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Verbruch

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Definition des Verbruch-Begriffs

Als Verbruch bezeichnet man in der Geologie das schrittweise erfolgende Hocharbeiten eines Hohlraum-Volumens in Richtung der Erdoberfläche.<ref name="Quelle 7" /> Verbrüche sind verbunden mit einem Massendefizit im Untergrund. Verbrüche können über bzw. in verschiedenen Hohlräumen auftreten.<ref name="Quelle 1" />

Grundlagen

Unterirdische Hohlräume sind nur selten stabil, in den meisten Fällen bricht das Gewölbe über einem Hohlraum nach, bis sich ein relativ stabiles und tragendes Gewölbe ausgebildet hat.<ref name="Quelle 8" /> Dabei kann das Deckgebirge entweder plötzlich oder auch allmählich einbrechen.<ref name="Quelle 9" /> Aber auch dann, wenn sich ein relativ stabiler Zustand des Gewölbes eingestellt hat, kann durch Erschütterung oder Durchfeuchtung das restliche Deckgebirge nachbrechen.<ref name="Quelle 2" /> Dabei wird der freie Raum teilweise oder vollständig durch die nachbrechenden Massen verfüllt.<ref name="Quelle 6" /> Eine teilweise erfolgte Verfüllung bezeichnet man als Teilverbruch und eine vollständige Verfüllung als Vollverbruch. Dieser Verbruchsprozess findet in einem fast senkrechten Bruchschlot<ref group="ANM" name="Anm. GeWB." /> statt.<ref name="Quelle 1" /> Der Schlot kann sich kaminartig oder domartig nach oben hocharbeiten.<ref name="Quelle 12" /> Eine wesentliche Voraussetzung für einen Verbruch ist der Auflockerungsgrad des Gebirges; dieser nimmt zu, je geringer der Abstand zur Erdoberfläche ist.<ref name="Quelle 13" /> Durch den höheren Auflockerungsgrad des Gebirges an der Erdoberfläche wird auch die Bewegung des Hohlraumes in Richtung Erdoberfläche beschleunigt.<ref name="Quelle 2" />

Einflussfaktoren

Verbruchsereignisse sind von vielen, oftmals nicht messbaren, Faktoren abhängig.<ref name="Quelle 7" /> Einfluss auf ein Verbruchsereignis haben neben der Geologie des Deckgebirges und den Grundwasserständen auch die Witterungsverhältnisse.<ref name="Quelle 10" /> All diese Faktoren und ihr Zusammenspiel erschweren eine genaue Vorhersage über ein Verbruchsereignis.<ref name="Quelle 1" /> Begünstigt werden Verbruchsprozesse durch größere unterirdische Hohlräume, wie sie z. B. im Untertagebergbau bei Streckenkreuzungen oder im Abbau vorkommen.<ref name="Quelle 3" /> In Deckgebirgen mit schwachbindigen Lockergesteinen werden die Verbruchsprozesse verstärkt.<ref name="Quelle 13" /> Das anstehende Gestein hat einen wesentlichen Einfluss auf die Hochbruchgeschwindigkeit, sie ändert sich bei geschichtetem Gestein mit jeder Schicht.<ref name="Quelle 9" /> Dabei ist die Kohäsion der Gesteinsschichten der wichtigste Einflussfaktor für die Hochbruchgeschwindigkeit.<ref name="Quelle 3" /> Je höher die Kohäsion der Gesteinsschichten ist, desto geringer ist die Hochbruchgeschwindigkeit.<ref name="Quelle 9" /> Bei homogenen Gesteinsschichten können Nachbrüche schubartig stattfinden, Grund hierfür sind zeitlich voneinander abhängige Spannungsumlagerungen im Gestein.<ref name="Quelle 3" />

Prozessende

Wie ein Verbruchsprozess endet, ist überwiegend von der Mächtigkeit und der Beschaffenheit des Deckgebirges abhängig.<ref name="Quelle 12" /> Bei geringmächtigem Deckgebirge wird sich ein Verbruch bis zur Tagesoberfläche hocharbeiten.<ref name="Quelle 13" /> Übersteigt das Volumen des verbrochenen Materials das Fassungsvermögen des Hohlraums, so wird der Verbruch gestoppt.<ref name="Quelle 9" /> Grund hierfür ist, dass die Versturzmasse ein wesentlich größeres Volumen hat als das unverstürzte Gebirge.<ref name="Quelle 2" /> Der Hochbruchsprozess kann auch unter Schichten mit hoher Kohäsion zum Stillstand kommen.<ref name="Quelle 3" /> Ab einer bestimmten Mächtigkeit des Deckgebirges, der Grenzdeckgebirgsmächtigkeit Hmax, ist ein Hocharbeiten des Verbruchsprozesses bis zur Tagesoberfläche theoretisch ausgeschlossen.<ref name="Quelle 13" /> Der Verbruch läuft sich somit im Deckgebirge tot.<ref name="Quelle 14" /> Die Grenzdeckgebirgsmächtigkeit wird wesentlich vom Schüttungswinkel des Deckgebirges und der Hohlraumhöhe des primären Hohlraumes bestimmt.<ref name="Quelle 4" /> Der Schüttungswinkel des Deckgebirges wird von der Art des Deckgebirges, von den Wasserverhältnissen und von der Wasserlöslichkeit des Deckgebirges bestimmt.<ref name="Quelle 8" /> Allerdings befinden sich die Winkel von Verbruchsböschungen in einem labilen Zustand, sodass eine genaue Berechnung des Verbruchsprozesses nur schwer möglich ist.<ref name="Quelle 4" />

Verschiedene Verbrüche

Verbrüche werden unterteilt in natürlich entstandene und durch menschliche Einwirkung entstandene Verbrüche.<ref name="Quelle 6" /> Mit dem Begriff „Erdfall“ wird ein über natürlichen Hohlräumen (z. B. Karst) gefallener Verbruch bezeichnet.<ref name="Quelle 11" /> Über anthropogen hergestellten Hohlräumen entstandene Verbrüche werden in Tagesbrüche und Schachtverbrüche aufgegliedert. Grund hierfür sind die geomechanischen Verschiedenheiten des Bruchvorganges. Schachtverbrüche sind durch ein mehr oder weniger plötzliches Abgehen der Schachtfüllung inklusive ggf. vorhandener Einbauten charakterisiert. Tagesbrüche zeichnen sich in der Regel durch keinen derart vorgezeichneten Bruchschlot aus.<ref name="Quelle 6" /> Alle diese Verbrüche verursachen in der Regel hohe Kosten und können je nach Gegend, in der sie auftreten, sogar Verluste an Menschenleben verursachen.<ref name="Quelle 5" />

Literatur

  • H. Tellkampf: Beiträge zur Gewölbetheorie. Frei bearbeitet nach Carvallo, Helwing’sche Hofbuchhandlung, Hannover 1855.

Einzelnachweise

<references>

<ref name="Quelle 1">Jörg Meier: Statistische Analyse von Tagesbrüchen über Abbaufeldern des Braunkohlen-Tiefbaus und ein Versuch ihrer numerischen Simulation mit dem Programm FLAC. Diplomarbeit an der technischen Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg 2003, S. 10–45.</ref> <ref name="Quelle 2">Dieter D. Genske: Ingenieurgeologie Grundlagen und Anwendung. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-25756-1.</ref> <ref name="Quelle 3">Jörg Meier: Zur Tagesbruchsimulation mit numerischen Modellen im Braunkohlentiefbau. Freiberg 2003. Online (PDF; 447 kB) (abgerufen am 26. September 2016). In: 3. Altbergbau – Kolloquium, Freiberg 2003.</ref> <ref name="Quelle 4">Günter Meier: Numerische Abschätzung von Tagesbruchgefährdungen in Altbergbaugebieten. Online (PDF; 117 kB) (abgerufen am 26. September 2016).</ref> <ref name="Quelle 5">Dimitrios Kolymbas: Geotechnik-Tunnelbau und Tunnelmechanik. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1998, ISBN 3-540-62805-3.</ref> <ref name="Quelle 6">Günter Meier: Erdfälle und Tagesbrüche – Möglichkeiten einer numerischen Modellierung. <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20180727145816 

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  }} (PDF; 1,4 MB) (abgerufen am 26. September 2016).</ref>

<ref name="Quelle 7">Mark Mainz: Geotechnische Modellvorstellungen zur Abschätzung von Gefährdungsbereichen des Altbergbaus und Schachtschutzbereichen im Aachener Steinkohlenrevier. Genehmigte Dissertation an der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch – Westfälischen technischen Hochschule Aachen, Aachen 2007, S. 40–53, 85–90.</ref> <ref name="Quelle 8">Helmut Prinz, Roland Strauß: Ingenieurgeologie. 5. bearbeitete und erweiterte Auflage, Spektrum akademischer Verlag, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-8274-2472-3, S. 454–458.</ref> <ref name="Quelle 9">Steffen Schweikardt: Dreidimensionale Finite – Elemente – Simulation der Standsicherheit von auslaugungshohlräumen und deren geologische Bewertung (Gipskeuper – Formation, Stuttgart – Bad Cannstatt). Genehmigte Dissertation an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie der Universität Stuttgart, Stuttgart 2008, S. 13–15, 33–39.</ref> <ref name="Quelle 10">Steffen Päßler: Über die Wahrscheinlichkeit von Tagesbrüchen und die Risikobewertung am Beispiel von Rohrleitungen im Mitteldeutschen Braunkohlentiefbau. Angenommenen Habilitationsschrift an der Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg 2014, S. 10, 43.</ref> <ref name="Quelle 11">Georg Kaufmann, Douchko Romanov: Numerische Modellierung von Verkarstung, Hohlraumbildung und Erdfallstrukturen am Beispiel eines Erdfalls im Gipskarst. In: Mitteilungen der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft e.V, DGG Kolloquium. Deutsche Geophysikalische Gesellschaft e.V (Hrsg.), Sonderband I / 2015, ISSN 0947-1944, Hannover 2015, S. 5–9.</ref> <ref name="Quelle 12">Gunter Gernot Gschwandtner: Gebirgsmechanische Untersuchungen von komplexen Grubengebäuden am Beispiel eines aufgelassenen Gipsbergbaus. Dissertationsschrift am Lehrstuhl für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben, Leoben 2013, S. 85–92.</ref> <ref name="Quelle 13">Michael Clostermann: Einwirkungsrelevanz des Altbergbaus, Bemessung von Einwirkungs- und Gefährdungsbereichen und Einfluss von Grubenwasserständen. Gutachterliche Stellungnahme im Auftrag der Bezirksregierung Arnsberg Abteilung Bergbau und Energie in NRW, Projekt Nr. 16–124, Dortmund 2020, S. 32–39.</ref> <ref name="Quelle 14">Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten. Diplomarbeit am Lehrstuhl für Bergbaukunde, Bergtechnik und Bergwirtschaft der Montanuniversität Leoben, Leoben 2008, S. 99–109.</ref>

</references>

Anmerkungen

<references group="ANM">

<ref group="ANM" name="Anm. GeWB.">Als Bruchschlot bezeichnet man einen schachtähnlichen Aufstiegskanal, der sich bedingt durch Verbruchsprozesse von unten nach oben hocharbeitet. (Quelle: Hans Murawski, Wilhelm Meyer: Geologisches Wörterbuch.) (Quelle: Barbara Juza: Erkundung und Stabilisierung tagesnaher Hohlräume im ehemaligen Gipsbergbau Hochleiten.)</ref>

</references>

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