DE9204362U1 - Wasserzufuhrschutz für Tagebaue - Google Patents

Description

Beschreibung

Wasserzufuhrschutz für Tagebaue Stand der Technik

Tagebaue mit Grundwasserzufluß werden ca. seit der Jahrhundertwende betrieben. Den Schutz vor Wasserzufluß gewährt das Grundwasser-Absenkungsverfahren im Prinzip durch Abpumpen.

Das Verfahren wird um die gesarate Tagebaufläche durch den Einsatz von Pumpen angewandt und bewirkt einen Grundwassersenkungskegel der das Gebiet um den Tagebau betrifft ,und bis in eine Teufe führt, so daß auch im Tagebautiefsten nicht mehr durch Liegendwasserzuflüsse irgendwelche Nutzungseinschränkungen auftreten können. (Quelle: Original-Titel: Van Nostrand's Scientific Encyclopedia (Fifth Edition) Stadtbücherei Köln Kohlegewinnung im Tagebau S.: 2266 (anbei Copy),)

Stand der Technik sind weiterhin Dichtungswände, eine gesteuerte Ent- und Bewässerungstechnologie, die aus dem Pumpverfahren stammt und abflußseitig mit Sickerbrunnen versehen ist, sowie für kleinere Erdaushebungen z.B. Schachtvortriebe oder Baugruben auch Abdichtungen durch Vereisung.(Siehe: DE-Zeitschrift "TIS", 1985 Heft 6, Seiten 325 bis 327)

Dichtungswände bestehen aus einem einmal festgelegtem dreidimensionalem Aufbau eines gebundenen Verfüllungsmaterials (z.B. Beton). Dichtungswände ändeln sich am meisten in ihren Eigenschaften denen des hier vorgestellten Objekts, haben jedoch auch signifikante Unterschiede. (Zur Kenntnis der Eigenschaften einer Dichtungswand(Quelle: VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie) Leipzig 1987 7.2.3.3. Dichtungswände als Element der Abriegelung.))

Den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gegenstand entsprechen oder gleichen auch die in der Fundstelle (Bodenstabilisierung und Abdichtung durch Vereisung) erläuterten bekannten Gegenstände.

Problem

Der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß weit in das Hinterland von Tagebaubetrieben Verödungserscheinungen auftreten und das durch die ungeheure Menge zu fördernden Wassers imense Anlagen für den Wassertransport errichtet werden müssen. Der Betrieb eines Tagebaues bedeutet meistens eine ständige Verschiebung seiner Abmessungen und Ausmaße; von daher kommt als Problem hinzu, daß eine Lösung die mit diesen Grenzen wandert, die angesprochenen Erscheinungen optimal lösen kann.

Erfindung

Diese Probleme werden mit den Maßnahmen der Ansprüche 1 bis 4 gelöst.

- 3 Neuhei t

Der Gegenstand des Gebrauchsmusters gehört nach Kenntnis des Antragstellers nicht zum Stand der Technik.

Ihn auf seine Neuigkeit hin darzustellen zeigt, daß schriftliche Beschreibungen oder übliche Benutzungen auch in anderen Anwendungsgebieten eine dichte Annäherung an den zum Gebrauchsmuster angestrebten Gegenstand in fast beliebiger Nähe ermöglichen ·

Dennoch ist die Möglichkeit der Einfrierungs- oder sonstigen Dammtechnik für ganze Tagebaubetriebe ausserhalb der Vorstellungs« weit der Betreiber geblieben.

Veröffentlichungen und besonders auch bekanntgegebene Tatsachen aus Aktivitäten beschreiben keinen Gegenstand dieser Art oder haben ihn in der Praxis ausgeführt.

Neu ist allgemein gesprochen das Grundwasser - Senkungsverfahren durch einen umweltfreundlicheren, ökonomischeren Gegenstand als Wasserzufuhrschutz für Tagebaue zu ersetzen.

Erfinderischer Schritt

Das Gebrauchsmuster beruht auf einer Idee, die aus der Kenntnis der angewandten und toten Verfahren in diesem Zusammenhang entstand, unter Berücksichtigung in Erfahrung gebrachter allgemeiner Eigenschaften des Grundwassers.

Als Eigenschaften wurden z.B. Grundwassergeschwindigkeit, Isolationsfähigkeit von Sanden und Böden, das Temperaturgefälle während des ganzen Jahres dabei auch übliche Grundwassertemperaturen, Wassermenge, Größe des von Austrocknung betroffenen Gebiets, mögliche Kosten von Investition und Betrieb, variable Eigenschaften des Objekts Gefrierdamm oder Verstopfungsdamm, Beobachtung vom Tauverhalten sonstiger Gewässer usw. berücksichtigt

Daraufhin wurden einige Versuche mit Modellen gemacht.

Das einfachste und kleinste Modell bestand aus 8 Eiswürfeln, die im Tiefkühlfach zu einer Null zusammengefrohren wurden. Die Eiswürfel wurden auf eine Lehmschicht gelegt und mit verwässerten Sand umlagert. Dann konnte man ohne Schwierigkeiten trocken in der Mitte der Lehmschicht graben, solange das Wasser vom Eis noch nicht getaut wurde. Die Länge der Auftauzeit ergab bereits einen Hinweis auf das Verhältnis des Energieeinsatzes ""Nachfrieren'zu dem des Abpumpens.

Ein weiterer Versuch bestand in der Anlage eines Tagebaues in einem Glasbehälter mit ungefähr einem qm Inhalt und der Anlage eines weiteren Modelltagebaues mit der Verohrung einer Kühlanlage. Das mit einer zur Uasserhebung mit einer Pumpe ausge-

stattete Modell und das Zweite bestanden aus Erdschichten

z. B. Loes, Sandstein, Lehm und Mergel und ergaben ein im Verhältnis zur Wirklichkeit stehendes Ergebnis beider Techniken

Ausführungsarten der in den Unteransprüchen genannten Techniken wurden in dem Beispiel mit Injektionen an besonders vom Abrieb betroffenen Zonen der 'Wasserscheide'und der Ränder vorgenommen

Die Vorteile des Gegenstands 'Damm' zeigten sich, in einer Optimierung der Energiekosten,bei variablen Ausführungen auf die von hohen Flußgeschwindigkeiten betroffenen Gebiete.

gewerbliche Anwendbarkeit

Der im Gebrauchsmusterantrag vorgestellte Gegenstand ist ausschließlich zur gewerblichen Anwendung vorgesehen.

Die Gebiete seiner Anwendung betreffen den Bergbau und die Landwirtschaft.

Im Sinne der Formulierung "Erzeugnis mit neuen technischen Merkmalen" lässt sich der zum Gebrauchsmuster vorgeschlagene Gegenstand auch zur angewandten Physik zählen.

Grundsätzlich wird für den Schutz der Erfindung jedoch der Bergbau im Tagebaubetrieb angegeben, einzuschränken als: "Technische Disziplin, die das Erkunden, Erschließen, Gewinnen, Fördern und Aufbereiten von abbauwürdigen Lagerstätten nutzbarer Mineralien oder mineralischer Rohstoffe umfaßt." (Quelle: Van Nostrand's Scientific Encyclopedia (5th Edition) S.: 436 Bergbau Copy anbei)

Baugrundabsicherungen vor Wasserzufuhr mit ähnlichen Techniken werden als Technik des Grundbaus bezeichnet: "Der Grundbau ist ein Teilgebiet des konstruktiven Ingenieurebaues, in dem u. a. die Abtragung von Bauwerkslasten in den Baugrund, die konstruktive Ausbildung der Gründungskörper, die Herstellung von Baugruben und die Sicherung von Geländesprüngen behandelt wird. Der Untergrund besteht im Grundbau i.d.R. aus Lockergestein, bei Festgestein (wird er bezeichnet als) Felsbau." (Quelle: Van Nostrand's Scientific Encyclopedia (5th Edition) Autorenkollektiv; Band 2 1979 Verlag moderne Industrie Wolfgang Dummer & Co., 8000 München 50 S.: 1751)

Unabhängig davon,ob der Grundbau im Lockergesteinsgebiet oder im Festgesteinsgebiet als Felsbau stattfindet, treten zum Tagebau Verhältnisse von ca. 1:800 auf; dies bei Teufen von bis zu 500m und bis zu 40 km Seitenlänge im Tagebau selbst zu Großbaustellengrundaushebungen.

Neben dem Größenverhältnis stellt die Herstellung von Baugründen eine Aktivität dar, die ldgl. durch die Tatsache das hier auch Erd- oder Gesteinsmengen bewegt werden mit einem Tagebaubetrieb vergleichbar sein könnte; mit den verschiedensten Verfahren wird hier ein Aushub gemacht, der so groß ist bis ein erdstatischer Nachweis erbracht werden kann, daß die Aktivitäten zu einem tragfähigen Baugrund geführt haben.

Jede Form der Baugrubensicherung, mit den verschiedenen Verfahren zur Trockenhaltung,bezieht sich auf den Zeitraum bis zur Herstellung einer gegen Druckwasser dichten Gebäudekonstruktion und lässt sich deswegen weder von der Ausführung noch vom Gedanken mit einem über Jahrzente fördernden Tagebau gleichsetzen.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Mit der Erfindung wird im Anwendungsfall erreicht, daß:

- der Wasserzufluß in Festgesteins- oder Lockergesteinstagebaue verhindert wird;

- das Grundwasser seinen im Tagebauhinterland üblichen Spiegel behällt und die sog. Hinterlandverödung nicht auftritt;

- landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Nutzung in den Gebieten um den Tagebauen, während des Tagebaubetriebes, möglich bleibt;

- kein Grundwassersenkungskegel entsteht, sondern die natürlichen Veränderungen des Grundwasserspiegels durch geeigneter Anordnung und Zusammensetzung des Dammkörpers, von der Notwendigkeit zu einem Restabpumpen des GW abgesehen, auftreten können;

- Grundwasserführende Schichten nicht verbunden werden;

- das Vollaufen des Bergwerks nicht mehr durch umfangreiche Brunnengalerien und Entwässerungsstrecken (manchmal in Form ganzer Vorfluterkanäle) verhindert wird.

Weiterbildungen der Erfindung

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Die geologischen und hydrogeologischen Vorraussetzungen sollen letzlich entscheiden welche Form oder Mischform den Tagebau am günstgsten abriegelt.

Entgültige Ausprägung des Schutzes vor Wassereinbrüchen schwebt mir ein aus verschiedenen Elementen der Ansprüche zusammengesetztes Objekt, welches den Abrieb und die verschiedenen Staugrößen berücksichtigt, vor.

Diese Ausgestaltungen der Erfindung (Anspruch 2 bis A) sollten auch aus Erfahrungen aus dem Betrieb austauschbar sein.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht dem Betreiber durch gelantinöse oder (sonst.) verfestigende Mittel einen Damm mit der Wirkung eines Gefrierdamms zu errichten.

Anspruch 3 stellt eine Weiterbildung der Erfindung dar, die den Vorteil hat nur an bestimmten Stellen, an denen die Wärmezufuhr durch fließendes Wasser besonders hoch ist, Mittel zu injetzieren, die dem erhöhten Kältebedarf an diesen Stellen Rechnung trägt.

Anspruch 4 bietet eine Ausgestaltung mit der Möglichkeit durch verschiedene, in ihrem Auflösungsvermögen unterschiedliche, injetzierte Mittel bzw. unter Berücksichtigung der Notwendigkeit der späteren Entfri^nung einzusetzen (besonders für die zweite und höhere Grundwasserschichten) , so daß ein Damm bestehend aus einer Zusammensetzung verschiedener dem Grundwasser zugesetzter Mittel genutzt werden kann.

Einheitlichkeit der Erfindung

Das zugrundeliegende Problem ist der Grundwasserzufluß in Tagebaue .

Die in den Ansprüchen offenbarton technischen Erfindungen sind insgesamt Merkmale zur Lösung des Problems 'Wasserzufluß'durch durch den zum Gebrauchsmusterschutz vorgeschlagenen Gegenstand (Erfindung) 'Damm'

Wie auch in Ihrem Beispiel, der Schublade für Tastaturen, sind nicht alle Unteransprüche immer notwendig aber geeignet, und falls man sich zu einer Lösung mit den Lösungen aus einem Unteranspruch entscheidet auch notwendig.

Die Nebenansprüche stellen besondere Ausführungsarten der Erfindung aus dem Hauptanspruch ~Damm'dar.

Darstellung der Erfindung

Ein Ausfürungsbeispiel der Erfindung erläutert je die Fig. 1 bis 3 .

Fig. 1 Übersicht über ein Tagebaugebiet

mit Grundwasserfluß und Dammkörper

Fig. 2 Querschnitt eines Tagebaugebietes mit einem

Gefrierkörper und mgl. Bodenzusammensetzungen

Fig. 3 Querschnitt eines Tagebaugebietes mit versch. Kältebohrungen u/o Injektionslanzen

In den Figuren ist ein Tagebau abgebildet in aufseitiger oder querseitiger Darstellung mit dem Anmeldungsgegenstand.

In Fig. 1 wird ein über Eck kommender Grundwasserzulauf angenommen, was wegen der Gefahr des Staudrucks des GWs besonders günstig ist.

Der Querschnitt in Fig. 2 zeigt die unterschiedliche Größe des Gefrierkörpers (bzw. des als Gefrierkörper dargestellten Damms) zwischen Uasserzuflußrichtung und abflußseitig. Hier ist von Kältemittelbohrungen von der Erdoberfläche um den Tagebaurand ausgegangen worden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung ohne Festlegung ob es sich bei den von der Erdoberfläche ausgehenden Bohrungen um Gefrierbohrungen oder Injektionsrohre handelt. Genauso wie die aus einer Wasserstrecke untertägig eingebrachten Rohre ist lediglich eine Möglichkeit der Ausführung der Bohrungen dargestellt, das oder die Medien die eingesetzt werden bleibt offen.

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BEZDOSZEICHENLI STEi

Pig. Nr. 1

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1 a Abb*afert*«hritt »richten«

1 b Tag^banraad

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1 a Abbaofortschrittariehtaag

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1 Abb·«- «d. AbrMMMit· «in·· T«g«fa«a··

2 B«braag·» für O«frl*r- ed. IeJ*ktion Mittel

3 Bum« ft Bed·»

4 Moat. Bod»MbI«hi

5 «rat· Vft«Mrftnr*ttd· schicht &bgr; tioforliofond· Bodoncchicht

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Claims (1)

1. Damm als Wasserzufuhrschutz für den Tagebau, dadurch gekennzeichnet, daß er als Gefrierdamm ausgebildet ist und den Tagebau untertägig umschließt.

   Damm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Grundwasser Zuschlagstoffe, wie z. B. Zement, Muschelkalk, Bindemittel o-ä. beigemengt sind.

   Damm nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   er aus in j «teerten Mitteln und aus Eis besteht.