DD219519C2

DD219519C2 - METHOD FOR PRODUCING VERTICAL WATER CONTAINMENT PLANTS IN LAX

Info

Publication number: DD219519C2
Application number: DD83255897A
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: DD219519A1

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 „Hydrotechnik im 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 mud 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 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, I.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, I.Auflage 1975, p. 64, a method is described, where in the completed hole, which was sunk by means of 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, dßa 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, by means of rinsing liquid or compressed air in certain well sections of the filter area is processed 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 dieses VerfahrensAccording 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 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 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 Kolmationsvorgängen wird die Dimensionierung des Filtermaterials hinsichtlich Korndurchlaß, Schlitzweiten, u.dgl. in Abstimmung mit den Gebirgsparametern 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 Kolmationsvorgängen the dimensioning of the filter material with respect to grain passage, slot widths, and the like. made in accordance with the mountain parameters 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 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 Reduzierung bisher notwendiger Transport- und Hilfsleistungen.The aim of the invention is to produce, using known drilling methods and at the lowest cost vertical water collection systems in the Lusatian mountains, which ensure immediately during commissioning the maximum possible eligibility 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. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem mit bekannten Verfahren das Bohrlochkaliber im Bohrlochtiefsten und in in Abhängigkeit des geologischen Schichtenaufbaues an ausgewählten Stellen im Bereich der Teufe erweitert wird. Zwischen Bohrlochwand und Filterrohrsäule wird zunächst ein offener Ringraum belassen. Bei im Spülbohrverfahren hergestellten Wassererfassungsanlagen wird nach Sperrung des Spülteichzulaufes der hydrostatische Überdruck im Bohrloch beseitigt. Dadurch wird ein Nachbrechen der Bohrlochwand, ausgehend von den Kalibererweiterungen, eingeleitet, was die Zerstörung der Filterkruste, die Auflockerung der nahen Gebirgszone und die Verfüllung des offenen Ringraumes 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 Anlagern 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 the wellbore deepest and in dependence of the geological layer structure at selected locations in the region of the depth using known methods. Between the borehole wall and the filter tube column, an open annular space is initially left. When produced in Spülbohrverfahren water detection systems is eliminated after blocking the Spülteichzulaufes the hydrostatic overpressure in the borehole. As a result, a rupture of 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 annulus result. The selected arrangement of the caliber extensions and by the design of the annulus ensures that the Nachbrechen and backfilling takes place from bottom to top and thus a layer-related attaching the mountain material to the filter column and a complete backfilling of the annulus takes place up 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, indem 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 is intentionally broken at 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 hydraulischer 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 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.

Ausführungsbeispielembodiment

Fig. 1: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spülbohrverfahren Fig.2: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-SpülbohrverfahrenFig. 1: well drilling, produced in the combined dry-Spülbohrverfahren Fig.2 well well, produced in the combined dry-Spülbohrverfahren

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

Zwischen Bohrlochwand und Filterrohrsäule 3 verbleibt zunächst ein freier Ringraum 4.Between the borehole wall and filter tube column 3, a free annular space 4 remains first.

Durch die im Bohrloch vorhandene Spülflüssigkeit, deren Spülflüssikeitsspiegel 5 sich oberhalb des Grundwasserspiegels 6 befindet, baut sich im Bohrloch ein hydrostatischer Überdruck auf, der die unverrohrten Bohrlochbereiche vor dem Nachbrechen schützt.Due to the existing in the drill hole rinsing liquid whose Spülflüssikeitsspiegel 5 is located above the groundwater level 6, builds up a hydrostatic overpressure in the borehole, which protects the uncased borehole areas before breaking.

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 Kalibererweiterungen 2 von unten nach oben, nachbricht und dadurch die Filterkruste 8 zerstört, die nahe Gebirgszone 9 auflockert und den freien Ringraum 4 schichtenbezogen und vollständig mit dem Gebirgsmaterial ausfüllt.After blocking the Spülteichzulaufes 7, this hydrostatic overpressure either breaks itself off or is eliminated by suitable methods. This causes the borehole wall, starting at the caliber extensions 2 from bottom to top, nachbricht and thereby destroys the filter crust 8, loosens the nearby mountain zone 9 and the free annular space 4 layers and completely fills with the mountain material.

Im Trockenbohrbereich werden danach die Futterrohre 10 gezogen. Im 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.In the dry well area, the casing tubes 10 are then 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 casing 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 annulus is filled with suitable soil 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

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 annulus, characterized in that the fracture process targeted from bottom to top initiated by Borlochkalibererweiterungen (2) and thereby a loosening of the nearby mountain zone (9) and in the water-bearing areas layer-related backfilling of the annular space (4) is achieved.

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

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