Bergbau, Energie und Rohstoffe 2019, Bochum
Hädecke et. al.
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Visualisierung und Prognostizierung von Bergbaufolgen
am Beispiel des Grubenwasseranstiegs im ehemaligen
Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz (Sachsen)
Sylvi Hädecke
1
, Maria Ussath
1
, Dr. Christin Jahns
1
, Mathias Hübschmann
1
1
Landesamt für Umwelt, Geologie und Landwirtschaft Freiberg (LfULG), Abteilung 10 Geo-
logie, Referat 105
Abstract
Das derzeit in Flutung befindliche Steinkohlenbergbaurevier Lugau/Oelsnitz in Sachsen ist
bereits seit einigen Jahren Betrachtungsfeld umfangreicher geologischer, hydrogeologi-
scher und bergmännischer Untersuchungen. Aufgrund des stetig steigenden Grubenwas-
serspiegel und der bisherigen Prognosen besteht ein dringender Handlungsbedarf. Aus
diesem Grund befasst sich der vorliegende Beitrag mit den besonderen montanhydrogeo-
logischen Umständen im Bergbaurevier und den bisherigen Bestrebungen, eine Aussage
zur Flutungsprognose zu erarbeiten. Weiterhin wird ein Einblick in den aktuellen Arbeits-
stand im EU-Projekt GeoMAP mit dem Schwerpunkt auf den Herausforderungen bei der
dreidimensionalen Modellierung und Visualisierung von Bergbaufolgen gewährt.
1
Das Untersuchungsgebiet
Das Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz am nordwestlichen Erzgebirgsrand in Sachsen ist
durch große Abbauteufen, komplexe tektonische Störungen und zahlreiche hydraulisch
wirksame geologische und hydrogeologische Einheiten und Strukturen geprägt. Im Fol-
genden werden die geologische Ausgangssituation, die Bergbauaktivitäten vom 19. Jahr-
hundert bis zur Schließung der letzten Gruben 1971 [Felix & Berger 2010] und die Berg-
baunachsorge betrachtet.
1.1
Geologie
Das ehemalige Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz befindet sich in der Vorerzgebirgssenke,
einem während der variskischen Gebirgsbildung angelegten intramontanen Becken. Im
Oberkarbon kam es hier zur Bildung von insgesamt 14 Kohleflözen. Während der Sedi-
mentation wurde der Bereich von mehreren Grabenstrukturen geprägt, die die Sedimen-
tationsräume und damit auch die Bereiche der Flözbildung tektonisch gliederten. Insge-
samt werden im Lugau/Oelsnitzer Revier 4 kohleführende Subformationen beschrieben,

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deren Gesamtmächtigkeit zwischen 5 und 120 m schwankt [Felix et al. 2007]. Die Koh-
leflöze sind aufgrund der zuvor genannten Grabenstrukturen tektonisch überprägt und bis
zu 350 m vertikal versetzt.
Im Hangenden des Oberkarbons lagern diskordant die postorogenen kontinentalen Abla-
gerungen des Rotliegend auf [Schneider et al. 2012]. Prinzipiell werden die vier Rotlie-
gend-Formationen Mülsen, Leukersdorf, Planitz und Härtensdorf unterschieden, deren
Mächtigkeiten von NW nach SE zum Beckenrand hin abnehmen [Fischer 1991]. Der Rot-
liegend-Komplex im Untersuchungsgebiet besitzt Mächtigkeiten von teilweise über
1000 m [Felix et al. 2007] und kann als Grundwasserstauer bis Grundwassergeringleiter
eingestuft werden. Grundwasser tritt in Form von Kluftgrundwasserleitern sowie in den
durch Verwitterung aufgelockerten, grobkörnigen oberen Rotliegendschichten auf.
Jüngere geologische Einheiten aus dem Känozoikum sowie anthropogene Ablagerungen
finden sich ebenfalls im Untersuchungsgebiet, besitzen jedoch nur geringe Mächtigkeiten
und es kann davon ausgegangen werden, dass natürliche hydraulische Wechselwirkungen
mit den darunter liegenden Einheiten selten sind.
1.2
Bergbau und Bergbaufolgen
Insgesamt 14 Flöze wurden in den oberkarbonen Einheiten abgebaut, mit Mächtigkeiten
zwischen 0,6 und 5,0 m. Aufgrund der bereits erwähnten tektonischen Zerblockung waren
die Flöze um Sprunghöhen von bis zu 350 m (Rödlitzer Sprung) versetzt. Dies erschwerte
den Abbau enorm und hatte zur Folge, dass Abbaustrecken sehr häufig verlagert werden
mussten. Bereits während des aktiven Kohleabbaus traten durch die untertägigen Hohl-
räume Deformationen an der Oberfläche ein. Geländeabsenkungen mit Beträgen von bis
zu 17 m sowie Erdrisse und Poldergebiete durch das veränderte Fließgefälle von Oberflä-
chengewässern waren die Folgen.
Im Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz wurde während des gesamten aktiven Abbaus Was-
serhaltung betrieben, wobei die zufließenden Wassermengen im Vergleich zu anderen
Abbaugebieten gering waren. Ab 1968 wurde die endgültige Einstellung des Bergbaus
veranlasst, nachdem in den vorherigen Jahren die Förderzahlen bereits zurückgegangen
waren. Die Senkungserscheinungen klangen nach 1971 nur langsam ab. Im Folgenden kam
es durch die Einstellung der Wasserhaltung und den Anstieg des Wasserspiegels im Gru-
bengebäude zu anhaltenden leichten Hebungen der Tagesoberfläche, wie Reviernivelle-
ments ergaben [Löbel & Döhner 2010]. Die Flutung des Bergbaugebietes ist bis heute
nicht abgeschlossen. Dies bedeutet, dass der Wasserpegel in den vormals von der Was-
serhaltung betroffenen Einheiten, in denen nun ca. 47 Mio. m
3
Resthohlraum zu vermuten
sind, immer noch steigt [Felix et al 2010].

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1.3
Nachbergbauliche Aktivitäten
Mit dem Ende des aktiven Bergbaus verschwanden nach und nach die Betriebsflächen an
der Oberfläche oder sie wurden einer anderen Nutzung zugeführt, wie das Karl-
Liebknecht-Schachtgebäude, welches heute das Bergbaumuseum beherbergt. Abraum-
halden wurden rekultiviert und begrünt und Tageslöcher verfüllt und verschlossen. 1974
veröffentlichte Beyer die Bergschadenkundliche Analyse „Lugau-Oelsnitz“ [Beyer 1974]
und legte damit den Grundstein für alle weiterführenden Untersuchungen in dem ehema-
ligen Bergbaurevier. Es wurden unter anderem der Zustand der Halden, die Tagesöffnun-
gen und eventuelle Nacharbeiten bei deren Verfüllung dokumentiert. Zudem erfolgte eine
Resthohlraumschätzung, die Aufstellung einer Prognose zum Flutungsverlauf, die auf
Schätzungen auf Grundlage der Wasserhaltung während dem Bergbau beruhte und eine
Auswertung der bis dato erfolgten Reviernivellements, welche Rückschluss auf den Ver-
lauf der Geländedeformationen gaben. Die komplexen geologischen, tektonischen und
hydraulischen Voraussetzungen im Revier, die seinerzeit die bergmännischen Arbeiten
beeinträchtigten, haben bis heute Einfluss auf die Überwachung und Prognostizierung der
Bergbaufolgeerscheinungen und stellen die beteiligten Institutionen vor große Herausfor-
derungen.
2
Monitoring und Gegenmaßnahmen
Im Rahmen der damaligen Verwahrung der Grubenbaue bis 1974 wurden keine Einrich-
tungen für ein Monitoring des Grubenwasserwiederanstieges vorgesehen. Der Flutungs-
verlauf konnte somit lange Zeit weder überwacht noch beeinflusst werden. Aktuelle Un-
tersuchungen des LfULG haben demzufolge das Ziel, ein Monitoringkonzept zu erarbeiten,
dessen Ergebnisse eine Grundlage für die Planung perspektivischer Maßnahmen der Ge-
fahrenabwehr sein werden.
2.1
Bisherige Maßnahmen zur Überwachung und Behebung von Bergbau-
folgen
Im Folgenden werden jene Maßnahmen näher beschrieben, die sich auf den Grubenflu-
tungsprozess beziehen und die unter Mitwirkung des LfULG stattfanden. Derzeit existieren
zwei tiefe Grundwassermessstellen im Revier, die bis in das Grubengebäude reichen. Die
Grubenwassermessstelle (GrWM) Oelsnitz wurde 2003 bis 2004 im Zentrum des Oelsnit-
zer Teilreviers errichtet und besitzt eine Endteufe von -634 m (HN). Unter Einbezug der
Ergebnisse aus der Bohrung Oelsnitz wurde 2007 ein umfassender Abschlussbericht [Felix
et al. 2007] erstellt, der die komplexen Bergbaufolgen im Detail darlegt. Im Zuge der Un-
tersuchungen entstand auch erstmalig ein Grubenwasseranstiegsmodell für das Bergbau-
Revier Lugau/Oelsnitz. Dieses basiert auf einem geologischen 3D-Modell, in dem das La-

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gerstättenrevier in einzelne Abbaugebiete unterteilt wurde [Görne et al. 2010]. Mittels
Schätzung des Rohfördervolumens und Berechnung des Resthohlraumvolumens [Eckart &
Unland 2005] konnten in diesem Modell mögliche Flutungsszenarien simuliert werden mit
dem Ergebnis, dass das Grubenwasser vermutlich 2033 die Tagesoberfläche bei 320 m HN
erreicht [Felix et al. 2007]. Dieses Modell ist bis heute die Grundlage, auf der Untersu-
chungen stattfinden und auf die sich anstehende Maßnahmen beziehen.
Ein weiterer relevanter Aspekt bei der Flutung ist die Geländedeformation durch den
Bergbau. Datengrundlage hierfür waren Reviernivellements, die von 1900 bis 1972 ab-
baubegleitend durchgeführt worden sind. Da für den Zeitraum 1972 bis 1996 kein Nivel-
lement vorliegt, finden aufgrund von festgestellten Hebungserscheinungen seit 1996 wie-
der Reviernivellements im Auftrag des Sächsischen Oberbergamtes (SOBA) statt. Eine um-
fassende Auswertung und Modellierung der Hebungs- und Senkungsbeträge wurde durch
Löbel & Döhner [2010] verfasst. Die Reviernivellements waren auch wichtige Vorausset-
zung für die Berechnung des Resthohlraumvolumens für das Gubenwasseranstiegsmodell.
2013 kam eine weitere GrWM in Gersdorf dazu, welche im Bereich von Schacht II der
ehemaligen Kaisergrube errichtet wurde. Abbildung 1A zeigt die Lage der beiden Bohrun-
gen im Revier. Aus Abbildung 1B geht hervor, dass die beiden Bohrungen sich südwestlich,
beziehungsweise nordöstlich der Plutoschachtverwerfung (rot markiert in Bild 1B) im Un-
tersuchungsgebiet befinden. Es war also eingangs anzunehmen, dass die beiden Einzugs-
gebiete der GrWM nicht miteinander kommunizieren.
1
A) Lage der Grundwassermessstellen im Revier Lugau/Oelsnitz. B) Boxmodell mit
Begrenzung der Abbaufelder durch tektonische Störungen
[Felix et al. 2007]
2.2
Ergebnisse bisheriger Maßnahmen
Hydrogeochemische Untersuchungen [Abraham 2017] haben ergeben, dass die Wässer,
welche an den beiden Grubenwassermessstellen gewonnen wurden, sich sowohl in Gene-
se als auch chemischer Zusammensetzung stark unterscheiden. Das Grubenwasser der
Oelsnitzer GrWM ist 10-mal höher mineralisiert als das Gersdorfer Grubenwasser und
kann als Sole eingestuft werden (Abbildung 2). Daraus abgeleitet ist anzunehmen, dass
Wässer mit sehr unterschiedlichem genetischem Charakter vorliegen und es vermutlich
A
B

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5
zwischen den beiden erbohrten Grubenteilen keinen oder sehr geringen Austausch gibt.
Das bedeutet, dass für die Grubenfelder entsprechend ihrer unterschiedlichen Speisungs-
bedingungen unterschiedliche Flutungsverläufe angenommen werden müssen. Dies wird
untermauert durch die derzeit unterschiedlichen Wasserspiegelniveaus an beiden Mess-
stellen. Diese aktuellen Fakten sprechen gegen die bisher vertretene Meinung [Kowarik et
al. 2018], dass „
keine differierenden GrW-Stände zwischen dem westlichen und östlichen
Grubenfeld (…) existieren
.“ [Felix et al. 2007, S. 92].
Eine Prüfung und gegebenenfalls Neuberechnung der bisherigen Flutungsprognosen wird
folglich notwendig sein, um eine genauere Vorstellung vom hydraulischen Regime zwi-
schen den Grubenfeldern zu bekommen. Auch bräuchte es für eine genauere Modellie-
rung detailliertere Informationen zum Grubengebäude und den dort vorhandenen Was-
serwegsamkeiten. In den folgenden Kapiteln werden deshalb aktuelle Bestrebungen des
LfULG und seiner Partnerinstitutionen vorgestellt, mit denen der Kenntnisstand im Revier
Lugau/Oelsnitz erweitert und so die Entscheidungsfähigkeit in Bezug auf den weiteren
Flutungsverlauf verbessert werden soll.
2
Auswertungen der chemischen Analysen zu Hauptanionen und -kationen aus den
Wässern der GrWM von Oelsnitz und Gersdorf im Vergleich [Abraham 2017, modifi-
ziert]
2.3
Aktuelle Untersuchungen
Ziel aktueller Untersuchungen ist es, die Datengrundlage für eine verifizierte Flutungs-
prognose zu verbessern. Dazu gehören bessere Kenntnisse über:
den geologischen Bau und das Grubengebäude vor, beziehungsweise während
dem aktiven Bergbau und daraus abgeleitete Annahmen zum Jetzt-Zustand
geomechanische Parameter, insbesondere der Auflockerungszone über dem Ab-
baugebiet
Verlauf und Beschaffenheit von tektonischen Trennflächen, sowie ihre hydrauli-
sche Wirksamkeit oder Sperrfunktion

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über den Flutungsverlauf in anderen Teilgebieten des Reviers, d.h. ein Messstel-
lennetz über das gesamte Revier. Hierfür sind genaue Kenntnisse in den zuvor ge-
nannten Bereichen notwendig, um Messstellen taktisch sinnvoll platzieren zu kön-
nen.
Um diesen Zielen näher zu kommen, werden aktuell folgende Maßnahmen durchge-
führt:
Untersuchungen der Grundwasserqualität und Isotopenuntersuchungen zur Er-
mittlung des Einzugsgebietes für das zuströmende Wasser an den beiden vorhan-
denen GrWM
Geophysik-Messungen zu tektonischen und stratigrafischen Trennflächenverläufen
(im Auftrag der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge im Rahmen des EU-Projektes Vita-Min)
Umfassende Datenerhebung für ein aktualisiertes geologisches 3D-Strukturmodell
als Grundlage für numerische Berechnungen zu Senkungs- und Hebungserschei-
nungen im Revier, sowie eine Prüfung bisheriger Grubenwasseranstiegsszenarien
3
Das strukturgeologisch-montanhydrogeologische 3D-Modell
3.1
Datengrundlage
Im Zuge des EU-Projektes GeoMAP (2019 bis 2020) soll das bereits bestehende 3D-Modell
des bergbaubeeinflussten Bereiches der Region aktualisiert und präzisiert werden. Dabei
sollen auch neue Daten mit einfließen, wie z.B. geophysikalische Messwerte. Zudem wird
eine umfangreiche Recherche in den sächsischen Archivbeständen zur Vervollständigung
der Datenlage erfolgen (z.B. alte bergmännische Grubenrisse). Die Prozessskizze in Abbil-
dung 3 fasst die für die Recherche relevanten Daten zusammen.
3.2
Aufbau
Das strukturgeologisch-montanhydrogeologische Modell ist die geometrische Grundlage
für geomechanische und hydrogeologische Berechnungen, in die alle weiteren Daten ein-
gepflegt werden können um neue Informationen zu gewinnen. Allerdings erfordert der
komplizierte strukturgeologische Aufbau des Untersuchungsgebietes eine hohe Daten-
dichte, die zumindest zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht gegeben ist. Es hat sich gezeigt,
dass das derzeitige 3D-Modell die Anforderungen für eine Flutungsprognose nur bedingt
erfüllt, insbesondere, da die genauen Wegsamkeiten und Volumina der bergmännischen
Auffahrungen nicht erfasst werden konnten. Ziel ist es deshalb, neben der Integration neu
gewonnener geologischer und hydrogeologischer Daten auch auf die umfangreichen Ar-
chivbestände aus der Zeit des aktiven Bergbaus erneut zurückzugreifen, weitere wesentli-
che bergmännische Unterlagen zu digitalisieren und zu georeferenzieren, um das derzeiti-
ge Modell zu ergänzen und zu qualifizieren. Zeitgleich laufen im Rahmen von GeoMAP am

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Institut für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg Arbeiten zur Modellkonzeptionie-
rung für eine numerische Berechnung der Hebungen und Senkungen im Revier
Lugau/Oelsnitz. Ziel der Datenrecherche und Modellkonzeptionierung in GeoMAP ist es,
eine Modellierungsgrundlage für den Grubenwasseranstieg in Lugau/Oelsnitz zu schaffen.
Für eine gezielte Bewältigung dieser Aufgabe ist auch der Austausch mit Fachleuten aus
anderen Bergbaurevieren erforderlich.
3
Workflow der geologischen, hydrogeologischen und geomechanischen Modellie-
rung, Visualisierung und Prognose für das Revier Lugau/Oelsnitz
4
Ausblick
Die fortschreitend vertiefende Arbeit im Untersuchungsgebiet Lugau/Oelsnitz und der
Fachaustausch mit anderen Bergbauregionen sind Voraussetzungen dafür, dass Bergbau-

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folgen besser kalkuliert und behandelt werden können. Dies gilt besonders unter dem
Aspekt der zukünftigen Gefahrenabwehr und einer nachhaltigen Nutzung von Berg-
baufolgelandschaften. Eine belastbare Flutungsprognose ist für die Region unerlässlich,
um auf der Grundlage einer Gefahrenabwehrstrategie Bergbaufolgen, wie Austritte von
aufsteigendem, möglicherweise mit Grubenwasser vermischtem Grundwasser oder die
Bildung von Poldergebieten nachhaltig zu verhindern.
Literaturverzeichnis
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