Geomechanische Modellberechnungen zur Stabilität der Grubenbaue und Integrität der Salzbarriere im ERA Morsleben
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.01.1994
Projektende: 31.12.2025
Projektstand: 03.03.2023
Darstellung des 3D-Finite-Elemente-Modells mit den idealisierten geologischen Homogenbereichen für das Südfeld
Im Zuge des Erkundungs- und Beweissicherungsprogramms sowie des Stilllegungskonzepts für das Endlager für radioaktive Abfälle (ERA) Morsleben ist die Funktionsfähigkeit des Salzgebirges um die Abbaue als hydraulisch dichte Barriere gegen das Eindringen von Lösungen aus dem Deckgebirge in die Abbaue für die Betriebs- und Nachbetriebsphase zu beurteilen. Der Beurteilung der Integrität der Salzbarriere liegt zugrunde, dass Salzgestein im unverritzten Zustand hydraulisch dicht ist. Erst infolge geomechanischer Beanspruchung des Gebirges, z. B. aufgrund von Abbautätigkeit, kann eine Auflockerung auftreten und sich infolgedessen ein durchlässiger Bereich ausbilden. Die geomechanische Beanspruchung der Salzbarriere ist somit ein Indikator für ihre Dichtheit.
Die Beurteilung der Barrierenintegrität erfolgt auf der Grundlage geomechanischer Modellberechnungen unter Einbeziehung von In-situ-Messungen und örtlichen Beobachtungen.
Mit den geomechanischen Modellberechnungen werden die Beanspruchung und eine eventuelle Schädigung des Gebirges durch die frühere Bergbautätigkeit und durch die Konvergenz der Abbaue in der Betriebs- und Nachbetriebsphase des Endlagers simuliert. Die Integrität der Salzbarriere ist nicht beeinträchtigt, wenn die Berechnungen eine ausreichend mächtige Zone mit mechanisch intaktem Salzgestein zwischen dem Salzspiegel und den Abbauen ausweisen. Für die Bewertung der Integrität der Salzbarriere werden die Ergebnisse der Modellberechnungen hinsichtlich der Integritätskriterien „Dilatanz- und Fluiddruckkriterium“ überprüft.
Das ERA Morsleben umfasst die Schachtanlagen Bartensleben und Marie. Aufgrund der sehr komplexen räumlichen Strukturen des Grubengebäudes Bartensleben und Marie ist die Untersuchung von verschiedenen Teilbereichen zweckmäßig. Für die Schachtanlage Bartensleben wurden für den rechnerischen Nachweis vier im Hinblick auf die bis 1998 erfolgte Einlagerung von Abfällen und hinsichtlich des Durchbauungsgrades repräsentative Bereiche ausgewählt:
- Südfeld (Einlagerungsbereich),
- Westfeld (Einlagerungsbereich),
- Ostfeld (Einlagerungsbereich),
- Zentralteil (Bereich mit höchstem Durchbauungsgrad).
Für die Schachtanlage Marie wurden für den rechnerischen Nachweis hinsichtlich des Durchbauungsgrades drei repräsentative Bereiche ausgewählt:
- Lager H (Lösungszutritt),
- Zentralbereich (hoher Durchbauungsgrad),
- Bunte First (Lösungszutritt).
Das für das ERA Morsleben geplante Stilllegungskonzept sieht eine weitgehende Verfüllung ausgewählter Abbaue mit Salzbeton vor. Mit diesem Verfüllmaterial wird eine Stützwirkung für das Grubengebäude erreicht, die sich langfristig günstig auf die Integrität der geologischen Barriere auswirkt.
Berechnungsergebnisse für den Zeitpunkt 10.000 Jahre nach Auffahrung (1940) für die Integritätskriterien „Dilatanz“ (links) und „Fluiddruck“ (rechts). Der rechnerische Nachweis der beiden Kriterien ist für den genannten Zeitraum erbracht
Quelle: BGR
Für das Südfeld der Grube Bartensleben wurde die langfristige Entwicklung der Barrierenintegrität unter Berücksichtigung des Stilllegungskonzepts (Stand 2005) für einen Nachweiszeitraum von 10.000 Jahren untersucht. Ausgangspunkt der Berechnungen war die komplexe geologische Struktur im Südfeld mit einer steilen Anordnung der Abbaue. Daraus wurde ein idealisiertes Homogenbereichsmodell mit Bereichen gleichen Materialverhaltens und anschließend ein dreidimensionales Berechnungsmodell entwickelt, das die räumliche Struktur der Geologie und bergbauliche Situation in diesem Grubenteil weitgehend realistisch abbildet. Auf Basis der mit diesem Berechnungsmodell ermittelten geomechanischen Zustandsgrößen erfolgte die Bewertung der Barrierenintegrität.