DD242247B5 - Verfahren zur grossraeumigen Entwaesserung von Erdstoffen mit niedrigen Durchlaessigkeitsbeiwerten - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung bei der Entwässerung von Lockergestein in Kippen, Mischbodenkippen und industriellen Absetzanlagen mit Kohlenstaub und Kraftwerksasche aus der Entstaubung, die naß verkippt oder verspült wurden bzw. die durch Anstieg des Grundwasserspiegels wassergesättigt sind, insbesondere im Braunkohlentagebau zur Vorbereitung des Abtragens dieser Kippen bzw. Absetzanlagen mittels Großgerätetechnik des Braunkohlentagebaues zur Nutzung darunter oder in Randbereichen anstehender Braunkohlenvorräte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist nach der OS 2 323 537 ein Verfahren und Einrichtung zur Absenkung des Grundwasserspiegels, mit welchem durch Einspülen eines Mantelrohres in den zu entwässernden Boden und des späteren Anschlusses an ein Vakuum eine Entwässerungswirkung bis Teufe 12,5 m beschrieben ist. Diese geringe Tiefenwirkung reicht für eine Entwässerung von großräumig und großer Mächtigkeit abgelagertem, schwerentwässerbarem Erdstoff, die mit Großgerätetechnik des Braunkohlentagebaues abgebaut werden sollen, nicht aus bzw. müßte in mehreren Etagen erfolgen, wodurch hohe Aufwendungen, Zeitverzögerungen und damit Leistungseinschränkungen entstehen. Die PS 126428 beschreibt ein Verfahren zur Abriegelung von Tagebauen, Baugruben und dergleichen, mit dessen Hilfe über kleinkalibrige Bohrungen ein gasförmiges Medium unmittelbar über dem Liegenden einer flüssigkeitsführenden Schicht eingebracht wird und somit eine Abriegelung der zuströmenden Flüssigkeit erreicht werden soll. Dieses Verfahren bedingt eine Begrenzung der flüssigkeitsführenden Schicht im Liegenden wie im Hangenden durch bindigen Boden, so daß eine Anwendung in Kippenböden nicht möglich ist.

In der PS 203 349 wird ein Verfahren zur Abriegelung von Grundwasserzuflüssen mittels pneumatischer Brunnengalerie beschrieben, durch welche eine Verdrängung des einer Baugrube zufließenden Wassers mittels Druckluft erzielt wird. Dieses Verfahren dient der Abriegelung von Grundwasserzuflüssen und ist nicht für eine großräumige Entwässerung geeignet. Das Einleiten von Preß- bzw Druckluft zwischen einem hangenden und einem liegenden Wasserstauer über Pegelbohrungen bei der Entwässerung von wasserführenden Schichten ist entsprechend der DL-PS 40087 bekannt. Dadurch wird eine höhere Fließgeschwindigkeit in der wasserführenden Schicht und eine schnellere Wasserabgabe an die Brunnenriegel erreicht. Das Verfahren ist nicht geeignet bei schwerentwässerbaren Erdstoffen, wenn über die Filterbrunnen, denen das Wasser zugeführt werden soll, keine Entwässerung erreicht wird. Zum Stand der Technik gehört die in der SU-PS 863771 (E02D 19/10) dargestellte Lösung zur punktuellen Hebung von Wasser aus Erdschichten und ist jedoch für eine großräumige, gleichmäßige Entwässerung ungeeignet.

In der Praxis der Entwässerung von Braunkohlentagebauen ist der Einsatz von Fallfiltern und Steckfiltern mit dem freien Auslauf des über die Schwerkraftwirkung erschroteten Wässern in Verbindung mit Entwässerungsstrecken im Braunkohlenflöz bekannt und in der Fachliteratur (Lehrbuch des Braunkohlentagebaues von em. о. Prof. Dipl.-Berging. Dr.-Ing e. h. K. Kegel, Verlag von Wilhelm Knapp, Halle (Saale) 1953 S. 309/310; Freiberger Forschungsheft A 402 Tagebau VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1967, Vortrag zu „Methoden und Ergebnisse von Kippenentwässerungen in der Tagebaupraxis" S. 63/64 v. H. Matschak und H. Schneckenberg, Freiberg; Braunkohlentagebau, Anleitung für Planung und Betrieb II, Aufschlußentwässerung S. 50-56 Verlag Technik Berlin und Braunkohlentiefbau Fachbuchverlag GMBH Leipzig 1953 S. 96-103 von Berging. Ludwig Dehne) dargelegt. Diese Entwässerungsmethoden setzen gute Durchlässigkeitsbeiwerte des Erdstoffes voraus und sind in der beschriebenen und praktizierten Art und Weise für schwerentwässerbare Erdstoffe nicht anzuwenden.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, daß erdfeuchte oder wassergesättigte schwerentwässerbare nicht tragfähige Erdstoffe großer räumlicher Ausdehnung und Mächtigkeit entwässert bzw. trocken gelegt werden und damit die Tragfähigkeit, Baggerbarkeit und Transportfähigkeit des Erdstoffes erreicht wird, damit ein Abtrag mit im Braunkohlentagebau für die Baggerung von Lockergestein eingesetzten Großgeräten und der dazu gehörigen Transporteinrichtungen möglich ist, wodurch hohe Leistungen und Effektivitäten erreichbar sind, der Abtrag derartiger Erdstoffe in den durchgängigen Abbau von Tagebauen eingeordnet werden kann und die Nutzung von bisher nicht gewinnbaren Rohstoffen, die in Randbereichen oder unter industriellen Absetzanlagen und Kippen anstehen, zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bei dem Verfahren zur großräumigen Entwässerung von Erdstoffen mit niedrigen Durchlässigkeitsbeiwerten handelt es sich um ein kombiniertes Vakuum-Druckluft-Verfahren, welches über an sich bekannte Filterbrunnen, die als Fallfilter wirken, und Steckfilter, die gegenüber der Atmosphäre und großporigen Erdstoffen abgedichtet sind, in einer bergmännisch aufzufahrenden Entwässerungsstrecke enden und an deren tiefsten Punkt wahlweise eine Vakuumanlage oder Druckluftanlage angeschlossen ist und somit die Entwässerung oder das Trockenlegen eines erdfeuchten oder wassergesättigten schwerentwässerbaren nicht tragfähigen Erdstoffes durch Vakuum einerseits und andererseits durch hohen Druck erwirkt wird und die Grundwasserabsenkung bzw. das Trockenlegen des Erdstoffes von der Höhenlage der Entwässerungsstrecke und nicht von der geringen möglichen Hubhöhe des Wassers im Vakuumbrunnen bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß:

- die Vakuumanlage nicht wie bekannt am Filteransatzpunkt auf der Geländeoberfläche, sondern am tiefsten Punkt des Filters angeschlossen wird und somit das durch den Einfluß des Vakuums freiwerdende Wasser ohne Einfluß der möglichen Hubhöhe abgeführt werden kann, und das Druckgefälle unterstützt durch die Schwerkraft optimal genutzt wird,

- die Wirkung des Vakuums unterstüt2t wird durch den Aufbau einer Überdruckzone im Erdstoff, indem über Filter Druckluft in den Erdstoff gepreßt wird und damit eine Verdrängung des Wassers erfolgt, und daß diese Druckluft so lange zugeführt wird, bis sich Wirkungen auf die Stabilität des Vakuums zeigen,

- die Filter entsprechend der durch den Betrieb erreichten Entwässerungswirkung unter Vakuum oder Druckluft betrieben werden können,

- die Filter vom Gelände aus bis auf die geplante Höhenlage der Entwässerungsstrecke gebohrt, gegen die Atmosphäre und gut durchlässige Erdstoffe (Grundwasserleiter) abgedichtet, im zu entwässernden Erdstoff mit einem Filtermantel ausgebaut und über das bergmännische Auffahren einer Entwässerungsstrecke zugängig gemacht werden.

Zur optimalen Wirkung des Vakuums bzw. der Verdrängung des Wassers durch Druckluft Steckfilter von der Entwässerungsstrecke aus in den zu entwässernden Erdstoff hoch gebohrt und gegen die Atmosphäre abgedichtet werden und am Ansatzpunkt des Steckfilters, also am tiefsten Punkt, die Vakuum- bzw. Druckluftanlage angeschlossen wird. Bei relativ günstigen Durchlässigkeitsbeiwerten des zu entwässernden Erdstoffes kann das erfindungsgemäße Verfahren auch als reines Vakuumverfahren zur Anwendung kommen.

Durch die große Tiefen- und Breitenwirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei fehlender Tragfähigkeit des Erdstoffes für das Bohren von Filtern ein schrittweises Herstellen der Filter entsprechend der erreichten Entwässerungswirkung vorgenommen werden und somit zur Gesamtentwässerung führen. Durch die Komplexität und Variierbarkeit des Verfahrens können schwerentwässerbare Erdstoffe großer Mächtigkeit in einem Arbeitsgang entwässert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung ist in

Fig. 1: das Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem angenommenen Schichtenaufbau des Gebirges 1 und in Fig. 2: die Systematik der schrittweisen Stabilisierung von einem erdfeuchten, wassergesättigten, schwerentwässerbaren nicht tragfähigen Erdstoff großer räumlicher Ausdehnung und Mächtigkeit sowie das notwendige Entwässerungsstreckensystem schematisch dargestellt.

Das Verfahren zur großräumigen Entwässerung von Erdstoffen 2 mit niedrigen Durchlässigkeitsbeiwerten besteht in der Kombination von an sich bekannten Filterbrunnen 3, die als Fallfilter 4 oder Druckfilter 5 genutzt werden, Steckfiltern 6 und einer bergmännisch in einem Braunkohlenflöz 7 aufzubohrenden Entwässerungsstrecke 8 und einem System von Vakuum- und Druckluftanlagen 10, die am tiefsten Punkt 11 der Filter 3 an diese über Ventile 12 und Rohrleitungen 13 angeschlossen werden. Die Filterbrunnen 3 werden vom Gelände 14 aus mit bekannten Bohrverfahren bis auf die geplante Höhenlage der Entwässerungsstrecke 8 niedergebracht und entsprechend vorgegebener Parameter ausgebaut. Dabei sind neben der Filterbrunnensäule 15 und dem Filterkiesmantel 16 die Abdichtungszonen 17 gegenüber der Atmosphäre und ggf. vorhandenen Grundwasserleitern 18 mit besonderer Sorgfalt herzustellen, damit negative Einflüsse auf den Aufbau und die Stabilität des Vakuums vermieden werden. Dies gilt auch für die Verteilung der Druckluft.

Die Entwässerungsstrecke 8 wird nach dem Bohren der Filterbrunnen 3 von einer offenen Baugrube bzw. einem Tagebau oder von einem zu teufenden Schacht aus aufgefahren, um die Sicherheit zu gewährleisten. Nach dem Erreichen der Filterbrunnen 3 werden diese geöffnet und mit zwei Anschlüssen und je einem Ventil 12 für Vakuum oder Druckluft versehen und an das jeweilige Rohrleitungsnetz 13 angeschlossen. Zur Unterstützung der Wirkungen der Fall- 4 oder Druckfilter 5 können von der Entwässerungsstrecke 8 aus sog. Steckfilter nach oben bis in den zu entwässernden Erdstoff 2 gebohrt,

ebenfalls mit Abdichtungszonen 17 gegenüber der Atmosphäre versehen und entsprechend der gewünschten Wirkung am tiefsten Punkt 11 Ventile 12 eingebaut und an das jeweilige Rohrleitungsnetz 13 angeschlossen werden. Die Abteilung des dem zu entwässernden Erdstoff 2 entzogenen Wassers kann über Rohrleitung 19 oder in einem offenen Graben (bergmännisch = Rösche) 20 in der Sohle des Streckenprofils 21 der Entwässerungsstrecke 8 erfolgen. Zum Erreichen einer Tragfähigkeit im zu entwässernden Gebiet 22 für den Einsatz der zum Bohren der Filterbrunnen 3 notwendigen Bohrausrüstung, ist vom sicheren Standort 23 aus mit den Bohrarbeiten zu beginnen, diese Filterbrunnen 24 über das Entwässerungsstreckensystem 25, welches von der offenen Baugrube oder einem Tagebau aus aufgefahren wird, anzufahren und zu betreiben. Nach erzielter Verbesserung der Tragfähigkeit sind die Filterbrunnenbohrungen 26, 27, 28 schrittweise über das gesamte zu entwässernde Gebiet 22 entsprechend vorgegebenen Abständen niederzubringen.

Bezugszeichenliste

1 angenommener Schichtenaufbau des Gebirges

2 zu entwässernder Erdstoff

3 Filterbrunnen

4 Fallfilter

5 Druckfilter

6 Steckfilter

7 Braunkohlenflöz

8 Entwässerungsstrecke

9 Vakuumanlage

10 Druckluftanlage

11 tiefster Punkt der Filter

12 Ventile

13 Rohrleitungen

14 Gelände

15 Filterbrunnensäule

16 Filterkiesmantel

17 Abdichtungszonen

18 Grundwasserleiter

19 Rohrleitung für Ableitung des dem Erdstoff entzogenen Wassers

20 offener Graben (bergmännisch = Rösche)

21 Streckenprofil

22 zu entwässerndes Gebiet

23 sicherer Standort

24 Filterbrunnen auf sicherem Standort

25 Entwässerungsstreckensystem

26, 27, 28 Filterbrunnenbohrungen entsprechend erzielter Verbesserung der Tragfähigkeit

Claims (5)

1. Verfahren zur großräumigen Entwässerung von Erdstoffen (2) mit niedrigen Durchlässigkeitsbeiwerten, gekennzeichnet dadurch, daß das zur Entwässerung bzw. zum Trockenlegen von schwerentwässerbarem Erdstoff (2) an sich bekannte Vakuumverfahren als kombiniertes Vakuum-Druckluftverfahren angewendet wird und die Vakuumanlage (9) sowie die Druckluftanlage (10) am tiefsten Punkt (11) der dazu notwendigen und bekannten Filterbrunnen (3) und Steckfilter (6) über eine bergmännisch aufzufahrende Entwässerungsstrecke (8) angeschlossen werden.

2. Nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das kombinierte Verfahren auch als reines Vakuumverfahren anzuwenden ist.

3. Nach Punkt 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Filterbrunnen (3) nicht nur am Ansatzpunkt auf dem Gelände (14) gegen die Atmosphäre abzudichten sind, sondern auch am tiefsten Punkt (11).

4. Nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Filterbrunnen (3) entsprechend dem Verlauf der Entwässerungswirkung entweder als Fallfilter (4) oder als Druckfilter (5) genutzt werden können.

5. Nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß an sich bekannte Steckfilter (6) gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden und mit Vakuum oder Druckluft arbeiten.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen