Abbaueinfluss in Salzbergwerken

Abbaueinfluss in Salzbergwerken
Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“ für hoch radioaktive Abfallstoffe Abbaueinfluss in Salzbergwerken Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer Berlin, 30. Januar 2016 1

Inhaltsangabe Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten Asse II
Untersuchung zur Barriereintegrität – Bergwerk, Kaverne, Tongest. Zusammenfassung/Fazit Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 2

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Entstehung von Zugspannungen –
Gestein bricht niemals unter Druck, sondern immer nur durch (direkte- oder indirekte) Zugspannung. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 3

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Grambergkurve –
Gebirgsspannung gegen dadurch entstehende Verformung Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 4

In Bereich A findet plastisches Fliessen ohne Bruchbildung statt. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 5

Kataklasen sind Mikro-Risse. Oberhalb der Dilatanzgrenze entstehen Zugspannungen. Im Bereich B entstehen Mikro-Rissen im Salzgestein. Salzbergwerken werden im Bereich B aufgefahren! Die Bruchbildung in der Streckenwand hört, dank Kriechentlastung, auf. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 6

In Bereich C hört die Bruchbildung nicht auf. Die Strecken müssen ausgebaut werden. Der Gegendruck bring das Gestein nach Bereich B. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 7

In Bereich D herrscht Gebirgsschlag Gefahr! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 8

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Spannungsverteilung –
Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 9

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Spannungsverteilung auf größere Teufe–

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Streckenauffahrung im plastischen Gestein –
Der Druck in unberührtes Salzgestein ist nazu Hydrostatisch Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 11

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Streckenauffahrung im plastischen Gestein –
Bei einer Streckenauffahrung wird Druck bzw. Energie entfernt. Da die Energie nicht verloren geht, biegen sich die Drucklinien um die Strecke. Der Druck in der Streckenwand steigt. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 12

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Streckenauffahrung ohne Bewegungen im Gestein–
Gebirgsdruck Erhöhter Druck Der rote Ring umschließt einen Hohlraum und kennzeichnet eine Druckerhöhung. Das Salz außerhalb der Druckerhöhung kann nicht in Richtung des Hohlraums fließen. Es ist keine Fließbewegung von einem niedrigen Druck nach einem hohen Druck möglich. Das Salz innerhalb der Druckerhöhung kann auch nicht in Richtung des Hohlraums fließen, da kein Salz nachströmt und Salz nicht im Volumen zunehmen kann. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 13

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Streckenauffahrung in Bereich B –
primäre Bruchbildung Wenn Salz, ab einer gewissen Tiefe, unter Druckerhöhung bricht, entstehen eine Volumenerhöhung und Bewegungsfreiheit. Dies bewirkt eine Fließbewegung in Richtung des Hohlraums. Das Salz wird nicht mehr „festgehalten“. Das Salz bricht im Form von Mikro-Rissen. Aufgrund des Prinzips der Massenerhaltung muss das in den Hohlraum hineinfließende Salz an anderer Stelle abwandern. Rissen öffnen sich. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 14

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Kriechentlastung –
Das Salzgestein kann nun, anders als beim elastischen Gestein, dem hohen Druck entweichen. Es fließt in Richtung des Hohlraums (Kriechentlastung). Gebrochenes und fließendes Salz kann nicht viel Druck aufnehmen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 15

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Druckverlagerung –
Da die Energie nicht verloren geht, wandert der erhöhte Druck von der Streckenwand zum ungebrochenen Salzgestein. Zwischen dem Bereich mit hohem Druck und der Streckenwand entsteht entspanntes Salz. Bricht das Gestein unter der Druckwelle nicht, endet die Kriechentlastung In der Praxis ist dies aber nicht der Fall. Würde das Gestein nicht brechen, dann würde die Fließbewegungen (Konvergenz) aufhören, was in der Praxis aber nicht der Fall ist. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 16 16

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Konvergenz –
Die Bruchbildung setzt sich unter den erhöhten Druck fort und damit die Kriechentlastung, welche Bewegungen wir ab jetzt Konvergenz nennen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 17 17

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Konvergenz –
Unter der Druckwelle erhöht sich die Permeabilität durch Mikro-Risse und damit das Volumen des Salzgesteins. Druckgradient und Volumenerhöhung drücken das Salz in Richtung des Hohlraums. Konvergenzbewegungen entstehen durch eine Bruchbildung im Salzgestein. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 18 18

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Entwicklung einer Druckwelle –
Bruchbildung unter einer Druckwelle Beim Entfernen vom Hohlraum behält die Druckwelle ihre Stärke. Die Druckwelle setzt sich zusammen aus dem fehlenden Druck des Hohlraums und dem fehlenden Druck des zunehmend druckentspannten Bereichs. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 19 19

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – „Selbstheilung“ –
entspannter Bereich Erhöhter Druck Gebirgsdruck Eine spätere Spannungsänderung kann die Risse leicht wieder öffnen. Im entspannten Bereich werden die zuvor unter der Druckwelle geöffneten Risse wieder geschlossen, aber sie „verheilen“ nicht! Eine spätere Spannungsänderung, z.B. durch Lauge- oder Gasdruck, kann die Risse leicht wieder öffnen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 20 20

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Auflockerungszone um eine Strecke –
sekundäre Bruchbildung Durch große Druckunterschiede kommt das ringsum zuströmende Salz in Nähe des Hohlraums in Bedrängnis (Stutzdruck) und verursacht eine sekundäre kreisförmige Bruchbildung. Der Druckgradient zwischen Druckwelle und Hohlraum wird kleiner, die Konvergenzbewegung verringert sich. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 21 21

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten –Streckenauffahrung Draufsicht–
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Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Abbaueinfluss –
einseitige sekundäre Bruchbildung Eine spätere Spannungsänderung kann die Risse leicht wieder öffnen. Die Druckunterschiede bei der Druckwelle erhöhen sich in Hohlraumnähe. Hierdurch nimmt die Bruchbildung und damit das Volumen des Salzes zu. Das Salz wird in Richtung des Hohlraums gedrückt. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 23 23

Die Druckwelle verliert ihre Energie an einem Hohlraum durch erhöhte Konvergenz. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 24 24

Hinter einem Hohlraum verschwindet die Druckwelle weil er sein Energie verloren hat. Das Hohlraumvolumen hat sich verringert. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 25 25

Erhöhten Konvergenz Keine Bruchbildung oder Konvergenz. Die Laugeabfangmauer wurde bis 1937 benutzt. Die Strecke lag in einem druckentlasteten Bereich. Sie unterlag keiner Konvergenz und somit keiner Abschalung Durch Steinsalzabbau wurde die Strecke später, c.a.1960, von einer Druckwelle getroffen. Erhöhten Bruchbildung mit Volumenzunahme. Druckwellen können einige 100 m weit laufen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 26 26

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Wegsamkeiten –
Unter der Druckwelle kann Lauge in die Risse im Salz eindringen und andere Hohlräume erreichen. Spalten, die mit Lauge gefüllt sind, können im entspannten Bereich nicht geschlossen werden und vergrößern den durchnässten Salzbereich! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 27 27

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Wegsamkeiten –
Viele Druckwellen verursachen Rissen im Gestein. Unter einer Druckwelle kann Wasser im Salz eindringen und andere Hohlräume erreichen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 28 28

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Geschwindigkeit –
Die Geschwindigkeit der Druckwelle nimmt stetig ab. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 29 29

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Ende der Druckwelle –
Die Druckwelle endet, sobald der Druckgradient in Richtung des Hohlraums so niedrig ist, dass die innere Reibung nicht mehr überwunden wird Abhängig von der Größe und Form des Hohlraumes nach c.a. 400 bis 500 m. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 30 30

Die Druckwelle endet, sobald der Hohlraum, durch den sie entstanden ist, durch Konvergenzbewegungen verschwunden ist. (Bohrlöcher) Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 31 31

Die Druckwelle endet im elastischen Gestein, weil dieses Gestein die Druckenergie speichern kann. Jede bergmännische Arbeit verursacht Druckwellen. Viele Druckwellen verursachen im elastischen Gestein eine Überschreitung der Druckfestigkeit! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 32 32

Druckwellen entstehen bei jeder bergmännischen Tätigkeit, bei der Gesteinsdruck entfernt wird.
Chaos ist ein Zustand in dem sich kein Muster erkennen lässt und unberechenbar ist.

Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten – Zusammenfassung –
Druckwellen entstehen bei jeder bergmännischen Tätigkeit, bei der Gesteinsdruck entfernt wird. Druckwellen laufen von Hohlräumen weg, sobald das Salz unter der Druckwelle bricht. Durch Druckwellen entstehen im Gebirge Druckunterschieden, wo vorher ein na zu hydrostatische Druck hehrste. Antrieb für Wasserwegsamkeiten! Unter einer Druckwelle geöffnete Risse schließen sich im druckentlasteten Bereich wieder, bleiben aber eine Schwachstelle. Druckwellen enden in elastischem Gestein (Speicherung von Energie), in bereits vorhandenen Hohlräumen (Vernichtung von Energie), wenn der Hohlraum durch Konvergenzbewegungen verschwindet oder wenn durch einen zu niedrigen Druckgradienten die innere Reibung nicht mehr überwunden wird. Konvergenzbewegungen sind ein sicheres Indiz dafür, dass irgendwo Salz oder Gestein bricht! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 34 34

Asse II Inhaltsangabe Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten
Untersuchung zur Barriereintegrität Zusammenfassung / Fazit Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 35

Asse II – Geologischer Aufbau –

Berührungen mit Anhydrit blieben ohne Folgen. In 1979 war das Anhydrit hier trocken und frei von Rissen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 37 37

? Anhydritmittelsalz enthält mehrere Anhydritbänke von 1 bis 3 m Stärke, die Lösungen führen. Buntsandstein enthält Süßwasser. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 38 38

Asse II – Laugeeintritt –
Lauge breitet sich in dem gebrochenen Salz unter der Druckwelle in alle Richtungen aus. Nasses und dadurch dunkles Salz zwischen das Grenzanhydrit und den Kammern beunruhigte die Betreiber. Das Bergwerk wurde geschlossen, weil man nicht ausschließen konnte, dass Süßwasser eindringt. Damals eine Fehleinschätzung! Durchnässtes und gebrochenes Salzgestein kann keinen Druck aufnehmen. Den horizontalen Gegendruck auf das Rötanhydrit fehlt, wodurch dieses immer weiter bricht und einen Wasserzutritt von außen ermöglicht. Eine Verfüllung mit Salzbeton und anschließende Verpressung hätte Abhilfe schaffen können. Hierdurch würde einen horizontalen Gegendruck entstehen und die Bruchbildung aufhören. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 40 40

Die Bruchbildung hat sich, aufgrund fehlenden Gegendrucks wegen unsachkundiger Hohlraumverfüllung, fortgesetzt, sowohl im Sandgestein als auch im Anhydrtimittelsalz! Weder die 40 m Sicherheitsabstand bis zum Rötanhydrit noch die 100 m bis zum Anhydrtimittelsalz haben das Wasser daran gehindert die Hohlräumen zu erreichen! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 41 41

Untersuchung zur Barriereintegrität – Bergwerk, Kaverne, Tongest.
Inhaltsangabe Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten Asse II Untersuchung zur Barriereintegrität – Bergwerk, Kaverne, Tongest. Zusammenfassung / Fazit Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 43

Untersuchung zur Barriereintegrität – Entstehung von Zugspannungen –
Sowohl zu wenig- als zu viel Druck in ein Hohlraum produzieren Zugspannungen im Gestein. Streckenauffahrung Fracking Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 44

Fracking Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 46

Untersuchung zur Barriereintegrität – Frackdruck und Aktivierungs-Überdruck –
Der Druck die man erzeugen muss um ein Gestein auf einer gewissen Tiefe zu Fracken ist der Unterschied zwischen der lithostatische (Gesteins) Druck und der hydrostatische (Wasser) Druck plus min.10% (Aktivierungs - Überdruck um das Gestein zu brechen). In der Grambergkurve ist dies eine Belastung im elastischem Bereich; Rissen werden elastisch geöffnet. Geöffnete Spalten schließen sich wieder Wasserdicht beim Drucknachlass. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 47 47

Ohne Permeabilität Mit Hydrostatische Druck Staudruck Da im Salzgestein keinen hydrostatischen Druck vorhanden ist, ist der Frackdruck gleich hoch wie der Gebirgsdruck. Im Tongestein ist eine hydrostatischen Druck vorhanden, deshalb ist der Frackdruck auf gleiche Tiefe niedriger als im Salzgestein! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 48

Ohne Permeabilität Mit Hydrostatische Druck Unterhalb der lithostatischen Druck kann im Salzgestein kein Medium fließen. Im Tongestein fliest das Medium solange weg bis der hydrostatischen Druck wieder erreicht ist. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 49

Untersuchung zur Barriereintegrität –Aktivierungs-Überdruck in unverritztes Gestein–
Frackdruck bei 180 bar! Gebirgsdruck bei 105 bar! Ausgehend von der Annahme, dass ein gasdruckinduzierter Riss mit entsprechenden mikroakustischen Signalen verbunden sein sollte, ist zum Nachweis einer möglichen Rissbildung im druckbeanspruchten Gebirge ein AE-Messsystem installiert worden, welches eine kontinuierliche Erfassung und Rissortung ermöglichen sollte. Soweit kam es jedoch nicht, denn: Das ist der Mega-GAU für diejenige die an ein ewG glauben! Das Gestein muss erst gebrochen werden, ehe das Medium in diese Spalten eindringen kann. Das Medium kann nur in die Spalten eindringen. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 50 50

Untersuchung zur Barriereintegrität –Aktivierungs-Überdruck in verritztes Salzgestein–
> Gebirgsdruck! Ausgehend von der Annahme, dass ein gasdruckinduzierter Riss mit entsprechenden mikroakustischen Signalen verbunden sein sollte, ist zum Nachweis einer möglichen Rissbildung im druckbeanspruchten Gebirge ein AE-Messsystem installiert worden, welches eine kontinuierliche Erfassung und Rissortung ermöglichen sollte. Soweit kam es jedoch nicht, denn: Das ist der Mega-GAU für diejenige die an ein ewG glauben! Im entspannte-,vorbelastetes- oder gestörte Bereichen reicht eine Überschreitung der Gebirgsdruck aus für das Abströmen des Mediums. Eine Aktivierungs-Überdruck ist nicht erforderlich! Die Spalten werden elastisch erweitert. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 51 51

In-Situ Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Endlager –
In der Nachbetriebsphase eines Endlagers wird es im zeitlichen Verlauf über Konvergenzbewegungen und Gasbildung zu einem Druckanstieg kommen, wobei mutmaßlich durch ein Gasfrackereignis die Barrierenintegrität gefährdet sein könnte. Untersuchung vom bis am BfS-Versuchsort im Salzbergwerk Bernburg Auftraggeber: Bundesamt für Strahlenschutz, Leipzig Wie viel Druck muss in einem Bohrloch aufgebaut werden, um Salz-oder Tongestein zu fracken? Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 52 52

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Permeabilität –
Im Salzbergwerk Bernburg wurde ein 25 m tiefes Bohrloch für einen Gasinjektionstest in einen Steinsalzpfeiler gebohrt. Gebohrt wurde in einer Tiefe von 500 m. Permeabilitäten in der Größenordnung von < m² Bei dem Gasinjektionstest sollte der Druck so lange erhöht werden, bis das Salzgestein gefrackt ist. Nachdem man jedoch den Gebirgsdruck in der Bohrlochwand erreicht hatte, passierte Folgendes: Ausgehend von der Annahme, dass ein gasdruckinduzierter Riss mit entsprechenden mikroakustischen Signalen verbunden sein sollte, ist zum Nachweis einer möglichen Rissbildung im druckbeanspruchten Gebirge ein AE-Messsystem installiert worden, welches eine kontinuierliche Erfassung und Rissortung ermöglichen sollte. Soweit kam es jedoch nicht, denn: Das ist der Mega-GAU für diejenige die an ein ewG glauben! „Beim Überschreiten der wirkenden Gebirgsspannung wurde ein Gasdurchbruch beobachtet, der zu einem Abströmen von Gas ins Salzgebirge führte.“ „Hierbei ist bemerkenswert, dass während der Druckbelastung niemals mikroakustische Ereignisse gemessen wurden, die Hinweise auf ein rupturelles (Riss-)Gasfrackereignis liefern würden.“ Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 53 53

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Gasdurchbruch –
Druckabfall bis zum Gebirgsdruck von 105 bar! Ausgehend von der Annahme, dass ein gasdruckinduzierter Riss mit entsprechenden mikroakustischen Signalen verbunden sein sollte, ist zum Nachweis einer möglichen Rissbildung im druckbeanspruchten Gebirge ein AE-Messsystem installiert worden, welches eine kontinuierliche Erfassung und Rissortung ermöglichen sollte. Soweit kam es jedoch nicht, denn: Das ist der Mega-GAU für diejenige die an ein ewG glauben! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 54 54

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Untersuchung von Brüchen im Salzgestein –
. Unabhängig vom Gasinjektionstest wurden Bruchgeräusche im Salzgestein festgestellt. Nur die stärksten Brüche (ca. 30 % aller georteten Ereignisse) werden hier in blau dargestellt. Die gängige Theorie besagt, dass nur in der Auflockerungszone, < 1 m im Stoß, Rissbildung stattfindet! Erklärung IfG: „Die Vermutung, dass diese Ereignisse durch den bergmännischen Betrieb hervor-gerufen werden, kann ausgeschlossenen werden, ...“ Und das mitten in ein produktions-Bergwerk! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 55 55

Hinter den Druckwellen befindet sich der entspannte Bereich, in dem die Risse wieder geschlossen werden. Man könnte behaupten: „Es war Pech, dass die Untersucher aus-gerechnet in einem durch Druckwellen geöffneten Salzgestein eine Messstation eingerichtet hatten. Hätte man tiefer gebohrt, bis in das Bereich wo die Selbstheilung stattfindet, dann währe das Gas nicht widerstandslos abgeströmt.“ Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 57 57

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Referenzmessung der TU Clausthal –
Gleiche Messung, anderer Ort, gleiche Tiefe, anderes Salzgestein (Z2 statt Z3), keine Druckwelle und von einer anderen Institution (TU Clausthal) durchgeführt – wissenschaftlich gesehen tadellos. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 58 58

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG - Referenzmessung der TU Clausthal -
Keine Druckwellen, Bruchgeräusche im Salzgestein nur durch die Herstellung von Nischen und Bohrlöchern. Fachtagung „Kriterien für Standortauswahl“ / Abbaueinfluss in Salzbergwerken - Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 59 59

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG - Referenzmessung der TU Clausthal -
Die Entstehung von Druckwellen durch Herstellung von Nischen und Bohrlöchern. Fachtagung „Kriterien für Standortauswahl“ / Abbaueinfluss in Salzbergwerken - Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 60 60

Auch im „geheilten“ Bereich strömt das Gas ohne Frackereignis ab! Also werden die Spalten schon bei Gebirgsdruck elastisch geöffnet und wird das Salzgestein durchlässig! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 61 61

Öffnung des Gasresevoirs Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 62 62

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG – Ergebnis nach IfG–
Sehe Kapitel 1: Spannungsumlagerung durch bergmännische Arbeiten TU Clausthal IfG Die Druckwellen sind nicht „lokal begrenzt“. Die Pumpleistung reichte einfach nicht aus, um den Druck im Bohrloch aufrecht zu erhalten! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 63 63

Untersuchung zur Barriereintegrität von Solungskavernen – Konvergenz –
Da Sole mit einer Dichte zwischen kg/m³ und kg/m³, und erst recht komprimiertes Erdgas, mit ihren Dichten weit unter den Dichten von Gesteinen liegen, kann vor allem im unteren Teil der Kaverne der Außendruck fast doppelt so hoch wie der Innendruck werden. Kavernen konvergieren daher unten schneller als oben. Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 65 65

Untersuchung zur Barriereintegrität von Solungskavernen – Burgdorf, den 17.April, 2012 Dr. Ralf E. Krupp – Kavernetechnologie - Nachbetriebsphase Wegen der mechanischen Beanspruchung des Salzgebirges durch die Druckwechsel und durch die Verformungen, sind die Standzeit einer Kaverne und die Möglichkeiten nachzusolen jedoch begrenzt. Die Nutzungsdauer eines Kavernenspeichers wird mit ca. 30 Jahren und länger angegeben. Bisher ist ungeklärt, wie eine Kaverne am Ende ihrer Speichertauglichkeit langzeitsicher stillgelegt werden kann, und in welchem Maß es über den Kavernen zu Bodensenkungen und Grundwasserversalzungen kommen kann. Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 66 66

Untersuchung zur Barriereintegrität von Solungskavernen – Zugspannung –
Die im Kavernentiefsten wirkenden Gebirgsdrücke werden durch die inkompressible Solefüllung in den Dachbereich der Kaverne bzw. in den Bereich des Kavernen-Verschlusses übertragen und können dort zu hydraulischen Rissbildungen führen, wodurch die Kaverne undicht wird und die Sole ausgepresst werden kann. Die Zugfestigkeit von Gesteinen ist generell sehr niedrig und nicht ausreichend die hier auftretenden Druckdifferenzen zu ertragen. Es kommt daher zur Rissbildung. Der Innendruck der Kaverne darf an keiner Stelle den dort herrschenden Gesteinsdruck überschreiten, weil dadurch vorhandene Mikrorissen geöffnet werden oder es zur hydraulischen Rissbildung kommt. Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 67 67

Untersuchung zur Barriereintegrität von Solungskavernen – Außendruck –
Nach einem druckdichten Verschluss des Kavernenhalses steigt infolge der Konvergenz der Innendruck (dunkelblaue Gerade) immer weiter an und wird im Verschluss-Bereich irgendwann größer als der herrschende lithostatische Außendruck (roter Zwickel). Ab diesem Moment kann eine hydraulische Rissbildung im Kavernendach auftreten und die Sole kann durch die fortschreitende Konvergenz ausgepresst werden. Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 68 68

Untersuchung zur Barriereintegrität des Etzel Kaverne K102 – Außendruck –
Auch Schmidt, Rolfs und Staudtmeister (2006) vertreten die Auffassung, dass ein Überdruck „zu einer Infiltration von Sole in das umgebende Gebirge führt, die ihre Ursache nicht in einem Aufreißen des Gebirges sondern vielmehr in der Entstehung einer sogenannten Sekundärpermeabilität, hervorgerufen durch den sich in der Sole und dem Gebirge aufbauenden Druck, hat.“ Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 69 69

Untersuchung zur Barriereintegrität des Etzel Kaverne K102 – in-situ Test –
An der Ölspeicher-Kaverne K102 in Etzel wurden 1989 in-situ Testsdurchgeführt, unter anderem auch ein Druckaufbautest. Die Ergebnisse dieses Tests werden von den Autoren dahingehend interpretiert, dass eine Imprägnation des Salzgesteins mit Sole stattgefunden habe. Dies wiederum wird als Hinweis gesehen, dass es nicht zu einer Makro-Rissbildung gekommen sei und dass es bei festen Kavernenverschlüssen regelmäßig zu solchen Imprägnationen komme. In 850m Tiefe setzt sich der Gebirgsdruck demnach aus dem Anteil des Deckgebirges und dem Anteil des Steinsalzes zusammen: ≈ 20,5 MPa = 205 bar In 850 m Tiefe setzt sich der Soledruck zusammen aus dem hydrostatischen Druck der Sole und dem zusätzlichen Kopfdruck (85 bar = 8,5 MPa): ≈ 18,5 MPa = 185 bar Rechnerisch wäre in 850 m Tiefe der Soledruck in dem Test also noch um 20 bar (ca. 10%) unter dem lithostatischen Druck geblieben. Es kam dennoch bereits zu Imprägnationen, (u.a. weil keinen Aktivierungsüberdruck notwendig ist, wegen vorhandenen Mikrorissen) Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 70 70

Untersuchung zur Barriereintegrität des Etzel Kaverne K102 – in-situ Test –
Verlauf des Kopfdrucks an der Kaverne K 102 während des Druckaufbautests. Blaue Volumenangaben: Jeweils injizierte Sole-Volumina. Tatsächlich kann aus Abbildung entnommen werden, dass trotz des in Phase 4 injizierten, relativ großen Sole-Volumens, der Sole-Kopfdruck nicht weiter angestiegen ist, sondern bei Werten um 85 bar verharrte. Dies kann nur durch Leckage aus der Kaverne erklärt werden. Bei Kopfdrücken unter ca. 85 bar wird die Leckage-Stelle durch den von außen wirkenden Gebirgsdruck zusammengepresst und „verschlossen“ Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 71 71

Untersuchung zur Barriereintegrität des Etzel Kaverne K102 – Schlussfolgerungen aus der in-situ Test – 1) Die Ergebnisse des Tests an der Etzel Kaverne K102 und ihre korrekte Interpretation sind von grundlegender Bedeutung für die Nicht-Machbarkeit eines langzeitsicheren Kavernenverschlusses. 2) Sie beweisen, dass die Kaverne bei Erreichen oder bei Überschreitung des lithostatischen Drucks durch den Kavernen-Innendruck undicht wird. 3) Die resultierende Leckage ist eine zwangsläufige Folge der oben erörterten Druckverhältnisse und der Konvergenz. Somit ist ein langzeitsicherer Kavernenverschlusses auf dieser Art und Weise nicht möglich. Es ist illusorisch zu glauben, dass gleiches nicht passiert, nachdem ein Endlagerbergwerk im Salzgestein verschlossen wird! Dr.habil.Ralf E. Krupp Flachsfeld Burgdorf Telefon: / 7846 ▬ 72 72

Zusammenfassung/Fazit
Zusammenfassung für Salzgestein Druckwellen hinterlassen Mikro-Risse im kompakten Salzgestein, die nicht wieder „verheilen“ und zu Wasserwegsamkeiten führen können. Durch Druckwellen verliert das Salzgestein seine Undurchdringlichkeit, sobald der Gas- oder Laugendruck den Gebirgsdruck erreicht hat. Durch Konvergenzbewegungen (Fließen des Salzes) vermindert sich das Volumen der Hohlräume im Bergwerk. Aufgrund dessen ist nach Verschluss des Bergwerkes damit zu rechnen, dass der Gasdruck den Gebirgsdruck erreicht. Eine unterschiedlicher Gebirgsdruckverteilung im Bergwerk oder eine zusätzliche Gasbildung und der damit einhergehenden Druckanstieg wird kontaminiertes Material durch das ewG entweichen lassen! Atommüll einlagern und das Bergwerk anschließend luftdicht Verschließen funktioniert nicht ohne zusätzliche Barrieren. Fazit Aus meiner Sicht ist daher eine Lagerung von radioaktiven Reststoffen in ein Salzstock nicht empfehlenswert. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 73 73

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG von Tongestein – in-situ Test –
Die In-situ-Untersuchungen an Tongesteinen wurden im Kaliwerk Sigmundshall der K+S AG durchgefü̧hrt. Der Messort ist in der ehemaligen Ersatzlagerkammer des Blindschachtes 142 eingerichtet worden, die sich an der NE-Flanke auf der 500-m-Sohle im Bereich der Wendel 1550 H befindet. Der besondere Vorteil dieser Konstellation liegt darin, dass der Rote Salzton an dieser Lokation nicht durch bergmännische Auffahrungen beeinflusst ist, weil hier unmittelbar der Sicherheitspfeiler für den Schacht Kolenfeld angrenzt. Da die Felduntersuchungen im Roten Salzton durchgeführt werden, ist es mit Blick auf eine Verallgemeinerung der erzielten Ergebnisse notwendig nachzuweisen, dass die Gesteinseigenschaften vergleichbar zum Opalinuston sind, der als Wirtsgestein für das URL Mont Terri sehr gut untersucht ist. Die grundsätzliche Zulässigkeit einer analogen Betrachtung des Roten Salztons und des Opalinustons ergibt sich aufgrund des Vergleiches der gesteinsmechanischen sowie hydraulischen Eigenschaften. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 75 75

Im Tongestein ist eine hydrostatischen Druck vorhanden, deshalb ist der Frackdruck auf gleiche Tiefe niedriger als im Salzgestein. Druckentlastung bis 60 bar! Nach elastische Öffnung des Gesteins fällt im Salzgestein der Druck bis zur Gesteinsdruck ab und im Tongestein bis zur hydrostatischen Druck. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 77 77

Untersuchung zur Barriereintegrität des IfG von Tongestein – Zusammenfassung Tongestein nach IfG–
1) Ein Zweiphasenfluss (Gas und Wasser) setzt bei 500 m Tiefe ab einem Gasdruck von 85 Bar ein, der über dem hydrostatischen Druck von 65 Bar, aber unter den Gebirgsdruck von 150 Bar, liegt. Hierbei wird Wasser aus einzelnen Poren des Tonsteins verdrängt und es bildet sich eine Wegsamkeit für die Gase. 2) Ab einem Gasdruck von 130 Bar werden die bereits gasgefüllten Wegsamkeiten zusätzlich aufgeweitet und die Gaspermeabilität steigt beträchtlich an. Bei einem weiteren Anstieg des Gasdrucks über den Gebirgsdruck von 150 Bar hinaus kommt es zur Bildung größerer Wegsamkeiten in Form von Rissen und zu einer nochmaligen Erhöhung der Permeabilität. 3) Im Tonstein werden sich bei Gasdrücken oberhalb des hydrostatischen Druckes von 65 Bar aber noch unterhalb des Gebirgsdrucks von 150 Bar, Wegsamkeiten durch Aufweitung der vorhandenen Poren bilden. Dadurch wird die Permeabilität für die Gase erheblich erhöht und ein Abtransport der Gase aus dem Endlagerbereich ermöglicht. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 78 78

Zusammenfassung/Fazit/Lösung
Zusammenfassung für Tongestein Ist eine hydraulischer Druck vorhanden, dann wird der Streckeninhalt unterhalb den Gebirgsdruck schon ausgepresst. Solange bis der hydraulischer Druck wieder erreicht ist! Nach Verschluss des Bergwerkes ist damit zu rechnen, dass der Luft- und Wasserdruck, noch ehe der Gebirgsdruck erreicht wird, durchlässig wird! Fazit Atommüll einlagern und das Bergwerk anschließend luftdicht Verschließen funktioniert nicht. Hochradioaktive Atommüll einlagern funktioniert nicht ohne zusätzliche Barrieren. Lösungsvorschlag für schwach- bis mittelradioaktive Abfälle (verhindern dass der Gas- und Wasserdruck oberhalb der hydrostatischer Druck kommt) Bergwerk restlos verfüllen mit nicht komprimierbaren, aber porösen, Material (Glaskugeln). Schächten mit permeabeler- und radionuklidabsorbierendes Material verfüllen. Druck im Bergwerk Überwachen und gegebenenfalls Druckablassen und Filtern. Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 79 79

Durch Bergbau kriegt man alles kaputt! www.debeyer.seite.com
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fachtagung „Kriterien für die Standortauswahl“/Abbaueinfluss in Salzbergwerken – Jhr. Dipl.-Ing. Egbert de Beyer 80 80

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