Bohrverfahren für den ehemaligen Tagebau „Dom-Esch“ im Kreis Euskirchen

Im Kreis Euskirchen liegt der Tagebau der ehemaligen Kiesgrube Dom Esch. Nach Beendigung der Auskiesung war die Rekultivierung der Oberfläche vorgesehen. Hierzu wurden erhebliche Mengen an Klärschlamm angeliefert, der, mit Sand und Ton vermischt, für die Rekultivierung des Tagebaus verwendet werden sollte. Insgesamt wurden auf diese Weise rund 400.000 Kubikmeter Klärschlamm abgelagert, von denen im Jahr 1993 nach längeren Niederschlägen ein erheblicher Teil von der Lagerfläche in den ausgekiesten, tieferen Teil des Tagebaus rutschten. Seitdem liegen dort etwa 220.000 Kubikmeter dieses Gemisches mit einer Mächtigkeit von geschätzt bis zu 17 Meter.

Das Sickerwasser ist in hohem Maß mit Ammonium und DOC (gelöstem organischen Kohlenstoff) belastet. Außerdem wurden (in geringerem Umfang) auch Schwermetalle festgestellt. Das Grundwasser im Abstrom ist mit Nitrat und Sulfat belastet. Die Grundwasserverhältnisse sind jedoch wegen der komplexen geologischen Verhältnisse gepaart mit den langanhaltenden Sümpf­ungsmaßnahmen durch den Braunkohletagebau ausgesprochen kleinteilig und kompliziert, mitunter nicht hinreichend genau erkundet.

Nach Beendung der Sümpfungsmaßnahmen im nahegelegenen Braunkohletagebau Hambach wird der Grundwasserspiegel nach dem Jahr 2070 so weit ansteigen, dass sich die Klärschlammablagerung nahezu vollständig innerhalb des grundwassergesättigten Bereiches befindet. Wichtiger Bestandteil der gegenwärtig andauernden Sanierungsuntersuchung ist es daher, am bzw. in der Umgebung des Standortes, den Gefährdungspfad Boden – Grundwasser qualifizierter beurteilen zu können. Hierzu wird neben dem Grundwassermonitoring das Grundwassermessstellennetz zur besseren Erfassung der Schadstoffbelastung im Grundwasser erweitert. Spätestens bis zum Zeitpunkt des beginnenden Grundwasseranstieges sollen ggf. erforderliche Sanierungsmaßnahmen abgeschlossen sein.

Das Untersuchungskonzept sieht vor, durch Bohrungen außerhalb des eigentlichen Tagebaus bessere Kenntnisse von den komplexen geologischen Verhältnissen zu gewinnen, insbesondere über die hydraulischen Auswirkungen der vorhandenen, bekannten tektonisch bedingten Sprünge. Bei der technischen Umsetzung dieser Umfeldbohrungen mussten die Bohrarbeiten – es wurde ein Trockenbohrverfahren wegen der unbekannten hydrochemischen und hydrologischen Verhältnisse gewählt – wegen erheblicher technischer Probleme abgebrochen werden. Ursache für die technischen Schwierigkeiten scheinen die tiefgreifenden Sümpfungsmaßnahmen der naheliegenden Braunkohlenreviers in Verbindung mit den dadurch bedingten, sehr stark „ausgetrockneten“ Sedimenten zu sein. Konventionelle Nassbohrverfahren hätten hingegen keine befriedigenden Ergebnisse für die im Raum stehenden Fragestellungen der Hydrochemie erwarten lassen. Daher wurden die weiteren Erkundungsbohrungen mit dem „Sonic-Drilling Bohrverfahren“ durchgeführt.

Zunächst wurden von November 2022 bis Januar 2023 im Tagebau weitere Bohrungen zur genaueren technischen Erkundung des Boden-Klärschlamm-Gemisches erfolgreich als Sonic-Drilling Bohrungen (im Folgenden SD-Bohrungen) niedergebracht. Nachfolgend wurde das SD-Verfahren auch für den tieferen Untergrund sowie im Umfeld des Tagebaus erfolgreich erprobt. Diese Arbeiten sollen im Jahr 2023 weiter fortgeführt werden.

Die Besonderheit des SD-Verfahrens liegt in einer hochfrequenten resonanten Energieanwendung, welche am Bohrkopf, dem Sonic-Kopf, erzeugt wird. Hierbei wird die resonante Energie mit unterschiedlichen Schallfrequenzen vom Bohrgestänge auf die Bohrerfläche übertragen, so dass die dem Eindringen des Bohrers widerstrebende Reibung (Mantelreibung) minimiert wird. Das Verfahren ist geeignet, um ungestörte In-Situ-Kernproben von hoher Qualität und Genauigkeit zu erhalten.

Derzeit werden die so gewonnenen Proben in bodenmechanischen und bodenchemischen Laboren untersucht. Die Ergebnisse sowie die daraus abzuleitenden, weiteren Maßnahmen sollen im Mai 2023 vorliegen bzw. bewertet und vorgestellt werden.