Sicherung und Verwahrung der Schachtröhre Lübtheen

Der bergbehördlich verfügte Sicherheitsbereich von 25 m um die Schachtröhre war letztlich auch Anlass dafür, sich ab Mitte der 1970er Jahre erneut mit der Bergwerksanlage zu beschäftigen. Zu diesem Zeitpunkt beabsichtigte das ansässige Fahrzeugwerk eine erhebliche Ausweitung der Produktionskapazität. Die hierfür vorgesehenen Flächen umfassten auch den bis dato gesperrten Schachtsicherheitsbereich. Im Ergebnis der Bergschadenkundlichen Analyse wurde empfohlen, den zugänglichen Teil der Schachtröhre vollständig zu verfüllen.
Planmäßige Verfüllungen von lösungserfüllten Altkalischächten wurden bis zu diesem Zeitpunkt nur in Einzelfällen durchgeführt, so dass nur wenige Kenntnisse zu geeigneten Baustoffen und Einbringtechnologien vorlagen. Zudem standen zu DDR-Zeiten nur begrenzte ökonomische und technologische Ressourcen für eine derartige Schachtverwahrung zur Verfügung. Basierend auf den Erfahrungen aus dem Tiefbohrsektor sowie der Sicherung von Objekten des Braunkohlentiefbaus wurde eine Verwahrungskonzeption erarbeitet, welche erstmals im Kali- und Steinsalzbergbau eine Verfüllung der Schachtröhre unter Einsatz von Braunkohlenfilterasche (BFA) vorsah. Den Zustand des Schachtes Friedrich Franz Lübtheen vor und nach der Verfüllung zeigt nebenstehende Abbildung.

Die Projektierung der notwendigen Arbeiten und Maßnahmen zur schadlosen Beseitigung der beim Versatzeinbringen zu verdrängenden Salzlösungen aus der Schachtröhre übernahm die Abteilung Geologie des ehemaligen Rates des Bezirkes Schwerin (vergleiche nachstehende PDF).

Da aus Gründen des Umweltschutzes eine Einleitung dieser Lösungen in oberirdische Gewässer - auch in starker Verdünnung – nicht gestattet werden konnte, wurde festgelegt, eine Schluckbohrung in den Caprock der Salzstruktur niederzubringen. Als Ansatzpunkt wurde der südwestliche Randbereich des Salzstockes gewählt. Die Bohrung wurde mittels Schürfbohranlage des Typs UKB 500S durch den ehemaligen VEB Geologische Erkundung Stendal niedergebracht und verrohrt (Endteufe 256 m).

Ausschlaggebend für den gewählten Ansatzpunkt war letztlich ein solcher Bereich der Salinarstruktur, in welchem der abdeckende Ton mindestens 20 m mächtig sowie eine gewisse Klüftigkeit im Caprock vorhanden sein sollte, um mit möglichst geringem Kopfdruck bei hoher Betriebssicherheit die anfallenden Salzlösungen verpressen zu können.
Die Bohrung erreichte dann auch die an sie gestellten Qualitätsparameter.

Nennenswert ist die Beobachtung, dass der Caprock dieser Salzstruktur - von einigen Geologen als sehr klüftig und kavernös beschrieben- wahrscheinlich infolge suffosiver Prozesse derart mit Ton sekundär abgedichtet war, sodass die obersten 120 m absolut keine Aufnahmefähigkeit zeigten. Erst circa 2 m über dem Salzspiegel hatte die Bohrung ein ausgezeichnetes Aufnahmevermögen.

Ingenieurgeologisch interessant ist auch, dass in dieser Bohrung beim 2. Kernmarsch im Teufenbereich 37,4 - 42,0 m ein Hohlraum durchfahren wurde; und das bereits im Bereich pleistozäner Mittelsande.

Die Verwahrungsarbeiten begannen am 4. September 1980; sie werden in den nachstehenden PDF näher beschrieben und bebildert. Die Vorteile bei der Verwahrung ersoffenener Schachtanlagen mittels dieses, einer bergmännischen Abpropfung adäquaten Verfahrens liegen einerseits im Verzicht auf eine Störung der in-situ-Gleichgewichtsverhältnisse durch Abpumpen, Aufwältigen etc. Andererseits werden nur relativ geringdimensionierte technische Ausrüstungen benötigt. Desweiteren ist die Gewähr eines hohen Verfüllungsgrades aller Bereiche der Schachtscheibe mit dem Versatzgut gegeben bei wesentlich geringeren Gesamtkosten gegenüber herkömmlichen Verfahren. Erkennbare Nachteile ergeben sich, wenn Undichtigkeiten im Schachtausbau vorhanden sind, welche zu Verfüllmaterialverlusten führen. 

Details der Situation an der abgedeckelten Schachtröhre nach der BFA-Verfüllung zeigt obenstehendes Foto.

Eine größere Investitionsmaßnahme des Nachnutzers des Schachtareals in den Jahren 2008/09 sah vor, auch den unmittelbaren Schachtbereich zu nutzen. Dies erforderte eine Neubewertung der seinerzeitigen Verwahrung. Zur Bestimmung der gesteinsmechanischen Eingangsparameter von BFA-Verfüllung und Hutgestein wurde im Jahre 2008 je eine Kernbohrung in die BFA-Verfüllsäule der Schachtröhre (bis in eine Teufe von 79 m) und in das in unmittelbarer Schachtnähe anstehende Hutgestein (bis in eine Teufe von 209 m) gestoßen und aus dem Kernmaterial die entsprechenden Festigkeitsparameter ermittelt. Wie der Vergleich mit den 1981 bestimmten Werten für diese BFA-Verfüllung zeigt, ist unter den in der Schachtröhre herrschenden Bedingungen kein Festigkeitsverlust dieses Materials über säkulare Zeiträume zu befürchten.

Numerische Untersuchungen / Berechnungen ergaben, dass die Standsicherheit der wahrscheinlich sowohl im Bereich der Schachtröhre als auch im Bereich des Grubenfeldes vorliegenden bzw. möglicherweise entstehenden Subrosionskavernen sowie auch die Verfüllung der Schachtröhre mit BFA für den Zeitraum von mindestens 200 Jahren rechentechnisch belegt wurde.
Vorausgesetzt waren nachstehende konservative Annahmen:
- Die untersuchte Modellkaverne erfasst den gesamten Bereich bis zum Gipshut, welcher weiterer Subrosion unterliegt,
- für die die Schachtröhre umgebenden Gebirgsschichten wurden die geringsten laborativ ermittelten Festigkeiten angesetzt,
- auch für die gesamte gebohrte Schachtröhre wurde eine BFA-Säule mit der geringsten ermittelten Festigkeit angenommen sowie
- wurde bei der Modellrechnung angenommen, dass im gesamten Modell (also Schachtröhre und Modellkaverne) ein Salzlösungsdruck wirkt, der lediglich mit einem Teufengradient von 10 kPa / m anwächst.

Wie oberes Foto zeigt, erinnert nur eine andersfarbige Pflasterung an die verwahrte Schachtröhre.