Der Feldversuch Mehrum: Große Kohlebrände in kleinem Stil
Kohlebrände: eine weltweite Problematik
Kohlebrände sind weltweit ein großes wirtschaftliches und ökologisches Problem für die Kohleindustrie. Auch in Deutschland brennen etliche Abraumhalden und Kohlelager des Kohlebergbaus, manche seit Jahrzehnten. Kohlenbrände sind eine der Hauptquellen für ungewollte Methan- und Kohlendioxidemissionen. Mehrere hundert Grad heiße Schwelbrände produzieren Schadstoffe, giftige Gase und klimaschädliches Kohlendioxid. Darüber hinaus stellen Kohlenbrände eine gravierende Gefahr für Menschen und Umwelt dar. Sie treten vor allem in oberflächennahen Lagerstätten auf. Initiiert werden sie durch Selbstentzündung oder durch zumeist unbeabsichtigte Fremdzündung.
Ziele des Versuchs
Im Bereich der Kohleabbaugebiete Wuda und Rujigou (Innere Mongolei, China) soll getestet werden, ob durch Salzwasserinjektion ein effektives Löschen eines untertägigen Brandes möglich ist. Im Hafen des Kohlekraftwerkes Mehrum (ca. 25 km südöstlich von Hannover) mit seinem Kohlelager (Abb. 1) wird ein Vergleichsversuch durchgeführt, um die Wirksamkeit des Salzwassereinsatzes zu testen. Neben der Zielsetzung, die Wirkung von Löschaktionen mit Salz- und Süßwassereinsatz zu vergleichen, dient der Versuch der Verifizierung und Validierung von numerischen Berechnungscodes. Nur mit verifizierten und validierten Berechnungsprogrammen ist eine Übertragbarkeit der Beobachtungsergebnisse auf großskalige Feuerbekämpfungsszenarien möglich. Die Verifizierung und Validierung erfolgt durch Vergleich der im Versuch gemessenen Daten mit den numerisch berechneten. Für diese Aufgabenstellung werden von allen Materialien spezielle gesteinsphysikalische Parameter bestimmt (Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität, Porosität, Dichte), um den numerischen Rechnungen die korrekten Randbedingungen liefern zu können.
Abb.2: Schematischer Aufbau des Feldversuchs (grün = Leitfähigkeitssensoren, hellblau = Röhrchen zur Gasentnahme, rot = Heizquelle, gelb = Temperaturfühler, dunkelblau = Luftzufuhr)
Der allgemeine Versuchsaufbau
Der Versuch wird als Vergleichstest parallel an zwei Kohleschüttungen von ca. 1 m3 Volumen durchgeführt. Die Teststände sind mit einer Überdachung versehen, um einen gewissen Schutz gegen das Wetter zu erreichen. Zuunterst ist eine hydraulisch gut leitende Schicht mit Grobkies (Korngröße ca. 20 mm ± 5 mm) eingebaut. In dieser Grobkiesschicht ist ein spezielles Ventilationssystem eingelassen. Dadurch soll die einströmende Luft über dem Querschnitt der Schüttung gleichmäßig verteilt werden. Die genaue Menge an zugeführter Luft wird dabei durch hochauflösende Volumenstrommessgeräte erfasst. Darüber liegt die eigentliche Kohleschüttung von rund 1 m³ Volumen. Die Heizquelle ist dabei zentral im unteren Viertel der Schüttung angeordnet. Innerhalb der Schüttung ist auf Grundlage erster numerischer Abschätzungsrechnungen die weitere Sensorik eingebaut (Temperaturfühler, Zuleitungen für Gasproben, Elektroden für elektrische Messungen). Über der Kohleschüttung ist eine 10-15 cm mächtige Schicht aus Abdeckmaterial (Mittel- bis Feinsand) aufgebracht, über die später dann die Löschung mit Salzwasser erfolgt.