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Geologische und hydrogeologische 3D-Modelle als Planungsgrundlage für geowissenschaftliche Fragestellungen im Rahmen des Projektes zur Nutzung von Anlagen des Steinkohlebergbaus als untertägige Pumpspeicherwerke am Bergwerk Prosper-Haniel

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[Quelle: http://d-nb.info]

In den heutigen Geowissenschaften bilden geologische Modellierungen eine wichtige Grundlage für praxisorientierte Fragestellungen. Das Einsatzgebiet der Modelle liegt dabei vor allem in der Rohstoffindustrie, der Geothermie und der Hydrogeologie. Eine fachübergreifende Nutzung von dreidimensionalen Modellierungen nimmt an Bedeutung zu und macht Modellkopplungen über entsprechende Schnittstellen notwendig. Für die Konstruktion von geologischen Modellen stehen derzeit eine Reihe von Softwarelösungen zur Verfügung, die je nach Aufgabenfeld der Modellierung ihre jeweiligen Vor- und Nachteile bieten. In der Arbeit wurde mit der Software Leapfrog Geo gearbeitet, welche im deutschen Raum weitestgehend unbekannt ist. Ursprünglich wurde das Programm in Zusammenhang mit Lagerstättenmodellierungen eingesetzt. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Software und Implementierung zusätzlicher Erweiterungen ermöglicht den Einsatz dieses Werkzeugs auch für andere Fachgebiete. Die Modellierungen mit der Software Leapfrog Geo erfolgten im Rahmen der Machbarkeitsstudie UPSW, in der die Realisierung eines unterirdischen Pumpspeicherwerkes untersucht wurde. Das Betrachtungsgebiet dieser Studie umfasste den Betriebsbereich des Bergwerks Prosper-Haniel. Der tiefe Untergrund dieses Standortes ist Teil des variszisch und postvariszisch überprägten Ruhrkarbons. Die strukturgeologischen Verhältnisse sind komplex und bestehen aus einer intensiven Falten- und Bruchtektonik. Mit Hilfe der Software wurden drei Modelle erarbeitet, welche als Planungsgrundlage zur Beantwortung geologischer und bautechnischer Fragestellungen dienen. So wurde zur Ausrichtung und Trassierung des unterirdischen Speicherbeckens ein großtektonisches Untergrundmodell entwickelt, mit dessen Hilfe die Kreuzungspunkte mit tektonischen Elementen und stratigraphischen Grenzhorizonten prognostiziert werden können. Eine besondere Herausforderung dieser Modellierung lag in der Umsetzung der strukturgeologischen Bauformen unter Berücksichtigung der modelltechnischen Möglichkeiten der verwendeten Software. Des Weiteren wurden zwei kleinräumige Modelle aufgebaut, die die geologischen Bedingungen am favorisierten Kavernenstandort beschreiben. Diese Modelle zeigen die Lagerungsverhältnisse der Schichten sowie die anzutreffenden Lithologien auf. Basierend auf diesen Modellierungen konnte ein potenzieller Standort zur Verortung der notwendigen Kavernenbauwerke lokalisiert werden. Neben den strukturgeologischen Modellierungen wurden die Schnittstellen des Werkzeugs zum Aufbau eines hydrogeologischen Modells genutzt. Im Fokus des Modellaufbaus standen die Möglichkeiten zur Überführung der geologischen Körper und deren Diskretisierung im Modellierungsprogramm FEFLOW. Das resultierende Modell stellt den zuletzt aktiven Bergwerksbereich dar, wo die infrastrukturellen Komponenten sowie die hydrogeologischen Bedingungen mit Hilfe eines unstrukturierten Netzes diskretisiert sind. Im Allgemeinen zeigen die Erfahrungen mit der verwendeten Software Leapfrog Geo, dass Modelle schnell und unkompliziert aufgestellt werden können, sofern die räumliche Ausdehnung des Modellgebietes eine gewisse Komplexität nicht überschreitet und das integrierte Raster an Bohrungsdaten hoch ist. Während eines automatisierten Arbeitsprozesses können Modelle durch Einbinden neuer Daten dynamisch aktualisiert werden, was in Bezug von Lagerstätten bezogenen Anwendungen viele Vorteile bietet. Die Konstruktion von großräumigen Untergrundmodellen ist hingegen über einen manuell gesteuerten Modellierungsprozess unumgänglich, insbesondere wenn das Betrachtungsgebiet anspruchsvolle geologische Bauformen aufzeigt. An dieser Stelle werden einige Schwachpunkte des Werkzeugs erkennbar. Am vorgestellten Aufbau des hydrogeologischen Modells wird deutlich, dass die Schnittstellen der Software für einfache Modelle eine interessante Erweiterung darstellen. Die Überführung von komplexen Geokörpern in FEFLOW ist jedoch problembehaftet und bedarf einer Nachbearbeitung der entsprechenden Geometrien. Insgesamt betrachtet kann die Softwarelösung Leapfrog Geo als hilfreiches und praktisches Werkzeug für die Beantwortung geowissenschaftlicher Fragen dienen, sofern die Aufgabenstellung der Modellierung und die modelltechnischen Anforderungen der Software nicht in Widerspruch stehen.

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Die durch Bergbau verursachten Bodenbewegungen führen oftmals zu Schäden an Gebäuden im Einwirkungsbereich des Abbaubetriebes. Der Autor bietet einen Überblick über die Thematik und beschreibt den Ablauf einer Regulierung vorhandener Bergschäden Schritt für Schritt - von den Ursachen eines Schadens über die Schadensaufnahme bis hin zur Sanierung und Regulierung der Schadensersatzansprüche. Die Vorgehensweise sowie die rechtlichen Rahmenbedingungen werden anhand von Praxisbeispielen verdeutlicht. Tipps und Hinweise aus der jahrelangen Berufserfahrung des Autors als Sachverständiger zur Erfassung und Bewertung von Bergschäden ergänzen die Ausführungen. Checklisten und Musterschreiben runden das Werk ab.

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Forschungsberichte

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Martin Fahlbusch
Entwicklung von Berechnungsmethoden zur mathematischen Erfassung bergbaulicher Verfahrenstechniken bei der Erstellung von Kavernen im Salinar für die Deponie von Schadstoffen. Abschlußbericht
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