Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen.

Vor den Toren der Stadt Dresden wurde im Döhlener Becken ohne Unterbrechung seit dem 16. Jahrhundert bis zum Jahr 1989 Steinkohle im Tiefbau gewonnen. In den Jahren von 1945 bis 1989 wurde mit Unterbrechungen auch uranhaltige Steinkohle abgebaut. Die Region wird von der Weißeritz durchflossen. Westlich der Weißeritz befindet sich das Grubenfeld Zauckerode. Auf der östlichen Seite spricht man vom Burgker Revier. Bereits in den 1980er Jahren wurde an Konzepten zur Verwahrung der Bergwerke gearbeitet. Ein zentrales Element der Verwahrung der bergbaulichen Hinterlassenschaften im Bereich westlich und östlich der Weißeritz war die dauerhafte Ableitung der Grubenwässer über den 6 km langen Tiefen Elbstolln in die Elbe. Zwischen 1991 und 2014 unternahm die Wismut GmbH erhebliche Anstrengungen zur umweltverträglichen Verwahrung der Bergbaubetriebe. So wurde der Versuch unternommen, den Grubenwasseranstieg im östlichen Revier auf einem Niveau oberhalb des Tiefen Elbstollns nahe der Tagesoberfläche zu stabilisieren. Die dabei gewonnenen Erfahrungen führten zum Rückgriff auf „Plan B“. Damit ist die Auffahrung des sogenannten Wismut-Stolln gemeint, der den hydraulischen Anschluss der Grubenbetriebe östlich der Weißeritz an das untertägige System westlich der Weißeritz und damit an den Tiefen Elbstolln realisiert. Im Zeitraum der Verwahrung hat die Wismut GmbH im Döhlener Becken insbesondere bei der Anhebung des Grubenwasser-Niveaus eine Vielzahl wertvoller Erfahrungen gesammelt, die von wesentlicher Bedeutung sind. Dies gilt auch für die Abschlussarbeiten an Schächten und Bergehalden. Mit der Fertigstellung der Auffahrung des Wismut-Stollns ist das Revier erfolgreich und umweltverträglich verwahrt. Das Forschungszentrum Nachbergbau an der Technischen Hochschule Georg Agricola zu Bochum ist von der Wismut GmbH beauftragt worden, den Grubenwasseranstiegsprozess zu evaluieren. Ziel ist es, den Lernprozess im Zuge des Grubenwasseranstiegs im Döhlener Becken in seinen wissenschaftlichen Aspekten zu bewerten und die Erkenntnisse für zukünftige Projekte verfügbar zu machen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind zentraler Bestandteil des Vortrages. / In the southwest of Dresden within the area of the „Doehlen basin“ hard coal was continuously mined from the 16th century until 1989. The long-term drainage of mine water along the 6 km long deep drainage adit „Tiefer Elbstolln“ into the receiving river Elbe is the central issue of the mine closure process. During this process the Wismut GmbH gained a multitude of valuable experience, especially concerning the rising mine water table.

Vor den Toren der Stadt Dresden wurde im Döhlener Becken ohne Unterbrechung seit dem 16. Jahrhundert bis zum Jahr 1989 Steinkohle im Tiefbau gewonnen. In den Jahren von 1945 bis 1989 wurde mit Unterbrechungen auch uranhaltige Steinkohle abgebaut. Die Region wird von der Weißeritz durchflossen. Westlich der Weißeritz befindet sich das Grubenfeld Zauckerode. Auf der östlichen Seite spricht man vom Burgker Revier. Bereits in den 1980er Jahren wurde an Konzepten zur Verwahrung der Bergwerke gearbeitet. Ein zentrales Element der Verwahrung der bergbaulichen Hinterlassenschaften im Bereich westlich und östlich der Weißeritz war die dauerhafte Ableitung der Grubenwässer über den 6 km langen Tiefen Elbstolln in die Elbe. Zwischen 1991 und 2014 unternahm die Wismut GmbH erhebliche Anstrengungen zur umweltverträglichen Verwahrung der Bergbaubetriebe. So wurde der Versuch unternommen, den Grubenwasseranstieg im östlichen Revier auf einem Niveau oberhalb des Tiefen Elbstollns nahe der Tagesoberfläche zu stabilisieren. Die dabei gewonnenen Erfahrungen führten zum Rückgriff auf „Plan B“. Damit ist die Auffahrung des sogenannten Wismut-Stolln gemeint, der den hydraulischen Anschluss der Grubenbetriebe östlich der Weißeritz an das untertägige System westlich der Weißeritz und damit an den Tiefen Elbstolln realisiert. Im Zeitraum der Verwahrung hat die Wismut GmbH im Döhlener Becken insbesondere bei der Anhebung des Grubenwasser-Niveaus eine Vielzahl wertvoller Erfahrungen gesammelt, die von wesentlicher Bedeutung sind. Dies gilt auch für die Abschlussarbeiten an Schächten und Bergehalden. Mit der Fertigstellung der Auffahrung des Wismut-Stollns ist das Revier erfolgreich und umweltverträglich verwahrt. Das Forschungszentrum Nachbergbau an der Technischen Hochschule Georg Agricola zu Bochum ist von der Wismut GmbH beauftragt worden, den Grubenwasseranstiegsprozess zu evaluieren. Ziel ist es, den Lernprozess im Zuge des Grubenwasseranstiegs im Döhlener Becken in seinen wissenschaftlichen Aspekten zu bewerten und die Erkenntnisse für zukünftige Projekte verfügbar zu machen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind zentraler Bestandteil des Vortrages. / In the southwest of Dresden within the area of the „Doehlen basin“ hard coal was continuously mined from the 16th century until 1989. The long-term drainage of mine water along the 6 km long deep drainage adit „Tiefer Elbstolln“ into the receiving river Elbe is the central issue of the mine closure process. During this process the Wismut GmbH gained a multitude of valuable experience, especially concerning the rising mine water table.

In bergmännisch geschaffenen Hohlräumen in Sulfiderzlagerstätten findet durch den Kontakt sauerstoffhaltiger Wässer mit den künstlich vergrößerten Reaktionsoberflächen resterzhaltigen Materials eine permanente, intensive Sulfidoxidation statt, die zu einer hohen Löslichkeit von Elementen führt. Beispielhaft wurde die polysulfidische Gangerz-Lagerstätte Freiberg untersucht. Geochemische Bedeutung besitzen hier die Elemente Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, Al und As. An wichtigen primären Mineralen wurde die Elementfreisetzung untersucht. Die Auswirkung der Elementmobilisation auf die Grundwasserqualität wurde verfolgt. Dabei konnte auf Besonderheiten der Grubenwässer stillgelegter Abbaue, der Stollnwässer und des Flutungswassers eingegangen werden. Die Aufnahme der Stofffrachten führt ebenso wie ihre selektive, partielle Präzipitation zu typischen, sulfatischen Grubenwässern. Die Fällungssedimente wurden mineralogisch und geochemisch charakterisiert. Die stillgelegte Sulfiderzgrube wurde als Quelle und Senke für direkt oder indirekt umweltrelevante Elemente beschrieben, deren im Wasser transportierte Stofffrachten insbesondere für Cd, Pb und As ökotoxikologisch von Bedeutung sind.

In bergmännisch geschaffenen Hohlräumen in Sulfiderzlagerstätten findet durch den Kontakt sauerstoffhaltiger Wässer mit den künstlich vergrößerten Reaktionsoberflächen resterzhaltigen Materials eine permanente, intensive Sulfidoxidation statt, die zu einer hohen Löslichkeit von Elementen führt. Beispielhaft wurde die polysulfidische Gangerz-Lagerstätte Freiberg untersucht. Geochemische Bedeutung besitzen hier die Elemente Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, Al und As. An wichtigen primären Mineralen wurde die Elementfreisetzung untersucht. Die Auswirkung der Elementmobilisation auf die Grundwasserqualität wurde verfolgt. Dabei konnte auf Besonderheiten der Grubenwässer stillgelegter Abbaue, der Stollnwässer und des Flutungswassers eingegangen werden. Die Aufnahme der Stofffrachten führt ebenso wie ihre selektive, partielle Präzipitation zu typischen, sulfatischen Grubenwässern. Die Fällungssedimente wurden mineralogisch und geochemisch charakterisiert. Die stillgelegte Sulfiderzgrube wurde als Quelle und Senke für direkt oder indirekt umweltrelevante Elemente beschrieben, deren im Wasser transportierte Stofffrachten insbesondere für Cd, Pb und As ökotoxikologisch von Bedeutung sind.

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

In der Zusammenfassung der Tagung werden die behandelten Themen sowie wichtige Sprecher kurz vorgestellt. Themen sind Innovation im Bergbau, Nachhaltigkeit im Bergbau (New Climate Economy), Aufarbeitung von Halden und Tailings und Industrie 4.0 im chilenischen Bergbau sowie technologische Neuerungen. Wesentliche Kooperationsprojekte werden genannt. Das Deutsch-Chilenische Rohstoffforum wurde durch das „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ der Deutsch-Chilenischen Industrie- und Handelskammer inhaltlich vorbereitet. / In the summary the topics of the meeting and important speakers are listed and shortly presented. Topics are the efficency of resources, environmental aspects, secondary mining and human resources in the mining industry of Chile. Technological innovations of the mining industry are also in the focus of the meeting. Some projects for cooperation are introduced. The German-Chilean Raw Materials Forum was organized by the „Kompetenzzentrum Bergbau und Rohstoffe“ of the Deutsch-Chilenische Industrie- und Handelskammer.

Mit dem Grundwasserwiederanstieg in Braunkohleabraumkippen werden die aus der Pyritverwitterung resultierenden Stoffausträge an Sulfat-, Eisen-, Schwermetall- und H+-Ionen gelöst. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe Problembereiche ausgehalten und somit Maßnahmen im aktiven mitteldeutschen Tagebaubetrieb ergriffen werden können, um die zukünftige Beeinflussung der umgebenden Grund- und Oberflächenwasserkörper zu minimieren. An Vorfeldsedimenten konnten in Feld-eluaten, Stoßbeprobungen und Verwitterungsversuchen geochemische Eigenschaften ermittelt werden. In resultierenden Pufferungsversuchen aus karbonathaltigen Geschiebe-mergeln und Hauptaciditätsträgern konnte eine langfristige Minderung der Aciditätswirkung nachgewiesen werden und ein adaptierter Regelkippenaufbau mit laminaren, alterierenden Sichtaufbau begründet werden. In umliegenden Altkippengrundwässern sind Pufferung und Sulfatreduktion als Wiederfestlegungsprozesse der AMD-Problemstoffe belegt worden. / For lignite mining extensive overburden masses have to be moved. Due to the ventilation of the overburden by atmospheric oxygen, there is a weathering of mostly tertiary sulfides. The rebound of groundwater in future tippings dissolves sulfate, iron, heavy metal and H+ ions, resulting from the pyrite weathering. The partial mobilization of overburden sulfides are opposed to hydrogeochemical buffer reactions e.g. the buffering by carbonates as the first step of buffering. Therefore, there are the questions to the mining operators of the measures that can be taken to minimize the geochemical influence of the surrounding ground and surface water bodies. Object of this PhD-thesis is to lead a methodology that helps to characterize the future tilting substrates to find technological and strategic measures for minimizing the acid water formation in the active open pit operation. In Field eluates and weathering tests in the laboratory and in the field, sediments from dry drill holes in the forefront of open pits “Schleenhain” and “Peres” it could be shown that the geological facies formation of sediments has a decisive influence on geochemical characteristics. As the main acidifying sediment the tertiary aquifer number 2 (lying part) and number 3 can be identified with their high sulfur contents. With increasing time of oxygen exposure sulfate, iron, heavy metal and H + ions released massively. Furthermore, it appears that carbonate buffer essentially are available as glacial till only in cohesive Quaternary. With the resulting buffering experiments from glacial till and the most acidic aquifer sediments a long-term retention of iron, heavy metal and H + - ion and a reduction of sulfate release can be shown, if there is a share of at least 40% glacial till to the lying aquifer number 2 sediments or 20% glacial till to the aquifer number 3. The groundwater quality monitoring of unstructured resaturated old dumps near to the active open pits is comparable to a field test. In addition to weathering zones with high levels of pollutants in the presence of carbonates, buffering processes and sulfate reduction with precipitation of problematic substances in secondary mineral phases can be detected. Blending the research results of geological and geochemical data, an important, in principle selectively recoverable, buffer potential already exists. The determined mixing ratio from 80-60 mass-% acidic sediments to 20-40 mass-% buffering sediment from the buffering experiments can be realized in tilting. In the open pit “Schleenhain” the missing buffering material can be compensated by mass offset from the open pit “Peres”. With the use of the already existing equipment, it is possible to establish a laminar, alternately tipping body with good geochemical and geotechnical conditions.

Acidophilic iron oxidizing bacteria of the betaproteobacterial genus “Ferrovum” are ubiquitously distributed in acid mine drainage (AMD) habitats worldwide. Since their isolation and maintenance in the laboratory has proved to be extremely difficult, members of this genus are not accessible to a “classical” microbiological characterization with exception of the designated type strain “Ferrovum myxofaciens” P3G. The present study reports the characterization of “Ferrovum” strains at genome and transcriptome level. “Ferrovum” sp. JA12, “Ferrovum” sp. PN-J185 and “F. myxofaciens” Z-31 represent the iron oxidizers of the mixed cultures JA12, PN-J185 and Z-31. The mixed cultures were derived from the mine water treatment plant Tzschelln close to the lignite mining site in Nochten (Lusatia, Germany). The mixed cultures also contain a heterotrophic strain of the genus Acidiphilium. The genome analysis of Acidiphilium sp. JA12-A1, the heterotrophic contamination of the mixed culture JA12, indicates an interspecies carbon and phosphate transfer between Acidiphilium and “Ferrovum” in the mixed culture, and possibly also in their natural habitat. The comparison of the inferred metabolic potentials of four “Ferrovum” strains and the analysis of their phylogenetic relationships suggest the existence of two subgroups within the genus “Ferrovum” (i.e. the operational taxonomic units OTU-1 and OUT-2) harboring characteristic metabolic profiles. OTU-1 includes the “F. myxofaciens” strains P3G and Z-31, which are predicted to be motile and diazotrophic, and to have a higher acid tolerance than OTU-2. The latter includes two closely related proposed species represented by the strains JA12 and PN-J185, which appear to lack the abilities of motility, chemotaxis and molecular nitrogen fixation. Instead, both OTU-2 strains harbor the potential to use urea as alternative nitrogen source to ammonium, and even nitrate in case of the JA12-like species. The analysis of the genome architectures of the four “Ferrovum” strains suggests that horizontal gene transfer and loss of metabolic genes, accompanied by genome reduction, have contributed to the evolution of the OTUs. A trial transcriptome study of “Ferrovum” sp. JA12 supports the ferrous iron oxidation model inferred from its genome sequence, and reveals the potential relevance of several hypothetical proteins in ferrous iron oxidation. Although the inferred models in “Ferrovum” spp. share common features with the acidophilic iron oxidizers of the Acidithiobacillia, it appears to be more similar to the neutrophilic iron oxidizers Mariprofundus ferrooxydans (“Zetaproteobacteria”) and Sideroxydans lithotrophicus (Betaproteobacteria). These findings suggest a common origin of ferrous iron oxidation in the Beta- and “Zetaproteobacteria”, while the acidophilic lifestyle of “Ferrovum” spp. may have been acquired later, allowing them to also colonize acid mine drainage habitats.

Mit dem Grundwasserwiederanstieg in Braunkohleabraumkippen werden die aus der Pyritverwitterung resultierenden Stoffausträge an Sulfat-, Eisen-, Schwermetall- und H+-Ionen gelöst. Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine Methodik entwickelt, mit deren Hilfe Problembereiche ausgehalten und somit Maßnahmen im aktiven mitteldeutschen Tagebaubetrieb ergriffen werden können, um die zukünftige Beeinflussung der umgebenden Grund- und Oberflächenwasserkörper zu minimieren. An Vorfeldsedimenten konnten in Feld-eluaten, Stoßbeprobungen und Verwitterungsversuchen geochemische Eigenschaften ermittelt werden. In resultierenden Pufferungsversuchen aus karbonathaltigen Geschiebe-mergeln und Hauptaciditätsträgern konnte eine langfristige Minderung der Aciditätswirkung nachgewiesen werden und ein adaptierter Regelkippenaufbau mit laminaren, alterierenden Sichtaufbau begründet werden. In umliegenden Altkippengrundwässern sind Pufferung und Sulfatreduktion als Wiederfestlegungsprozesse der AMD-Problemstoffe belegt worden.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159 / For lignite mining extensive overburden masses have to be moved. Due to the ventilation of the overburden by atmospheric oxygen, there is a weathering of mostly tertiary sulfides. The rebound of groundwater in future tippings dissolves sulfate, iron, heavy metal and H+ ions, resulting from the pyrite weathering. The partial mobilization of overburden sulfides are opposed to hydrogeochemical buffer reactions e.g. the buffering by carbonates as the first step of buffering. Therefore, there are the questions to the mining operators of the measures that can be taken to minimize the geochemical influence of the surrounding ground and surface water bodies. Object of this PhD-thesis is to lead a methodology that helps to characterize the future tilting substrates to find technological and strategic measures for minimizing the acid water formation in the active open pit operation. In Field eluates and weathering tests in the laboratory and in the field, sediments from dry drill holes in the forefront of open pits “Schleenhain” and “Peres” it could be shown that the geological facies formation of sediments has a decisive influence on geochemical characteristics. As the main acidifying sediment the tertiary aquifer number 2 (lying part) and number 3 can be identified with their high sulfur contents. With increasing time of oxygen exposure sulfate, iron, heavy metal and H + ions released massively. Furthermore, it appears that carbonate buffer essentially are available as glacial till only in cohesive Quaternary. With the resulting buffering experiments from glacial till and the most acidic aquifer sediments a long-term retention of iron, heavy metal and H + - ion and a reduction of sulfate release can be shown, if there is a share of at least 40% glacial till to the lying aquifer number 2 sediments or 20% glacial till to the aquifer number 3. The groundwater quality monitoring of unstructured resaturated old dumps near to the active open pits is comparable to a field test. In addition to weathering zones with high levels of pollutants in the presence of carbonates, buffering processes and sulfate reduction with precipitation of problematic substances in secondary mineral phases can be detected. Blending the research results of geological and geochemical data, an important, in principle selectively recoverable, buffer potential already exists. The determined mixing ratio from 80-60 mass-% acidic sediments to 20-40 mass-% buffering sediment from the buffering experiments can be realized in tilting. In the open pit “Schleenhain” the missing buffering material can be compensated by mass offset from the open pit “Peres”. With the use of the already existing equipment, it is possible to establish a laminar, alternately tipping body with good geochemical and geotechnical conditions.:Versicherung 3 Zusammenfassung 8 1 Aktualität und Bedeutung der gesteuerten Abraumverkippung 10 2 Theoretische Grundlagen, Ziele, Aufgaben und Technik 15 2.1 Das System Kippe mit Verwitterungsstufen und Stufen der Gegenmaßnahmen 16 2.1.1 Phasen der Tagebauentwicklung in Bezug auf die Sauerwasserbildung 16 2.1.2 Systematik der Gegenmaßnahmen 18 2.2 Pyritbildung, Verwitterung, Pufferung und Wiederfestlegung 22 2.2.1 Pyritbildung 22 2.2.2 Pyritverwitterung 22 2.2.3 Pufferreaktionen 24 2.2.4 Wiederfestlegung durch autochthone mikrobielle Sulfatreduktion 26 2.2.5 Wiederfestlegung durch technisch- biologisch forcierte Sulfatreduktion 28 2.3 Geochemische Verhältnisse der Kippen Zwenkau und Witznitz 30 2.4 Geräteeinsatz im Tagebau des Untersuchungsgebietes 33 3 Ableitung einer Untersuchungsmethodik 35 3.1 Bearbeitungsziel und Ableitung der notwendigen Methoden 35 3.1.1 Geologisches Modell 36 3.1.2 Geochemisches Modell 38 3.1.3 Gewinnungstechnologisches Modell 39 3.2 Vorfeldbohrungen, Korngrößenbestimmung, stoffliche Charakterisierung und RFA 41 3.2.1 Vorfeldbohrungen 41 3.2.2 Lagerung und Probenahme 42 3.2.3 Körnungsanalyse und Wassergehaltsbestimmung 43 3.2.4 Feststoffcharakterisierung Kohlenstoff / Schwefel mittels CS-Mat 44 3.2.5 Röntgenfluoreszenzanalytik 44 3.3 Feldeluate, HCl-Test und organoleptische Ansprache 46 3.3.1 Feldelution 46 3.3.2 Salzsäure-Test (HCl-Test) 47 3.3.3 Organoleptische Ansprache 47 3.3.4 Hydrolytische Acidität 48 3.4 Verwitterungsversuche 49 3.5 Stoßbeprobung 51 3.6 Pufferungsversuche 52 3.7 Kippengrundwassermonitoring 54 3.7.1 Grundwassermessstellen und Probenahmeequipment 54 3.7.2 Feldanalytik 55 3.7.3 Laboranalytik 56 3.7.4 Hydrogeochemische Modellierung 56 4 Grundlagen und geologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes 58 4.1 Untersuchungsgebiet 58 4.2 Tertiäre Einheiten 59 4.3 Quartäre Einheiten 61 4.4 Abgrenzung und Festlegung der Auswerteeinheiten 61 4.5 Vorfeldbohrungen 62 5 Anwendung der Methodik für den Tagebau Vereinigtes Schleenhain 65 5.1 Baufeld Schleenhain 65 5.1.1 Vorfeldbohrungen und Feldeluate 65 5.1.2 Stoffliche C/S-Charakterisierung 69 5.1.3 Verwitterungsversuche 72 5.1.4 Stoßbeprobung 85 5.1.5 Pufferungsversuche 90 5.1.6 Körnungsanalyse und Verwitterungszugänglichkeit 99 5.2 Baufeld Peres 103 5.2.1 Feldeluate 103 5.2.2 Vorfeldbohrungen und stoffliche Charakterisierung 105 5.2.3 Verwitterungsversuche 107 5.2.4 Pufferungsversuche 113 5.3 Beschaffenheit der Kippengrundwässer 114 5.3.1 Grundlegende hydrogeochemische Charakterisierung 115 5.3.2 Verwitterungszonen 117 5.3.3 Spurenmetallgehalte 118 5.3.4 Wirksamkeit der geogenen Puffer 119 5.3.5 Kennzeichnung der Sulfatreduktion als natürlicher Rückhalteprozess 121 5.3.6 Hydrochemische Modellierung 124 5.4 Fehlerdiskussion 126 6 Übertragung der Ergebnisse, Bewertung und Schlussfolgerung 127 6.1 Geologisches Modell und technische Verschnittmöglichkeiten 127 6.1.1 Geologisch-genetische Charakteristik der Auswerteeinheiten 127 6.1.2 Verbreitung und Mächtigkeit wesentlicher Auswerteeinheiten im Tagebau „Vereinigtes Schleenhain“ 128 6.1.3 Tagebautechnologische Verschnittmöglichkeiten 130 6.2 Geochemische Möglichkeiten bei der Umstellung der Tagebautechnologie – Massenversatz und Mischung 132 6.2.1 Gewinnungsscheiben 132 6.2.2 Regelkippenaufbau 134 6.2.3 „Schnelle Fahrweise“ und (Zwischen-) Abdeckung 134 6.2.4 Einmischung der Sedimente 135 6.3 RFA-Analytik und Bewertung von Sedimenteigenschaften 137 7 Zusammenfassung und weiterer Handlungsbedarf 139 7.1 Zusammenfassung - Ergebnisse Vorfeldbohrungen 139 7.2 Zusammenfassung – Verwitterungsversuche Labor und Feld 139 7.3 Zusammenfassung – Pufferungsversuche Schleenhain und Peres 141 7.4 Zusammenfassung – Gütemonitoring Kippengrundwässer 141 7.5 Zusammenfassung – Geologisches Modell/ Verschnitt/Technologie 142 7.6 Nachweis der Anwendbarkeit der Methode 144 7.7 Ausblick und weiterer Handlungsbedarf 145 Literatur und Quellen 146 Tabellenverzeichnis 151 Abbildungsverzeichnis 151 Abkürzungsverzeichnis 157 Anlagen 159