Grubenwasser (auch Schachtwasser ) ist alles Wasser, das mit Tief- und Tagebauen in Kontakt steht oder stand und durch die Wasserhaltung zu Tage gefordert wird. ^{[1] [2]} Das beim Braunkohlentagebau anfallende Wasser wird Sumpfungswasser genannt. ^[3] Je nach Herkunft oder Verwendung kann es der jeweiligen naturlichen Grundwasserqualitat entsprechen oder mit Schadstoffen kontaminiert sein. ^{[1] [2]}

Obwohl alles Wasser, das in die Grubenbaue eindringt, letztlich von atmospharischen Niederschlagen herstammt, unterscheidet der Bergmann zwischen Tagewasser und Grundwasser . ^[4] Als Tagewasser bezeichnet man das Wasser, das sich nicht in einer wasserundurchlassigen Schicht staut, ^[5] sondern von der Tagesoberflache durch Tagesoffnungen in die Grubenbaue eindringt. ^[6] Ein Teil der Niederschlage sickert durch den Erdboden in tiefere Erdschichten und reichert sich oberhalb wasserundurchlassiger Schichten als Grundwasser an. ^[4] Man unterscheidet zwischen oberflachennahem und tiefem Grundwasser. Aufgrund der Erdschichten wird in mehreren Gebieten das oberflachennahe vom tieferen Grundwasser durch Grundwassergeringleiter hydraulisch wirksam voneinander getrennt. ^[7] Grubenwasser ist hauptsachlich Grundwasser, das sich im Poren- und Kluftraum der Gesteine befindet und von dort aus in die Grubenbaue einsickert. ^[4] Das Grundwasser braucht relativ lange, um großere Teufen zu erreichen. Im Einzugsgebiet des Burgfeyer Stollens des Mechernicher Bleierzbergbaureviers ^[8] wurden fur das Alter des Grundwassers (mittlere Verweilzeiten) mindestens drei Jahre, teilweise aber auch mehr als 100 Jahre ermittelt. ^[9] Im Ruhrbergbau kamen noch weitere Grundwasser hinzu. Diese stammen nicht aus der Versickerung des jeweiligen Grubenfeldes , sondern fließen aus nordlichen Gebieten uber große Querstromungen hinzu. Außerdem steigen thermale Tiefenwasser auf und vermischen sich mit den anderen Grubenwassern. ^[10]

Die Temperatur und Menge des Tagewassers unterliegt jahreszeitlichen Schwankungen. Im Sommer ist es warmer, im Winter ist es kalter als das Gestein . ^[6] Da das Grundwasser in großeren Tiefen vorkommt, sind seine Menge und Temperatur uber das ganze Jahr hindurch ziemlich gleichbleibend. Die Temperatur des Grubenwassers steigt mit zunehmender Teufe entsprechend der geothermischen Tiefenstufe . Grubenwasser in 1000 Metern Teufe hat eine durchschnittliche Temperatur von 30 °C ^[11] und erreichte im tiefsten Uranbergwerk Deutschlands (Bei Niederschlema / Alberoda im Erzgebirge) Durchschnittstemperaturen von bis zu 41 °C. ^[12]

Die Menge des Grubenwassers in einem Bergwerk hangt von verschiedenen Faktoren ab. Zunachst einmal spielt die Oberflachenbeschaffenheit des Gelandes eine große Rolle. ^[6] Bei gebirgigem Gelande fließt das Niederschlagswasser schnell ins Tal und kann nicht so schnell in die Grubenbaue eindringen. Anders ist das bei Bergwerken, deren tiefste Sohle unterhalb der Taloberflache liegt. Auch die Witterungsverhaltnisse haben einen Einfluss auf die Menge des Grubenwassers. In Regionen mit geringen Niederschlagsmengen tritt in der Regel weniger Grubenwasser auf als in Regionen mit großer Niederschlagsmenge. Die Durchlassigkeit der an der Erdoberflache auftretenden Gebirgsschichten wirkt sich auf die Grubenwassermenge aus, ebenso wie der Aufbau der tieferen Gebirgsschichten auf die Verteilung des Grundwassers. ^[13] Die Menge des Grubenwassers nimmt in der Regel in großeren Teufen zu. ^[14] Wie viel Grubenwasser jeweils anfallt, ist von Bergwerk zu Bergwerk unterschiedlich. Bei den meisten Bergwerken liegt der Zulauf bei einem Kubikmeter pro Minute. Es gibt aber auch Bergwerke, bei denen der Zulauf an Grubenwasser bis zu 10 m ³ pro Minute betragt. ^[5] Beim Steinkohlenbergbau betragt die durchschnittlich zu hebende Wassermenge aus einer Tiefe von 700 Metern etwa 2 m ³ pro verwertbarer Tonne Steinkohle. ^[14]

Das Grubenwasser ist oft eine Mischung verschiedener Wasser und besteht dadurch aus einem Gemisch von Sußwasser und Sole . ^[10] Es weist, bedingt durch zahlreiche mineralische Stoffe im Erdinneren, meist einen eigenen Chemismus auf. Besonders dann, wenn die Oxidation von Pyrit , Schwefelkies , Kupferkies und ahnlichen Sulfiden zu saurem Grubenwasser fuhrt ( pH-Werte bis ?3,6 sind bekannt), ^[15] ist das Grubenwasser stark mineralisiert. Neben den gelosten Mineralien kann das Grubenwasser auch durch verfaulendes Grubenholz Schimmelpilze mit sich fuhren. ^[16] Durch den Kontakt mit der Atmosphare wird das Grubenwasser teilweise beluftet, was zu Reaktionen der im Wasser befindlichen Substanzen fuhren kann. ^[17] Die zusatzlichen Bestandteile des Wassers sind je nach Bergwerk unterschiedlich:

• Bei Steinkohlenbergwerken enthalt das Grubenwasser neben 4?6 Prozent Kochsalz auch Anteile von Nickelsulfat , Eisenoxide und Mangan. ^[5] Der Salzgehalt im Grubenwasser betragt bei einigen Bergwerken bis zu 20 Prozent. ^[10] Eisen fallt in sauerstoffreichem Wasser in Form von Eisen(III)-oxidhydraten (?Eisenocker“) aus, welche einen charakteristischen rotbraunen Niederschlag bilden. Je nach Gebirgsschicht kann das Grubenwasser entweder sulfathaltig oder chloridhaltig sein. Werden diese Grubenwasser miteinander vermischt, kommt es zur Ausfallung von Bariumsulfat . Bei dieser Ausfallung wird das in den Wassern enthaltene Radium mitgefallt. ^[16]

• Das Grubenwasser aus Braunkohlengruben enthalt oft Anteile von Kalzium, Eisenoxydul , Zink, Magnesium, Natrium, Ammonium und Mangan. Ahnliche Zusammensetzungen finden sich auch oft im Grubenwasser von Silberbergwerken . ^[18]

• Das Grubenwasser von Uranbergwerken enthalt unter bestimmten Bedingungen Spuren von Uran und Radium, das ist insbesondere bei gefluteten Grubenbauen der Fall. ^[19]

• Aber auch Schadstoffe, die durch den Produktionsprozess ins Grubenwasser gelangen, kommen darin vor. So setzte beispielsweise die RAG zwischen 1979 und 1984 PCB-haltiges Hydraulikol in Bergwerken ein. Weniger als zehn Prozent davon wurden ordnungsgemaß entsorgt. ^[20] In Emscher und Ruhr wurde PCB an Stellen gefunden, an denen die RAG ihre Grubenwasser einleitet. ^[21]

Beim Durchfahren von wasserfuhrenden Schichten dringt das Wasser durch Klufte ins Grubengebaude. ^[22] Von einem Wassereinbruch spricht man, wenn ein Bergwerk unerwartet von Wasser uberflutet wird. Wird der Betrieb aufgegeben, spricht man von einer abgesoffenen Grube. Damit diese Gruben erneut zum Abbau von Rohstoffen genutzt werden konnen, mussen sie zuvor gesumpft werden. ^[10] Beim untertagigen Abbau von Bodenschatzen setzt sich das Deckgebirge. Die uber dem Abbaufeld liegenden Deckschichten werden aufgelockert und es bilden sich Spalte und Klufte, durch die Grundwasser in das Grubengebaude einsickern kann. ^[6] Beim Abteufen von Schachten werden wasserfuhrende Schichten durchstoßen. ^[22] Wenn die Schachtauskleidung an diesen Stellen nicht sorgfaltig wasserdicht ausgefuhrt ist, dringt Wasser in den Schacht ein. ^[23] Bei alteren Schachten konnen Undichtigkeiten durch Schadigung der Schachtausmauerung infolge eines schachtnahen Abbaus auftreten. Eine weitere Quelle des Auftretens von Grubenwasser sind Wasserblasen, die beim Abbau angefahren werden. In alten stillgelegten Grubenbauen sammeln sich große Mengen Grubenwasser, das der Bergmann als Standwasser bezeichnet. Standwasser mit freiem Spiegel zur Atmosphare bildet eine Saule mit nach unten hydrostatisch ansteigendem Druck. Rundum eingeschlossenes Wasser nimmt hingegen mit der Zeit den Druck des auflagernden Gebirges an. Die Mengen an Standwasser in alten geschlossenen Bergwerken sind sehr groß und betragen alleine im Ruhrgebiet weit uber 100 Millionen Kubikmeter. ^[10]

Besonders problematisch war das Eindringen von Wasser beim Abteufen von Schachten. Immer wieder mussten Abteufarbeiten gestundet werden, da die Pumpenkapazitaten nicht ausreichten, um die erheblichen Wassermengen abzufuhren. Eindringliches Beispiel ist das Abteufen des Schachtes Rheinpreußen 1 , das sich uber einen Zeitraum von 20 Jahren von 1857 bis 1877 hinzog. Die Abteufarbeiten mussten immer wieder eingestellt werden, da die damals technisch verfugbaren Pumpen die Wassermengen nicht abfuhren konnten. ^[24] Erst das im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts entwickelte Gefrierschachtverfahren loste die Problematik des Eindringens von Wasser beim Schachtabteufen. ^[14] Ein weiteres Problem von Grubenwasser ist Standwasser, das sich in großen Hohlraumen sammelt und beim Abbau angefahren werden kann. Durch dieses plotzliche Auftreten großer Wassermengen konnen ganze Sohlen uberflutet werden, und es besteht eine erhebliche Gefahr fur die Bergleute. ^[10] Das Grubenungluck von Lassing im Jahr 1998 wurde durch solch einen Wassereinbruch verursacht. ^[25]

Die Nutzung des Grubenwassers hangt in der Regel davon ab, welche Zusatzstoffe das Wasser enthalt. Verunreinigte Grubenwasser, insbesondere solche mit hohem Kochsalzgehalt, sind fur viele betriebliche Prozesse unbrauchbar. ^[5] Wahrend das Grubenwasser fruher vielfaltig (Salzgewinnung, Rohstoffgewinnung durch Ausfallen, Brauchwasser) genutzt wurde, ist das heute kaum noch ublich. Beim Leibniz-Institut fur Neue Materialien startete im November 2020 das auf zwei Jahre angesetzte Forschungsprojekt MERLIN ( mining water lithium extraction ), mit dem die Gewinnung von Lithium aus Grubenwasser von stillgelegten Steinkohlenbergwerken getestet werden soll. ^[26]

Fur die Nutzung der thermalen Energie ist das Grubenwasser von offengelassenen und gefluteten Bergwerken gut geeignet. Das Grubenwasser wird auf aufgrund des gelockerten Gebirges gut erwarmt und erreicht, je nach Teufe , Temperaturen zwischen 20 und 30 °C. ^[27] Diese Warme lasst sich gut fur Heizzwecke nutzen. Allerdings sind aufgrund der nur maßigen Temperaturen zur Warmenutzung des Grubenwassers Warmepumpenheizungen erforderlich. ^[11] Die Nutzung der Warmeenergie des Grubenwassers wurde bereits in mehreren Projekten z. B. in Ehrenfriedersdorf (Sachsen) und in Heerlen /NL erfolgreich getestet. In Heerlen dient das Grubenwasser dabei der Speisung eines kalten Nahwarmenetzes . Fur die Nutzung mussen bestimmte genehmigungsrechtliche Aspekte berucksichtigt werden. Zur Gewinnung der Erdwarme gibt es im Wesentlichen zwei Verfahren: das Dubletten- und das Einzelsondensystem. Mit dem Dublettensystem kann eine großere Energiemenge kontinuierlich gewonnen werden, das Einzelsondensystem ist kostengunstiger. ^[28]

Das in Braunkohlentagebauen anfallende Sumpfungswasser wird, je nach Verschmutzungsgrad, oft als Brauchwasser genutzt. Dafur wird es, falls erforderlich, geklart und anschließend zu den Industriebetrieben gepumpt. Da sich Braunkohlenkraftwerke in der Regel in unmittelbarer Nachbarschaft der Tagebaue befinden, wird ein großer Teil des Wassers als Kuhlwasser im Kraftwerksbetrieb eingesetzt. Allerdings darf der Sulfatgehalt des Wassers nicht uber 300 Milligramm pro Liter liegen. Außerdem wird das Sumpfungswasser entweder direkt oder nach entsprechender Filterung auch als Trink- oder Brauchwasser fur die Bergbaubetriebe genutzt. Ein erheblicher Teil des Wassers wird fur wasserwirtschaftliche Ausgleichsmaßnahmen genutzt. ^[3] Aber auch saure Grubenwasser lassen sich durch spezielle Wasseraufbereitungsverfahren zu gutem Brauchwasser aufbereiten. Dies ist insbesondere in wasserarmen Gegenden fur den Bergbau von Nutzen. ^[29]

Wenn das Grubenwasser keine besonderen Verschmutzungen aufweist, lasst es sich zu Trinkwasser aufbereiten. Das wurde bereits in der Mitte des 20. Jahrhunderts in mehreren Ortschaften im Siegerland durchgefuhrt. Dort wurde das Grubenwasser der stillgelegten Eisensteingrube Putzhorn gefiltert und zur Trinkwassernutzung verwendet. ^[30] Unter bestimmten Voraussetzungen, wenn es den Vorgaben der Trinkwasserverordnung entspricht oder wenn es entsprechend gereinigt wurde, kann das beim Braunkohlentagebau abgepumpte Sumpfungswasser als Rohwasser fur die Trinkwasseraufbereitung verwendet werden. ^[3]

Grubenwasser werden nach ihrer Hebung in der Regel ungefiltert in den nachsten Vorfluter abgeleitet. ^[31] Je nach Zusammensetzung des Grubenwassers kann dadurch der Chemismus der Oberflachengewasser gestort werden und es konnen nachhaltige Storungen fur die Umwelt entstehen. ^[32] Stark alkalische Grubenwasser sind dabei nicht so umweltbelastend wie saure Grubenwasser . ^[31] Wird durch saures Grubenwasser der pH-Wert des Oberflachenwassers gesenkt, nimmt die Loslichkeit von Metallen wie Eisen oder Mangan zu. ^[29] Durch die großere Bioverfugbarkeit von Metallen und Metalloiden kommt es zu deren Anreicherung in Algen und Pflanzen und somit in der gesamten Nahrungskette. Das kann bei Uberschreiten bestimmter Toxizitatsgrenzen zum Tod durch Ersticken von Wasserlebewesen fuhren. Problematisch konnen dabei Wasserausbruche aus Grubengebauden werden. Diese konnen durch Standwasserbildungen oder durch eindringendes Oberflachenwasser bei Extremereignissen wie Hochwasser entstehen. Dadurch kann es zu massiven Sedimentumlagerungen aus den Grubenbauen kommen. Durch diese Ereignisse kommt es zwar aufgrund der großen Wassermengen zur Verdunnung der Schadstoffe, punktuell kann es wiederum zu einer Erhohung der Metall- und Metalloidkonzentrationen fuhren. ^[31] Durch das Einleiten von radiumhaltigen Grubenwassern kommt es zu Radiumanreicherungen in den Flussen. Im Altrheingebiet konnten Radiumanreicherungen festgestellt werden, die auf Einleitungen von radiumhaltigen Grubenwassern zuruckzufuhren sind. Allerdings lagen die Aktivitatskonzentrationen vielfach unter der Nachweisgrenze. ^[33]

Wenn Bergwerke aufgegeben werden, wird in der Regel die Wasserhaltung außer Betrieb genommen. Das fuhrt dazu, dass im Laufe der Zeit der Wasserspiegel bis auf sein naturliches Niveau ansteigt. ^[34] Wenn das Grubenwasser die Grubenbaue flutet, kann es, bedingt durch die Auflosung leicht loslicher Salze, zu einem raschen Anstieg der Schadstoffkonzentration im Grubenwasser kommen. ^[35] Das ansteigende Wasser kann sich negativ auf die Verfullsaule der abgeworfenen Schachte auswirken. Im Extremfall rutscht die Verfullsaule ab und es kommt zu einem Schachtverbruch . ^[34] Außerdem kann das ansteigende Grubenwasser die Betonpfropfen der verwahrten Schachte anheben. Gelandeteile, die tiefer als die Wasseraustrittsstellen des Grubenwassers liegen, konnen uberflutet werden. Bei vielen Bergwerken ist das Grubenwasser stark salzhaltig. Tritt nun dieses Grubenwasser beim Ansteigen in die grundwasserfuhrenden Schichten ein, die als Trinkwasser genutzt werden, so kann das Sußwasser durch den vorhandenen Chloridgehalt des Grubenwassers chemisch beeintrachtigt werden. ^[36] Durch den starken Anstieg des Grubenwassers kann es zu Hebungen des Bodens kommen, dadurch konnen Hebungsschaden an Bauwerken entstehen. ^[37] Der Anstieg des Grubenwassers bewirkt auch einen Anstieg des Grundwasserspiegels, das kann in den betroffenen Regionen zu Vernassungen von Gebaudefundamenten und Kellern fuhren, mit entsprechenden Feuchtigkeitsschaden. ^[38]

Im Tagebau muss im Vorfeld, vor Abbaubeginn, das in der Lagerstatte vorhandene Wasser abgepumpt werden. ^[39] Dieses abgepumpte Wasser wird im Tagebau als Sumpfungswasser bezeichnet. ^[40] Das Wasser kann, je nach Region, mit unterschiedlichen Stoffen belastet sein. ^[41] Im Gegensatz zum untertagig gesammelten Grubenwasser kommt Sumpfungswasser wahrend der Ableitung aus der Lagerstatte jedoch nicht mit der Umgebungsluft in Kontakt. ^[17] Durch das kontinuierliche Abpumpen des Wassers wird der Grundwasserspiegel abgesenkt . ^[39] Nach dem Abpumpen aus der Lagerstatte wird das Sumpfungswasser in der Regel in ein Oberflachengewasser abgeleitet. ^[42] Die Mengen des abgepumpten Sumpfungswassers sind, je nach Lagerstatte, unterschiedlich groß. Sie liegen beispielsweise im gesamten deutschen Braunkohlenbergbau zwischen 570 Millionen und 1,4 Milliarden Kubikmetern. ^[43] Diese Mengen konnen zeitweise zu gravierenden Veranderungen im Abflussregime der Fließgewasser fuhren. ^[41] Andererseits kann die Einleitung von Sumpfungswasser in Fließgewasser , insbesondere in trockenen Sommermonaten, dazu fuhren, dass der Gewasserdurchfluss in dem betroffenen Fließgewasser gewahrleistet bleibt. ^[44]

Fur die Reinigung von Grubenwasser gibt es mehrere Verfahren, die jeweils auf die einzelnen Wasser verunreinigenden Stoffe abgestimmt sind. ^[35] Grundsatzlich unterscheidet man zwischen der passiven und der aktiven Grubenwasserreinigung. ^[45] Bei der passiven Grubenwasserreinigung wird ausschließlich naturliche Energie wie z. B. Sonnenenergie oder Bioenergie zur Verbesserung der Qualitat des Grubenwassers eingesetzt. ^[35] Bei der aktiven Grubenwasserreinigung wird die Wasserqualitat des Grubenwassers durch die kontinuierliche Verwendung von chemischen Reagenzien und den dauerhaften Einsatz von Energie verbessert. ^[46] Es gibt auch kombinierte Anlagen, bei denen nach der aktiven Grubenwasserreinigung eine passive Anlage nachgeschaltet ist, oder Anlagenkombinationen, bei denen auf eine passiven Anlage die aktive Anlage folgt. ^[35] Welche Verfahren angewandt werden, ist in erster Linie davon abhangig, welche Verunreinigungen im Grubenwasser enthalten sind. ^[45] Einen ebenfalls erheblichen Faktor stellen die Kosten fur das jeweilige Reinigungsverfahren dar. ^[46] So sind insbesondere bei den aktiven Verfahren die Kosten oftmals sehr hoch, sodass nach Moglichkeit passive Verfahren zur erforderlichen Reinigung angewendet werden. ^[45] Wird Wasser in hoher Qualitat benotigt und ist nicht genugend Trinkwasser zur Verfugung, spielen die Kosten fur die Wasseraufbereitung des Grubenwassers jedoch nur eine untergeordnete Rolle. ^[29] Als Verfahren fur die aktive Grubenwasserreinigung eignen sich, je nach Verunreinigung des Wassers, die Sulfatreduktion , die Bioentsalzung, der Ionenaustausch und verschiedene Membranverfahren . Als passive Reinigungsverfahren nutzt man, je nach chemischer Zusammensetzung des Grubenwassers, anoxische Karbonatkanale, offene Karbonatkanale, aerobe Feuchtgebiete, anaerobe Feuchtgebiete und reaktive Barrieren. ^[45]

• International Mine Water Association

• Friedrich P. Springer: Von Agricolas ?pompen“ im Bergbau, ?die das wasser durch den windt gezogen“, zu den Gestangetiefpumpen im Erdol . In: Erdol/Erdgas/Kohle Zeitschrift . Heft 10, 2007.  
• Christian Wolkersdorfer: Water Management at Abandoned Flooded Underground Mines ? Fundamentals, Tracer Tests, Modelling, Water Treatment . Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-77330-6 .  
• Christian Wolkersdorfer: Reinigungsverfahren fur Grubenwasser . Springer, Heidelberg 2020, ISBN 978-3-662-61720-5 .  
• Paul L. Younger, Steven A. Banwart, Robert S. Hedin: Mine Water ? Hydrology, Pollution, Remediation . Kluwer, Dordrecht 2002, ISBN 1-4020-0137-1 .  
• Paul L. Younger, Nick S. Robins: Mine Water Hydrogeology and Geochemistry . Geological Society, Special publications, London 2002, ISBN 1-86239-113-0 .  

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• RAG: Grubenwasser ? Unser Konzept fur das Ruhrgebiet