DD222914A1

DD222914A1 - METHOD FOR PRODUCING VERTICAL WATER CONTAINMENT PLANTS IN LAX

Info

Publication number: DD222914A1
Application number: DD83255896A
Authority: DD
Inventors: Andreas Wolf; Hans-Ludwig Dingler; Axel Eckart; Peter Morgner
Original assignee: Welzow Braunkohle Schachtbau
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1983-10-24
Publication date: 1985-05-29
Also published as: DD222914C2

Abstract

Es 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 Spuelbohrverfahren entstehende Filterkruste an der Bohrlochwand bzw. die im Trockenbohrverfahren entstehende verdichtete Zone auflockert und beseitigt. Die Aufgabe wird geloest, indem zwischen der Filterrohrsaeule und der Bohrlochwand ein nichtverfuellter Ringraum verbleibt. Durch abschnittsweises Erzeugen einer starken Stroemung aus dem Gebirge heraus in Richtung Filterrohrsaeule wird gezielt von unten nach oben ein Zubruchgehen der Bohrlochwand und damit eine Zerstoerung der Filterkruste eine Auflockerung der nahen Gebirgszone und eine restlose Verfuellung des Ringraumes mit anstehendem Gebirgsmaterial erreicht. 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.It should be eliminated in the production of a water detection system using known drilling methods on the borehole wall forming filter crust or compressed zone. The object of the invention is to bring a method for use, which loosens and eliminates the resulting in Spuelbohrverfahren filter crust on the borehole wall or resulting in the dry boring process compressed zone. The task is solved by leaving a non-filled annulus between the filter tube column and the borehole wall. By sectioning a strong flow from the mountains out in the direction Filterrohrsaeule targeted from bottom to top is a dropping of the borehole wall and thus destruction of the filter crust loosening of the nearby mountain zone and a complete filling of the annulus with pending rock material achieved. The invention is advantageously applicable everywhere, where deep water collection systems are required for the extraction or observation of groundwater in mining, water management and construction.

Description

Title of the invention

Verfahren zur Herstellung vertikaler Wasserfassungsanlagen im LockergesteinMethod for producing vertical water collection systems in loose rock

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vertikaler Wasserfassungsanlagen im Lockergestein mit bekannten Bohrverfahren, bei denen sioh verfahrensbedingt eine Filterkruste durch die Ablagerung von Feststoffteilchen 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 und im Bauwesen notwendig sind.The invention relates to a method for producing vertical water collection systems in loose rock with known drilling methods, in which sioh process-related forms a filter crust by the deposition of solid particles or a compressed zone of the borehole wall. The invention is advantageously used where deep water collection systems for groundwater extraction or groundwater lowering, especially in mining, water management and construction are necessary.

Characteristic of the known technical solutions

Bei der Herstellung von Bohrungen im Trockenbohrverfahren entsteht durch die vertikale und oszillierende Bewegung der Futterrohrtouren im unmittelbaren Kontaktbereich zwischen diesen und den durchbohrten Gebirge schichten eine verdichtete Zone. .In the production of drill holes in the dry drilling process created by the vertical and oscillating movement of the feed pipe tours in the immediate contact area between these and the drilled mountain layers a densified zone. ,

Bei der Herstellung von Bohrungen im Spülbohrverfahren entsteht infolge der Infiltration der Spülflüssigkeit ins Gebirge, hervorgerufen durch den im Bohrloch herrschenden hydrostatischen Überdruck, eine Filterkruste an der Bohrlochwand (aus "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen" , Prof. Dr. Strzodka, 1. Auflage 1975, S. 107 ff.).In the production of bores in Spülbohrverfahren results from the infiltration of the washing liquid into the mountains, caused by the prevailing hydrostatic overpressure in the borehole, a filter crust on the borehole wall (from "Hydrotechnology in mining and construction", Prof. Dr. Strzodka, 1st edition 1975 , P. 107 ff.).

Sowohl die Filterkruste als auch die verdichtete Zone wirken gegenüber dem der Bohrung zuströmenden Grundwasser abdichtend und setzen die Leistungsfähigkeit der aus diesen Bohrungen hergestellten Wasserfassungsanlagen herab. Bei Filterbrunnen ζ. Β· für die Entwässerung von Braunkohlentagebauen führt dies dazu, daß infolge großer Filtrationswiderstände sehr hohe Restwasserstände im Grundwasserleiter verbleiben und dadurch beabsichtigte Entwässerungseffekte nicht bzw. nur zum Teil erreicht werden.Both the filter crust and the compacted zone have a sealing effect on the groundwater entering the well and reduce the efficiency of the water collection systems produced from these wells. For filter wells ζ. Für · For the drainage of lignite opencast mines this leads to very high residual water levels in the aquifer due to the large filtration resistances and thus the intended dewatering effects are not or only partially achieved.

In DE-EB 15 33 6*H wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels Bürsten, Kratzen oder Schaben die Filterkruste bei im Spülbohrverfahren hergestellten Bohrungen mechanisch beseitigt wird. Die Anwendung dieses Verfahrens ist hier nicht sinnvoll, da die Filterkruste bis zur endgültigen Fertigstellung der Wasserfassungsanlage für die Standfestigkeit der unverrohrten Bohrlochwandung notwendig ist. Bei im Trockenbohrverfahren hergestellten Bohrungen ist eine mechanische Bearbeitung der Bohrlochwand nicht möglich.In DE-EB 15 33 6 * H, a method is described in which by means of brushing, scraping or scraping the filter crust is mechanically eliminated in holes produced in Spülbohrverfahren. The application of this method is not useful here, since the filter crust is necessary until the final completion of the water detection system for the stability of the uncased borehole wall. In drilling produced by the dry drilling method, a mechanical processing of the borehole wall is not possible.

In "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof. Dr. Strzodka, 1. Auflage 1975» S. 6k, 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. Eisen-III-chlorid oder Natriumpyrophosphat, eingeleitet wird. Durch die Koagulationsmittel wird die innere Bindung der Feststoffteilchen infolge Aufhebung oder Umkehrung der Oberflächenspannung gestört. Bei der sich anschließenden Wasserförderung sollen die Feststoffteilchen in das Innere der Wasserfassungsanlage gelangen und von dort entfernt werden· In der Praxis hat sich hierbei als nachteilig erwiesen, daß die Feststoffteilchen nicht durch den Filterbereich des Entwässerungselementes abgepumpt werden konnten.In "Hydrotechnology in Mining and Construction", Prof. Dr. med. Strzodka, 1st edition 1975 »p. 6k, a method is described where a coagulant, such as, for example, iron, was drilled into the completed well, which was drilled with the aid of a flush drilling method, during the chamfering process or before the start-up of the water detection system. III-chloride or sodium pyrophosphate. The coagulants interfere with the internal binding of the solid particles due to the suppression or reversal of the surface tension. In the subsequent water promotion the solid particles should get into the interior of the water detection system and be removed from there · In practice, it has proved to be disadvantageous that the solid particles could not be pumped through the filter area of the dewatering element.

Eine Zugabe von Koagulationsmitteln während des Bohrprozesses in die Spülung führt erfahrungsgemäß zu nicht beherrschbaren Spülungsverlusten durch Spülungsabgänge inAn addition of coagulants during the drilling process in the flushing leads according to experience to uncontrollable flushing losses through flushing outlets in

das anstehende Gebirge. Daduroh kann der verfalirensbedingt notwendige hydrostatische Überdruck nicht aufrechterhalten werden und einen unbeabsichtigten vorzeitigen Zusammensturz der im Spülbohrverfahren herzustellenden Bohrung zur Folge haben.the upcoming mountains. Daduroh can not be maintained due to the deceleration necessary hydrostatic overpressure and have an unintentional premature collapse of drilling produced in Spülbohrverfahren bore.

Nach "Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof. Dr. Strzodka, 1. Auflage 1975, S. 6t, 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. Nach DD-EB 1^7 264 und DD-EB 1^7 265 wird böi 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. Nach Fertigstellung der Wasserfassungsanlage wird durch Zugabe von Enzymen oder Salzsäure der in der Filterkruste eingelagerte Zusatzstoff auf biochemischem bzw. chemischem Wege in leicht wasserlösliche und gasförmige Verbindungen umgewandelt. Dadurch erhöht sich die Permeabilität der Filterkruste. Nachteilig wirkt sich der hohe materielle Aufwand zur Realisierung dieses Verfahrens aus.After "Hydrotechnology in Mining and Construction", Prof. Dr. med. Strzodka, 1st edition 1975, p. 6t, is also known to make a so-called well-intensive treatment in filter wells immediately after their production. In this case, the filter area is processed by means of rinsing liquid or compressed air in certain well sections so that clogging acting solid particles in the filter gravel pack or -should be flushed out. However, the degradation of the filter crust or a loosening of the compacted zone is not possible according to experience with the known methods. After DD-EB 1 ^ 7 264 and DD-EB 1 ^ 7 265 böi the production of vertical water collection systems using a Spülbohrverfahrens the rinse liquid starch or calcium carbonate added with the aim during the formation process of the filter crust on the borehole wall, these additives in the Store filter crust. After completion of the water detection system, the additive stored in the filter crust is converted biochemically or chemically into slightly water-soluble and gaseous compounds by adding enzymes or hydrochloric acid. This increases the permeability of the filter crust. The disadvantage is the high material costs for the realization of this method.

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.In all the methods described so far, no significant differences in the construction of vertical water collection systems can be seen, which cause a degradation of the filter crust or a loosening of the compacted zone.

In DD-EB 235 30^/1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in der Wasserfassungsanlage zwisohen der Filtersäule und der Bohrlochwand zunächst ein nichtverfüllter Ringraum verbleibt.In DD-EB 235 30 ^ / 1, a method is described in which in the water detection system zwisohen the filter column and the borehole wall initially a non-filled annulus remains.

Bei im Spülbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsahlagen wird die stützende Wirkung der Spülflüssigkeit auf die Bohrlochwand durch den Wegfall der Einspeisung der Spülflüssigkeit aufgehoben. Beim im Trockenbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen erfolgt die Beseitigung der die Bohrlochwand stützenden Kräfte durch das Bergen der Futterrohrtouren.In Wasserahmeahlagen produced in Spülbohrverfahren the supporting effect of the rinsing liquid is lifted to the borehole wall by eliminating the feed of the rinsing liquid. When prepared in the dry drilling process water collection systems, the elimination of the borehole wall supporting forces done by the mountains of the feed pipe tours.

Dadurch soll die Bohrlochwand innerhalb des freigelassenen Ringraumes zu Bruch gehen und dabei die Filterkruste zerstören und die bohrlochnahe Gehirgszone auflockern.This is to break the borehole wall within the released annulus, thereby destroying the filter crust and loosening up the drill near-brain zone.

Als Filtermaterial werden vorzugsweise Kiesklebefilter oder Kiesbelagfilter eingesetzt, die die natürliche PiIterkiesschüttung im Ringräum ersetzen sollen. Zur Verhinderung von Erosions- und Iiolmationsvorgangen wird die Dimensionierung des Filtermaterials hinsichtlich Korndurchlaß, Schlitzweiten u. dgl. in Abstimmung mit . · ' ' > The filter material used is preferably gravel-sticking filters or gravel-lining filters, which are intended to replace the natural peat packing in the annular space. To prevent erosion and Iiolmationsvorgangen the dimensioning of the filter material with respect to grain passage, slot width u. Like. in coordination with. · ''>

den Gebirgsparametern nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten vorgenommen.the mountain parameters made according to the known laws.

Die Praxis hat gezeigt, daß der Bruchvorgang an der Bohrlochwand willkürlich beginnt und sich zeit- und teufenmäßig unkontrolliert fortsetzt. Daduroh ist eine sichere Wirkung der eingesetzten Abdichtelemente nicht gewährleistet, was zu einer Gefährdung der Tagesoberfläche und damit zu nicht vertretbaren Folgen führen kann.Practice has shown that the fracture process begins at the borehole wall arbitrarily and continues uncontrollably in time and tiers. Daduroh is not guaranteed a safe effect of the sealing elements used, which can lead to a risk to the surface of the day and thus unjustifiable consequences.

Ziel der Erfindung Object of the invention

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 erhebliehe Einsparung bisher erforderlichen Materials in Form von Filterkies ermöglichen. Daraus resultiert eine entsprechende Reduzierung bisher notwendiger Transport- und Hilfsleistungen.The aim of the invention is to produce using known drilling methods and the lowest cost vertical water collection systems in the Lusatian mountains, which ensure immediately during commissioning the maximum possible eligibility and this over a longer period than previously maintained · At the same time, the application of the inventive solution a considerable saving previously required material in the form of filter gravel enable. This results in a corresponding reduction in hitherto necessary transport and auxiliary services.

Explanation of the essence of the invention

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 Trockenbohrverfahren entstehende verdichtete Zone aufgelockert und beseitigt und damit eine Erhöhung der Permeabilität erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem mit bekannten Verfahren das Bohrlochkaliber im Bohrlochtiefsten und in Abhängigkeit des geologischen Schichtenaufbaues an ausgewählten Stellen im Bereich der Teufe erweitert wird. Zwischen Bohrlochwand und FiIterrohrsäule wird zunächst ein offener Ringraum belassen. Bei im Spülbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen wird nach Sperrung des Spülteichzulaufs der hydrostatische Überdruck im Bohrloch beseitigt. Dadurch wird ein Naohbreohen der Bohrlochwand, ausgehend von den Kalibererweiterungen, eingeleitet, was die Zerstörung der Filterkruste, die Auflockerung der nahen Gebirgezone und die Verfüllung des offenen Hingraumes zur Folge hat. Durch die gewählte Anordnung der Kalibererweiterungen sowie durch die Bemessung des Ringraumes wird gesichert, daß das Nachbrechen und Verfüllen von unten nach oben erfolgt und damit ein schichtenbezogenes Anlägern des Gebirgsmaterials an die Filtersäule und eine restlose Verfüllung des Ringraumes bis zum Standrohrniveau erfolgt. Der verbleibende Rest im Standrohrbereich wird mit geeignetem Erdstoff aufgefüllt.The object of the invention is to develop a method, in the application of which eliminates the resulting during Spülbohrverfahren filter crust on the borehole wall or loosened in the resulting dry boring process compressed zone and eliminated and thus an increase in permeability can be achieved. According to the invention, the object is achieved by expanding the borehole caliber in wellbore deepest and in dependence of the geological layer structure at selected locations in the region of the depth by known methods. Between the borehole wall and the filter tube column, an open annular space is initially left. When prepared in Spülbohrverfahren water collection systems is eliminated after blocking the Spülteichzulaufs the hydrostatic overpressure in the borehole. As a result, a Naohbreohen the borehole wall, starting from the caliber extensions, initiated, which has the destruction of the filter crust, the loosening of the nearby mountain zone and the backfilling of the open Hingraumes result. The selected arrangement of the caliber extensions and by the design of the annulus ensures that the breaking and filling takes place from bottom to top and thus a layer-related Anlägern the mountain material to the filter column and a complete backfilling of the annulus to the standpipe level. The remainder of the standpipe area is filled with suitable soil.

Bei im Trockenbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen werden die Kalibererweiterungen so bemessen., daß ein gezieltes Zubruchgehen der Bohrlochwand in dem Augenblick erfolgt, in dem die Futterrohre aus dem erweiterten Bereich entfernt werden. Hierdurch wird die verdichtete Zone in der Bohrlochwand sowie die nahe Gebirgszone aufgelockert und der freigebliebene Ringraum verfüllt.In dry-well water systems, the caliber extensions are sized so that the wellbore wall shuts down the moment the casings are removed from the expanded area. As a result, the compacted zone in the borehole wall and the nearby mountain zone is loosened up and the free annular space is filled.

Als Filtermaterial werden vorzugsweise Kiesbelagfilter oder stützkörperlose Kiesklebefilter eingesetzt. Ihre Dimensionierung hinsichtlich Korndurchlaß und hadrau-Xischer Eigenschaften erfolgt nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten auf der Grundlage der Parameter des anstehenden Gebirgsmaterials der wasserführenden Schichten.The filter material used is preferably gravel lining filters or gravel-bonding filters with no supporting body. Their dimensioning with regard to grain passage and hadrau-Xischer properties is carried out according to the known laws on the basis of the parameters of the upcoming rock material of the water-bearing layers.

Fig. 1 Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trοcken-SpülbohrverfahrenFig. 1 well bore, made in combined Träcken-Spülbohrverfahren

Fig. 2 Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trοcken-SpülbohrverfahrenFig. 2 well bore, made in the combined Träcken-Spülbohrverfahren

Bei der Herstellung der Bohrung sind, mit Hilfe eines Klappflügelbohrers im Bohrlochtiefsten und oberhalb der bindigen Schicht Kalibererweiterungen 2 vorgenommen worden.During the production of the bore, caliber extensions 2 have been made with the help of a folding wing drill in the deepest hole of the well and above the cohesive layer.

Zwischen Bohrlochwand und Filterrohrsäule 3 verbleibt zunächst ein freier Ringraum k. Between borehole wall and filter tube column 3, a free annular space k remains first .

Durch die im Bohrloch vorhandene Spülflüssigkeit, deren Spülflüssigkeitsspiegel 5 sich oberhalb des Grundwasserspiegels 6 befindet, baut sich im Bohrloch ein hydrostatischer Überdruck auf, der die unverrohrten Bohrlochbereiche vor dem Nachbrechen schützt· Nach dem Sperren des Spülteichzulaufes 7 baut sich dieser hydrostatische Überdruck entweder von selbst ab oder wird durch geeignete Verfahren beseitigt. Das führt dazu, daß die Bohrlochwand, beginnend an den Kaliberer-Weiterungen 2 von unten nach oben, naehbricht und dadurch die Filterkruste 8 zerstört, die nahe Gebirgezone 9 auflockert und den freien Ringraum h schichtenbezogen und vollständig mit dem Gebirgsmaterial ausfüllt. Xm Trockenbohrbereich werden danach die Futterrohre 10 gezogen. Xm Bereich der Kalibererweiterung 2 werden die Stützkräfte beseitigt und das Nachbrechen initiiert, das sich mit dem Ziehen der Futterrohre 10 nach oben bis zum Standrohr 11 fortsetzt.Due to the flushing liquid present in the borehole, whose flushing liquid level 5 is above the groundwater level 6, a hydrostatic overpressure builds up in the borehole, which protects the uncased borehole areas from rupturing. · After the flushing pond inlet 7 is blocked, this hydrostatic overpressure either breaks down by itself or is eliminated by appropriate methods. The result of this is that the borehole wall, beginning at the caliber extensions 2 from bottom to top, closes and thereby destroys the filter crust 8, loosens up the near mountain zone 9 and stratifies the free annular space h and completely fills it with the rock material. Xm dry well area then the casings 10 are pulled. In the area of the caliber extension 2, the supporting forces are eliminated and the after-breaking initiated, which continues with the pulling of the lining tubes 10 up to the standpipe 11.

Der nach dem Ziehen des Standrohres 11 verbleibende offene Ringraum wird mit geeignetem Erdmaterial von der Tagesoberfläche aus Verfüllt.The remaining after pulling the standpipe 11 open annular space is filled with suitable soil material from the surface of the day.

Als Filtermaterial wird ein stützkörperloser Kiesklebefilter eingesetzt, der in seinen hydraulischen und geometrischen Kennziffern nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten dem Gebirgsmaterial aus den wasserführenden Schichten angepaßt wurde.The filter material used is a support-less gravel adhesive filter, which has been adapted in its hydraulic and geometric parameters according to the known laws to the rock material from the water-bearing layers.

Claims

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1 A method for the production of vertical water collection systems in loose rock, in which a removal of the resulting in Spülbohrverfahren Filierkruste or when using the Trockenbohrver fahr process resulting compressed zone by Zubruchbringeri the borehole wall within the free annulus, characterized in that the breaking process targeted from below initiated upward / by Bolirlochkalibererweiterungen (2) and thereby a loosening of the nearby mountain zone (9) and in the water-bearing areas layer-related backfilling of the annular space (k) is achieved. .

2, Method for the production of vertical water collection systems in loose rock according to claim 1, characterized in that the adjacent to the surface of the day annular space section from above is filled.

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