Feldanwendung - Reiche Zeche (Kristallin)

Als Demonstrationsprojekt für Entwicklung, Implementierung und Validierung des Instrumentariums soll in erster Linie das Forschungs- und Lehrbergwerk ”Reiche Zeche” dienen. Dabei wird auf Vorarbeiten aus dem Untertagelabor Mont Terri aufgebaut ¹ und es erfolgt zugleich eine Entwicklung für eine neue Wirtsgesteinsformation (Kristallin), mit dem Fokus auf die im URL verwendeten Monitoringkonzepte.

Für einen ausgewählten repräsentativen Teil des Grubengebäudes der Reichen Zeche (Abbildung 1) soll ein Digitaler Zwilling als Demonstrator erstellt werden. Dieser soll die typischen Funktionalitäten und Anwendungen eines Monitorings des Endlagersystems abbilden und vor allem geochemische, geomechanische, thermische sowie bewetterungsrelevante Prozesse abbilden. Dabei wird auf Daten folgender untertägiger Versuchsstände zurückgegriffen:

• BHMZ - Biohydrometallurgisches Zentrum für strategische Elemente: Datenbestände umfassen eine detaillierte Erkundung eines 30mx30m Gewinnungsblockes durch Geophysik, Bohrkernanalysen sowie Stoßbemusterung und dokumentierte Ergebnisse der mikrobiotechnologischen In-situ-Laugung von Indium und Germanium aus Langzeitversuchen.

• Real-Time Mining: Dieser Versuchsstand schließt sich räumlich an das BHMZ an und stellt einen Demonstrator zur sensorgestützten Materialcharakterisierung, Echtzeit-Aktualisierung des lokalen geologischen und geomechanischen Modells als Grundlage zur optimierten qualitätsgesteuerten Abbauplanung dar. Die Datenbestände umfassen detaillierte 3D-Scans des Gewinnungsblockes zu verschiedenen Zeitpunkten (vor und nach drei Testsprengungen), hochaufgelöste RGB- und Hyperspektralaufnahmen des sichtbaren Erzkörpers, Bohrkern- und Schlitzprobenanalysen kritischer Elemente sowie geochemische Sensordaten durch neuartige in-situ LIBS Sensorik.

• Testfeld für untertägige Robotik: Dieses Testfeld dient der Entwicklung von Methoden und prototypische Umsetzungen, die eine autonome exakte 3D-Kartierung und die weitere sensorische Erfassung von Geologie, Umgebungsbedingungen wie Luft- und Wasserqualität sowie Strahlung im Bergwerk durch mobile Roboter erlauben. Daten eines entsprechend präzise vermessenes Testfeld stehen als Referenz zur Verfügung.

• MineATES: Schwerpunkte des Versuchsstandes MineATES liegen zum einen auf Monitoring-Untersuchungen zu den thermischen, hydraulischen und hydrogeochemischen Auswirkungen von Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) im Bergwerk sowie auf der Bewertung der Beständigkeit der Wärmeübertrager-Technik als essenzielle Untertage-Übertage-Schnittstelle und wichtiges Bindeglied357 im Kontakt zu Grubenwässern. Hierzu werden technische Pilotskala-Versuche zur Ein- und Ausspeicherung der Wärme sowie zu ATES-Betriebsszenarien (Heiz- und Kühlzyklen) durchgeführt. Entsprechende thermische, hydraulische und hydrogeochemische Monitoringarten stehen zur Verfügung. Die Datenbasis wird durch zukünftige Versuchsreihen bis 2025 erweitert. Zum anderen werden adaptive numerische Modelltools zur Abbildung der Prozesse im Bergwerk und zur Identifikation optimaler Betriebsparameter entwickelt. Eine Schnittstelle zwischen dem Digitalen Zwilling und Modelltools soll innerhalb des Projektes VIRTUE entwickelt werden.

Aus Daten des während des Projektes VIRTUE durchgeführten kontinuierlich oder intervallartigen Monitorings (insbesondere Lasercan-Daten, Hyperspektraldaten, Wetter- und Temperaturdaten untertage) sind Datenbank und Modelle des digitalen Zwillings in regelmäßigen Abständen zu aktualisieren. Es sollen sowohl Analysen aus der historischen Datenbasis der Versuchsstände sowie Prognosen für geochemische und geomechanische Indikatoren von raumzeitlichen Prozessen möglich sein und demonstriert werden. Arbeitsschritte im AP5 sind die Erarbeitung einer Anforderungsspezifizierung an den Digitalen Zwilling, die Zusammenstellung vorhandener Daten, die Umsetzung des Erfassungskonzeptes verschiedener Daten, die Umsetzung der Datenübertragung in die Datenbank des Digitalen Zwilling, die Systemintegration sowie die Demonstration der Funktionalität in einem 3-monatigen Langzeitversuch.