Verringerung Expositionsflächen / Verfüllung / Umlagerung
Verfahrensbeschreibung
Minimieren der Expositionsflächen, von denen ausgehend die Pyritoxidationsfront fortschreitet, durch:
- Verlegung der Abbausohlen im offenen Tagebau in die Kohleschicht (Minimierung der Verwitterungsrate auf der Abbauseite, Reduktion Verwitterungsrate der anstehenden Sedimente von etwa 14 % auf 13 %; Verminderung der Pyritoxidation im offenen Tagebau um ca. 7 %)
- Einbau einer Dichtwand zur Verkleinerung des von der Vorfeldentwässerung betroffenen Untergrundvolumens
- Verfüllung von Hohlformen mit Reststoffen, beispielsweise Schlämme der GWRA, naturräumlicher Absetzanlagen oder Baggergut der Fließgewässer
- Überdeckung der Kippenböschungen in Randschläuchen, die über mehrere Jahre dem atmosphärischen Einfluss ausgesetzt sind, mit pyritarmem bzw. pyritfreiem Material
- Verhindern von Böschungsrutschungen, Böschungsbrüchen und Verminderung der Rillenerosion (ständig Bildung neuer exponierter Oberflächen) durch geeignete Böschungsgestaltung, Spülkippen
- Zwischenbegrünung der temporären Böschungen
- rasche Flutung der Tagebaurestseen
- schnelle Verfüllung/Flutung von Bergbauschächten
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 (Ab)Lagerungsorte während des Abtrags bzw. Verkippens der Abraummassen; Überwachung der Grundwasserstände im Tagebau- bzw. Grubenumfeld; Überwachung der Flutungswasserstände; Überwachung der chemischen Qualität der Grund- und Oberflächenwässer der Umgebung
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.
- 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)
- Stoffeintrag in das Gewässer über die Uferböschung, ausgelöst durch folgende Prozesse: - Raindrop Splash - Hangfließen - Rillenerosion - Molekulare Diffusion - Auslaugung - Wellenerosion (Abrasion) - Böschungsrutschungen - Böschungsbrüche
- Stoffaustrag aufgrund von windinduzierten Wellen aus der über dem Wasserspiegel liegenden Böschungsfläche
- 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
- Materialien, Geräte und Know-how zur Errichtung einer Dichtwand
- Materialien, Geräte und Know-how zur Einspülung der Schlämme
- 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 der für Abdeckung erforderlichen pyritfreiem Abraummaterialien
- Flächenbedarf für die Errichtung einer Dichtwand + Vorhandensein der erforderlichen Dichtstoffe, Wasser
- Vorhandensein neutralen Flutungswassers
- Vorhandensein geeigneten Verfüllmaterials (z.B. nach gesetzlichen Regelungen zugelassene Reststoffe)
Beispiele in Sachsen
- aktive Tagebaue des Lausitzer und Mitteldeutschen Reviers: - generell: Zwischenbegrünung der temporären Böschungen - Tagebau Jänschwalde: Überdeckung der Kippenböschungen in Randschläuchen - Tagebaurestloch Großkayna: Spülkippe zur Böschungsstützung
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- Minderung der Expositionsflächen und damit Verringerung der Versauerungsursachen in den aktiven Tagebauen
- Minderung der Expositionsflächen der noch unabgedeckten Bergehalden bzw. durch Erosionserscheinungen beeinträchtigte Böschungen bereits abgedeckter Bergehalden des Steinkohlen-/Erzbergbaus
- Verminderung exponierter Flächen durch schnelle Restlochflutung
- Verminderung exponierter Flächen durch Verfüllung/Flutung letzter Wismut-Schächte/Stollen
Vorteile
- Veringerung der primären Pyritverwitterung
- Veringerung der sekundären Pyritverwitterung
- Entsorgungs-/Verwertungsmöglichkeit für Schlämme der GWRA, naturräumlicher Absetzanlagen oder Baggergut der Fließgewässer
- bei Zwischenbegrünung der temporären Böschungen gleichzeitig Verminderung der Staubemission im Tagebau
Nachteile
- Einfluss auf die Abläufe des aktiven Braunkohlenabbaus - hoher Planungs- und Umsetzungsaufwand
- hoher planer. + organisator. (Genehmigungen, Eingriff/Ausgleich, …) sowie ingenieurtechn. Aufwand zur Errichtung einer Dichtwand
- zusätzlicher logistischer Aufwand für die Verbringung der Schlämme
Investitionskosten
- Kosten für den Planungsaufwand im aktiven Tagebau
- Kosten für Umrüstungen bzw. technologische Anpassungen im aktiven Abbaugeschehen
- Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur und Materialien zum Bau einer Dichtwand
- Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur und Materialien zur Böschungsbegrünung
- Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur und Materialien für das Einspülen von Stoffen
Kosten für laufenden Betrieb
- keine
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, 128-144, 169-194, 370. Freiberg.