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2025 | OriginalPaper | Chapter

Future Residual Lakes in the Rhenish Lignite Mining Area - Geotechnical Challenges and Special Aspects

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Abstract

As a result of the early phase-out of coal mining, new geotechnical questions have to be answered in connection with the design of opencast mine lakes, in particular with regard to the excavated lake slopes.
Answering these questions requires extensive fundamental research. This is particularly true as the mine slopes are designed for an unlimited lifetime in an earthquake region, and especially as the Hambach “deep lake” will be the lake with the greatest water depth in Germany in the future.
As shown, a wide range of geotechnical questions (stability, earthquake impact, liquefaction resistance, wave impact and erosion, long-term material behaviour) need to be answered, and the results need to be scientifically validated, as subsequent changes to the design or reworking of the slopes are hardly possible in view of the dimensions of the future opencast mine lakes.
On the other hand, the early phase-out of coal requires timely findings for operational decisions. In order to take these operational requirements into account, safe geotechnical approaches were determined in an initial processing phase and corresponding pre-dimensioning was carried out. These have been and will continue to be successively validated and optimised. The work is carried out in cooperation with our external scientific partners and in close coordination with the internal specialist departments involved, in order to be able to evaluate and implement the results directly in terms of planning and operation.

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Literature
1.
go back to reference Eyll-Vetter, M.: Das Rheinische Revier und der Kohleausstieg – Herausforderungen, Auswirkungen und Chancen (The Rhenish mining area and the coal phase-out – challenges, impacts and opportunities). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 151–153 (2023) Eyll-Vetter, M.: Das Rheinische Revier und der Kohleausstieg – Herausforderungen, Auswirkungen und Chancen (The Rhenish mining area and the coal phase-out – challenges, impacts and opportunities). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 151–153 (2023)
2.
3.
go back to reference RfS: Richtlinie für die Untersuchung der Standsicherheit von Böschungen der im Tagebau betriebenen Braunkohlebergwerke – Bezirksregierung Arnsberg, Abt. 6 Bergbau und Energie, NRW, Fassung vom 16.5.2003 mit Ergänzungen vom 8.8.2013 (Guideline for the investigation of the stability of slopes in open-cast lignite mines, Arnsberg District Government, Dept. 6 Mining and Energy, NRW, 16 May 2003 with amendments dated 8 August 2013) (2013) RfS: Richtlinie für die Untersuchung der Standsicherheit von Böschungen der im Tagebau betriebenen Braunkohlebergwerke – Bezirksregierung Arnsberg, Abt. 6 Bergbau und Energie, NRW, Fassung vom 16.5.2003 mit Ergänzungen vom 8.8.2013 (Guideline for the investigation of the stability of slopes in open-cast lignite mines, Arnsberg District Government, Dept. 6 Mining and Energy, NRW, 16 May 2003 with amendments dated 8 August 2013) (2013)
4.
go back to reference Merkblatt 58: Berücksichtigung von Erdbebenbelastungen nach DIN 19700 in Nordrhein-Westfalen, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, Essen (Consideration of earthquake loads according to DIN 19700 in North Rhine-Westphalia, Fact sheet 58, State Environment Agency of North Rhine-Westphalia, Essen) (2006) Merkblatt 58: Berücksichtigung von Erdbebenbelastungen nach DIN 19700 in Nordrhein-Westfalen, Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen, Essen (Consideration of earthquake loads according to DIN 19700 in North Rhine-Westphalia, Fact sheet 58, State Environment Agency of North Rhine-Westphalia, Essen) (2006)
5.
go back to reference Eurocode 8: DIN EN 1998: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben (Design of structures for earthquake resistance) (2010) Eurocode 8: DIN EN 1998: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben (Design of structures for earthquake resistance) (2010)
6.
go back to reference Heyer, T., Stamm, J., Backhaus, L.: Physikalische Modellversuche zum materialabhängigen Böschungsumformungsverhalten bei Welleneinwirkung (Physical model tests on the material-dependent slope deformation behaviour under wave action). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 181–188 (2023) Heyer, T., Stamm, J., Backhaus, L.: Physikalische Modellversuche zum materialabhängigen Böschungsumformungsverhalten bei Welleneinwirkung (Physical model tests on the material-dependent slope deformation behaviour under wave action). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 181–188 (2023)
7.
go back to reference Heyer, T., Stamm, J., Backhaus, L.: Seegangs- und Sedimenttransportprognosen an Tagebauseen mittels numerischer, hydro-morphodynamischer Modelle (Sea state and sediment transport forecasts at open pit lakes using numerical, hydro-morphodynamic models). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 189–195 (2023) Heyer, T., Stamm, J., Backhaus, L.: Seegangs- und Sedimenttransportprognosen an Tagebauseen mittels numerischer, hydro-morphodynamischer Modelle (Sea state and sediment transport forecasts at open pit lakes using numerical, hydro-morphodynamic models). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 189–195 (2023)
8.
go back to reference Dahmen, D.: Gebirgsmechanische Fragestellungen geschnittener im Unterschied zu gekippten Seeböschungen (Geotechnical aspects of excavated compared to dumped slopes of residual lakes). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 175–180 (2023) Dahmen, D.: Gebirgsmechanische Fragestellungen geschnittener im Unterschied zu gekippten Seeböschungen (Geotechnical aspects of excavated compared to dumped slopes of residual lakes). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 175–180 (2023)
9.
go back to reference KTA: Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen, Teil 2 Baugrund. – Sicherheitstechnische Regel des Kerntechnischen Ausschusses (KTA); KTA-Standard 2201-2: Design of Nuclear Power Plants against seismic events, Part 2: Subsoil; The Nuclear Safety Standards Commission (Kerntechnischer Ausschuss – KTA) (1990) KTA: Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen, Teil 2 Baugrund. – Sicherheitstechnische Regel des Kerntechnischen Ausschusses (KTA); KTA-Standard 2201-2: Design of Nuclear Power Plants against seismic events, Part 2: Subsoil; The Nuclear Safety Standards Commission (Kerntechnischer Ausschuss – KTA) (1990)
10.
go back to reference Triantafyllidis, T.: Stand des Nachweisverfahrens für die Standsicherheit von gekippten Seeböschungen infolge Erdbebeneinwirkung (Status of the verification procedure for the stability of dumped lake slopes due to earthquake action). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 154–159 (2023) Triantafyllidis, T.: Stand des Nachweisverfahrens für die Standsicherheit von gekippten Seeböschungen infolge Erdbebeneinwirkung (Status of the verification procedure for the stability of dumped lake slopes due to earthquake action). World Min. Surf. Undergr. 75(3), 154–159 (2023)
11.
go back to reference Hinzen, K.G.: Seismologisches Gutachten zur Klärung der Frage, ob und in welcher Weise die Fortführung des Tgb. Hambach Auswirkungen auf die Seismizität der Niederrheinischen Bucht haben kann (Seismological expertise to clear the question, if and in which way the continuing of mining in the Hambach field can have an impact on the seismicity of the Lower Rhine Bay); Department of Earthquake Geology; Institute of Geology and Mineralogy; University of Cologne (unpublished) (2010) Hinzen, K.G.: Seismologisches Gutachten zur Klärung der Frage, ob und in welcher Weise die Fortführung des Tgb. Hambach Auswirkungen auf die Seismizität der Niederrheinischen Bucht haben kann (Seismological expertise to clear the question, if and in which way the continuing of mining in the Hambach field can have an impact on the seismicity of the Lower Rhine Bay); Department of Earthquake Geology; Institute of Geology and Mineralogy; University of Cologne (unpublished) (2010)
12.
go back to reference DIN 4084: Baugrund – Geländebruchberechnungen (Soil - Calculation of embankment failure and overall stability of retaining structures) (2021) DIN 4084: Baugrund – Geländebruchberechnungen (Soil - Calculation of embankment failure and overall stability of retaining structures) (2021)
13.
go back to reference Smoltczyk, U., et al.: Determination of the shear strength of partially decomposed mudstone. In: Proceedings of the 11th ICSMFE. San Francisco, vol. 2, pp. 1055–1059 (1985) Smoltczyk, U., et al.: Determination of the shear strength of partially decomposed mudstone. In: Proceedings of the 11th ICSMFE. San Francisco, vol. 2, pp. 1055–1059 (1985)
14.
go back to reference Vittinghoff, T.: Analyse des Langzeitverhaltens einer Spundwandkonstruktion in einem überkonsolidierten Ton; Dissertation, Fachbereich Bauingenieurwesen (Analysis of the long-term behavior of a sheet pile wall construction in an over-consolidated clay); Dissertation, Department of Civil Engineering; Carolo-Wilhelmina University of Technology; Braunschweig (2003) Vittinghoff, T.: Analyse des Langzeitverhaltens einer Spundwandkonstruktion in einem überkonsolidierten Ton; Dissertation, Fachbereich Bauingenieurwesen (Analysis of the long-term behavior of a sheet pile wall construction in an over-consolidated clay); Dissertation, Department of Civil Engineering; Carolo-Wilhelmina University of Technology; Braunschweig (2003)
15.
go back to reference Lichtblau, G., Herle, I., Karcher, C.: Scherfestigkeit gewachsener Böden in Tagebauseeböschungen (Shear strength of natural slopes), World Min. Surf. Undergr. 75(3), 170–174 (2023) Lichtblau, G., Herle, I., Karcher, C.: Scherfestigkeit gewachsener Böden in Tagebauseeböschungen (Shear strength of natural slopes), World Min. Surf. Undergr. 75(3), 170–174 (2023)
16.
go back to reference Hofrichter, M.: Zersetzung und Modifikation von Braunkohle durch Mikroorganismen unter besonderer Berücksichtigung des in den Rheinischen Revieren anstehenden Lithotyps A (Decomposition and modification of lignite by microorganisms with special consideration of the lithotype A occurring in the Rhenish mining districts); Chair of Environmental Biotechnology, Dresden University of Technology (unpublished) (2021) Hofrichter, M.: Zersetzung und Modifikation von Braunkohle durch Mikroorganismen unter besonderer Berücksichtigung des in den Rheinischen Revieren anstehenden Lithotyps A (Decomposition and modification of lignite by microorganisms with special consideration of the lithotype A occurring in the Rhenish mining districts); Chair of Environmental Biotechnology, Dresden University of Technology (unpublished) (2021)
17.
go back to reference Littke, R.: Langfristiges geochemisches und petrophysikalisches Verhalten von Braunkohle bei Entwässerung und Freilegung in einem Tagebau und spätere Wasserexposition in einem Tagebausee; vorläufige Ergebnisse (Long-term geochemical and petrophysical behavior of lignite during dewatering and exposure in an open pit mine and subsequent water exposure in an open pit lake; preliminary results), Chair of Geology, Geochemistry and Deposits of Petroleum and Coal, RWTH Aachen University (unpublished) (2023) Littke, R.: Langfristiges geochemisches und petrophysikalisches Verhalten von Braunkohle bei Entwässerung und Freilegung in einem Tagebau und spätere Wasserexposition in einem Tagebausee; vorläufige Ergebnisse (Long-term geochemical and petrophysical behavior of lignite during dewatering and exposure in an open pit mine and subsequent water exposure in an open pit lake; preliminary results), Chair of Geology, Geochemistry and Deposits of Petroleum and Coal, RWTH Aachen University (unpublished) (2023)
Metadata
Title
Future Residual Lakes in the Rhenish Lignite Mining Area - Geotechnical Challenges and Special Aspects
Author
Dieter Dahmen
Copyright Year
2025
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-71896-0_2

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