Zur Überwachung geotechnischer Schwerpunktbereiche kommen in den Tagebauen der Lausitz Energie Bergbau AG unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Eine hohe Flexibilität und erweitere Einsatzmöglichkeiten ergaben sich durch die Verbindung einfacher GNSS-Empfänger und geotechnischer Sensoren zu einem Gesamtsystem (A07Geo). Darüber hinaus werden A07-Empfänger zur Bewältigung vielfältiger Fragestellungen herangezogen. Zwei im Bestand der Markscheiderei befindliche UAV’s eröffnen die Möglichkeit, bei geotechnischen Ereignissen schnellstmöglich auch georeferenziertes Bild- und Videomaterial sowie daraus resultierend Volumenbestimmungen und weiterführende Messungen zur Verfügung zu stellen. Daneben werden aktuell geotechnische Einsatzszenarien für eine Wärmebildkamera näher untersucht.

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.

Der Zugang zu wirtschaftsstrategischen Bodenschätzen ist für moderne Industriegesellschaften von essenzieller Bedeutung. Für Deutschland besteht für die Versorgung mit nichtenergetischen Rohstoffen wie Stahlveredlern und Seltenen-Erden eine weitgehende Importabhängigkeit. Vorhandene heimische Lagerstätten weisen eine komplexe geologische Struktur mit geringen Abbaumächtigkeiten in großen Teufen auf. Um diese Lagerstätten nutzen zu können, soll ein untertagetaugliches Positionierungs- und Navigationssystem, UPNS4D+, für die Erkundung der Lagerstätte entwickelt und als Demonstrationssystem gebaut werden. Das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie ist Teil des Entwicklerkonsortiums. Es ist zuständig für die markscheiderische und bergmännische Nutzbarkeit der mit dem Erkundungssystem gewonnen Daten. Entsprechend dem aktuellen Arbeitsfortschritt werden im vorliegenden Beitrag die Lösungen für die Kluftflächen- und die Haufwerksanalyse vorgestellt. Die teilautomatisierte Haufwerksanalyse dient der Detektion großer Partikel und deren Lagebestimmung in einem relativen Koordinatensystem. / Access to strategic mineral resources is essential for modern industrial societies. Germany is largely dependent on imports of non-energy raw materials such as steel refiners and rare earth elements. Existing indigenous deposits have a complex geological structure with low extraction thickness in large depths. In order to use these deposits, an underground positioning and navigation system, namely UPNS4D+, as a demonstration system has to be developed for deposit exploration. As part of the developer consortium, the Institute for Mining Surveying and Geodesy of the TU Bergakademie Freiberg is responsible for the utilization of the acquired data in the field of mining. According to the current work status, in this paper the solutions for rock fracture analysis and grain size analysis are presented. The partly automated grain size analysis is used for the detection of large particles and their position in a relative coordinate system.

Die Nutzung von Flächen mit künstlichen oder natürlichen Hohlräumen im Unter- und Baugrund ist mit erhöhten Risiken behaftet, weil Bauwerke durch unerwünschte Deformationen des Baugrundes in Mitleidenschaft gezogen werden können. Zur theoretischen Analyse eines Tagesbruchvorganges über einen zusammenbrechenden Hohlraum in praktischen Aufgabenstellungen auf Standorten mit mehreren Schichten kann die ”Allgemeine Hohlraum-Bruchmassen-Bilanz-Methode” mit einer stark eingegrenzten Anzahl von Eingangsparametern genutzt werden. In einer rechnerischen Tagesbruchprognose können sowohl die Eingangsgrößen der theoretischen Modellierung eines Tagesbruchvorganges als auch die Größe prognostizierter Tagesbruchvolumina als Zufallsvariable angesehen werden. Die Random-Set-Theorie bietet eine praktikable Möglichkeit, die stochastische Natur des Tagesbruchvorganges mit einem begrenzten rechnerischen Aufwand theoretisch zu fassen. Die berechneten Tagesbruchvolumina und die zugehörigen Eintrittswahrscheinlichkeiten können als Grundlage der Risikobewertung von zu schützenden Objekten herangezogen werden. / The use of sites with artificial or natural openings in the underground includes an elevated technical risk, as constructions can be constrained due to unplanned deformations of the subsoil. To the theoretical analysis of pothole subsidence in practical settings on a layered site, the ”General Failure Mass Volume Balance Method”can be applied with a low number of input parameters. Both the input values of a theoretical model for pothole subsidence analysis and the volume of prognosed surface failures can be regarded as random variables. The randomset- theory offers a practical solution to include the stochastic nature of the pothole subsidence process into a theoretical model with limited required computational effort. The prognosed volumina and the corresponding probabilities of occurrence can be used for a risk analysis of protected objects on sites with expected pothole subsidence.

Mit dem Europäischen Erdbeobachtungsprogramm 'Copernicus' und seinen Sentinel-Satelliten sowie den beteiligten Missionen steht ein leistungsfähiges Monitoringinstrument zur Verfügung. Das Programm, dessen Umfang fortlaufend erweitert wird, ist auf eine langfristige Nutzung ausgerichtet. Die Daten der satellitengestützten Sensoren besitzen eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung und sind kostenfrei verfügbar. Für die Überwachung von Bodenbewegungen und Bodenwassergehalten können die Radar- Daten der beiden Sentinel 1-Satelliten genutzt werden. Die Multispektralsensoren der Sentinel 2-Satelliten stellen Daten zum Zustand der Vegetation und der Landbedeckung zur Verfügung. Die grundsätzliche Eignung der Daten zum Monitoring (nach-) bergbaulich induzierter Prozesse ist vielfältig nachgewiesen worden. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Umsetzung der theoretischen Erkenntnisse in die Praxis und unternimmt den Versuch, die Transparenz des gesamten Prozesses zu verbessern. Der komplexe Prozess der Datengenerierung, ihrer Auswertung und Bereitstellung für die Aufgaben in der Praxis bedarf weiterer Erläuterungen. Die Leistungsfähigkeit eines Monitorings auf der Basis von Sentinel-Daten ist ansonsten nur bedingt zu beurteilen. Insbesondere die vielfältigen Interaktionen zwischen meteorologischen, geogenen und anthropogenen Prozessen sind hinsichtlich Ihrer Auswirkung auf die Nutzbarkeit für Aufgaben des (Nach)bergbaumonitorings zu analysieren. Im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben wird daher untersucht, wie hoch die Aussagekraft der Radardaten der Sentinel-Satelliten für die Beurteilung von Prozessen am Boden aktuell ist. Für diese Analyse ist die enge Verknüpfung des Weltraumsegmentes mit der In-Situ-Kompetenz von besonderer Bedeutung.

Das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie der TU Bergakademie Freiberg beschäftigt sich bereits seit vielen Jahren mit der Analyse und dem Monitoring der vertikalen Bodenbewegungen im ehemaligen Steinkohlerevier Oelsnitz/Erzgebirge. Aktuelle Bestrebungen gehen dahin, die Potentiale der Radarinterferometrie zur Detektion vertikaler Bodenbewegungen bestmöglich auszunutzen um zukünftig, im Vergleich zu Nivellement Messungen in großen zeitlichen Abständen, auch zeitlich besser aufgelöste Aussagen zur Bewegungsdynamik zu erhalten. Nach einer grundsätzlichen Darstellung des Ablaufs einer PSI-Analyse unter Nutzung weitgehend freier Softwarelösungen, werden am Beispiel des Oelsnitzer Reviers verschiedene aus der Anwendung des Verfahrens resultierende praktische Fragestellungen analysiert. / The Institute for Mine Surveying and Geodesy of the TU Bergakademie Freiberg has been working for many years on the analysis and monitoring of vertical ground movements in the former coal mine area Oelsnitz/Erzgebirge. Recent efforts are aimed at making the best possible use of the potentials of radar interferometry for the detection of these vertical ground movements. In the future, for example, it would be possible to obtain temporally better-resolved statements on the dynamics of ground movements in comparison to levelling measurements at long time intervals. After a general presentation of the workflow of a PSI analysis using widely free software solutions, various practical questions resulting from the application of the method are analyzed using the example of the former mining area Oelsnitz/Erzgebirge.

Strain-hardening cement-based composites (SHCC) are a special class of fiber-reinforced concrete which develop multiple, fine cracks when subjected to increasing tensile loading, reaching strain capacities of up to several percent. The tensile behavior of SHCC is a result of a purposeful material design accounting for the mechanical and physical properties of the cementitious matrix, of the reinforcing fibers and of their interaction. The exceptionally high energy dissipation through inelastic deformations before reaching tensile strength makes SHCC suitable for manufacturing or strengthening of structural elements which may be subjected to impact loading. However, the tensile behavior of SHCC is highly strain rate dependent, both in terms of tensile strength and strain capacity. The different strain rate sensitivities of the constitutive phases of SHCC (matrix, fiber and interfacial bond) lead to disproportionate dynamic alteration of their mechanical properties under increasing strain rates and, consequently, to an impairment of the micromechanical balance necessary for strain-hardening and multiple cracking. Thus, high energy dissipation under impact loading can only be ensured through a targeted material design. This work presents a series of mechanical experiments at different strain rates and different scales of investigation with the goal of developing a qualitative and quantitative basis for formulating material design recommendations for impact resistant SHCC. Three different types of SHCC were investigated, consisting of two types of polymer fibers (polyvinyl-alcohol and high-density polyethylene) and cementitious matrices (normal-strength and high-strength). Uniaxial tension experiments were performed on SHCC specimens and on non-reinforced matrix specimens with different testing setups at strain rates ranging from 10-4 to 150 s-1. Besides the measured mechanical properties, special attention was paid to the crack patterns and the condition of fracture surfaces. Additionally, micro-scale investigations were performed to quantify the strain rate dependent changes in the mechanical behavior of individual component phases, i.e., matrix, fibers and fiber-matrix bond. The results obtained from the micromechanical investigations were used in an analytical model for crack bridging. The model links the micromechanical parameters and their strain rate sensitivities to the single-crack opening behavior under increasing displacement rates, making it useful for material design purposes. If given an extensive experimental basis for the fracture mechanical properties of the non-reinforced cementitious matrices, the model can be extended for predicting the strain capacity (multiple cracking) of SHCC under different strain rates. / Die hochduktilen Betone (Engl.: Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) bilden eine besondere Klasse von Faserbetonen, die eine multiple Rissbildung unter zunehmenden Zugspannungen aufweisen, was zu einer sehr hohen Bruchdehnung führt. Das dehnungsverfestigende, hochduktile Zugverhalten der SHCC wird durch eine gezielte Materialentwicklung erreicht, die die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der zementgebundenen Matrizen, der Kurzfasern und deren Zusammenwirkung berücksichtigt. Das außergewöhnliche Energieabsorptionsvermögen der SHCC durch plastische Verformungen vor dem Erreichen der Zugfestigkeit qualifiziert diese Verbundwerkstoffe für die Herstellung oder Verstärkung von Bauteilen, die Impaktbeanspruchungen ausgesetzt sein könnten. Jedoch weisen SHCC sowohl bezüglich deren Zugfestigkeit als auch deren Dehnungskapazität ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Verhalten auf. Unter zunehmenden Dehnraten führen die unterschiedlichen Dehnratensensitivitäten der gestaltenden Phasen von SHCC (Matrix, Faser und deren Verbund) zur Beeinträchtigung des mikromechanischen Gleichgewichts, welches für die Dehnungsverfestigung und multiple Rissbildung erforderlich ist. Eine hohe Energiedissipation unter Impaktbeanspruchungen kann deshalb nur durch eine gezielte Materialentwicklung der SHCC hinsichtlich deren Verhaltens unter hohen Dehnraten gewährleistet werden. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Betrachtungsebenen, mit dem Ziel eine qualitative und quantitative Basis für Empfehlungen zur Materialentwicklung von Impakt-resistenten SHCC zu schaffen. Drei verschiedene SHCC-Zusammensetzungen wurden untersucht. Die Referenz-Zusammensetzung aus einer normalfesten zementgebundenen Matrix und Polyvinyl-Alkohol-Kurzfasern wurde mit zwei unterschiedlichen SHCC verglichen (hochfest und normalfest), die mit Kurzfasern aus hochdichtem Polyethylen bewehrt wurden. Einaxiale Zugversuche wurden an SHCC-Proben und unbewehrten Matrix-Proben mit verschiedenen Prüfvorrichtungen bei Dehnraten von 10-4 bis 150 s-1 durchgeführt. Zusätzlich zu den gemessenen mechanischen Eigenschaften wurden die Rissbildung und die Bruchflächen detailliert untersucht. Darüber hinaus wurden mikromechanische Untersuchungen durchgeführt, um die Dehnratensensitivität der einzelnen Phasen, d.h. Matrix, Faser und deren Verbund zu beschreiben. Die aus den mikromechanischen Untersuchungen erzielten Ergebnisse wurden als Eingangswerte in einem analytischen Einzelriss-Modell verwendet. Das entwickelte Modell verbindet die mikromechanischen Parameter und deren Dehnratenabhängigkeit mit dem Rissöffnungsverhalten von SHCC bei zunehmenden Verschiebungsraten. Das macht es vorteilhaft für Materialentwicklungszwecke. Das Modell kann für die Vorhersage der Dehnungskapazität von SHCC bei diversen Dehnraten weiterentwickelt werden, wenn eine umfassende experimentelle Basis für die bruchmechanischen Eigenschaften der Matrizen vorliegt.

Massenbewegungen, Ausgleichs- und Verwitterungsprozesse sind geologisch-geomorphologisch natürliche Vorgänge in Gebirgen. Die stark zunehmenden Extremwetterereignisse einhergehend mit immer dichterer Besiedelung der Gebirgs- und Hangregionen verursachen bei Felsstürzen beträchtliche Schäden an Gebäuden und Infrastruktur und gefährden Menschenleben. Ziel von GeoRiS ist das Monitoring dieser Prozesse und Standsicherheitsentwicklung steinschlaggefährdeter Felshänge mittels hochauflösender, photogrammetrischer Messverfahren. Die Risiken sollen künftig auf der Grundlage einer präzisen, umfassenden aber vor allem objektiven und standardisierbaren Standortbegutachtung prognostizierbar sein, um anschließende Sicherungsmaßnahmen gezielt an Gefährdungsschwerpunkten einzusetzen. In den letzten Jahren haben sich neue Messverfahren und -methoden etabliert, deren Anwendungen mittlerweile in vielen Bereichen Einzug gehalten haben. Eines der Verfahren ist z.B. der Einsatz von UAVs / Drohen mit verschiedenen Sensoren an Bord. Nachfolgend möchten wir die möglichen aktuellen Auswertemethoden in der der Felserfassung vorstellen, einen Überblick über erreichbare Ergebnisse und Genauigkeiten geben sowie die methodischen Ansätze für die künftige gutachterliche Praxis vorstellen. Das Forschungs-, Technologie- und Innovationsprojekt „GeoRiS“ wird durch den Freistaat Thüringen und die Europäische Union gefördert. Die Ausführung verantwortet das Ingenieurbüro für Geotechnik Prof. Witt & Partner in Kooperation mit der TRIGIS GeoServices GmbH.

Klingenberg Dam is a drinking water reservoir in the Eastern Ore Mountains. It is an early masterpiece by the famous architect Hans Poelzig. The dam was built between 1908 and 1914. In honor of the last Saxon king it was named originally Friedrich August Dam. The dam owes its construction to the immense damage caused by the flood of 1897 in the river valleys of the Eastern Ore Mountains. This was also a time when industry was moving into the Dresden area and the demand for drinking and process water was growing rapidly. Today, Klingenberg Dam, along with the Lehnmühle, Rauschenbach and Lichtenberg dams, supplies drinking water to large parts of the Saxon Switzerland Eastern Ore Mountains district, the city of Freital, and around 60 percent of the city of Dresden. It also serves as flood protection. For almost 100 years the dam was in continuous operation. From 2005 to 2013 the State Reservoir Administration of Saxony restored it in one of its largest construction projects. Redaktionsschluss: 31.07.2023

Am Beispiel des Kavernenfeldes Epe, das mit seinen aktuell 76 Erdgaskavernen einen Anteil von 15% an den gesamtdeutschen Untergrundgasspeichern hat, soll gezeigt werden, wie das Markscheidewesen helfen kann, die „licence to operate“ bestehender Betriebe zu erhalten und den Genehmigungsprozess von Neuprojekten zu unterstützen. Bergbau ist nahezu immer mit Bodenbewegungen verbunden, der Betrieb von Salzkavernen zur Solegewinnung und Untergrundspeicherung macht hier keine Ausnahme. Naturgemäß ist das Interesse an den Auswirkungen der bereits eingetretenen sowie den noch zu erwartenden Bewegungen groß, sowohl bei Anwohnern wie auch den betroffenen Kommunen. In Epe helfen bei der Beantwortung dieser Fragestellungen die Erfahrungen aus 50 Jahren markscheiderischen Messungen an der Oberfläche (v.a. Nivellement, zunehmend auch GNSS/GPS und Radarinterferometrie) und im Untergrund (Hohlraumvermessungen der Kavernen). Neben den standortspezifischen Gegebenheiten wie Teufe und Salzgeologie ist bei Kavernen die Bedeutung der jeweiligen Nutzung entscheidend für das Senkungsgeschehen. Dabei liegt die größte Herausforderung in der mittel- bis langfristigen Antizipation des zukünftigen Kavernenbetriebs, da die Liberalisierung des Energiemarktes Mitte der 2000er Jahre zu einer sich mehr an betriebswirtschaftlichen Vorgaben orientierenden Fahrweise der Gasspeicher führte. Seitdem variiert die jährliche Konvergenz (Hohlraumverlust) der Gaskavernen stark, mit in der Folge ebenso veränderlichen Senkungsbeträgen an der Oberfläche. Die Annahme wahrscheinlicher Szenarien zum zukünftigen Betriebsgeschehen erlaubt trotz alledem verlässliche Senkungsprognosen, basierend auf dem etablierten analytischen Berechnungsmodell nach Sroka/Schober. Informationen zu verschiedenen Messmethoden (neben den markscheiderischen sind hier z.B. Beobachtungen des Grundwasserspiegels zu nennen), ihrer Ergebnisse und deren Bewertung sowie die Präsentation der Senkungsprognosen erfolgten in Epe bei mehreren Öffentlichkeitsterminen in den vergangenen Jahren. Essentiell war dabei der Rückgriff auf markscheiderisches Wissen, um die Informationen korrekt und verständlich zu transportieren. Bei mittlerweile fast 1 m Senkung im Kavernenfeld Epe und sich neu anbahnenden Nutzungskonzepten wie Wasserstoff- und Druckluftspeicherung ist eine erfolgreiche Kommunikation elementar, um ein gegenseitiges Vertrauen und Verständnis für unternehmerische Ziele einerseits sowie den Sorgen der Bevölkerung andererseits zu entwickeln. Im Folgenden soll das Senkungs- und Umweltmonitoring im Kavernenfeld Epe im Detail vorgestellt werden, ergänzt um die Erfahrungen in der Vermittlung dieser Ergebnisse.