Verringerung der Expositionszeiten
Verfahrensbeschreibung
Maßnahmen zur Verkürzung der Zeiträume, in denen exponierte Flächen dem Eintritt von Luftsauerstoff ausgesetzt sind und damit pyritoxidierende Prozesse auslösen bzw. deren Fortschreiten begünstigen
- zeitnahe Überdeckung der Förderbrückenkippe mit der Absetzerkippe
- selektive Schüttführung auf den Arbeitsebenen
- zeitoptimierte Vorfeldentwässerung
- zeitoptimierte Transportwege / angepasste Abbautechnologie
- Zwischenbegrünung der temporären Böschungen
- rasche Flutung der Tagebaurestseen
- schnelle Herstellung der Oberflächenkontur der Absetzerkippe bzw. der Halden und Abdeckung mit Kulturboden und rasche Erstbegrünung
- schnelle Verfüllung/Flutung von Bergbaustollen/-schächten
Einsatzbereich
aktiver Tagebau, Haldenaufschüttung, Sanierungungsbergbau
Behandlungsziel
Verringerung/Unterbindung pyritoxidierender Prozesse zur Verminderung/Vorbeugung der Bildung sauerer Wässer (AMD)
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Einfluss auf die Grundwasserstände im Tagebauumfeld, ggf. schnellerer Anstieg der Seewasserstände, ggf. Verringerung von Staubemissionen im Tagebau
Überwachung
- Überwachung der Zeitabläufe, Transportwege und (Ab)Lagerungsorte während des Abtrags bzw. Verkippens der Abraummassen; Überwachung der Grundwasserstände im Vorfeld; - Überwachung der Flutungswasserstände
Nachsorge
Nachsaat; angepasstes Flutungsregime
Nachbesserung
Optimierung der Abdecksysteme im Rahmen von Sanierungsarbeiten zur Schaffung dauerhaft stabiler Oberflächenabdeckungen (weniger/keine Angriffsflächen für Erosion)
Relevante Prozesse
- Pyritoxidation wird im aktiven Braunkohlentagebau verursacht durch: - Vorfeldentwässerung - Exposition der sulfidhaltigen Gesteine auf der Tagebauseite (Belüftung der Abraumsedimente bei der Gewinnung, dem Transport und der Verkippung, Tagebausohle, temporäre Böschungen) - Exposition des sulfidhaltigen Abraums auf der Kippenseite (langzeitige Oberflächen - Belüftung unabgedeckter Kippen, temporäre Böschungen)
- Pyritverwitterung erfolgt zudem: - an sulfidhaltigen Haldenablagerungen durch Sauerstoffzutritt in den Haldenkörper bei unzureichenden Abdecksystemen, Erosionserscheinungen oder nach Rutschungen - im Bereich anstehender, sulfidhaltiger Gesteine durch Sauerstoffzutritt über Stollen und Wetterschächte in Untertage-Bergwerken
- Eigenschaften der Sedimente beeinflussen Ausmaß der Pyritoxidation: Pyritgehalt (potentiell oxidierbarer Mineralanteil im anstehenden Sediment) Lagerungsdichte + Sauerstoffdiffusion (bei gleichen Expositionszeiten ist die Schwefelumsatzrate in Sanden im Vergleich zu Schluffen deutlich größer - höhere Lagerungsdichte bedeutet verminderte Sauerstoffdiffusion)
- Primäre Pyritverwitterung Dieser Prozess umfasst die Umsetzung der im Sediment enthaltenen Sulfide innerhalb des offenen Tagebaues durch Sauerstoffexposition am Abbau- und Kippenstoß. Die entstehenden Verwitterungsprodukte und Sekundärminerale sind über die gesamte Mächtigkeit des Abraumkörpers verteilt.
- Sekundäre Pyritverwitterung Es bildet sich eine sekundäre Verwitterungszone im ungesättigten Kippenkörper. Diese geht von allen langzeitig gegenüber der Atmosphäre exponierten Oberflächen aus. Ihre Lage und ihr Voranschreiten wird durch den Sauerstoffnachlieferungsprozess in der Kippengasphase bestimmt, die hauptsächlich von den Eigenschaften (Korngröße/-verteilung, Lagerungsdichte, ...) des Abraums abhängen. Braunkohleabraumkippen deren Förderbrückenkippe jahrelang unabgedeckt offen lag, eh sie mit einer Absetzerkippe überdeckt wurde, sind durch zwei solcher Verwitterungszonen gekennzeichnet.
- Die Verwitterungsfront ist durch hohe Leitfähigkeiten und niedrige pH-Werte gekennzeichnet. Unterhalb dieses Bereichs ist ein kontinuierliches Ansteigen des pH-Wertes und ein Abfallen der Leitfähigkeit zu beobachten, es existieren anoxische Bedingungen, unter denen die Sulfidverwitterung nicht stattfindet.
- Der Prozess der Pyritverwitterung beginnt sofort nach Exposition an Luftsauerstoff. Auf der unabgedeckten Kippe ist er nach wenigen Wochen bis in eine von den jeweiligen Eigenschaften des Abraums abhängige Tiefe vorgedrungen, wobei aufmineralisierte Porenwässer z.T. auch auf begrenzten Migrationspfaden in tiefere Kippenbereiche vordringen. Eine Verlagerung des aufinineralisierten Horizontes in größere Tiefen ist nicht beobachtet worden, unabhängig davon, ob die Kippsubstrate seit mehreren Jahrzehnten unter einer Abdeckung aus Bodensubstrat ruhen oder nicht. Z.T. konnte bei einer längeren Liegezeit im Zeitraum von wenigen Jahren ohne Abdeckung durch eine Kulturschicht die kontinuierliche Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit des Kippensubstrates beobachtet werden, was auf eine abnehmende Gesamtmineralisation der Porenwässer bzw. eine „allmähliche Auswaschung“ zurückgeführt wird.
- neben den Eigenschaften der Sedimente beeinflusst im Tagebau die Abbauweise die Pyritverwitterung (Rheinischen Revier: Schaufelradbagger mit Bandanlage im zwei Flügelbetrieb; Lausitz: F60 + Bandanlagen) Lausitzer Revier: deutlich größter Einfluss durch langzeitige Oberflächen, d.h. die Oberfläche der Förderbrückenkippe Rheinisches Revier: Hauptumsatz der Pyritoxidation im Bereich der temporären Böschungen der Abbauseite bzw. Kippe
- ein im Bergbausee schneller als im angrenzenden Gebirge ansteigende Wasserspiegel wirkt stützend auf die im Unterwasserbereich steileren Böschungen und bremst die Zuflüsse aciditätsreichen Wassers vornehmlich aus den Kippen (gilt auch für die Flutung von Bergbauschächten)
- beschleunigter Wasserspiegelanstieg verringert den Einfluss der Rillenerosion und den damit verbundenen Säureaustrag aus den Böschungsflächen
Anwendungsstand
Stand der Technik
Zeitaufwand
über 10 Jahre
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 524 „Schutzmaßnahmen bei Tätigkeiten in kontaminierten Bereichen“
- DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“ (bisher: BGR 128)
- Gefahrstoffverordnung GefStoffV
- Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen
- DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung
Genehmigungsfähigkeit
prinzipiell gegeben
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | u. U. |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | u. U. |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Sulfate
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- Schwermetalle
- Saures Wasser
bedingt
- Arsen
- Blei
- Cadmium
- Cobalt
- Kupfer
- Nickel
- Quecksilber
- Zink
- Zinn
ungeeignet
- Aliphatische, aromat. KW
- MKW (Diesel, Schmieröle)
- Leichtflüchtige KW (BTEX)
- PCB
- PAK (< 4 Ringe)
- PAK (> 4 Ringe)
- LHKW
- Dioxine, Furane
- Phenole und Alkohole
- Pestizide
- Cyanide (komplex)
- Phosphate
- Fluoride
- Chrom
- MTBE
- PAK
- basisches Wasser
- Schwefelwasserstoff
- Ammoniak
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Transportaufkommen | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X | |||
| Schmutzbelastung | X | |||
| Abfallaufkommen | X | |||
| Flächenbedarf | X |
Anforderungen
- angepasste Abbau-/Verkippungsplanung
- Anpassung der Abbautechnologien
- Arbeiten zur Böschungsstabilisierung und Verminderung der Erosion
- angepasste Restlochflutung, Bereitstellung der dafür notwendigen Infrastruktur
- Realisierung einer Zwischenbegrünung bzw. Herstellung des Kulturbodens + Erstbegrünung
- Bereitstellung geeigneter Materialien (Sediment, Bodenaushub, Reststoffe,... Wasser) und der Infrastruktur zur Verfüllung/Flutung von Stollen und Schächten
Anforderungen an Umwelt
- Vorhandensein neutralen Flutungswassers
- Vorhandensein der für Abdeckung erforderlichen qualitativ ausreichend guten Bodensubstrate
- Vorhandensein geeigneten Verfüllmaterials
Beispiele in Sachsen
- aktive Tagebaue des Lausitzer und Mitteldeutschen Reviers - Zwischenbegrünung der temporären Böschungen
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- Minderung der Expositionszeit und damit Verringerung der Versauerungsursachen in den aktiven Tagebauen
- Minderung der Expositionszeit der noch unabgedeckten Bergehalden bzw. durch Erosionserscheinungen beeinträchtigte Böschungen bereits abgedeckter Bergehalden des Steinkohlen-/Erzbergbaus
- schnelle Restlochflutung
- Verfüllung/Flutung letzter Wismut-Schächte/Stollen
Vorteile
- Veringerung der primären Pyritverwitterung
- Veringerung der sekundären Pyritverwitterung
- Verringerung der Staubemissionen im Tagebau durch Zwischenbegrünung der Böschungen
Nachteile
- Einfluss auf die Abläufe des aktiven Braunkohlenabbaus - hoher Planungs- und Umsetzungsaufwand
Investitionskosten
- Kosten für den Planungsaufwand im aktiven Tagebau
- Kosten für Umrüstungen bzw. technologische Anpassungen im aktiven Abbaugeschehen
- Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur zur optimierten Restlochflutung
- Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur zur Verfüllung/Flutung von Stollen und Schächten
Kosten für Chemikalien
- keine
Datenstand
01.01.2000
Literatur
- Häfner, F., Schmidt, J., Merkel B., Pohl, A. (Hrsg.) 2000: Wasserwirtschaftliche Sanierung von Bergbaukippen, Halden und Deponien. Freiberger Forschungsforum Vorträge und Posterbeitrage zum 51. Berg- und Hüttenmännischen Tag 2000. S.46-52, 61-70, 71, 114-127, 136, 169-193. Freiberg.