Bodenhebung

Als Bodenhebung, auch Geländehebung, oder auch vereinfacht Hebung, bezeichnet man in der Bergschadenkunde die durch bergbauliche Aktivitäten hervorgehobene Anhebung der Tagesoberfläche.[1] Durch diese Bodenhebungen kann es, je nach örtlicher Lage, zu Bergschäden kommen.[2] Besonders problematisch sind Hebungsdifferenzen im Bereich von über Tage ausgehenden Unstetigkeitszonen, insbesondere dann, wenn diese Bereiche bebaut sind.[3]

Erste Erkenntnisse und Folgerungen

Anfang des 20. Jahrhunderts beobachte man am Rand mehrerer Senkungströge eine einige Zentimeter hohe Bodenhebung. Man dachte zu der damaligen Zeit, bei dieser Hebung handele es sich um eine elastische Aufwölbung einer durchgebogenen Sandsteinschicht oder um eine Kippbewegung von Gebirgsblöcken.[4] Im Jahr 1940 wurde das Phänomen der Bodenhebung durch den Anstieg des Grubenwassers im Bereich der Wittener Mulde beschrieben.[1] In den Jahren 2001 bis 2005 wurden mehrere Schriften veröffentlicht, in denen auf die Problematik der durch den Grubenwasseranstieg hervorgerufenen Bodenhebungen im Erkelenzer Bergrevier hingewiesen wurde.[5] Im Jahr 2007 wurde von der Bergbehörde des Landes Nordrhein-Westfalen ein Gutachten über mögliche Änderungen von Grubenwasserständen im Ruhrrevier in Auftrag gegeben. Mit diesem Gutachten sollten die möglichen Auswirkungen des Grubenwasseranstieges auf die verschiedenen Schutzgüter untersucht werden. In dem Gutachten wurde die Anlage eines Katasters, mit welchem Erkenntnisse über Unstetigkeiten in den einzelnen Bergwerksfeldern zentral erfasst werden sollten, empfohlen.[6]

Hebung durch Grubenwasseranstieg

Wird nach der Stilllegung eines Bergwerks die Wasserhaltung abgeschaltet, so kommt es je nach örtlicher Gegebenheit, zu einem mehr oder minder starkem Anstieg des Grubenwassers. Dadurch werden die Grubenbaue allmählich geflutet.[7] Die noch vorhandenen Wetter werden nach und nach durch das Wasser aus den Grubenbauen verdrängt. Die nun anstehende Wassersäule belastet dann mit ihrem Gewicht das Liegende und bewirkt eine Absenkung der unterhalb liegenden offenen Grubenbaue. Gleichzeitig wirkt sich der Wasserdruck auch auf das Hangende aus. Durch den sich nach oben auswirkenden Wasserdruck werden noch vorhandene Abbauhohlräume etwas geweitet und der noch unverdichtete Versatz entlastet.[4] Das ansteigende Grubenwasser wirkt sich zunächst einmal auf den Grundwasserhaushalt im Deckgebirge aus.[7] Auch kann das weiter ansteigende Grubenwasser sich negativ auf die Tagesoberfläche auswirken.[3] Die oberhalb liegenden Gebirgsschichten werden durch den Differenzdruck leicht gestaucht. Bestehen nun die oberen Gesteinshorizonte aus einer Wechsellagerung von Tonschichten und lockeren Sanden, so werden diese vom Grubenwasser in ihren Form und Lage beeinflusst. Durch das eindringende Grubenwasser werden nun die vom Wasser umspülten Sandkörner aufgetrieben. Die unterhalb der Sandschicht befindliche Tonschicht wird dadurch entlastet und quillt auf.[4] Es kann dadurch dann der umgekehrte Prozess wie bei einer Bergsenkung eintreten.[3] Das aufsteigende Grubenwasser führt letztendlich zu einer Bodenhebung.[7] Diese Bodenhebungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich verlaufen.[3] Die Höhe der Bodenhebung ist je nach örtlicher Gegebenheiten unterschiedlich. Es ist davon auszugehen, dass die Hebung etwa 2–3 Prozent der vorherigen Bergsenkung beträgt. Somit liegt ihr Wert zwischen einigen Zentimetern bis einigen Dezimetern.[5]

Hebung durch Geothermiebohrungen

Bei tiefen Geothermiebohrungen kann es vorkommen, dass die Bohrung durch eine Anhydritschicht geführt wird.[8] Steigt nun aus einem darunterliegenden und angebohrten Wasserreservoir das Wasser durch das Bohrloch nach oben, kommt es auch in Kontakt mit dem Anhydrit.[9] Bei dauerhaftem Kontakt mit Wasser wird im Anhydrit ein chemischer Prozess ausgelöst,[10] wodurch es zu einer Mineralumbildung und Mineralneubildung kommt[8] und das Anhydrit in Gips umgewandelt wird.[10] Dadurch kommt es zu einer Volumenzunahme.[8] Diese liegt theoretisch bei etwa 17 Prozent in alle Richtungen, in Summe somit rund 61 Prozent.[10] Durch die Quellung des Gesteins kommt es zu einer Drucksteigerung, dem sogenannten Quelldruck. Ist nun der Quelldruck höher als der auflastende Gebirgsdruck und sind keine Gebirgsschichten oberhalb der quellenden Gebirgsschicht vorhanden, die die Volumenzunahme kompensieren können, so kommt es zur Hebung der Geländeoberfläche.[8] Da die Wasseraufnahme durch den Anhydrit nur allmählich vonstatten geht, erfolgt auch die Quellung und somit die Hebung über einen längeren Zeitraum.[10] Wie stark diese Hebung ist, hängt neben der Mächtigkeit der Anhydritschicht auch von der Mächtigkeit der überdeckenden Gebirgsschichten ab.[8] Besonders anfällig für diese Umwandlungsprozesse sind dünnschichtige Wechsellagerungen und Mergelschichten mit einem fein verteilten Anhydritanteil von ungefähr fünf Prozent oder mehr.[10] Aber auch bestimmte Tonminerale neigen zu einem starken Aufquellen.[8]

Beispiele von Folgeschäden

Erste, durch Bodenhebungen hervorgerufene, Gebäudeschäden traten im Jahr 2000 in Erscheinung.[3] Nach der Stilllegung der Zeche Sophia-Jacoba im Jahr 1997 wurden in mehreren Ortslagen der Städte Hückelhoven und Wassenberg über eine neun Kilometer lange Strecke Schäden an mehreren Gebäuden bemerkt.[2] Insbesondere am alten Rathaus in Wassenberg wurden starke Risse bemerkt.[3] Diese Gebäudeschäden konnten jedoch nicht den abbaubedingten Bergsenkungen zugeordnet werden.[2] Untersuchungen ergaben, dass diese Schäden der durch die Flutung der Grubenbaue von Sophia Jacoba hervorgerufenen Hebung zuzuordnen sind.[3]

Im Jahr 2007 traten in Staufen im Breisgau kurze Zeit nach einer tiefen Geothermiebohrung Risse am alten Rathaus auf. Diese Schäden sind einer Hebung zuzuordnen, die als Folge einer Bohrung zur Nutzung von Geothermie für das Rathaus entstand.[9]

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Peter Rosner, Michael Heitfeld, Volker Spreckels, Peter Vosen: Auswirkungen von Geländehebungen im Zuge des Grubenwasseranstiegs im Ruhrrevier. In: 14. Altbergbaukolloqium, Gelsenkirchen 2014, Onlineartikel (abgerufen am 20. November 2015).
  2. ↑ a b c Volker Baglikow: Grubenwasseranstieg in Steinkohlengebieten - Auswirkungen auf die Oberfläche. In: Ring Deutscher Bergingenieure e.V. (Hrsg.): Bergbau. Makossa Druck und Medien GmbH, Januar 2012, Gelsenkirchen 2012, S. 16–21.
  3. ↑ a b c d e f g Axel Preuße, Jörg Krämer, Anton Sroka: Technische Abschätzung der Folgelasten des Steinkohlenbergbaus. In: Ring Deutscher Bergingenieure e.V. (Hrsg.): Bergbau. Makossa Druck und Medien GmbH, Dezember 2007, Gelsenkirchen 207, S. 540–544.
  4. ↑ a b c Helmut Kratzsch: Bergschadenskunde. Springer Verlag Berlin / Heidelberg / New York, Berlin 1974, S. 150–151.
  5. ↑ a b Peter Rosner: Der Grubenwasseranstieg im Aachener und Südlimburger Steinkohlenrevier - eine hydrogeologisch-bergbauliche Analyse der Wirkungszusammenhänge. Dissertation an der Rheinisch westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Aachen 2011, S. 162–167.
  6. ↑ Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI) (Hrsg.): Der Bergbau in der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 2011. 63. Jahrgang, Berlin 2012, S. 42–45.
  7. ↑ a b c Werner Grigo, Michael Heitfeld, Peter Rosner, Andreas Welz: Ein Konzept zur Überwachung der Auswirkungen des Grubenwasseranstiegs im Ruhrgebiet. In: 7. Altbergbau-Kolloquium, Freiberg 2007, VGE Verlag GmbH, Essen 2007, S. 250–252.
  8. ↑ a b c d e f AD-HOC-Arbeitsgruppe Geologie / Geothermie: Geothermische Vorhaben in den Bundesländern. Fachbericht der Bund/Länderarbeitsgruppe der Geologischen Dienste, S. 10–12.
  9. ↑ a b Heinrich Otto Buja: Handbuch der Bohrtechnik, Flach-, Tief-, Geothermie- und Horizontriebohrungen. 2. Auflage, Books on Demand, Norderstedt 2012, ISBN 978-3-7357-3409-9, S. 535–545.
  10. ↑ a b c d e Helmut Prinz, Roland Strauß: Ingenieurgeologie. 5. bearbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-8274-2472-3, S. 65–66.