Original paper

Verwitterung auf Steinkohlenbergehalden: Ein erster Schritt von anthropo-technogenen Eingriffen zurück in den natürlichen exogen-geodynamischen Kreislauf der Gesteine

[Weathering on Coal Mine Waste Heaps: An Initial Step from Anthropo-technogenic Encroachements back into the Natural Exogenic-Geodynamic Cycle]

Wiggering, Hubert

Kurzfassung

Im Steinkohlenbergbau an der Ruhr werden jährlich ca. 120 Mill. t Kohle und Nebengestein (Berge) aus mehreren 100 m Teufe zutage gefördert. Hierbei übernimmt der Mensch innerhalb des geodynamischen Kreislaufes durch den Abbau die Teilschritte Gesteinszerkleinerung und Erosion, durch die Förderung, d.h. Massenverlagerung den Teilschritt Transport und durch die Aufhaldung von ca. 40 Mill. t der ca. 60 Mill. t bei der Kohleaufbereitung anfallenden tauben Gesteine den Teilschritt Ablagerung. Die Verdichtung der Berge bei der Aufhaldung ist vergleichbar mit frühdiagenetischen Verfestigungsvorgängen. Bedingt durch Materialparameter wie die petrographische Zusammensetzung, dabei die Anreicherung von Pyrit durch die Kohleaufbereitungsverfahren und die z. T. hohen Gehalte an Chlorid und Sulfat (Solwässer) und durch schwankende Anteile an Ton-/Siltsteinen und Sandsteinen an der Gesamtbergezusammensetzung ergibt sich zunächst gesteuert von technischen Einflüssen ein ganz typisches Verwitterungs- und Erosionsverhalten auf den Halden. Das zunächst sehr schnelle mechanische Zerfallen verlangsamt sich in kürzester Zeit und läuft vorrangig im Kies-/Sandkornbereich ab. Stärker zerkleinerte Komponenten unterliegen einer erhöhten Erosion oder werden gravitativ und durch Sickerwasser nach unten verlagert. Mitgesteuert durch die Pyritoxidation versauern die aufgehaldeten Berge teilweise bis zu einer chemischen und tonmineralogischen Degradierung des Materials.

Abstract

Each year, mining in the Ruhr area brings about 120 mio. metric tons of coal and overburden to the surface from a depth of several hundred feet. Therewith, man, initiates and replaces several processes in the geodynamic cycle: mining takes the place of rock crushing and erosion, mass-displacement is equivalent to transport. The annual dumping of two thirds of the 60 mio metric tons of waste (Berge) produced by coal processing is comparable with sedimentation in the geodynamic cycle, and the compression resulting from the heaping up is similar to early diagenetical processes. 'Berge'-specific characteristics e.g. the petrological composition, the accumulation of pyrites by coal processing, the high contents of chlorides and sulphates (brines), and the varying contents of clay-/siltstones and sandstones lead to a typical course of weathering and erosion which is controlled by technical conditions. The initial increase of mechanical breakdown of the fresh wastes slows down rapidly and grain-size distribution curves run predominantly within the range of the gravel and sand fractions. More intensivly broken and crumbled components are eroded or transported to deeper horizons by gravity and rainwater. The pyrite oxidation leads to a heavy acidification of the dumped wastes and, partly, to a chemical and clay-mineralogical degradation of the materials.

Keywords

Environmental geologycoalwallrocksargillitesiltstonesandstonetailingscompactionweatheringerosionsize distributionconcentrationpyriteacidificationclay mineralogy