DD205947A1

DD205947A1 - Verfahren zur herstellung von vertikalen wasserfassungsanlagen im lockergestein

Info

Publication number: DD205947A1
Application number: DD81235304A
Authority: DD
Inventors: Andreas Wolf; Hans-Ludwig Dingler; Peter Morgner; Axel Eckart; Klaus Folkens
Original assignee: Andreas Wolf; Dingler Hans Ludwig; Peter Morgner; Axel Eckart; Klaus Folkens
Priority date: 1981-12-02
Filing date: 1981-12-02
Publication date: 1984-01-11

Abstract

ER SOLL DIE SICH BEI DER HERSTELLUNG EINER WASSERFASSUNGSANLAGE UNTER ANWENDUNG BEKANNTER BOHRVERFAHREN AN DER BOHRLOCHWAND BILDENDE FILTERKRUSTE BZW. VERDICHTETE ZONE BESEITIGT WERDEN. AUFGABE DER ERFINDUNG IST ES, EIN VERFAHREN ZUR ANWENDUNG ZU BRINGEN, DAS DIE IM SPUEHLBOHRVERFAHREN ENTSTEHENDE FILTERKRUSTE AN DER BOHRLOCHWAND BZW. DIE IM TROCKENBOHRVERFAHREN ENTSTEHENDE VERDICHTETE ZONE AUFGELOCKERT UND BESEITIGT.DIE AUFGABE WIRD GELOEST, INDEM ZWISCHEN DEM AUSBAUMATERIAL UND DER BOHRLOCHWAND EIN NICHTVERFUELLTER RINGRAUM VERBLEIBT UND DIE BOHRLOCHWAND WIRKENDEN STUETZKRAEFTE BESEITIGT, WOBEI EIN ZIELGERICHTETES ZUBRUCHGEHEN DER BOHRLOCHWAND ERFOLGT. DIE ERFINDUNG IST UEBERALL DORT VORTEILHAFT ANWENDBAR, WO TIEFE WASSERFASSUNGSANLAGEN ZUR GEWINNUNG ODER BEOBACHTUNG VON GRUNDWASSER IM BERGBAU, IN DER WASSERWIRTSCHAFT UND IM BAUWESEN ERFORDERLICH SIND.ES SOLL DIE SICH BEI DER HERSTELLUNG EINER WASSERFASSUNGSANLAGE UNTER ANWENDUNG BEKANNTER BOHRVERFAHREN AN DER BOHRLOCHWAND BILDENDE FILTERKRUSTE BZW. VERDICHTETE ZONE BESEITIGWERDEN. AUFGABE DER ERFINDUNG IST ES, EIN VERFAHREN ZUR ANWENDUNG ZU BRINGEN, DAS DIE IM SPUEHLBOHRVERFAHREN ENTSTEHENDE FILTERKRUSTE AN DER BOHRLOCHWAND BZW. DIE IM TROCKENBOHRVERFAHREN ENTSTEHENDE VERDICHTETE ZONE AUFLOCKERT UND BESEITIGT. DIE AUFGABE WIRD GELOEST, INDEM ZWISCHEN DEM AUSBAUMATERIAL UND DER BOHRLOCHWAND EIN NICHTVERFUELLTER RINGRAUMVERBLEIBT UND DIE AUF DIE BOHRLOCHWAND WIRKENDEN STUETZKRAEFTE BESEITIGT, WOBEI EIN ZIELGERICHTETES ZUBRUCHGEHEN DER BOHRLOCHWAND ERFOLGT.DIE ERFINDUNG IST UEBERALL DORT VORTEILHAFT ANWENDBAR, WO TIEFE WASSERFASSUNGSANLAGE ZUR GEWINNUNG ODER BEOBACHTUNG VON GRUNDWASSER IM BERGBAU, INDER WASSERWIRTSCHAFT UND IM BAUWESEN ERFORDERLICH SIND.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur Hers-feellung von vertikalen Wasserfassungs anlagen im Lockergestein

Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vertikaler Wasserfasstmgsanlagen im Lockergestein mit bekannten Bohrverfahren j bei denen sich verfahrensbedingt eine Pilterkmste durch die Ablagerung von Peststoff teilchen oder eine verdichtete Zone an der Bohrlochwand bildet. Die Erfindung wird vorteilhaft dort angewendet, wo tiefe Wasserfassungsanlagen zur Grundwassergewinnung oder Grundwasserabsenkung, insbesondere im Bergbau, in der Wasserwirtschaft and im Bauwesen notwendig sind.

Charakteristik_tder bekannten technischen Lösungen

Bei der Herstellung von Bohrungen im Trockenbohrverfahren entsteht durch die vertikale und oszillierende Bewegung der Futterrohrtouren im unmittelbaren Eontaktbereioh zwischen diesen und den durchbohrten Gebirgsschichten eine verdichtete Zone,

Bei der Herstellung von Bohrungen im Spulbohrverfahren entsteht infolge der Infiltration der Spülflüssigkeit ins Gebirge, hervorgerufen durch den im Bohrloch herrschenden hydrostatischen überdruck, eine Pilterkruste an der Bohrlochwand (aus "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof, Dr, Strzodka, 1, Auflage 1975, S. 10? ff,),

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Sowohl die Pilterkruste als auch die verdichtete Zone wirken gegenüber dem der Bohrung zuströmenden Grundwasser abdichtend und setzen die Leistungsfähigkeit der aus diesen Bohrungen hergestellten Wasserfässungsanlagen herab. Bei PiIterbrunnen z, B, für die Entwässerung von Braunkohlentagebauen fuhrt dies dazu, daß infolge großer Piltrationswiderstände sehr hohe Eestwasserstände im Grundwasserleiter verbleiben und dadurch beabsichtigte Entwässerungseffekte nicht bzw, nur zum Teil erreicht werden« In DS-EB 15 33 641 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels Bürsten, Kratzen oder Schaben die Pilterkruste bei im Spülbohrverfahren hergestellten Bohrungen mechanisch beseitigt wird. Die Anwendung dieses Verfahrens ist hier nicht sinnvoll, da die Pilterkruste bis zur endgültigen Pertigstellung der Wasserfassungsanlage für die Standfestigkeit der unverrohrten Bohrlochwandung notwendig ist. Bei im Trockenbohrverfahren hergestellten Bohrungen ist eine mechanische Bearbeitung der Bohrlochwand nicht möglich. In "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof, Dr, Strzodka, 1. Auflage 1975, 3. 64, wird ein Verfahren beschrieben, wo in die fertiggestellte Bohrung, die mit Hilfe eines Spülbohrverfahrens abgeteuft wurde, während des Verkiesungsvorganges oder vor der Inbetriebnahme der Wasserfassungsanlage ein Koagulationsmittel, wie z, B, Sisen-III-chlorid oder Hatriumpvr οphosphat, eingeleitet wird. Durch die Koagulationsmittel wird die innere Bindung der Peststoff teilchen- infolge Aufhebung oder Umkehrung der Oberflächenspannung gestört* Bei der sich anschließenden Wasserförderung sollen die Peststoffteilchen in das Innere der Wasserfassungsanlage gelangen und von dort entfernt werden. In der Praxis hat sich hierbei als nachteilig erwiesen,, daß die Peststoffteilchen nicht durch den PiIterbereich des Sntwässerungselementes abgepumpt werden konnten, . ' Eine Zugabe von Koagulationsmitteln während des Bohrpro— zesses in die Spülung führt erfahrungsgemäß zu nicht beherrschbaren Spülungsverlusten durch Spülungsabgänge in das anstehende G-ebirge. Dadurch kann der verfahrensbedingt notwendige hydrostatische überdruck nicht aufrechterhalten werden und einen unbeabsichtigten vorzeitigen Zusammen-

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der im Spülbohrverfahren herzustellenden Bohrung zur Folge nahen.

Fach "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof. IDr, Strzodka, 1· Auflage 1975, S, 61 ist weiterhin bekannt, bei Filterbrunnen unmittelbar nach deren Herstellung eine sogenannte Brunnenintensivbehandlung vorzunehmen* Dabei wird mittels Spülflüssigkeit oder Druckluft in bestimmten Brunnenabschnitten der Filterbereich so bearbeitet, daß verstopfend wirkende Feststoffteile in der Filterkiespackung bzw. -schüttung ausgespült werden sollen. Der Abbau der Filterkruste bzw, eine Auflockerung der verdichteten Zone ist jedoch erfahrungsgemäß mit den bekannten Methoden nicht möglich.

Fach DD-EE 147 264 und DD-EB 147 265 wird bei der Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen mit Hilfe eines Spülbohrverfahrens der Spülflüssigkeit Stärke oder Kalziumkarbonat zugegeben mit dem Ziel, während des Bildungsvorganges der Filterkruste an der Bohrlochwand diese Zusatzstoffe mit in der Filterkruste einzulagern, Fach Fertigstellung der Wasserfassungsanlage wird durch Zugabe von Enzymen oder Salzsäure der in der Filterkruste eingelagerte Zusatzstoff auf biochemischem bzw, chemischen Wege in leicht wasserlösliche und gasförmige Verbindungen umgewandelt. Dadurch erhöht sich die Permeabilität der Filterkruste. Nachteilig wirkt sich der hohe materielle Aufwand zur Eealisierung dieser Verfahren aus. Bei allen bisher beschriebenen Verfahren sind keine wesentlichen Unterschiede der Konstruktion vertikaler Wasserfassungsanlagen zu erkennen, die einen Abbau der Filterkruste bzw, eine Auflockerung der verdichteten Zone bewirken.

Zur Verhinderung von Erosions- und Zolmationsvorgängen wird die Dimensionierung des Filtermaterials ausschließlich so vorgenommen, daß eine Abstimmung hinsichtlich Korngrößen, Schlitzweiten u, dgl, des Filtermaterials auf die umgebende Filterkiespackung bzw. -schüttung und eine Abstimmung dieser auf das anstehende Gebirge entsprechend den bekannten Gesetzmäßigkeiten der Filtration vorgenommen wird. Bei Verwendung von Ei. esbe lagfiltern oder stützkörperlosen Filtermaterialien nach DD-EJ3 11? 510

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werden diese als zusätzliche Filterkiespackung bzw, -schüttung, vergleichbar mit einer Mehrstufenkiespackung, betrachtet«

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, unter Anwendung bekannter Bohrverfahren und bei niedrigstem Aufwand vertikale Wasserfassungsanlagen im lockergebirge herzustellen, die sofort bei der Inbetriebnahme die maximal mögliche Förderfähigkeit gewährleisten und diese über einen längeren Zeitraum als bisher beibehalten♦ Zugleich soll die Anwendung der erfindungsgemäßen lösung eine erhebliche Einsparung bisher erforderlichen Materials in Form von Filterkies ermöglichen, Daraus resultiert eine entsprechende Heduzierung bisher notwendiger Transport- und Hilfsleistungen«

Darlegung _des _Lösungsweges

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, bei dessen Anwendung die bei im Spülbohrverfahren entstehende Filterkruste an der Bohrlochwand beseitigt bzw» die bei im Tr.ocken-bohrverfahren entstehende verdichtete Zone aufgelockert und beseitigt und damit, eine Erhöhung der Permeabilität erreicht werden kann« Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem zwischen dem Ausbaumaterial und der Bohrlochwand ein nichtverfüllter Eingraum verbleibt, der durch wahlweise Anordnung von einem oder mehreren Abdichtelementen in mehrere Abschnitte unterteilt wird, Fach Einbringen des Ausbaumaterials und der Abdichtelemente in"die Bohrung werden die auf die Bohrlochwand wirkenden Stützkräfte beseitigt und ein zielgerichtetes Zubruchgehen der Bohrlochwand eingeleitet« Bei im.Trockenhohrverfahren- hergestellten Wasserfassungsanlagen erfolgt dies durch das Bergen der das Gebirge stützenden Futterrohrtouren* Bei im Spülbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen wird'die stützende Wirkung der Spülflüssigkeit auf die Bohrlochwand durch die Beseitigung des hydrostatischen Überdruckes infolge des

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Ausgleiches des Wasserspiegels im.obersten Grundwasserleiter und im Innenraum der fertiggestellten Wassergas— sungsanlage aufgehoben·

Zur Sicherung der Tagesoberfläche in unmittelbarer Umgebung der Wasserfassungsanlage gegen Zubruch.geh.en wird der Eingraumabschnitt vom obersten Äbdiohtelement bis sur Tagesoberfläche verfüllt·

Durch die Aufteilung des verbleibenden, nichtverfüllten Ringraumes in mehrere Teilabschnitte wird erreicht, daß sich das nachbrechende Gebirgsmaterial horizontbezogen in den jeweiligen Hingraumabschnitten sammelt und keine größeren Hohlräume gebildet werden· Durch die Beseitigung der auf die Bohrlochwand stützend wirkenden Kräfte wird erreicht, daß vor allem im Bereich grundwasserführender Gebirgsschichten eine Zerstörung der Filterkruste und ' eine Auflockerung der anstehenden Gebirgsschichten bzw· eine Auflockerung der beim Trockenbohrverfahren entstehenden verdichteten Zone erzielt wird.. Durch nachbrechendes Gebirgsmaterial und/oder durch Materialien der Filterkruste werden die Ringraumabschnitte weitgehend verfüllt· Wesentlich ist, daß die verwendeten Brunnenausbaumaterialien die notwendigen mechanischen Eigenschaften besitzen und die hydraulischen Eigenschaften des BrunnenausbauisateriaIs grundsätzlich auf die umgebenden Gebirgsschichten abgestimmt werden müssen* Dies betrifft insbesondere die Form und Größe der Wassereintritt so" ff nungen und die Ringraumgröße« Damit werden Erosionserscheinungen im anliegenden Gebirge ausgeschlossen und die Fassage von Bestandteilen der abgebauten Pilterkruste durch das Brunnenausbaumaterial in das Brunneninnere ermöglicht·

5« AusfiibrungsbeisOiel

Fachstehend soll die Erfindung an einem Ausilihrungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig* 1 Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spulbohrverfahren mit nicht verfülltem Singraum,

Pig. 2 Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Tr ocken-Spülb ohrverfahren in der Betriebsphase»

lach Erreichen der Sndteufe bei der Herstellung der Bohrung und dein Ausbau der Bohrwerkzeuge usw. wird in die mit Spülung angefüllte Bohrung der Brunnenausbau 5 und die Abdichtelemente 6 eingebaut»

Die GrS-Se'des zu verfallenden oberen Ringraumes 8 und die Anzahl der nicht verfüllten Ringrausabschnitte 14 bzw. die Anzahl der Abdichtelemente 6 wird durch den Gebirgsaufbau und die Art des anstehenden Gebirges 3 so festgelegt, daß ein Zubruchgehen der Tagesoberfläche In der unmittelbaren"Umgebung der Wasserfassungsanlage ausgeschlossen ist.

An das Yerfüllmaterial für den zu verfüllenden oberen' Singraum 8 werden keine besonderen Ansprüche gestellt,' Es handelt sich hierbei vorzugsweise um Kies oder Sand. Die dargestellten Abdichtelemente 6 bestehen aus umgestülpten flexiblen Manschetten, die sich beim Zubruchgehen der Bohrlochwand aufweiten und den Hingraus 14 ständig sicher verschließen. Eine Abdichtung des Ringraumes 14 mit Hilfe bekannter aufblasbarer oder z* B, mechanisch verspannbarer Packerkonstruktionen ist ebenfalls möglich*

Die Abdichtelemente 6 müssen so gestaltet sein, daß der verbleibende Hingraum 14 vollständig abgeschlossen wird und die eingefüllten bzw* die durch die Zerstörung der Filterkruste 7 und die Auflockerung der umgebenden Erdschichten anfallenden Bodenmassen 10 sicher getragen werden können.

Die Abdichtelemente β bewirken gleichzeitig eine Zentrierung des Brunnenausbaues 5 in der Bohrung« Beim Einbringen des Brunnenausbaues 5 und der Abdichtelemente 6 kommt.es je nach Bauart der Abdichtelemente· 6 zu einer teilweisen oder auf den Umfang bezogenen vollständigen Berührung der Abdichtelemente 6 mit der Bohrlochwand _s Der vom untersten Abdichtelement 6 abgelöste oder abgeschabte Teil der Filterkruste 7 sinkt ins Bohrlochtiefste und lagert sich in einem eigens dafür geschaffenen

Bohrlochabschnitt 9 ab. Der durch die über dem untersten Abdiohteleinent 6 angeordneten Abdichtelemente 6 gelöste Teil der FiIterlernste 7 verbleibt innerhalb der Singraumabschnitte 14 und trägt hier in dem Maße zur Neubildung einer Filterkruste 7 bei, nie diese beim Sinbauvorgang des Brunnenausbaues 5 und der Abdichteleinente 6 beseitigt wurde. Der Rest des gelösten'Materi3ls 10 setzt sioh auf den Abdichtelementen β ab bzw. wird durch die Filteröffnungen ins Innere der Wasserfassungsanlage transportiert. Tor der Hutzung der Wasserfassungsanlage werden, wie allgemein üblich, die in das Innere gespülten Srdstoffmassen mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen entfernt.

Durch das Ziehen der Futterrohrtouren 1 und 2 und durch den Ausgleich der Wasserspiegel im Brunneninnenraum und im angrenzenden Gebirge 3 werden die auf die Bohrlochwand wirkenden Stützkräfte beseitigt und ein zielgerichtetes Jüachbrechen der Bohrlochwand bei gleichzeitiger vollständiger Zerstörung der Filterkruste 7 und eine Auflockerung der verdichteten-Zone 13 erreicht* Ein gezieltes, horizontbezogenes ITachbrechen der Bohrlochwand wird unterstützt, indem gleichzeitig eine Wasserförderung aus der Wasserfassungsanlage durchgeführt wird, wobei eine für diesen Vorgang geeignete Fördervorrichtung kontinuierlich vom Brunnentiefsten nach Übertage aufwärts bewegt wird, Feben dem. Abbau der Filterkruste bzw. Auflockerung der verdichteten Zone 13 findet eine Reinigung der Filterzone und des brunnennahen Bereiches statt.

Claims

235304 1 β

Pa t entansgruoh:

1. Verfahren zur Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen im Lockergestein, bei dem eine Beseitigung der im Spülbohrverfahren entstehenden Filterkruste (7) bzw. bei Anwendung des Trockenbohrverfahrens entstehenden verdichteten Zone (13) erfolgt, dadurch gekennzeichnet,, daß nach Einbringen des Brunnenausbaues (5) infolge des Wegfalls der stützenden Kräfte des hydrostatischen Überdruckes der Spülflüssigkeit bzw. von Futterrohrtouren (1), (2) ein Zusammenbruch der Bohrlochwand und eine Zerstörung der Filterkruste (7) bzw, eine Auflockerung der verdichteten Zone (13) eintritt, wobei sich der Singraum in ein oder mehrere nicht verfüllte Singraumabschnitte (14) aufteilt und sich eine horizontbezogene Ablagetung der nachbreehenden Gebirgspässen (10) im nicht verfüllten Singraum (14) vollzieht,
2. Verfahren zur Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen im locker gestein nach ?unJct 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Tagesoberflache angrenzende Ringraumabschnitt (8) von übertage aus verfüllt ist.
3. Verfahren zur Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen im lockergestein nach " Punkt 1 ? dadurch gekennzeichnet, daß sich im !Tiefsten der Wasserfassungsanlage ein gesonderter Singraumabschnitt (9) zur Aufnahme gelöster Gebirgsmassen befindet.

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