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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer direkten Verbindung eines verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens mit einem vertikalen Sickerbrunnen.
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Durch Vervielfältigung können auch mehrere Sickerbrunnen mit dem Horizontalfilterbrunnen verbunden werden.
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Weiterhin werden geeignete apparative Mittel zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Nämlich ein Verbindungselement.
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Damit soll die kombinierte Entwässerung mehrerer übereinander abgelagerter Grundwasserleiter mittels vertikalen Sickerbrunnen und verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnen ermöglicht werden.
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Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind die Gebirgsentwässerung im Lockergesteinstagebau (z. B. im Braunkohlentagebau) und die Lösung spezieller geotechnischer Probleme, beispielsweise die Beseitigung von Restwasserständen in Grundwasserleitern.
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Stand der Technik
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Bei Bohrungen nach dem HDD-Verfahren zur Herstellung von Horizontalfilterbrunnen im Direktbohren wird zunächst eine Pilotbohrung bis zum Bohraustritt erstellt. An das ausgetretene Ende des Bohrgestänges wird ein Räumkopf montiert, der zum Weiten des Bohrlochs auf den endgültigen Bohrdurchmesser genutzt wird. Am Räumkopf sind über einen Drehwirbel entweder Medienrohre, nämlich Kabel, Rohrleitungen, Filterrohre und dgl., oder eine Schutzrohrtour, in der die Medienrohre inne liegend platziert sind, montiert. Die Medienrohre bzw. die Schutzrohrtour werden beim Aufweiten des Bohrloches vom Austrittspunkt aus bis zum Startpunkt der Bohrung mit eingezogen.
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Bei Verwendung einer Schutzrohrtour wird das Schutzrohr nach vollständigem Einzug aller innen liegenden Medienrohre wieder aus der Bohrung gezogen.
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Die Medienrohre, beispielsweise ein Filterrohr bei nur einem eingezogenen Medienrohr, verbleiben im Bohrloch.
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Beim Sacklochverfahren wird eine blinde Pilotbohrung gestoßen und mittels Überwaschgestänge überbohrt.
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In das überbohrte und verrohrte Bohrloch kann der Bohrungsausbau, zum Beispiel ein Brunnenfilter, eingeschoben und im Tiefsten verankert werden. Schlussendlich wird das Überwaschgestänge wieder gezogen.
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Auf diese Art und Weise hergestellte und mit Brunnenfilterrohren ausgebaute verlaufsgesteuerte Horizontalfilterbrunnen entwässern in der Regel einen einzelnen Grundwasserleiter, wobei der Einsatz in geringmächtigen Grundwasserleitern gegenüber vertikalen Entwässerungselementen besonders vorteilhaft ist.
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Müssen beispielsweise bei Rohstoffgewinnungsvorhaben mehrere übereinander abgelagerte geringmächtige Grundwasserleiter entwässert werden, so geschieht dies heute überwiegend mit kombinierten Vertikalfilterbrunnen. Dabei sind die Vertikalfilterbrunnen in mehreren Grundwasserleitern verfiltert und erfassen diese somit entwässerungstechnisch. Diese Vertikalfilterbrunnen sind mit Unterwassermotorpumpen behängt.
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Da verlaufsgesteuerte Horizontalfilterbrunnen nur in einem Grundwasserleiter verfiltert sein können, muss bei regulärem Betrieb der Selben in Lagerstätten mit mehreren Grundwasserleitern in jedem Grundwasserleiter ein verlaufsgesteuerter Horizontalfilterbrunnen installiert werden. Dies ist sehr material- und arbeitsaufwändig und somit kostenintensiv.
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Nach
DE 197 25 996 ist bekannt, vertikale und horizontale Bohrlöcher für die Entwässerung bzw. Wiederbefüllung von Grundwasserleitern zu verbinden.
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Dabei dient das vertikale Bohrloch dem Heben bzw. der Zugabe des Wassers, während das horizontale Filterrohr für die Wasserfassung bzw. Infiltration im Grundwasserleiter benötigt wird. Das horizontale Bohrloch wird dabei eng am vertikalen Bohrloch vorbeigeführt. Eine direkte unmittelbare Verbindung beider Bohrlöcher ist nicht vorgesehen.
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Daher wurde in einem anderen Verfahren, das nicht Gegenstand dieser Anmeldung ist, unter anderem vorgeschlagen, mindestens ein vertikales als Sickerbrunnen ausgebildetes Entwässerungselement, das in wenigstens zwei Grundwasserleitern verfiltert ist, direkt mit einer vorwiegend horizontal verlaufenden verlaufsgesteuerten Bohrung als Bohrung mit Wiederaustritt oder als Sacklochbohrung zu verbinden.
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Der Sickerbrunnen wirkt im untersten verfilterten Grundwasserleiter infiltrierend und in allen anderen verfilterten Grundwasserleitern entwässernd.
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Das über den oder die Sickerfilter erschrotene Wasser wird unmittelbar in der Kreuzung beider Bohrungen an den verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnen übergeben und läuft mit den über den Horizontalfilterbrunnen erschrotenen Wasser unter freiem Ausfluss ab bzw. wird über eine im Horizontalfilterbrunnen installierte Unterwassermotorpumpe gehoben.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnen mit einem vertikalen Sickerbrunnen dauerhaft zu verbinden. Dazu sollen Verfahrens- sowie Vorrichtungsmerkmale angegeben werden.
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Lösung der Aufgabenstellung
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Die Lösung der Aufgabenstellung ist in den Patentansprüchen 1 und 2 angegeben.
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Die jeweils untergeordneten Ansprüche enthalten zweckmäßige Ausgestaltungen.
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Verfahrensseitig wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Bohrlochsystem zu errichten, das zum Einen aus einem als Sacklochbohrung oder als Bohrung mit Wiederaustritt hergestelltem vorwiegend horizontal verlaufenden verlaufsgesteuert hergestellten Bohrloch, das als verlaufsgesteuerter Horizontalfilterbrunnen ausgebaut wird, besteht. Zum Anderen ist direkt über dem verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnen wenigstens ein vertikaler Sickerbrunnen installiert, der in mindestens zwei Grundwasserleitern verfiltert ist. Der untere Grundwasserleiter ist derjenige, in dem sich der verlaufsgesteuerte Horizontalfilterbrunnen befindet. In diesem Grundwasserleiter wirkt der Sickerbrunnen infiltrierend, in dem oder den darüber liegenden Grundwasserleitern entwässernd.
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Der Sickerbrunnen und der verlaufsgesteuerte Horizontalfilterbrunnen werden mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, auf deren Merkmale im folgenden Text mit eingegangen wird, direkt miteinander verbunden.
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Dazu wird die besagte Vorrichtung an den vorgesehenen Verbindungsstellen im horizontal ausgerichteten Bohrloch platziert, und zwar im für den Ausbau des Bohrlochs vorgesehenen Rohrstrang.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement besteht im Wesentlichen aus einem Stützgitterrohr und einem längeren als Filterrohr ausgebildeten Speicherrohr. Beide Rohre weisen einen größeren Durchmesser auf als der übrige Rohrstrang des verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens. Im Inneren des Speicherrohres ist ein Innenfilterrohr mit dem Durchmesser des Rohrstranges untergebracht.
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Der Sickerbrunnen wird direkt über dem Stützgitterrohr abgebohrt und in seinem Enddurchmesser über dem Stützgitterrohr abgesetzt. Mit verringertem Durchmesser durchstößt die vertikale Brunnenbohrung das Stützgitterrohr, so dass das offene Bohrloch des vertikalen Sickerbrunnens mit dem offenen Querschnitt des verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens verbunden ist. Sollbruchstellen im Stützgitter ermöglichen eine saubere Durchtrennung des Stützgitterrohres für einen offenen Rohrquerschnitt. Mit Hilfe eines Horizontalbohrgestänges im Inneren des verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens wird das Innenfilterrohr nachfolgend in das offene vertikale Bohrloch an die Stelle des Stützgitterrohres geschoben. Nachfolgend wird der im Durchmesser verringerte tiefste Bereich des vertikalen Bohrlochs und damit auch der Ringraum um das eingeschobene Innenfilterrohr mit Grobkies hoher Durchlässigkeit verfüllt. Das restliche vertikale Bohrloch wird gemäß der fachüblichen Vorgehensweise beim Bohrbrunnenbau als Sickerbrunnen ausgebaut. Als Bodenplatte erhält der Sickerbrunnen einen gut durchlässigen Abschluss.
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Während der Arbeiten zur Verbindung von verlaufsgesteuertem Horizontalfilterbrunnen und Sickerfilter muss das aus der Böschung austretende Rohr des Horizontalfilterbrunnens, das in Böschungs- bzw. Austrittsnähe ausreichend lang als Vollrohr ausgebildet ist, verschlossen sein, vorzugsweise mittels eines aufmontierten Schiebers. Durch diese Maßnahme lässt sich ein erheblicher und plötzlicher Spülungsabgang aus dem vertikalen Bohrloch sicher verhindern.
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Am Innenfilterrohr ist ein Innenfilterkreuz angebracht. Dieses wird zum Einschieben des Innenfilterrohres in den Bereich des Stützgitterrohres nach Verbindung mit dem vertikalen Bohrloch benötigt. Nach endgültiger Positionierung des Innenfilterrohres kann das Innenfilterkreuz beispielsweise durch eine schlagartige Bewegung des Bohrgestänges herausgebrochen werden. Hilfreich dazu wären entsprechend angeordnete Sollbruchstellen. Durch Entfernen des nicht mehr benötigten Innenfilterkreuz ist ein Strömungswiderstand beseitigt und die durchgehende Regenerierbarkeit des Filterstranges gewährleistet.
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Vorteilhafterweise schließen Innendichtungen am Speicherrohr und am Stützgitterrohr den Horizontalrohrstrang gegen Sandeintritt im Verbindungsbereich ab. Weiterhin ermöglicht ein inneres Kugel- oder Rollenlager ein leichtes Verschieben des Innenfilterrohres während der Montage. Da die Vorrichtung im Vergleich zum restlichen Ausbaurohrstrang der Horizontalbohrung einen vergrößerten Durchmesser aufweist und deshalb beim Ziehen des Schutzrohres nach Platzierung im Bohrloch erhöhte Reibungswiderstände zu erwarten sind, sorgen Äußere Kugel- bzw. Rollenlager für eine Verminderung dieser Reibungswiderstände.
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Ausführungsbeispiel
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In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer direkten Verbindung eines verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens 1 mit einem vertikalen Sickerbrunnen 2 in der Position vor der Verbindung.
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Die vertikale Spülbohrung 4 mit vollem Brunnendurchmesser 3 ist über der Horizontalbohrung 5 abgesetzt und als vertikale Spülbohrung 4 mit dem Durchmesser des Brunnenrohres weitergeführt.
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Wesentliche Bauteile des erfindungsgemäßen Verbindungselements sind ein Stützgitterrohr 6 und ein längeres verfiltertes Speicherrohr 7. Das Stützgitterrohr 6 ist aus einem Stützgitter 8 aufgebaut, das von einem Maschengewebe 9 umgeben ist.
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Eine Innendichtung 10 im Stützgitterrohr 6 verhindert nach der Verbindung des Sickerbrunnens 2 und des Horizontalfilterbrunnens 1 den Materialeintrag aus dem Ringraum 11 der Horizontalbohrung 5 in den Horizontalfilterbrunnen 1.
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Das Stützgitterrohr 6 ist mit dem Rohrstrang des Horizontalfilterbrunnens 1 über eine Schraub- oder Scherstiftverbindung 12 und mit dem Speicherrohr 7 über eine Schraubverbindung 13 verbunden. Im verfilterten Speicherrohr 7 ist ein in Längsrichtung verschiebbares Innenfilterrohr 14 untergebracht, das auf einem inneren Kugel- bzw. Rollenlager 15 lagert. Es ist gegenüber dem Speicherrohr 7 mittels einer Innendichtung 16 gegen Materialeintrag aus dem Ringraum 11 der Horizontalbohrung 5 abgedichtet.
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Das verfilterte Speicherrohr 7 ist durch die Schraubverbindung 13 mit dem Stützgitterrohr 6 und mit dem Horizontalfilterbrunnen 1 über eine Schraub- oder Scherstiftverbindung 17 verbunden. An den Außenseiten des Stützgitterrohres 6 und des Speicherrohres 7 sind äußere Kugel- bzw. Rollenlager 18 angebracht, die das Ziehen der Schutzrohrtour 19 nach der Platzierung des Rohrstranges des Horizontalfilterbrunnens 1 erleichtern.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer direkten Verbindung eines verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens 1 mit einem vertikalen Sickerbrunnen 2 nachdem die vertikale Spülbohrung 4 mit dem Durchmesser des Brunnenrohrs das Stützgitterrohr 6 durchbrochen hat. Zu dem Zeitpunkt ist die besagte direkte Verbindung realisiert aber noch nicht fertig ausgebaut.
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Mit Hilfe eines in den Horizontalfilterbrunnen 1 eingeschobenen Horizontalbohrgestänges 20 wird das Innenfilterrohr 14, das auf inneren Rollen- bzw. Kugellagern 15 lagert, bis zum durchbrochenen Stützgitterrohr 6 in die Bohrung des Sickerbrunnens 2 eingeschoben.
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In 3 ist die fertig ausgebaute Verbindung des verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnens 1 mit einem vertikalen Sickerbrunnen 2 dargestellt.
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Nachdem das Innenfilterrohr 14 an seinem endgültigen Bestimmungsort lagert, kann die vertikale Spülbohrung 4 mit dem Durchmesser des Brunnenrohrs mit einer sehr gut durchlässigen Sickerschüttung 21 versehen werden. Die vertikale Spülbohrung mit dem Brunnendurchmesser 3 wird nachfolgend mit einem Vertikalbrunnenfilterrohr 22 mit durchlässiger Sickerbrunnenbodenplatte 23 und der verbleibende Ringraum mit einer Filterschüttung 24 ausgebaut.
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Schließlich ist in 4 das Innenfilterrohr 14 abgebildet, in dem im Bereich der Stirnseite 27 ein Innenfilterkreuz 25 derart angebracht ist, dass das Horizontalbohrgestänge 20 Druck auf das Innenfilterkreuz 25 ausüben und somit das Innenfilterrohr 14 in Längsrichtung verschieben kann.
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Bei erhöhter oder schlagartiger Druckeinwirkung auf das Innenfilterkreuz 25, und zwar nach Beendigung einer gewünschten Verschiebung des Innenfilterrohres 14, bricht dieses an vorgesehenen Sollbruchstellen 26 und gibt somit den vollen Rohrquerschnitt frei.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Horizontalfilterbrunnen,
- 2
- Sickerbrunnen,
- 3
- Brunnendurchmesser,
- 4
- Spülbohrung,
- 5
- Horizontalbohrung,
- 6
- Stützgitterrohr,
- 7
- Speicherrohr,
- 8
- Stützgitter,
- 9
- Maschengewebe,
- 10
- Innendichtung,
- 11
- Ringraum,
- 12
- Schraub- oder Scherstiftverbindung,
- 13
- Schraubverbindung,
- 14
- Innenfilterrohr,
- 15
- Kugel- bzw. Rollenlager,
- 16
- Innendichtung,
- 17
- Schraub- oder Scherstiftverbindung,
- 18
- Kugel- bzw. Rollenlager,
- 19
- Schutzrohrtour,
- 20
- Horizontalbohrgestänge,
- 21
- Sickerschüttung,
- 22
- Vertikalbrunnenfilterrohr,
- 23
- Sickerbrunnenbodenplatte,
- 24
- Filterschüttung,
- 25
- Innenfilterkreuz,
- 26
- Sollbruchstelle,
- 27
- Stirnseite.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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