DD222914C2

DD222914C2 - METHOD FOR PRODUCING VERTICAL WATER CONTAINMENT PLANTS IN LAX

Info

Publication number: DD222914C2
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: 1986-09-24
Also published as: DD222914A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vertikaler Wasserfassungsanlagen im Lockergestein mit bekannten Bohrverfahren, bei denen sich 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 a filter crust forms by the deposition of solid particles or a compressed zone on the borehole wall due to the process. 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 Gebirgsschichten eine verdichtete Zone.In the production of holes in the dry drilling method created by the vertical and oscillating movement of the feed pipe tours in the immediate contact area between these and the pierced mountain layers, a compressed 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 „Hydrotechnikim Bergbau und Bauwesen", Prof.Dr.Strzodka, I.Auflage 1975, S.107 ff.).In the production of drilling in Spülbohrverfahren caused by 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 "Hydrotechnikim mining and construction industry", Prof.Dr.Strzodka, I.Auflage 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 z. B. 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 z. As for the drainage of lignite opencast mining this leads to very high residual water levels remain in the aquifer due to large filtration resistances and thus intended dewatering effects are not or only partially achieved.

In DE-EB 1533641 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 1533641 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. 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. Eisen-lll-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. Strzodka, 1st edition 1975, p. 64, a method is described, where in the completed well, which was sunk using a Spülbohrverfahrens, during the Verkiesungsvorganges or before commissioning The coagulants interfere with the internal binding of the particulate matter due to repellency or reversal of the surface tension, and the solids transport into the interior of the water In practice, it has proved disadvantageous in this case that the solid particles could not be pumped out 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 in das anstehende Gebirge. Dadurch kann der verfahrensbedingt notwendige hydrostatische Überdruck nicht aufrechterhalten werden und einen unbeabsichtigten vorzeitigen Zusammensturz der im Spülbohrverfahren herzustellenden Bohrung zur Folge haben.Experience has shown that addition of coagulants during the drilling process into the flushing leads to uncontrollable flushing losses through flushing outflows into the upcoming rock. As a result, the process-related necessary hydrostatic overpressure can not be maintained and have an unintentional premature collapse of the bore to be produced in Spülbohrverfahren result.

Nach „Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen", Prof.Dr.Strzodka, I.Auflage 1975, S.61, ist weiterhin bekannt, bei Filterbrunnen unmittelbar nach deren Herstellung eine sogenannte Brunnenintensivbehandlung vorzunehmen.According to "Hydrotechnology in Mining and Construction", Prof. Dr.Strzodka, I.Auflage 1975, p. 61, it is also known to carry out a so-called well-intensive treatment in filter wells immediately after their production.

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.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.

Nach DD-EB 147264 und DD-EB 147265 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. 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 dieser Verfahren aus.According to DD-EB 147264 and DD-EB 147265 starch or calcium carbonate is added in the production of vertical water collection systems by means of a Spülbohrverfahrens the rinsing liquid with the aim during the formation process of the filter crust on the borehole wall to store these additives with in the 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 these methods.

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 235304/1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in der Wasserfassungsanlage zwischen der Filtersäule und der Bohrlochwand zunächst ein nichtverfüllter Ringraum verbleibt.In DD-EB 235304/1 a method is described in which initially remains in the water collection system between the filter column and the borehole wall a non-filled annulus.

Bei im Spülbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen 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.When prepared by Spülbohrverfahren water collection systems, 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 Gebirgszone auflockern.This is to break the borehole wall within the released annulus, thereby destroying the filter crust and loosening up the near-boreal mountainous zone.

Als Filtermaterial werden vorzugsweise Kiesklebefilter oder Kiesbelagfilter eingesetzt, die die natürliche Filterkiesschüttung im Ringraum ersetzen sollen. Zur Verhinderung von Erosions- und Kolmationsvorgänge wird die Dimensionierung des Filtermaterials hinsichtlich Korndurchlaß, Schlitzweiten, u.dgl. in Abstimmung mitdenGebirgsparametern nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten vorgenommen.The filter material used is preferably gravel adhesive or gravel lining filters, which are intended to replace the natural filter gravel in the annular space. To prevent erosion and Kolmationsvorgänge the dimensioning of the filter material with respect to grain passage, slot widths, and the like. made in accordance with the parameters of the mountain according to the known laws.

Die Praxis hat gezeigt, daß der Bruchvorgang an der Bohrlochwand willkürlich beginnt und sich zeit- und teufenmäßig unkontrolliert fortsetzt. Dadurch 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. As a result, a secure effect of the sealing elements used is not guaranteed, which can lead to a threat to the surface of the day and thus unjustifiable consequences.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, unter Anwendung bekannter Bohrverfahren und bei niedrigstem Aufwand vertikale Wasserfassungsanlagen im Lockergebirge herzusteilen, diesofort 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 Reduzierung bisher notwendiger Transport- und Hilfsleistungen.The aim of the invention is to produce by means of known drilling methods and at the lowest cost vertical water collection systems in the Lusatian mountains, at once ensure the maximum possible eligibility during commissioning and maintain this over a longer period than before. At the same time, the application of the solution according to the invention should enable a considerable saving of previously required material in the form of filter gravel. 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.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.

Außerdem soll bei beiden Bohrverfahren der bohrlochnahe Gebirgsbereich so aufgelockert werden, daß sich auch dadurch die Ergiebigkeit der Wasserfassungsanlage verbessert.In addition, the borehole near mountain area should be loosened in both drilling methods so that also improves the fertility of the water detection system.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der Ringraum zwischen der Filterrohrsäule und der Bohrlochwand zunächst offen gelassen wird. Nach dem Einbau der Filterrohrsäule wird innerhalb der wasserführenden Bereiche der Wasserfassungsanlage von unten beginnend nach oben fortsetzend abschnittweise mit bekannten Verfahren, beispielsweise dem selektiven Anreizen mit Unterwasserpumpe oder Unterdruckimpuls, eine starke Wasserströmung gerichtet vom Gebirge zum Brunneninneren erzeugt, die die Bohrlochwand sofort aufreißt.According to the invention the object is achieved by the annulus between the filter tube column and the borehole wall is initially left open. After installation of the filter tube column, a strong flow of water is directed from the mountains to the well inside created within the water-bearing areas of the water detection system starting from the bottom up sections with known methods, such as selective incentives with underwater pump or vacuum pulse, which tears the borehole wall immediately.

Dadurch wird die Filterkruste zerstört, ihre Feinbestandteile im wesentlichen abtransportiert, die brunnennahe Gebirgszone aufgelockert und der freie Ringraum von unten nach oben gezielt vollständig verfüllt. Das an der Tagesoberfläche, insbesondere im Standrohrbereich, verbleibende Differenzvolumen wird aus geeignetem Erdstoff verfüllt.As a result, the filter crust is destroyed, their fine constituents are essentially transported away, the well-near mountain zone loosened up and the free annular space is deliberately completely filled from bottom to top. The on the surface of the day, especially in the standpipe area remaining difference volume is filled from suitable soil.

Bei im Trockenbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen werden unmittelbar vor dem abschnittsweisen Behandeln die Futterrohre schnittweise entfernt.In the case of water-sampling systems produced by the dry-drilling method, the casings are removed in sections immediately before the sections are treated.

Als Filterrohrmaterial werden vorzugsweise Kiesbelagfilter oder stützkörperlose Kiesklebefilter eingesetzt.The filter tube material used is preferably gravel lining filters or gravel-adhesive filters with no supporting body.

Ihre Dimensionierung hinsichtlich Korndurchlaß und hydraulischer Eigenschaften erfolgt nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten auf der Grundlage der Parameter des anstehenden Gebirgsmaterials der wasserführenden Schichten.Their dimensioning in terms of grain passage and hydraulic 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.

embodiment

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawings show:

Fig. 1: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spülbohrverfahren mit nicht verfülltem Ringraum. Fig.2: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spülbohrverfahren, in der Betriebsphase.Fig. 1: Well drilling, produced in a combined dry-Spülbohrverfahren with non-filled annulus. Fig.2: Well drilling, produced in the combined dry Spülbohrverfahren, in the operating phase.

Nach Erreichen der Endteufe bei der Herstellung der Bohrung und dem darauffolgenden Spülungsaustausch mit Klarwasser sowie dem Ausbau der Bohrwerkzeuge wird in die mit Klarwasser gefüllte Bohrung die Filterrohrsäule 5 eingebracht. Die Größe des Ringraumes 7 wird hinsichtlich des Gebirgsaufbaus und der Art des anstehenden Gebirges 3 so festgelegt, daß ein vollständiges Verfüllen des Ringraumes 7 durch das induzierte Nach brechen des Gebirges 3 erreicht wird und ein Zubruchgehen der Tagesoberfläche ausgeschlossen ist.After reaching the final depth in the production of the bore and the subsequent irrigation exchange with clear water and the removal of drilling tools, the filter tube column 5 is introduced into the hole filled with clear water. The size of the annular space 7 is set with respect to the mountain structure and the nature of the upcoming mountains 3 so that a complete backfilling of the annular space 7 by the induced After break of the mountains 3 is achieved and an Abruchgehen the surface of the day is excluded.

Mit Hilfe einer starken Unterwassermotorpumpe 10, die an einer Steigleitung 12 zunächst in das Tiefste der Wasserfassungsanlage gehängt wird, erfolgt innerhalb eines durch die Packer 11 begrenzten Raumes ein Pumpvorgang, der einen starke Strömung des Wassersaus Richtung Gebirge 3 zum Inneren der Wasserfassungsanlage hin zur Folge hat. Die Unterwassermotorpumpe 10 wird mit den beiden Packern 11 etappenweise höher gesetzt, wobei in bestimmten höherliegenden Bereichen der gleiche Pumpvorgang wiederum durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Filterkruste 6 schrittweise von unten nach oben zerstört und entfernt wird, die Bohrlochwand dabei nachbricht und das Gebirge 3 unmittelbar um die Wasserfassungsanlage aufgelockert wird sowie der Ringraum 7 sich schrittweise in hydrogeologischer Sicht günstig und vollständig verfüllt. Dabei findet gleichzeitig ein Entsanden in den gepumpten Bereichen unmittelbar um die Wasserfassungsanlage statt, wodurch der geometrische Faktor der Permeabilität dieser Bereiche verbessert wird.With the help of a strong submersible motor pump 10, which is hung on a riser 12 first in the deepest of the water detection system, takes place within a space defined by the packer 11 a pumping operation, which has a strong flow of water from the direction of mountains 3 to the interior of the water detection system out , The submersible motor pump 10 is set higher in stages with the two packers 11, with the same pumping process in turn being carried out in certain higher-lying areas. This ensures that the filter crust 6 is gradually destroyed from bottom to top and removed, the borehole wall breaks it and the mountains 3 is loosened immediately around the water collection system and the annulus 7 gradually low in hydrogeological viewpoint and completely filled. At the same time there is a Entsanden in the pumped areas directly to the water detection system, whereby the geometric factor of the permeability of these areas is improved.

In den Trockenbohrbereichen, in denen sich die Futterrohre 2 befinden, müssen diese vor der Durchführung des Pumpens aus dem Pumpbereich entfernt werden. Durch das Entfernen der Futterrohre 2 und dem danach in diesem Abschnitt durchgeführten Pumpen wird die verdichtete Zone 9 an der Bohrlochwand zerstört und o.g. Zielstellungen erreicht.In the dry well areas where the casings 2 are located, they must be removed from the pump area prior to pumping. Removal of the casing 2 and the pumps thereafter carried out in this section will destroy the compacted zone 9 at the borehole wall, and o.g. Goals achieved.

Der beschriebene Vorgang des selektiven Anpumpens ist bis zur Standrohrteufe weiterzuführen.The described process of selective pumping is to continue until the standpipe.

Anschließend erfolgt die Restverfüllung 13 des nach dem selektiven Anpumpen und Ziehen des Standrohres 1 verbleibenden freien Ringraumes 7 mit Erdstoff.Subsequently, the rest filling 13 of the remaining after the selective pumping and pulling the standpipe 1 free annular space 7 is carried out with earth.

Claims

Invention claim:

1. A process for the preparation of vertical water collection systems in loose rock, in which a removal of the resulting in Spülbohrverfahren filter crust or when using the dry boring process resulting compressed zone takes place by bringing the borehole wall within the free annular space, characterized in that the break process purposefully from below above by section-wise generating a strong flow from the mountains (3) out towards the filter tube column (5) initiated and thereby a loosening of the nearby mountain zone and a complete and in the water-bearing areas layer-related backfilling of the annular space (7) is achieved.

2. A 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 of Übergage from is filled.

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