädt ist die Inbetriebnahme einer Nachfolgeanlage im Jahr 2035 vorgesehen, da die zu behandelnden Wassermengen von derzeit ca. 150 m³/h auf etwa die Hälfte sinken werden. Die größte Herausforderung besteht darin, die künftig anfallenden Wassermengen sowie deren hydrochemische Zusammensetzung zuverlässig zu prognostizieren. Diese Prognosen bilden die Grundlage für die Auswahl eines geeigneten, robusten, skalierbaren und zugleich wirtschaftlichen Verfahrens, das die bisherige Standardtechnologie der bergbaulichen Wasserbehandlung ablösen kann.
Das ehemalige Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz befindet sich seit der Einstellung der Wasserhaltung im Jahr 1971 in einem ungesteuerten Flutungsprozess der untertägigen Grubenbaue. Prognosen weisen darauf hin, dass der Grubenwasserspiegel in den kommenden Jahren oberflächennahe Bereiche erreichen und langfristig Höhenlagen von bis zu +360 m NHN einnehmen kann. Damit sind insbesondere in besiedelten Tallagen potenzielle Auswirkungen auf Grund- und Oberflächengewässer, Vernässungen sowie Schäden an Infrastruktur und Bebauung zu erwarten. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die hydrochemische Beschaffenheit des Grubenwassers, das lokal hohe Konzentrationen gelöster Salze, insbesondere Natriumchlorid, aufweist. Für die Planung und Umsetzung präventiver Gefahrenabwehrmaßnahmen sind daher belastbare Prognosen zur hydraulischen und hydrochemischen Entwicklung des Systems erforderlich.
Zur Untersuchung des andauernden Flutungsprozesses wird für das ehemalige Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz ein dreidimensionales Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodell mit der Software SPRING (König et al.) aufgebaut. Das Modellierungskonzept basiert auf einem gekoppelten mehrstufigen Ansatz aus regionalem Bilanzmodell und lokalem Bergbaumodell mit integrierter Flutungsabbildung. Während das regionale Modell die großräumigen hydrogeologischen Verhältnisse und Randbedingungen einschließlich der Wechselwirkungen zwischen Deckgebirge und Bergbau erfasst, ermöglicht das lokale Bergbaumodell eine hochaufgelöste Simulation der Grubenflutung sowie der hydraulischen Kopplung zwischen Gruben-, Grund- und Oberflächenwasser.
Die Modellierung integriert tiefenabhängige Hohlraumvolumina der Grubenbaue und bestimmt Zuflussraten orts- und tiefenspezifisch auf Grundlage der hydraulischen Eigenschaften des Gebirges sowie der zeitlich variierenden Potentialverhältnisse. Dadurch können hydraulische Wechselwirkungen innerhalb des Grubengebäudes und deren Einfluss auf den Wiederanstiegsprozess realitätsnah abgebildet werden. Ziel der Arbeiten ist der Aufbau eines numerisch stabilen, plausiblen und prognosefähigen Überflutungsmodells, das die räumlich differenzierte Vorhersage der Ausbildung von Vernässungsflächen an der Oberfläche, die Simulation möglicher Abfang- und Vorsorgemaßnahmen sowie die Bilanzierung relevanter Teilströme ermöglicht. Aufbauend auf dem kalibrierten Modell sollen zukünftige Szenarien- und Variantenrechnungen durchgeführt werden, um potenzielle Gefährdungen zu bewerten und die Wirksamkeit möglicher Maßnahmen zur Gefahrenabwehr und Wasserbewirtschaftung im ehemaligen Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz zu untersuchen.
Mit der Beendigung der Wasserhaltung in stillgelegten Bergwerken beginnt der Grubenwasseranstieg, dessen Verlauf und hydrochemische Auswirkungen für die Bewältigung der nachbergbaulichen Herausforderungen von zentraler Bedeutung sind. Zugleich sind Informationen zu gefluteten Bergwerken oft dezentral, uneinheitlich oder nur in historischen Quellen und grafischen Darstellungen verfügbar.
Die Mine Water Map wurde als wissenschaftliche, GIS-basierte Fach- und Archivdatenbank entwickelt, um solche Informationen systematisch zusammenzuführen, zu harmonisieren und zugänglich zu machen. Erfasst werden unter anderem Standort- und Betriebsdaten, geologische und hydrogeologische Rahmenbedingungen, Stand des Grubenwasseranstiegs sowie deren Verläufe, hydrochemische Messwerte sowie bergbauhistorische Angaben. Ergänzende Materialien wie geologische Profile, Fotografien, Literaturquellen, Diagramme und Excel-Datensätze können den einzelnen Bergwerken direkt zugeordnet werden. Historische geologische Schnitte und veröffentlichte Grubenwasseranstiegskurven werden digitalisiert, fachlich vereinheitlicht und für weiterführende Auswertungen bereitgestellt.
Der Vortrag stellt Zielsetzung, methodisches Vorgehen und technischen Aufbau der Mine Water Map vor. Darüber hinaus werden der aktuelle Datenbestand von mehr als 11.800 europäischen Bergwerken, die Abgrenzung zu bestehenden Datenbanken sowie ausgewählte Anwendungsbeispiele erläutert. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem kollaborativen Ansatz: Forschende, Fachleute und weitere Wissensträger können neue Daten, Korrekturen und Dokumente beitragen, die vor der Aufnahme fachlich geprüft werden.
Die Mine Water Map schafft damit eine erweiterbare und nachvollziehbare Datengrundlage für Forschung, Behörden und Praxis in den Bereichen Nachbergbau, Hydrogeologie, Grubenwassermanagement und Umweltbewertung.