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Senkungen außerhalb prognostizierter Einwirkungsbereiche

Analyse von Senkungserscheinungen außerhalb prognostizierter Einwirkungsbereiche aktiver und in jüngerer Zeit stillgelegter Steinkohlebergwerke der RAG AG

Angeregt durch die Ergebnisse des 2012 von der TU Clausthal (Prof. Dr.-Ing. W. Busch) und der WWU Münster (Prof. Dr. W. G. Coldewey) erstellten Gutachtens „Analyse von Senkungserscheinungen außer­halb prognostizierter bergbaulicher Einwirkungsbereiche des Bergwerks Prosper-Haniel“ (Fundstelle im Internetauftritt der Bezirksregierung Arnsberg unter www.bra.nrw.de/1756332) hat die Bezirksregierung Arnsberg die Abteilung Markscheidewesen und Geoinformation des Institutes für Geotechnik und Markscheidewesen der TU Clausthal (IGMC) beauftragt, zu unter­suchen, ob auch im Bereich der weiteren in Betrieb befindlichen Steinkohlenbergwerke Auguste Victoria und Ibben­büren sowie der in jüngerer Zeit stillgelegten Steinkohlenbergwerke Lippe, Loh­berg/Oster­feld, Ost, Walsum und West der RAG AG außerhalb der in den Rahmenbetriebsplänen dargestellten prog­­nos­ti­zierten Einwirkungsbereiche bergbaubedingte Senkungen eingetreten sind.

Gemäß Leistungsbeschreibung wurden die insgesamt 7 Bergwerke (BW) in folgender zeit­licher Reihenfolge bearbeitet und bergwerksbezogene Gutachten erstellt:

Im Rahmen dieser gutachterlichen Stellungnahmen wurden die räumliche Aus­deh­nung und die Größeno­rdnung der außerhalb der prognostizieren Einwirkungsbereiche ein­ge­tre­tenen Höhen­än­de­­rungen bergwerksbezogen ermittelt und überprüft, ob und inwieweit der Stein­kohlen­berg­bau für die im bergwerksbezogenen Untersuchungszeitraum bestimmten Höhenänderungen bzw. Bo­den­­­­be­wegungen ursächlich ist. Grundsätzlich kommen aber auch nicht bergbaubedingte Ursachen, wie z. B. Tektonik, Aus­lau­gung oder Änderungen der Grundwasserverhältnisse in Betracht. Diese re­­gional und lokal vorhandenen Ursachen waren ebenfalls zu detektieren, zu unter­suchen und zu bewerten.

Zur Untersuchung aller Bergwerke wurden entsprechend der Leistungsbeschreibung folgende Arbeitspakete (AP) bearbeitet:

AP 1 – Recherche und Beschaffung von Radardaten, Basis- und Fachdaten

AP 2 – Ermittlung potentieller Höhenänderungsursachen im Untersuchungszeitraum

AP 3 – Radarinterferometrische Ermittlung von Höhenänderungen

AP 4 – Analyse und Bewertung der ermittelten Höhenänderungen

AP 5 – Genauigkeitsanalyse mit Erläuterung der signifikant identifizierbaren Grenze für Boden­bewegungsgebiete mittels satellitengestützter Radarinterferometrie

AP 6 – Zeitlich-räumliche Ursache-Wirkungs-Analyse

AP 7 – Statistische Bewertungen zur Signifikanz prognostizierter bergbaubedingter Boden­bewegungen

AP 8 – Deskriptive Abschätzung von Senkungsanteilen

AP 9 – Festlegung einer Grenze signifikant und vornehmlich bergbaubedingter Höhen­än­de­rungen

AP 10 – Bergschadensrelevanz außerhalb des prognostizierten Einwirkungsbereiches

Die Bearbeitung der AP 7 und 10 erfolgte im Wesentlichen durch die Firma 4GIS Ryszard Hejmanowski (kurz: 4GIS) und eine Überarbeitung durch das IGMC. Die Ergebnisse finden sich in den entsprechenden Kapiteln der jeweiligen Gutachten. Weitere Texte der Firma 4GIS sind in den Anhang B der jeweiligen Gutachten eingeflossen.

Die Kapitel „Hydrogeologische Untersuchungen“ und der Großteil der Kapitel 2 (Unter­suchungs­raum) sowie die Karten 1 bis 6 in der Anlage dieser Gutachten wur­den durch die Prof. Dr. Coldewey GmbH erstellt und vom IGMC überarbeitet. Weitere Text­bei­träge wurden für die Kapitel 2.3 (Daten­grund­lage) sowie insbesondere den Anhang A der Gutachten ange­fertigt.

Die Bearbeitung einer „Zusammenfassenden Stellungnahme“ erfolgte in 2018 hauptsächlich durch das IGMC und die Prof. Dr. Coldewey GmbH.

Die sieben untersuchten Bergwerke mit ihren für unterschiedliche Zeiträume prognostizierten Einwirkungsbereichen erstrecken sich vom linken Niederrhein (Kamp-Lintfort), den Großraum Dinslaken, über Dorsten und Haltern am See sowie Bergkamen bis Hamm. Geographisch davon getrennt befindet sich das nördlich gelegene Bergbaugebiet Ibbenbüren. Einen Überblick über die geographische Lage und Verteilung der Untersuchungsgebiete vermittelt die Abbildung.

 

 

Für die gutachterlichen Analysen und Bewertungen mussten eine Fülle von unterschiedlichen Fachdaten in den 7 Untersuchungsgebieten recherchiert, beschafft, geprüft, ergänzt und für die Nutzung aufbereitet werden. Die für die Untersuchungen definierten, bergwerksbezogenen Unter-suchungsgebiete sind hinsichtlich ihrer Ausdehnung und Flächengröße in folgender Tabelle zusammengestellt. Die durchschnittliche Flächengröße (bis auf BW West) beträgt ca. 285 km². Die insgesamt untersuchte Fläche besitzt eine Größe von 2.305 km² und vermittelt somit indirekt auch einen Eindruck über das bearbeitete Datenvolumen.

Ausdehnung und Flächengröße der Untersuchungsgebiete

Bergwerk

Ausdehnung
[km]

Flächengröße
[km²]

Auguste Victoria

15 x 15

225

Ibbenbüren

21 x 17

357

West

20 x 30

600

Walsum

16 x 20

320

Lohberg/ Osterfeld

13 x 19

247

Lippe

14 x 14

196

Ost

16 x 22,5

360

Summe

 

2.305

Eine tabellarische Übersicht über die Gültigkeitsdauer der Rahmenbetriebspläne (RBP), das Datum der Stilllegung (wenn innerhalb des Betrachtungszeitraumes), die vom Auftraggeber benannten Betrachtungszeiträume sowie die Untersuchungszeiträume (entsprechend der Datenverfügbarkeit der Radardaten) aller Bergwerke zeigt folgende Tabelle.

Untersuchte Bergwerke

 Bergwerk

 RBP Zeitraum

 Stilllegung

 Betrachtungs-zeitraum

 Untersuchungszeitraum, PSI-Auswertung

 Auguste Victoria

 01.01.2005 – 31.12.2015

  

 01.01.2005 – 31.10.2014

 02.12.2004 - 18.10.2014

 Ibbenbüren

 01.01.2009 – 31.12.2018

  

 01.01.2009 – 28.02.2015

 18.12.2003 - 12.02.2015 Datenlücke: 07.10.2010 – 16.01.2011

 West

 11.04.2003 – 31.12.2019

 31.12.2012

 11.04.2003 – 30.06.2015

 21.12.2003 - 25.06.2015

 Walsum

 07.06.2002 – 31.12.2019

 30.06.2008

 07.06.2002 – 30.06.2013

 21.12.2003 - 30.06.2014

 Lohberg/ Osterfeld

 01.01.2004 – 31.12.2009

 31.12.2005

 01.01.2004 – 31.12.2010

 18.12.2003 - 07.10.2010

 Lippe

 01.01.2007 – 01.01.2010

 31.12.2008

 01.01.2007 – 1.12.2013

 07.12.2006 - 27.01.2014

 Ost – Heinrich Robert

 01.01.2004 – 31.12.2019

 30.09.2010

 01.01.2004 – 30.09.2015

 18.12.2003 - 06.11.2015

 Ost - Monopol

 01.01.2006 – 31.12.2019

 30.09.2010

 01.01.2004 – 30.09.2015

 18.12.2003 - 06.11.2015

Für die Ermittlung von Senkungen sollte vorrangig die radarinterferometrische PSI-Methode ein­ge­setzt werden. Die Anwendung dieser Methode setzt das Vorhandensein von geeigneten Radar­daten über die genannten Betrachtungszeiträume voraus. Die Datenrecherche ergab bis auf die Berg­werke West und Walsum eine gute Übereinstimmung zwischen den Betrachtungszeiträumen und den Zeiträumen, für die Radardaten verfügbar sind. Für das BW West sollten die Senkungen ab dem 11.04.2003 bestimmt werden, geeignete Radardaten liegen jedoch erst ab 21.12.2003 vor. Der fehlende Zeitraum von ca. 8 Monaten war durch Nivellementsdaten zu überbrücken. Im Falle des BW Walsum beträgt der Zeitraum, für den keine Radardaten vorliegen, ca. 18 Monate, nämlich vom 07.06.2002 bis 21.12.2003. Auch für diesen Zeitraum wurde versucht, fehlende Senkungs­infor­ma­tionen über Nivellementsdaten zu gewinnen.

Die Ermittlung der Höhenänderungen sollte vornehmlich mittels auf­ge­zeichneter Radar­satelliten­daten und ergänzt durch bereitgestellte terrestrische Daten er­fol­gen. Um sowohl eine räumlich wie auch zeitlich vollständige Abdeckung des Unter­suchungs­raums zu erzielen, mussten (bis auf das BW Lohberg/Osterfeld) Datensätze von zwei verschiedenen Radarsensoren bestellt werden, da kein zeit­lich durchgehender Datenstapel eines einzigen Satelliten verfügbar war. Für die älteren Zeiträume bis Oktober 2010 wurden in allen Unter­suchungs­gebieten Daten des Radarsensors ASAR des europäischen Umweltsatelliten ENVISAT genutzt. Der zweite notwendige, jüngere Zeitraum konnte mit Hilfe von Radardaten des kanadischen Satelliten Radarsat-2 untersucht werden.

Ein weiterführender Überblick über die Anwendung der radarinterferometrischen PSI-Methode, die Ergebnisse, Verfahren der Datenbereinigung und eine Methode zur Genauigkeitsabschätzung finden sich in (Busch 2019).

Eckdaten

Gesamtleitung: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Busch

Team IGMC:     Dr.-Ing. Diana Walter (bis 31.03.2017)

                            Dr.-Ing. Furui Xi (bis 31.12.2017)

                            M.Sc. Xiaoxuan Yin

Unterauftragnehmer:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Ryszard Hejmanowski
(4GIS Ryszard Hejmanowski, Krakow, Polen) und Mitarbeiter
Univ.-Prof. em., Hon.-Prof. Dr. rer. nat. Wilhelm G. Coldewey (Prof. Dr. Coldewey GmbH, Dülmen), Mitarbeiter: Dr.-Ing. D. Wesche
 

Laufzeit: 11/2014 – 04/2018

Auftraggeber: Bezirksregierung Arnsberg, Abteilung Bergbau und Energie in NRW, Dezernat 65, Dortmund

Busch, W.; Yin, X.; Coldewey, W.G.; Hejmanowski, R. (2018): Zusammenfassende Stellungnahme. Analyse von Senkungserscheinungen außerhalb des prognostizierten Einwirkungsbereiches aktiver und in jüngerer Zeit stillgelegter Steinkohlenbergwerke der RAG AG. Gutachten im Auftrag der Bezirksregierung Arnsberg. Institut für Geotechnik und Markscheidewesen, TU Clausthal, Mai 2018, Clausthal-Zellerfeld.
Abrufbar unter https://www.bezreg-arnsberg.nrw.de/container/anlagen_pm/18_06_08_gutachten_tuc.pdf