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Timestamp: 2020-05-26 06:46:46+00:00

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Methodensteckbrief "Bergbau"
forum-bge.de › Konsultation der Ausschlussmethodik bei der Standortauswahl › Konsultation Ausschlussmethodik "Bergbau"
bge_supermoderator
15.04.2020, 20:17 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 04.05.2020, 12:52 von bge_moderator.)
Gerne möchten wir die Anwendung des Ausschlusskriteriums „Einflüsse aus gegenwärtiger oder früherer bergbaulicher Tätigkeit“ mit Ihnen diskutieren. Haben Sie Fragen oder Anregungen zum Verfahren oder Erkenntnisse, die uns bei der Anwendung helfen können? Teilen Sie uns diese mit.
Methodensteckbrief als barrierefreies PDF:
Steckbrief_AK_Bergbau.pdf (Größe: 204,62 KB / Downloads: 113)
§ 22 Abs. 2 Nummer 3 StandAG
Was sind Bergwerke?
Bergwerke sind technische Einrichtungen, die über und unter Tage errichtet werden, um verschiedenste Rohstoffe aus geologischen Lagerstätten aufzusuchen und abzubauen (Bischoff et al., 2012; Reuther, 2012).
Je nach Art der Lagerstätte und der geologischen Situation sind die Rohstoffe in unterschiedlichen Teufen (von der Tagesoberfläche aus betrachtete Tiefe in den Untergrund) anzutreffen. Der Abbau in Tagebauen findet oberflächennah in offenen Gruben statt (Reuther, 2010; Bischoff et al., 2012). Im Tiefbau hingegen werden durch den Ausbau von Schächten und Stollen sogenannte Grubengebäude errichtet und die dort befindlichen Rohstoffe gewonnen (Reuther, 2010). Schächte sind von der Geländeoberfläche in die Lagerstätte reichende schräg oder senkrecht verlaufende Grubenbaue. Als Stollen bezeichnet man waagerechte Grubenbaue, die in das Gebirge bis zur Lagerstätte reichen (Bischoff et al., 2012).
In Deutschland werden und wurden hauptsächlich Steinkohle, Kali- und Steinsalz, Gips, Erze sowie Steine und Erden gefördert (Prinz & Strauß, 2011). Betrachtet man hiervon den tiefen Bergbau mit Abbauteufen von 300 m und mehr, so betrifft dies insbesondere die Rohstoffe Steinkohle, Kali- und Steinsalz sowie Erze. Steinkohle wurde neben dem bekannten Bergbau im Ruhrgebiet auch im Saarland, im Münsterland sowie in Sachsen gewonnen. Erzbergbau erfolgte in weiten Teilen Deutschlands, wovon die heute bekanntesten Regionen das Erzgebirge und der Harz sind. Die Gewinnung von Kali- und Steinsalz sowie der Bau von Kavernenspeichern erfolgte und erfolgt hauptsächlich im Zechstein-Salinar in Nord- und Mitteldeutschland. Doch auch im Süden Deutschlands existieren lokal bedeutende Salzbergwerke.
Warum werden Bergwerke von der Endlagersuche ausgeschlossen?
Der Ausschluss von Bohrungen und Bergwerken wird im Standortauswahlgesetz (StandAG) mit dem Ausschlusskriterium „Einflüsse aus gegenwärtiger oder früherer bergbaulicher Tätigkeit“ geregelt. Aufgrund des unterschiedlichen Hohlraumvolumens und den damit verbundenen gebirgsmechanischen Konsequenzen von Bohrungen und Bergwerken ist ein separater Umgang für den Ausschluss dieser Objekte erforderlich. Daher stellen wir Ihnen die jeweiligen Ausschlussmethoden zu Bohrungen und Bergwerken getrennt vor. Vorliegender Steckbrief bezieht sich auf die Ausschlussmethodik für Bergwerke.
Eine Besonderheit im Umgang mit diesem Kriterium sind Erkundungsbergwerke. Solche Bergwerke entstehen als Folge von Erkundungsmaßnahmen, um die Eignung eines potenziellen Endlagerstandorts sicherzustellen. Für Erkundungsbergwerke erfolgt daher kein Ausschluss nach diesem Kriterium (Bundestag-Drucksache 18/11398, S. 68).
Das Endlager darf nicht in einem Bergwerk, das zur Gewinnung von Bodenschätzen errichtet worden ist, aufgefahren werden. Es muss indes nicht zwingend in einem neu aufzufahrenden Bergwerk errichtet werden. Ansonsten stünden die im Rahmen des Standortauswahlverfahrens vorzunehmenden bergrechtlichen Erkundungsmaßnahmen an sämtlichen potenziellen Standorten der Errichtung eines Endlagers entgegen.
Aus gebirgsmechanischer Sicht bedingt die Auffahrung eines Hohlraumes immer Veränderungen des umliegenden Gebirges. Diese werden vom Hohlraum ausgehend typischerweise unterschieden in Zonen bruchhafter Verformung, struktureller Schädigung / Auflockerung (Mikrorisse im hohlraumnahen Gestein), beeinflussten Gebirgsspannungszustandes (Veränderung der inneren Beanspruchung des Gebirges) und beeinflussten Porendruckfeldes (hydraulisch beeinflusster Gebirgsbereich). Folglich bedingt jede bergbauliche Tätigkeit eine, für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle, negative Beeinflussung des umliegenden Gebirgsbereiches, z.B. durch die Schaffung potenzieller Fluidwegsamkeiten. Dabei ist die Reichweite der Auswirkungen des Bergbaus auf das umliegende Gebirge von unterschiedlichen Faktoren, wie z.B. der Größe, Form und Tiefe des Hohlraumes, der Festigkeiten des Gebirges sowie den gewählten Gebirgsausbaumaßnahmen abhängig (Prinz & Strauß, 2011).
So will die BGE das Ausschlusskriterium Bergwerke anwenden
Auszuschließen sind nach § 22 Absatz 2 Nummer 3 StandAG Gebiete in denen aufgrund bergbaulicher Tätigkeit „…negative Einflüsse auf den Spannungszustand und die Permeabilität (…) zu besorgen sind“. Um den Grenzbereich dieser Einflüsse im bergwerksfernen Gebirge abschätzen zu können, müssen die Daten von Bergwerken einzeln betrachtet und bewertet werden. Im Rahmen von Phase 1, Schritt 1 des Standortauswahlverfahrens schlägt die BGE daher einen vereinfachten Umgang mit diesem Kriterium vor, der auf Basis verfügbarer geometrischer Kriterien eine bundesweite Anwendung trotz heterogener Datenbestände erlaubt. Dabei wird der nach StandAG auszuschließende Bereich in Hinblick auf seine räumliche Ausdehnung zum Teil stark unterschätzt.
Grundlage unserer Ausschlussmethodik sind sogenannte Beeinflussungsbereiche um Bergwerke. An dieser Stelle fasst der Begriff „Beeinflussungsbereiche“ unterschiedliche Herangehensweisen für die Ausweisung solcher Bereiche zusammen – je nach landesspezifischem Vorgehen und Verfügbarkeit. Diese Ansätze sind jedoch dahingehend konsistent, dass sie sich vorrangig auf Auswirkungen des Bergbaus an der Tagesoberfläche beziehen. Folgende Informationsquellen werden unterschieden:
Durch die Bergbehörden ausgewiesene Beeinflussungsbereiche: Die seitens der Bergbehörden digital an die BGE übermittelten Beeinflussungsbereiche stellen oft Linien gleicher Bodenabsenkung über Grubenhohlräumen auf Basis der Einwirkungsbereichs-Bergverordnung (EinwirkungsBergV) dar. Alternativ, insbesondere für Altbergbau, weisen die Bergbehörden Beeinflussungsbereiche auf Basis von bergschadenkundlichen Analysen aus.
Durch die BGE abgeschätzte Beeinflussungsbereiche: Wenn bei den Bergbehörden keine Beeinflussungsbereiche vorliegen, hat die BGE die (minimale) Ausdehnung dieser Bereiche selbst abgeschätzt. Grundlage hierfür ist die an die Erdoberfläche projizierte größte laterale Erstreckung eines Bergwerks auf Basis vorliegender digitaler Risswerke (siehe Abb. 1). Zur Abschätzung eines Beeinflussungsbereichs hat die BGE in Anlehnung an die bundesweit gültige EinwirkungsBergV einen sogenannten Grenzwinkel ermittelt (siehe Abb. 2). Innerhalb des daraus resultierenden trichterförmigen Gebildes ist eine Gebirgsschädigung aufgetreten oder zu erwarten. Die Breite des Beeinflussungsbereichs ergibt sich nun aus der Schnittstelle des Grenzwinkels mit der Tagesoberfläche (siehe Abb. 2). Um bei einer pauschalen Abschätzung eines Grenzwinkels keine zu großen Bereiche auszuschließen, plant die BGE einen Grenzwinkel zu verwenden, der dem steilsten in der EinwirkungsBergV aufführten Winkel der Bergbauzweige von 85 Gon (76,5 Grad) entspricht. Dies entspräche beispielsweise einem lateralen Sicherheitsabstand von 72 m um das Grubengebäude bei Bergwerken mit einer Teufe von maximal 300 m und einem Sicherheitsabstand von 360 m bei Bergwerken mit einer maximalen Teufe von 1500 m.
Abbildung 1: Graphische Darstellung zur Ermittlung der a) größten lateralen Erstreckung eines Bergwerks. Diese ergibt sich durch ein „Übereinanderlegen“ der Umhüllenden einzelner Grubenbaue. b) Die so bestimmte maximale laterale Ausdehnung eines Bergwerks wird an die Erdoberfläche projiziert.
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Ausweisung des Beeinflussungsbereichs um die größte laterale Erstreckung des Bergwerkes anhand der Teufe und dem Grenzwinkel.
Auf Basis der oben genannten Datengrundlage schlägt die BGE folgende Ausschlussmethodik vor: Im ersten Schritt werden bergbauliche Objekte ausgewählt, die eine Teufe von mindestens 300 m erreichen und somit innerhalb des endlagerrelevanten Untergrundbereichs liegen. Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens nur Objekte berücksichtigt werden, die zu einer negativen Beeinflussung des endlagerrelevanten Bereichs führen (dadurch entfällt eine Vielzahl von kleinen Objekten, inkl. kleiner Tagebaue und Weinkeller). Die von diesen Bergwerken ausgehenden Beeinflussungsbereiche werden anschließend an die Erdoberfläche projiziert und für den gesamten endlagerrelevanten Bereich ausgeschlossen (siehe Abb. 3). Ein Ausschluss für den gesamten endlagerrelevanten Bereich ist dadurch begründet, dass weite Gebirgsbereiche ober- und unterhalb des Bergwerks als „negativ beeinflusst“ zu betrachten sind. Eine Errichtung von Endlagerbergwerken ober- oder unterhalb abgeworfener oder bestehender Bergwerke ist somit aus einer sicherheitsgerichteten Perspektive nicht sinnvoll. Ferner sind insbesondere bei Standorten des Altbergbaus die Gebirgsbeeinflussungen unterhalb der bergbaulichen Tätigkeit gar nicht oder nur unzureichend dokumentiert.
Die BGE geht davon aus, dass der im StandAG geforderte Ausschlussbereich, in dem eine Gebirgsschädigung in Form von Änderungen im Spannungsfeld und der Permeabilität zu besorgen ist, von den oben genannten Verfahren zur Ausweisung von Beeinflussungsbereichen flächenmäßig mitunter stark unterschätzt wird. Klar ist, der Spannungszustand und ggf. auch die hydraulischen Eigenschaften können auch jenseits des Grenzwinkels durch die bergbauliche Tätigkeit negativ verändert sein. Insbesondere die von der BGE getätigte Ausweisung von Beeinflussungsbereichen auf Basis des steilsten Grenzwinkels nach der EinwirkungsBergV ist nur als eine erste Näherung und als kleinstmöglich anzunehmender Ausschlussbereich zu verstehen. Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden Bergwerke, die an Teilgebiete grenzen oder innerhalb von Teilgebieten liegen, näher betrachtet und es erfolgt ggf. eine entsprechende Vergrößerung des Ausschlussbereichs.
Abbildung 3: Schematische Darstellung der Ausschlussmethodik. Der blau schraffierte Bereich stellt den Ausschluss der maximalen lateralen Erstreckung des aufgefahrenen Hohlraumes sowie den umgebenden Beeinflussungsbereich (Grenzwinkel nicht dargestellt) des Gebirges vertikal über den gesamten Teufenbereich eines möglichen Endlagerstandorts dar.
Herausforderung „Verfügbarkeit digitaler Daten“
Eine besondere Herausforderung im Umgang mit diesem Ausschlusskriterium ist für die BGE die eingeschränkte Verfügbarkeit digitaler Daten, insbesondere für den tiefen Altbergbau. Daher hat die BGE im Herbst 2019 begonnen, den digitalen Datenbestand durch eigene Digitalisierungsarbeiten in den Archiven der Bergbehörden zu erweitern.
Herausforderung „Bergbauregionen in Nordrhein-Westfalen“
Die aktuelle Bewertung der Datenlage und insbesondere die Datenmenge zu den Bergbauregionen von Nordrhein-Westfalen führt zu Überlegungen, die, verglichen mit der in diesem Steckbrief beschriebenen Methode, zu einem abweichenden Vorgehen bei der Anwendung des Ausschlusskriteriums führen könnten. Die BGE erarbeitet hierzu gegenwärtig einen Vorschlag zum weiteren Vorgehen. Wir werden Sie in diesem Forum über das Ergebnis unserer Arbeit informieren.
Bischoff, W., Bramann, H., Dürrer, F., Moebius, P.G., Quadfasel, H., Schlüter, W., 2012. Das kleine Bergbaulexikon. 10. Auflage, VGE-Verlag, Essen.
Einwirkungsbereichs-Bergverordnung (EinwirkungsBergV) vom 11. November 1982 (BGBl. I S. 1553, 1558), die zuletzt durch Artikel 3 der Verordnung vom 18. Oktober 2017 (BGBl. I S. 3584) geändert worden ist.
Prinz, H. & Strauß, R., 2011. Ingenieurgeologie. 5. bearbeitete und erweiterte Auflage, Springer Spektrum, Berlin.
Reuther, C.-D., 2012. Grundlagen der Tektonik. Kräften und Spannungen der Erde auf der Spur. Springer Spektrum, Berlin/Heidelberg.
Reuther, E.-U., 2010. Lehrbuch der Bergbaukunde. Erster Band, 12. Auflage, VGE-Verlag, Essen.
Die BGE überschätzt mit dem Verfahren die Beeinflussungsbereiche.
Die von der BGE abgeschätzten Beeinflussungsbereiche fallen zu groß aus bei Bergwerken, wo die oberen Sohlen eine (relevant) größere laterale Erstreckung als die unteren Sohlen besitzen. Es ist hier nicht zulässig die größte laterale Erstreckung aller Sohlen auf der untersten Sohle anzunehmen und von dort die Grenzwinkel anzusetzen. Der Grenzwinkel müsste für jede Sohle einzeln angesetzt werden.
Hier wäre eine Abbildung (wie Abb. 3) sinnvoll, die ein Bergwerk mit mehreren Sohlen und dem trichterförmigen Grenzwinkelgebilde zeigt.
Liebes Mitglied "Königin",
Der von der BGE verwendete Grenzwinkel orientiert sich am Einwirkungswinkel nach der Einwirkungsbereichs-Bergverordnung. Dadurch werden an der Tagesoberfläche Bereiche ausgewiesen, in welchen eine bruchhafte Veränderungen im Gebirge auftritt oder zu erwarten ist (einhergehend mit Hebungen oder Senkungen an der Erdoberfläche). Die Ausdehnung dieses Schädigungsbereichs könnte durch das vereinfachte Verfahren der BGE für den von Ihnen beschriebenen Fall (große laterale Ausdehnung der oberen Sohlen, geringe laterale Ausdehnung der unteren Sohlen) tatsächlich überschätzt werden.
Nach § 22 Abs. 2 Nummer 3 StandAG sind über die Zonen bruchhafter Veränderungen hinaus Bereiche auszuschließen, wenn dort „…negative Einflüsse auf den Spannungszustand und die Permeabilität des Gebirges (…) zu besorgen sind“. Wie im Steckbrief beschrieben, unterscheiden sich die Gebirgsveränderungen vom Hohlraum ausgehend typischerweise in Zonen bruchhafter Verformung, Mikrorisse im hohlraumnahen Gestein, Bereiche mit beeinflusstem Gebirgsspannungszustand und hydraulisch beeinflusste Gebirgsbereiche. Letztgenannte Bereiche werden durch die Anwendung des steilsten Grenzwinkels nach der Einwirkungsbereichs-Bergverordnung in Hinblick auf ihre laterale Erstreckung nach unserer Einschätzung unterschätzt. Die BGE geht daher davon aus, dass das im Steckbrief beschriebene Vorgehen nicht zu einer Überschätzung der Ausschlussflächen um Bergwerke führt.
Gleichzeitig sind wir uns der Tatsache bewusst, hiermit einen stark vereinfachten Umgang in Hinblick auf die Konstruktion von Beeinflussungsbereichen um Bergwerke vorzuschlagen. Für die erste Phase des Standortauswahlverfahrens bis zum Zwischenbericht Teilgebiete halten wir diesen Detaillierungsgrad für angemessen.
Eine Rückfrage zu dem hier begonnenen Dialog, bzw. zu dem Einwand von "Königin", der mir sehr berechtigt erscheint:
Aus den Abbildungen im Steckbrief geht das Vorgehen nicht wirklich eindeutig hervor. Sie lassen aber zumindest vermuten, dass die BGE die eigene Abschätzung von Beeinflussungsbereichen dadurch vornehmen will, dass sie die Abmessungen eines Bergwerks (in 3D) zunächst auf eine 2D-Projektion reduzieren, in dieser 2D-Projektionsfläche die maximale laterale Erstreckung über alle Sohlen hinweg bestimmen, und dann das flächehafte Ergebnis auf die unterste Sohle verlegen und darauf den konservativ abgeschätzten (d.h. steilstmöglichen) Grenzwinkel anwenden will.
Wenn das korrekt ist, dann gibt es in der Tat Anlass zu Zweifeln. Worin liegt der Vorteil dieses vereinfachten Umgangs? Wäre es denn so viel schwieriger, die Reihenfolge der Verfahrensschritte umzudrehen, d.h. erst auf jede Sohle einzeln den Grenzwinkel anzuwenden, und dann von allen auf die Tagesoberfläche projizierten, einzelnen Beeinflussungsbereichen das Maximum der lateralen Erstreckung zu nehmen? Nur dieses Vorgehen erschiene korrekt, während der von Ihnen vorgeschlagene vereinfachte Umgang in den erwähnten Fällen zu erheblichen Fehlern führen kann.
Das Problem liegt darin, dass diese Fehler nicht etwa zu einer Unterschätzung (etwa analog zum steilsten Grenzwinkel), sondern im Gegenteil zu einer Überschätzung des Ausschlussbereichs führen. Wie an anderer Stelle diskutiert, lässt sich ein zu geringer Ausschluss relativ problemlos in späteren Verfahrensschritten korrigieren, während ein zu großzügiger, früher Ausschluss sich später sehr viel schwerer rückgängig machen lässt. Eine Unterschätzung ist insofern deutlich leichter zu akzeptieren als eine Überschätzung.
Die Antwort der BGE hier oben scheint nun so zu verstehen, dass Sie die Überschätzung (durch das vereinfachte Vorgehen) mit der Unterschätzung (durch den steilsten Grenzwinkel) sozusagen in einen Topf werfen und so lange miteinander vermischen wollen, bis im Ergebnis ein einigermaßen korrekter Aussschlussbereich herauskommt. Das scheint mir gewagt. Jedenfalls verwischt es wichtige Spuren, und erfüllt so nicht die Kriterien eines bewussten und rationalen Umgangs mit den unvermeidlichen Unsicherheiten.
Daher noch einmal die auf den Punkt gebrachte Frage: Wäre es nicht besser, die Reihenfolge umzudrehen, d.h. zuerst jede Sohle einzeln per steilstem Grenzwinkel an die Tagesoberfläche zu projizieren, und erst danach das Maximum der lateralen Ausdehnung zu bestimmen? Ist es nur der (wohl kaum signifikante) größere Aufwand, oder gibt es andere Gründe, die gegen dieses Vorgehen sprächen?
Es ist: 26.05.2020, 07:46 Deutsche Übersetzung: MyBB.de, Powered by MyBB, © 2002-2020 MyBB Group.

References: § 22
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