Het saneren van mijnschachten in de gemeente Kerkrade.

Historische schachten

Historische schachten zijn voor 1850 ontstaan het zijn er naar schatting 59.

Echter, ze zijn nog niet allemaal gelokaliseerd. Stand juli 2023: van ca. 25 schachten is de locatie gevonden.

Bijzonderheden

• Men weet niet exact waar ze liggen. Er bestaat wel oud kaartmateriaal maar dit is bij benadering ingetekend. Dus er bestaat een grotere onzekerheid waar zo’n schacht precies ligt.
• Qua afmeting verschillen ze ook van industriële schachten; ze zijn meestal kleiner. Alles gebeurde handmatig; er werd met zeer eenvoudige middelen gegraven en getransporteerd. Er werd niet meer gedaan dan echt nodig was.
• Ze zijn 100 tot maximaal 120 meter diep. In die tijd was er geen techniek beschikbaar om de lucht onder in de schacht te verversen.
  Behalve dat er natuurlijke ventilatie was, werd boven in de schacht een constructie gebouwd waarop men vuur stookte, daardoor ontstond een trek waardoor de lucht beneden in de schacht geforceerd werd aangetrokken. Alles moest handmatig gedaan worden, dus zat men aan deze diepte vast. Meer ging niet.
  De schachten die rond Rolduc lagen werden ook op deze manier gemaakt, waarbij duidelijk vermeld moet worden dat de monniken daar niet zelf mee bezig waren, zij hadden alleen het eigendom van de terreinen.
  Dit soort schachten waren met een soort ladderconstructie toegankelijk die onderbroken werden door horizontale constructies (e.e.a. verliep in een zigzag vorm).
• Van industriële schachten is bekend hoe ze bij de sluiting van de mijnen “verlaten zijn” bijvoorbeeld door er een betonprop op te plaatsen. Dit is allemaal op kaarten vastgelegd. Bij historische schachten weet men dat eenvoudigweg niet. Er zijn varianten bekend – tot nu toe alleen buiten Kerkrade – waarbij ze de schacht slechts tot even boven de carboon-laag hebben afgesloten met een constructie van houten balken. Vanaf die diepte werd de schacht vervolgens dicht gestort.

Methode

Omdat men van historische schachten niet weet op welke manier ze zijn gevuld, heeft dit een gevolg voor de wijze van sanering. Er wordt geboord totdat de bodem van de schacht bereikt is. Het boren gaat in eerste instantie door los materiaal (opvullaag) totdat een hardere laag wordt bereikt (weerstand van de boor wordt groter). Dit is de bodem van de schacht.

Van daaruit wordt onder druk een speciaal soort cementmengsel naar links en rechts geïnjecteerd in de schacht. Dit gebeurt per halve meter. Een meetinstrument geeft aan hoe hard er gepompt moet worden om nog cementmengsel toe te kunnen voegen. Als de vorige laag droog is wordt de boor een halve meter omhooggetrokken en wordt er weer geïnjecteerd. Hoe dieper de schacht, hoe langer het duurt. Meestal ca. 4 tot 6 maanden.

Er zijn drie boringen nodig die verdeeld over de schacht geplaatst worden. Door deze betonconstructie kunnen de schachtwanden niet meer bewegen; het cement verbindt zich met het aanwezige materiaal in de schacht.

Een schacht wordt alleen verticaal gevuld en niet naar de zijkanten (de mijngangen in).

Als de schachtwand door ouderdom instabiel wordt, heeft dit een verschuiving van het maaiveld tot gevolg. Dit wil men voorkomen.

Als een horizontale gang inzakt, veroorzaakt dit slechts een relatief kleine del in het maaiveld. Dit heeft minder effect op de huizen die er eventueel staan. Een huis zal hierdoor nooit onherstelbaar beschadigd worden. Dit in tegenstelling tot de gevolgen van een schachtwand die weg kan breken.

Om het wegbreken van schachtwanden te voorkomen is besloten om deze te vullen met beton.

Onder het maaiveld bevinden zich leem-, zand- en kleilagen. Uiteindelijk komt men met boren op rots uit (het carboon).

Ligt een ingezakte gang op meer dan 20 meter onder de top van het carboon, dan heeft dit geen effect op het maaiveld. De kans dat men hiervan iets zou kunnen merken is klein.

Industriële Schachten

Industriële mijnschachten zijn na 1850 aangelegd (in Kerkrade ca. 15).

Deze schachten kunnen veel gemakkelijker gevonden worden omdat ze goed zijn ingemeten en in kaart gebracht.

Duurzaam veilig

Een aantal jaren geleden heeft toenmalig minister Kamp gevraagd of de schachten duurzaam veilig zijn. Met de kennis van 2023 kan men deze vraag niet met zekerheid beantwoorden.

De stukken die in de archieven teruggevonden werden, zijn met de kennis van vandaag bekeken. Men heeft beoordeeld of men bij het “verlaten” van een schacht anno 2023 op dezelfde manier te werk zou zijn gegaan en of hetgeen men in het verleden heeft gedaan goed genoeg was. Voor een aantal schachten is dit – met de kennis van vandaag – niet het geval.

 Aanvullende sanering

Dit heeft ertoe geleid dat er o.a. voor Schacht Willem II is besloten om deze aanvullend te saneren. De schacht heeft een diepte van 804 meter en een afmeting van 5,5 bij 4,3 meter. Op de 40 meter verdieping ligt een kleine gang die ook als afwaterkanaal naar de rivier de Worm diende. Deze gang ligt net in het rots materiaal van het Carboon. De eerste prop is tot op 50 meter diepte aangebracht tot een stukje onder de 40 meter verdieping. Met de kennis van 2023 is dit niet duurzaam veilig.

Dit hangt samen met het oppervlak waarmee de betonprop tegen de buitenwand hangt en de dikte van de prop zelf. Men nam aan dat de hele betonkolom zou blijven hangen omdat hij wrijving had met de wand eromheen EN naar twee kanten verankerd lag in een mijngang. Zolang de wrijving tussen betonprop en schachtwand hoog genoeg is, is er niks aan de hand. Wanneer de wrijving op enig moment echter zou afnemen, begint de betonkolom harder te duwen op de prop omdat de wand de betonkolom niet meer op zijn plaats houdt. Hypothetisch gezien zou de betonprop niet stevig genoeg kunnen zijn, breken, en naar beneden storten in het open schachtgedeelte.

Voor de aanvullende sanering is Schacht Willem II met een camera bekeken. Door de betonprop zit een peilbuis waarmee de waterstand gemeten kan worden. Door deze peilbuis heeft men een speciale camera laten zakken. In de wand – op 42 meter diepte - is een deel van een afgebroken liftkabel te zien. Op ca. 75 meter diepte zijn de balken te zien die destijds de lift op zijn plaats hielden. Op ca. 110 meter vanaf het maaiveld is de reflectie van de camera in het water te zien. Schacht Willem II is intact gebleken.

(zie voor foto’s van de camerabeelden de pagina van de gemeente Kerkrade : https://www.kerkrade.nl/sanering-schacht-willem-ii-domaniale-mijn )

Het verlengen van de bestaande betonprop

Zoals hierboven omschreven is de eerste prop tot op ca. 50 meter diepte aangebracht tot een stukje onder de 40 meter verdieping. Men kwam tot de conclusie dat de prop langer moest zijn. Om dit te bereiken moest er aan de onderkant van de bestaande prop “iets tegenaan geplakt worden”. Daardoor krijgt men een andere verhouding van het gewicht van de prop ten opzichte van de wrijving met de wand. Als de prop langer gemaakt wordt, ontstaat er dus een andere verhouding tussen het aantal m² waar de prop tegen de schachtwand wrijft en het gewicht van de prop. Door deze verhouding kan de prop nergens meer naar toe.

De uitdaging

De uitdaging hierbij was om een manier te vinden hoe men aan de onderkant van de bestaande prop als het ware een nieuwe prop kon plakken. Op zich kun je beton wel tegen een andere betonlaag “plakken”, maar hoe ga je te werk? De ruimte onder de bestaande betonprop is immers leeg en diep daaronder staat het mijnwater. Men vond de oplossing in Duitsland. Een enigszins experimentele methode, waarbij op het wateroppervlak drijvend materiaal wordt aangebracht. Op dit drijvende materiaal is men beton gaan storten. In Kerkrade wilde men deze methode ook toepassen voor de mijnschachten. Het was in eerste instantie nog onzeker welk drijvend materiaal gebruikt zou worden, omdat het boorgat waardoor het materiaal gestort moest worden maar een beperkte afmeting had. Men kon zich geen verstoppingen veroorloven. Hierover is lang nagedacht om tot een goede oplossing te komen. De oplossing werd gevonden in het zogenaamde “Schaumglas”. Dit is een soort recycle glas waar veel lucht ingeblazen wordt. Dit materiaal drijft op water. In sommige Duitse steenkoolmijnen is ander materiaal gebruikt dan dit “Schaumglas”.  Belangrijk voor deze keuze was, om een materiaal te vinden dat ook door het boorgat paste.

De methode

Op de drijflaag van “Schaumglas” werd vervolgens een dunne laag beton aangebracht. Na droging werd de volgende laag aangebracht, die dan ook weer moest drogen. In de tussentijd moest men meerdere malen peilen of de laag niet zou doorzakken en verdwijnen in het mijnwater. Na een aantal betonlagen kwam men uiteindelijk uit aan de onderkant van de bestaande betonprop. De kwaliteit van het beton is in de loop van het hele proces enigszins aangepast. De beste kwaliteit beton zit onderaan. Mindere kwaliteit beton is bovenaan gebruikt, dit is verder geen probleem. Hiermee voldoet de vulling van deze schachten aan de huidige stand van de techniek.

De oude peilbuis die in de oude betonprop geboord was om de waterstand te meten is komen te vervallen. Nadat de schacht geheel gevuld was, is een nieuwe peilbuis geplaatst die reikt tot iets onder de huidige (juli 2023) waterstand; dit is ca. 110 meter onder het maaiveld.

De boring heeft lang geduurd. Er is met een boor van 250 mm. geboord en daarbij moest men regelmatig niet alleen door beton maar ook door staal boren. Het vermoeden is dat delen van liftkabels zijn achtergebleven in het schachtgat. Een betonboor gaat niet door staal. Daarom moest er regelmatig van boor gewisseld worden. Waar men dacht met 1 week klaar te zijn heeft het uiteindelijk 1 maand geduurd. Alles is prima verlopen, wat tegenviel was de boring door de oude betonprop.

Bij Schacht Willem I en bij de buizenschacht die beiden nog gevuld moeten worden speelt deze vraag ook. Op tekeningen is te zien dat er door staal heen geboord moet worden op het einde van de prop. Hier ligt een soort plateau van spoorstaven. Punt is nu om een passende firma te vinden die hiermee aan de slag kan zodat de projectleiding dit verder kan uitwerken.

Is schuin boren een optie om het probleem van het staalplateau te kunnen omzeilen?

Een optimale boormethode is die onder 90 graden, zo kun je optimaal druk zetten. Hoe schuiner je gaat boren des te minder kracht je kunt zetten. De boor zou dan bij de gemetselde schachtwand c.q. betonwand onder een hoek aankomen. Men verwacht dat de boor op dat punt zal vastlopen. Bovendien moet je op het maaiveld plaats genoeg hebben om onder een hoek te kunnen boren. Op dit moment denkt men niet dat dit een oplossing zou kunnen zijn.

Totdat een firma gevonden wordt die met de staal plateaus in Schacht Willem I en de buizenschacht aan de slag kan, overweegt men om verder te gaan met de sanering van schacht Beerenbosch I, inclusief de historische schacht die daar nog naast ligt.

Behalve deze twee schachten ligt er ook nog de Beerenbosch II. Op het terrein van Beerenbosch II staat nu het waarschuwingsbord van de Eschweiler Bergwerks Verein (EBV). In 1994 is hier gestopt met pompen. Deze schacht is al gesaneerd, hier wordt verder niks meer aan gedaan. De enige reden waarom de schacht in deze vorm wordt gehandhaafd is dat de mogelijkheid opengehouden moet worden om opnieuw te kunnen starten met pompen, als het onverhoopt zover mocht komen. Dit is de enige reden waarom de schacht in deze vorm en omheind zo gehandhaafd wordt. Het is echter onwaarschijnlijk dat men op een gegeven moment het pompen zou moeten hervatten, gelet op de kosten en de milieubelasting door het mijnwater dat op oppervlaktewater geloosd moet worden. Pompen is ook niet realistisch omdat je dan tot in lengte van dagen zou moeten blijven pompen. Het water is geen drinkwater, maar sterk vervuild mijnwater. Dat moet gereinigd worden voordat het kan worden afgevoerd. Dit is in het verleden allemaal becijferd.

Mijnwaterstand t.o.v. NAP en het maaiveld

De opwaartse druk van mijnwater heeft invloed op het maaiveld; dit komt omhoog.

In Kerkrade is mijnwater opgepompt tot 1994. Na het sluiten van steenkolenmijn Maurits in 1967 bijv., is men begin 1970^er jaren gestopt met pompen. Met andere woorden dit water stijgt nu al ruim 50 jaar. In Kerkrade stond het mijnwater in 2023 op ca. 58m boven NAP, stel dit is nu 65m boven NAP, dan is het goed om te weten dat het maaiveld van het plateau van Kerkrade op + 160 meter boven NAP ligt.

Het model zoals dat opgesteld is in het onderzoek van 2016 om te kunnen voorspellen hoever het mijnwater zal stijgen, geeft aan dat men verwacht dat het mijnwater in de regio Kerkrade gaat stijgen tot 80m boven NAP. De rivier de Worm ligt dieper dan het plateau van Kerkrade. De ligging van de Worm is theoretisch gezien het maximale niveau waarop het mijnwater zal stijgen in onze regio, want het mijnwater zal dan van onderuit in de Worm stromen waarna het zal worden afgevoerd. Dus boven de 80 meter NAP (= 80 meter onder het maaiveld) zal het mijnwater met het huidige inzicht niet komen.

Vanaf 40 meter onder maaiveld begint in Kerkrade het carboon. Dit houdt in dat met name de gangen van historische schachten met een diepte van 40 tot 80 meter niet onder water komen te staan.

Hierin vormt Kerkrade vanwege zijn hoge ligging en vanwege het feit dat hier zo relatief dicht onder de oppervlakte kolen werden gedolven een uitzondering ten opzichte van de mijnen in andere steden.

De Feldbiss breuk

Uit satellietbeelden blijkt dat de gehele mijnstreek in Limburg iets omhoogkomt. Langs de grote breuklijnen zoals de Feldbiss komt het maaiveld aan de ene zijde van de breuk meer omhoog dan aan de andere zijde. In de regel genomen hoeft dit geen groot probleem te zijn. Maar er is aangegeven dat het goed zou zijn om op de grensgebieden op te volgen wat er boven het maaiveld gebeurt; of er iets zichtbaar is aan het maaiveld. Het gaat hierbij om millimeters per jaar. Naar verloop van jaren kan dit dus een effect hebben.

Uniek

Het werk dat binnen onze gemeente gedaan wordt om mijnschachten te saneren is uniek, het is een soort pionierswerk, waarbij elk vraagstuk in overleg met o.a. IHS Aken moet worden opgelost.

Aan dit artikel kunnen geen rechten worden ontleend.