Hannover, University, Diss., 2001.

Thesis--Brunswick. / In Periodical Room.

Universiẗat, Diss., 1999--Kassel.

Die Rückstandshalden des Kalibergbaus bestehen überwiegend aus Steinsalz. In Abhängigkeit der Stabilität des Untergrundes sowie der Haldenhöhe neigen diese Halden dazu sich plastisch zu verformen. Diese Deformationen gilt es frühzeitig zu erkennen und zu bewerten. Das neue gestaffelte Monitoringkonzept beruht auf langjährigen Erfahrungen, die ebenso kurz vorgestellt werden. / Tailing heaps of potash mining consist predominantly of rock salt. Depending on the stability of the underground, as well as the heights of the heaps, these heaps tend to deform plastically. These deformations must be recognized and assessed at an early stage. The new graduated monitoring concept is based on many years of experience, which are also briefly presented.

Die Rückstandshalden des Kalibergbaus bestehen überwiegend aus Steinsalz. In Abhängigkeit der Stabilität des Untergrundes sowie der Haldenhöhe neigen diese Halden dazu sich plastisch zu verformen. Diese Deformationen gilt es frühzeitig zu erkennen und zu bewerten. Das neue gestaffelte Monitoringkonzept beruht auf langjährigen Erfahrungen, die ebenso kurz vorgestellt werden. / Tailing heaps of potash mining consist predominantly of rock salt. Depending on the stability of the underground, as well as the heights of the heaps, these heaps tend to deform plastically. These deformations must be recognized and assessed at an early stage. The new graduated monitoring concept is based on many years of experience, which are also briefly presented.

Beim Kammer-Pfeiler-Abbauverfahren auf flach einfallende Kaliflöze wird die Stabilität der Kammerfirsten von einer Reihe naturgegebener sowie technischer Faktoren beeinflusst, die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt werden. Ausgewählte Einflussfaktoren wie Lage und Eigenschaften von Löserflächen, die Firstankerung, Stoffgesetze für die Salzgesteine sowie die Firstwölbung werden darüber hinaus mit Hilfe numerischer Parametervariationsrechnungen unter Nutzung eines Finite-Differenzen-Programms und einer vergleichenden Ergebnisauswertung untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Firstankerung, wobei das tatsächliche elasto-plastisch-verfestigende Materialverhalten heutiger Ankerstähle numerisch umgesetzt wird, Ankervorspannkräfte sowie der Ankersetzzeitpunkt variiert werden und der Einfluss unterschiedlicher Teufen auf das Anker- und Firstverhalten herausgearbeitet wird. Durch die Untersuchungen werden die Modellvorstellungen über die Ankerwirkung bei dünnmächtig ausgebildetem unmittelbarem Kammerhangenden gefestigt, es werden Verformungsreserven bei dem verwendeten Ankerstahl „Bergbau – GEWI – Stahl ST 450 / 700“ aufgedeckt und insgesamt zeigen die numerischen Untersuchungsergebnisse, dass die bisher in der Praxis angewandte Verfahrensweise zur Erzielung stabiler Firstverhältnisse in der Gewinnungsphase als geeignet anzusehen ist.

Beim Kammer-Pfeiler-Abbauverfahren auf flach einfallende Kaliflöze wird die Stabilität der Kammerfirsten von einer Reihe naturgegebener sowie technischer Faktoren beeinflusst, die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt werden. Ausgewählte Einflussfaktoren wie Lage und Eigenschaften von Löserflächen, die Firstankerung, Stoffgesetze für die Salzgesteine sowie die Firstwölbung werden darüber hinaus mit Hilfe numerischer Parametervariationsrechnungen unter Nutzung eines Finite-Differenzen-Programms und einer vergleichenden Ergebnisauswertung untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Firstankerung, wobei das tatsächliche elasto-plastisch-verfestigende Materialverhalten heutiger Ankerstähle numerisch umgesetzt wird, Ankervorspannkräfte sowie der Ankersetzzeitpunkt variiert werden und der Einfluss unterschiedlicher Teufen auf das Anker- und Firstverhalten herausgearbeitet wird. Durch die Untersuchungen werden die Modellvorstellungen über die Ankerwirkung bei dünnmächtig ausgebildetem unmittelbarem Kammerhangenden gefestigt, es werden Verformungsreserven bei dem verwendeten Ankerstahl „Bergbau – GEWI – Stahl ST 450 / 700“ aufgedeckt und insgesamt zeigen die numerischen Untersuchungsergebnisse, dass die bisher in der Praxis angewandte Verfahrensweise zur Erzielung stabiler Firstverhältnisse in der Gewinnungsphase als geeignet anzusehen ist.

Grundsätzlich ist für die nachhaltige Nutzung einer Lagerstätte die Kenntnis der Geologie von signifikanter Bedeutung. Unter Einbeziehung und Aufbereitung vielfältiger Eingangsdaten wurde erstmals eine komplexe geologische Interpretation des Werra-Kaligebietes vorgelegt, die sowohl das Suprasalinar und Salinar als auch das Subsalinar umfasst. Mit Hilfe eines eigens zu diesem Zweck erstellten 3D-Strukturmodells wurden Untersuchungen zu Auswirkungen struktureller und geologischer Merkmale auf wesentliche Eigenschaften der Lagerstätte durchgeführt. So erfolgte u. a. die Analyse der Verteilung der Wertstoffgehalte der sich im Abbau befindlichen Kaliflöze im Hinblick auf das 3D-Strukturmodell. Auch wurden die Häufigkeit, die räumliche Verteilung und die Größe von Gasereignissen im Kontext zur geologischen Entwicklung des Werra-Kaligebietes untersucht. Die vorgelegte Dissertation stellt einen Beitrag zur Erforschung der Beckenentwicklung dar und ermöglicht eine Übertragung gewonnener Erkenntnisse auf zukünftige Abbaubereiche der Lagerstätte.:Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 Präzisierung der Aufgabenstellung 3 Wissenschaftlicher Kenntnisstand zum Werra-Kaligebiet 3.1 Geographische und topographische Situation 3.2 Regionalgeologischer Rahmen 3.2.1 Paläogeographie 3.2.2 Tektonische Einordnung und Entwicklung 3.2.3 Strukturinventar von Subsalinar, Salinar und Suprasalinar im Werra- Kaligebiet 3.2.3.1 Tektonische Erscheinungsformen im Subsalinar 3.2.3.2 Tektonische Erscheinungsformen im Salinar 3.2.3.3 Tektonische Erscheinungsformen im Suprasalinar 3.3 Stratigraphische Gliederung 3.3.1 Präzechstein 3.3.2 Zechstein 3.3.3 Postzechstein 4 Eingangsdaten und methodische Vorgehensweise 4.1 Arbeitsvorbereitung und Datenaufbereitung 4.1.1 Digitales Geländemodell 4.1.2 Geologische Karten 4.1.3 Bohrungsdaten aus Tagesbohrungen 4.1.4 Grubenrissliche Unterlagen 4.1.4.1 Bohrungsdaten aus Untertagebohrungen 4.1.4.2 Fazies- und Strukturdaten 4.1.4.3 Vulkanitvorkommen 4.1.4.4 Gasereignisse 4.1.4.5 Wertstoffgehalte 4.1.5 Georadardaten 4.1.6 Seismikdaten 4.1.7 Geomagnetik 4.1.8 Gravimetrie 4.2 Eingangsdaten und Geomodellierung 4.2.1 Definition Modellraum und stratigraphische Tabelle 4.2.2 Eingangsdaten und Erstellung Störungen 4.2.3 Eingangsdaten und Erstellung der Horizonte 5 Ergebnisse 5.1 Ergebnis der geologischen Modellierung 5.2 Güte des 3D-Strukturmodells 5.3 Auswertung des 3D-Strukturmodells 5.3.1 Isobathenpläne ausgewählter stratigraphischer Horizonte 5.3.2 Isopachenpläne ausgewählter stratigraphischer Abschnitte 5.3.3 Geologische Profile 5.3.4 Fazieskarten und Störungszonen 5.3.5 Ergebnisse zu Wertstoffgehalten 5.3.6 Ergebnisse zu Gasereignissen und Vulkanitvorkommen 5.3.6.1 Häufigkeit der Gasereignisse 5.3.6.2 Größe der Gas-Salz-Ausbrüche 5.3.6.3 Beziehungen der Häufigkeit von Gasereignissen, der Größe von Gas-Salz- Ausbrüchen, der Fazies und der Eigenschaften der Vulkanite 6 Diskussion der Ergebnisse 6.1 Ableitung zur Senkungsentwicklung des Arbeitsgebietes 6.2 Differenzierte geologische Entwicklung des Arbeitsgebietes unter Berücksichtigung einzelner Strukturelemente 6.2.1 Beginn des Zechstein 6.2.2 Verlauf Zechstein 6.2.3 Trias 6.2.4 Jura und Kreide 6.2.5 Tertiär 6.3 Fazielle Ausbildung der Kaliflöze in Bezug zu der geologischen Entwicklung des Arbeitsgebietes 6.4 Wertstoffverteilung der Kaliflöze im Hinblick auf die geologische Entwicklung des Arbeitsgebietes 6.5 Gasimprägnationen 6.6 Auswirkungen und Übertragbarkeit der Ergebnisse 7 Zusammenfassung 8 Fazit und Ausblick

Mit dem neu entwickelten Berechnungsmodell für vorgespannte Spreizkopfanker zur Firstsicherung im Kali- und Steinsalzbergbau können die Ankertechnologie und das Tragverhalten der Anker realistisch berücksichtigt werden. Für das Last-Verformungsverhalten bei Scherbeanspruchung und dynamischer Beanspruchung durch Sprengerschütterungen werden auf experimenteller Basis theoretische Modellvorstellungen neu entwickelt und numerisch umgesetzt. In einem in situ-Sprengversuch können wesentliche Erkenntnisse zum Schwingungsverhalten des Salinargesteins im unmittelbaren Nahbereich einer Gewinnungssprengung gefunden werden. Mit Hilfe messtechnisch instrumentierter Anker wird der Verlauf der Vorspannkraft während des gesamten Sprengzyklus gemessen. Aus der Berechnung und Analyse komplexer numerischer Modelle werden Aussagen zum Einfluss des Ankerabstandes von der Firstkante auf die Vorspannkraftreduktion abgeleitet und das Ankerverhalten unter dem Einfluss des mehrfachen Übersprengens im Gewinnungszyklus diskutiert. / The newly developed calculation model for pre-stressed expansion-shell rock bolts for roof support in potash and rock salt mining enables the bolting technology and the load-bearing behavior of the rock bolts to be realistically taken into account. For the load-deformation behavior under shear stress and dynamic stress due to blasting vibrations, theoretical model concepts are newly developed on an experimental basis and numerically implemented. In an in situ blasting test, fundamental insights into the vibration behavior of the saline rock in the immediate vicinity of a mining blast can be found. With the help of instrumented rock bolts, the development of the pre-stressing force is monitored during the entire blasting cycle. From the calculation and analysis of complex numerical models, statements on the influence of the bolt's distance from the face on the pre-stressing force's reduction are derived and the bolt's behavior under the influence of multiple overblasting in the extraction cycle is discussed.

Die salzhaltigen Abwässer des Kalibergbaues führen in natürlichen Süßwassersystemen zu Ionenimbalanzen und einer sekundären Versalzung der Werra in Deutschland. Die Auswirkungen dieser Ionenungleichgewichte auf die Reproduktion von Süßwasserfischen wurden unter Verwendung der Modellfischart Danio rerio untersucht. Angepasst an die aktuellen Grenzwerte für die Einleitung der Abwässer aus dem Kalibergbau wurden fünf verschiedene Kombinationen erhöhter Ionenkonzentrationen getestet. Während eines partiellen Lebenszyklustests wurden adulte Fische 35 Tage lang in den Salzkombinationen exponiert. Anschließend wurden die Nachkommen dieser Fische bis zum 8. Tag nach der Befruchtung den gleichen Salzkonzentrationen ausgesetzt. Zusätzlich wurden Early-Life-Stage-Tests (ELST) mit den Nachkommen von nicht exponierten Eltern durchgeführt. Im Vergleich zu natürlich vorkommenden Ionenkonzentrationen und -verhältnissen in Süßwassersystemen war die Befruchtungsrate der Eier für alle Ionenkombinationen signifikant niedriger, die Koagulations- und Deformationsrate jedoch signifikant höher. Die ELST ergaben bei den Embryonen und Larven u.a. vorzeitige und verlängerte Schlupfzeiten, verringerte Überlebensraten, erhöhte Deformationsraten und Herzschlagfrequenzen sowie Unregelmäßigkeiten des Ganzkörpergehalts von K, Mg, Na und Ca und des Ganzkörper-Ionenverhältnisses von Ca:Mg bei erhöhten Ionenkonzentrationen und Ionenimbalanzen. Im Vergleich zu den Effekten auf die Fortpflanzung und Entwicklung der Nachkommen waren die Effekte auf die adulten Tiere moderat. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass Teillebenszyklus-Tests besser als Fischeitests oder ELST geeignet sind, die Effekte von durch Abwasser verursachten Ionenimbalanzen, auf die Fortpflanzung und frühe Entwicklung von Süßwasserfischen, zu untersuchen. Weder die momentan gültigen noch die zukünftig herabgesetzten Grenzwerte bis 2027 sind danach als unschädlich, für die Reproduktion von Süßwasserfischen, zu betrachten. / The potash mining industry discharges saline effluents which generate ion imbalances in natural freshwater systems and cause severe secondary salinization in the river Werra in Germany. The effects of these ion imbalances on reproduction of freshwater fish were investigated using the fish model species Danio rerio. Five different combinations of elevated ion concentrations adjusted to the current threshold values for the discharge of potash mining effluents in Germany were tested. During a partial life cycle test, adult fish were exposed to the salt combinations for 35 days. Subsequently, the offspring were exposed to the same concentrations until hatch, and the larvae were further reared at the exposure concentrations from hatch until the 8th day post fertilization. Additionally, a standard early life stage test with offspring from unexposed parents was performed. Compared to naturally occurring ion concentrations and ratios in freshwater systems, the fertilization rate of the eggs was significantly lower for all ion combinations, while coagulation and deformation rates were significantly higher. Early life stage tests on embryos and larvae revealed premature and prolonged hatching times, reduced survival rates, increased deformation and heart rates and irregularities in whole body content of K, Mg, Na and Ca and whole body Ca:Mg ratios at elevated ion concentrations and imbalances of ion ratios. Compared to effects on reproduction and development of the offspring, effects on the parental generation were moderate. The results of this dissertation indicate that partial life cycle tests instead of fish egg tests or ELST are needed to examine most sensitively the effects of ion imbalances caused by potash mining effluents on reproduction and early development of freshwater fish. Neither the recent German threshold values nor the future reduced values until 2027 are safe for the reproduction of freshwater fish.