DD222914C2 - Verfahren zur herstellung von vertikalen wasserfassungsanlagen im lockergestein - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

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.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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.

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.).

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.

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 „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.

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.

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.

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 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.

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 DD-EB 235304/1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in der Wasserfassungsanlage zwischen der Filtersäule und der Bohrlochwand zunächst ein nichtverfüllter Ringraum verbleibt.

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.

Dadurch soll die Bohrlochwand innerhalb des freigelassenen Ringraumes zu Bruch gehen und dabei die Filterkruste zerstören und die bohrlochnahe Gebirgszone auflockern.

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.

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.

Ziel der Erfindung

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.

Darlegung des Wesens der Erfindung

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.

Außerdem soll bei beiden Bohrverfahren der bohrlochnahe Gebirgsbereich so aufgelockert werden, daß sich auch dadurch die Ergiebigkeit der Wasserfassungsanlage verbessert.

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.

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.

Bei im Trockenbohrverfahren hergestellten Wasserfassungsanlagen werden unmittelbar vor dem abschnittsweisen Behandeln die Futterrohre schnittweise entfernt.

Als Filterrohrmaterial 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.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spülbohrverfahren mit nicht verfülltem Ringraum. Fig.2: Brunnenbohrung, hergestellt im kombinierten Trocken-Spülbohrverfahren, in der Betriebsphase.

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.

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.

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.

Der beschriebene Vorgang des selektiven Anpumpens ist bis zur Standrohrteufe weiterzuführen.

Anschließend erfolgt die Restverfüllung 13 des nach dem selektiven Anpumpen und Ziehen des Standrohres 1 verbleibenden freien Ringraumes 7 mit Erdstoff.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen im Lockergestein, bei dem eine Beseitigung der im Spülbohrverfahren entstehenden Filterkruste bzw. bei Anwendung des Trockenbohrverfahrens entstehende verdichtete Zone durch Zubruchbringen der Bohrlochwand innerhalb des freien Ringraumes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruch Vorgang zielgerichtet von unten nach oben durch abschnittsweises Erzeugen einer starken Strömung aus dem Gebirge (3) heraus in Richtung Filterrohrsäule (5) initiiert und dadurch eine Auflockerung der nahen Gebirgszone und eine vollständige und in den wasserführenden Bereichen schichtenbezogene Verfüllung des Ringraumes (7) erreicht wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von vertikalen Wasserfassungsanlagen im Lockergestein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Tagesoberfläche angrenzende Ringraumabschnitt von Übergage aus verfüllt wird.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen