Schwarze GFK-Rohre für die Ewigkeit
2018 endete offiziell die deutsche Steinkohlenförderung. Mit der Schließung der letzten Zeche Prosper Haniel in Bottrop bleiben jedoch die sogenannten Ewigkeitsaufgaben bestehen. Dazu gehört auch das Grubenwassermanagement zum Schutz des darüber liegenden und für die Trinkwassergewinnung wichtigen Grundwassers im gesamten Ruhrgebiet sowie im Saarland.
Im Pott, wie das Ruhrgebiet auch genannt wird, lässt die RAG AG mit Sitz in Essen seitdem an sechs Standorten die alten Schachtanlagen in moderne Brunnenwasserhaltungen durch Thyssen Schachtbau GmbH, Mülheim an der Ruhr, umrüsten. Eine wichtige Aufgabe spielen dabei sogenannte Hüllrohre, die in die vorhandenen Schachtanlagen senkrecht einbetoniert werden und in deren Innerem Tauchpumpen das wasserführende Niveau regulieren. Bei der Werkstoffwahl für die Hüllrohre überzeugten spezielle GFK-Rohre von Amiblu, unter anderem wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und Stabilität. Ex-Geschützt durch eine spezielle Grafitmodifizierung werden die Rohre im Rahmen eines Kooperationsvertrages mit der RAG für die nächsten Jahre regelmäßig speziell für diesen Anwendungsfall produziert, in das Ruhrgebiet geliefert und von Thyssen Schachtbau verbaut.
Auf immer und ewig
Als am 21. Dezember 2018 die letzte geförderte Steinkohle an Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier übergeben wurde, endete eine Ära, die das Ruhrgebiet nachhaltig geprägt hat. Was mit dem Ende des Bergbaus jedoch bleibt, sind die zahlreichen stillgelegten Zechen mit ihren unterirdischen, weitverzweigten Grubengebäuden und den damit verbundenen Ewigkeitsaufgaben, die – wie der Name schon sagt – auf einen nicht bestimmbaren Zeitraum ausgelegt sind. 150 Jahre Bergbau und die besondere Geologie haben das Ruhrgebiet stark verändert. Ohne einen dauerhaften Betrieb von Pumpenanlagen würde das Grubenwasser unkontrolliert ansteigen. Damit dies nicht passiert, pumpt die RAG jährlich schätzungsweise rund 70 Millionen Kubikmeter Grubenwasser an die Oberfläche. Bislang geschieht dies an elf Standorten mit Horizontalkreiselpumpen aus Tiefen bis zu 1.200 Metern und mehr. Über ein neues und nachhaltiges Grubenwassermanagement wird die RAG diese Aktivitäten zukünftig an sechs Wasserhaltungsstandorten im Ruhrgebiet (Lohberg in Dinslaken, Walsum in Duisburg, Heinrich in Essen, Friedlicher Nachbar und Robert Müser in Bochum, Haus Aden in Bergkamen) bündeln.
Damit das Grubenwasser aus den einzelnen Wasserprovinzen unter Tage durch das unterirdische System (Grubengebäude) an diese sechs Standorte fließen kann, muss es jedoch zunächst kontrolliert ansteigen. Dabei hat der Schutz des Grundwassers vor Verunreinigungen stets höchste Priorität.
Ab 2030 klimaneutral
Durch die moderne Brunnenwasserhaltung an den zentralen Orten und den zusätzlichen Standorten wird zukünftig sichergestellt, dass der Grubenwasserpegel und das Grundwasservorkommen auch nach dem Anstieg weiterhin in einem deutlichen Abstand zueinander gehalten werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bedingt durch das neue Grubenwasserniveau die Fördertiefe geringer ist und die modernen Tauchmotorkreiselpumpen so weniger Energie benötigen. So werden rund 50 Prozent gegenüber der bisherigen Wasserhaltung an CO2-Ausstoß eingespart. Ab spätestens 2030 soll der Betrieb der Pumpen dann klimaneutral erfolgen. Bis jedoch die neuen Standorte alle ihren Betrieb aufnehmen können, sorgt bereits heute schon ein detailliertes Wasserhaltungskonzept dafür, dass Flussnebenläufe von der Grubenwassereinleitung befreit werden. Für die finanzielle Umsetzung wurde eigens die RAG-Stiftung gegründet, deren originärer Stiftungszweck ist, die Finanzierung der Ewigkeitsaufgaben aus den deutschen Steinkohlebergbau an Ruhr, Saar und in Ibbenbüren zu finanzieren.
Brunnenwasserhaltung
Damit die alten Schachtanlagen ihre neue Aufgabe erfüllen können, sind umfangreiche Umbaumaßnahmen erforderlich. Eine zentrale Rolle spielen hier die Hüllrohre, bei denen sich die RAG für Rohre aus glasfaserverstärktem Kunststoff entschieden hat. Durch diese werden die Tauchmotorkreiselpumpen abgelassen. Diese GFK-Hüllrohre werden im Rahmen der Rückzugsarbeiten jeweils senkrecht von einer Bühne aus Stahl in Höhe des festgelegten Pumpniveaus aus schrittweise nach oben verbaut und der Schacht dabei lagenweise mit Beton dauerhaft verfüllt. Dabei werden zwischen zwei und sechs Hüllrohrleitungen pro Schacht eingebaut. Je nach Standort der Brunnenwasserhaltung variiert das Pumpniveau dabei zwischen -280 m NN und -630 m NN. Während der Bauarbeiten und bis zur Inbetriebnahme der Pumpen, schützt ein speziell konstruiertes Bauteil mit einem Verschlussmechanismus am unteren Ende der ersten Hüllrohre vor unkontrolliertem Eindringen von Gas von unten und schützt somit die Bergleute im Schacht vor potenziell explosionsfähigen Gemischen. Nach Abschluss der Einbauarbeiten, wird Wasser in die Hüllrohre gelassen und der Mechanismus durch die Wassersäule geöffnet. Von da an kann das Grubenwasser in die GFK-Rohre gelangen und gemäß Wasserhaltungskonzept abgepumpt werden.
Schwarz wie Kohle
Bei den GFK-Rohren handelt es sich um Amiblu GFK-Druckrohre, die im Wickelverfahren hergestellt werden. „Wir liefern für die unterschiedlichen Schachtanlagen kreisrunde Rohre mit Durchmessern von 1.000 beziehungsweise 1.400 Millimetern. Jedes Rohr hat dabei eine Länge von sechs Metern und verfügt über eine längskraftschlüssige Verbindung mit Scherstäben“, erklärt Adrian Wurm, Regionaler Amiblu Gebietsverkaufsleiter der das Projekt vor Ort betreut. Und noch eine weitere Besonderheit weisen die speziell für dieses Projekt hergestellten GFK-Rohre auf: Sie sind so schwarz wie die Kohle, die früher gefördert wurde. „Das liegt an der Grafitpaste, die bei der Produktion der Rohre hinzugefügt wird“, so Wurm weiter. „Hierdurch verhindern wir, dass sich die GFK-Rohre elektrostatisch aufladen können. Ein entscheidendes Kriterium, da die Konstruktion der Brunnenwasserhaltung explosionsgeschützt sein muss. Normale GFK-Rohre haben eine geringe elektrische Leitfähigkeit und diese wird durch die Zugabe von Grafit erhöht.“ Ein weiterer Pluspunkt bei der Materialwahl für die Hüllrohre, ist die Korrosionsbeständigkeit von GFK. „Das ganze Brunnenhaltungskonzept ist darauf ausgelegt, dass die Pumpen für Wartungs- oder Reparaturarbeiten nach über Tage gezogen werden. Eine Sanierung der Hüllrohre ist nicht möglich. Daher wurde ein Material benötigt, das in der feuchten Umgebung nicht korrodieren kann“, hebt Wurm einen weiteren entscheidenden Vorteil der GFK-Lösung hervor. Darüber hinaus zeichnen sich die Rohre trotz ihrer Länge von sechs Metern durch ein geringes Eigengewicht aus, was den senkrechten Einbau enorm erleichtert. Gleichzeitig verfügen die Rohre über eine große Stabilität, die durch eine Sandwich-Struktur erreicht wird. Hochfeste kontinuierliche Glasfasern halten Umfangbelastungen durch Innendruck stand, während geschnittene Fasern eine optimale Druckfestigkeit gegenüber axialen Kräften, Stößen und Installationslasten garantieren sollen. Die Rohrwand besteht aus stark verstärkten Außenschichten und einem kompakten, mit Quarzsand gefülltem Kern für eine optimale Biegefestigkeit. In Kombination mit den Schutzschichten bietet diese Struktur eine perfekte Langzeitsteifigkeit.
Per Aufzug in die Tiefe
Für den Einbau und Transport gibt es mehrere technische Möglichkeiten, die Hüllrohre zu ihrem späteren Einbauort in der Tiefe zu befördern. Je nach Umbauverfahren und örtlichen Bedingungen wird bezüglich des Transportes zwischen einer geführten und ungeführten Förderung unterschieden. Bei der ungeführten Förderung hängt das Rohr senkrecht an einem speziell für diesen Einsatzfall konstruierten Transportgeschirr, welches eine allgemeine Zulassung für den Einsatz im Schacht hat. Des Weiteren befindet sich im Inneren der Muffe des GFK-Rohres ein Montageballast. Dieser erzeugt die erforderliche Auflast, damit das Spitzende in die Muffe des Rohres gleiten kann. Die Mitarbeiter von Thyssen Schachtbau fahren oberhalb der Last (des Rohres) auf dem Seilfahrtkorb – dieser dient der Personenbeförderung zum Einsatzort – und führen das Spitzende in die Muffe des vorherig eingebauten Rohres ein. Anschließend erfolgt die lagenweise Verfüllung des Schachtes mit Beton bis ein bis zwei Meter unter den Rohrenden. Dann geht der Prozess wieder von vorne los: Die nächsten Rohre werden eingefahren, eingebaut, und der Schacht weiter verfüllt. Auf diese Weise wachsen die Hüllrohrleitungen innerhalb des Schachtes Stück für Stück nach oben. Bei einer Tiefe von 600 Metern werden so 100 Rohre pro Hüllrohrleitung übereinander verbaut.
Nach derzeitigem Planungsstand sollen 2030 alle Umbauarbeiten abgeschlossen sein, sodass die Brunnenwasserhaltung an allen Standorten möglich ist. Bis dahin werden also regelmäßig LKW mit schwarzen GFK-Rohren ins Ruhrgebiet fahren.
Quelle: Amiblu
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