DD293860A5

DD293860A5 - Verfahren zur Entwässerung von schwerentwässerbaren Böden

Info

Publication number: DD293860A5
Authority: DD
Publication date: 1991-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwaesserung von schwerentwaesserbaren Boeden im Bereich von gewachsenen und geschnittenen Boeschungen im Braunkohlentagebau, der Steine- und Erdenindustrie sowie bei der Bewirtschaftung von Halden, Deponien und Restloechern zur Erhoehung der Boeschungsstandfestigkeit und Ermoeglichung einer Foerderfaehigkeit. Kennzeichnend ist ein rasterfoermiges Einbringen von vertikalen Injektions- und Sickerelementen 9, die mit einem oberflaechenaktiven Stoff injektiert werden und nach einer Einwirkzeit ueber Horizontalfilter 4 eine Entwaesserung des Massenblockes 3 erfolgt. Der Injektionsdruck wird groeszer als der Frac-Druck gewaehlt. Fig. 1{Entwaesserung; schwerentwaesserbarer Boden; Boeschungen; rasterfoermig; Injektions-Sickerelemente; oberflaechenaktiver Stoff; Einwirkzeit; Horizontalfilter; Massenblock; Frac-Druck}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Nach der DD PS 217260 sind Verfahren zur effektiven Herstellung von Horizontalfiltern im Deckgebirge und in Kippen der Braunkohlentagebaue bekannt. Es werden dabei Horizontalfilterelemente bis in technologisch erforderliche Teufen der zu entwässernden Grundwasserleiter eingebracht. Es erfolgt die Fassung und kontrollierte Ableitung des gravitativ entwässerbaren Anteiles im Gebirge.

Die gleiche Wirkung wird im Prinzip durch Vertikalbrunnen erreicht, wobei die punktförmige Fassung hydraulisch nachteilig und uneffektiv ist.

Ein Verfahren zur Entwässerung feinsandiger und schluffiger Bodenschichten, die das Grundwasser unter der Wirkung dor Gravitation nicht allein bzw. nur sehr langsam abgeben, ist das Vakuumverfahren. Mit Vakuumfiltern, auch als Nadelfilter oder Wellpint-Filter bezeichnet, kann jedoch entsprechend der normalen Pumpensaughöhe eine Absenktiefe von 6 m erreicht werden, wobei sich der Unterdruck auf etwa 1 m im Umkreis des Brunnens auswirkt (Strzodka „Hydrotechnik im Bergbau und Bauwesen" S. 65-66 Leipzig 1975).

Bekannt ist nach der DE OS 2323537 ein Vakuumverfahren und Einrichtung mit einer Entwässerungswirkung bis 12,5m Teufe. Eine Verbesserung der Entwässerungswirkung wird nach Rücken, Fitzek und Siegmundt durch verschiedene Arten von Vakuum-Tiefbrunnen erreicht.

Die großräumige Absenkung eines schwerentwässerbaren Massenblockes ist nach dem gegenwärtigen Stand der Vakuumtechnik nur mit hohen Aufwendungen und Zeitverzögerungen für die nachfolgende Gewinnungstechnik verbunden. Elektroosmotische Verfahren, die gelegentlich als Intensiventwässerungsmethode in der Geotechnik genutzt werden, bleiben wegen des begrenzten Wirkraumes sowie des hohen Energieverbrauches auf Sonderfälle beschränkt. In der DD PS 242247 wird ein „Verfahren zur großräumigen Entwässerung von Erdstoffen mit niedrigen Durchlässigkeitsbeiwerten" beschrieben, bei der das Vakuumverfahren als kombiniertes Vakuum-Druckluft-Verfahren angewendet wird. Dabei werden die Vakuum- und Druckluftanlage am tiefsten Punkt der notwendigen Fall- und Steckfilter über eine bergmännisch aufzufahrende Entwässerungsstrecke angeschlossen. Der Nachteil besteht darin, daß das Auffahren eines untertägigen Schachtsystems an bestimmte geologische Strukturen gebunden ist und hohe Kosten verursacht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter bestimmten geologischen Bedingungen, wie beim Vorhandensein von Wasserlinsen, die Förderfähigkeit dieser geologischen Schichten zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein effektives Verfahren zur Böschungsstabilisierung und Verbesserung der Gewinnbarkeit zu entwickeln, bei welchem eine Veränderung der bodenphysikalischen Eigenschaften durch Erhöhung der Permabilität als Kriterium der Entwässerbarkeit gravitativ schwerentwässerbarer Böden erreicht und eine optimale Fassung und Abführung des Wassers gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgaba dadurch gelöst, daß an der Basis eines Massenblockes, gegebenenfalls auch in den darüberliegenden Ebenen, in Abhängigkeit von der Blockbreite des Gewinnungsgerätes, zunächst Horizontalfilter in einem größeren Abstand eingebracht werden. Durch die Fassung des gravitativ entwässerbaren Anteiles wird ein Potentialgefälle erzeugt und es stellt sich ein primärer Grundwasserströmungszustand ein.

In den zu entwässernden Böschungskörper werden nun vertikale Injektionsbohrungen eingebracht.

Unter Beachtung der geomechanischen Bedingungen erfolgt die Injektion oder Infiltration eines oberflächenaktiven Stoffes beispielsweise Tensid, über die vertikalen Injektionselemente, gegebenenfalls auch zusätzlich über die Horizontalbohrungen der oberen Ebene.

In Abhängigkeit von der Anordnung der Injektionsbohrungen und den geohydrologischen Bedingungen wird eine großräumige Durchdringung des Injektionsmediums in dem zu entwässernden Massenblock erreicht. Nach einer definierten Einwirkdauer, die mit einer Reduzierung der Oberflächenspannung einher geht, erfolgt eine Lösung von Haftwasseranteilen. Damit wird eine Erhöhung des gravitativen Entwässerungsanteiles und eine Verschiebung der unteren Entwässerbarkeilsgrenze erreicht. Die Permabilität erhöht sich dabei um das Mehrfache.

Die Entwässerung des so vorbereiteten Massenblockes erfolgt durch die Horizontalfilter, die am Böschungsfuß nachträglich verdichtet werden können.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll mittels Figur 1, die einen Böschungskörper mit entsprechenden Bohrungen und Filtern darstellt, näher erläutert worden.

In einem ersoffenen, schwerentwässerbaren Böschungskörper 1 werden von der unteren Arbeitsebene 2 in den zu gewinnenden Massenblock 3 Horizontalfilterelemente 4 eingebracht. Gegebenenfalls können von einer darüberliegenden Berme 5 weitere Horizontalfilter 4 hergestellt werden. Mit den Horizontalfiltern 4 erfolgt die Fassung des gravitativ entwässerbaren Anteiles. Der Ausgangsgrundwasserspiegel 6 wird dabei auf das Grundwasserniveau 7 reduziert, wobei die Potentialdifferenz 8 entsteht.

Anschließend werden vertikale Injektions-Sickerelemente 9 in den Massenblock 3 rasterförmig angeordnet und bis in den Wirkbereich der Horizontalfilter 4 der Arbeitsebene 2 führend, eingebracht.

In die vertikalen Injektions-Sickerelemente 9 und in die Horizontalfilter 4 der Bermo 5 ein Tensid, beispielsweise eine Behandlungsflüssigkeit eines Natriumalkylpolygeycolesthersulfates oder/und eines Fettalkoholpolygeycolesthers mit angelagerten Ethylenexidmolekülen injiziert.

Zur Reduzierung der Einwirkdauer wird das Injektionsmedium mit Druck beaufschlagt, gegebenenfalls bis zur Überschreitung des Frac-Druckes.

Nach einer Einwirkdauer des Tensides, die zu einer weitgehenden Benetzung des Strömungsraumes im Massenblock 3 führt, läuft dem Horizontalfilter 4 zusätzlich gelöstes Haftwasser zu.

Die Ergiebigkeiten der Horizontalfilter 4 erhöhen sich deutlich. Erforderlichenfalls sind die Horizontalfilter 4 von der Arbeitsebene 2 aus zu verdichten.

Claims

1. Verfahren zur Entwässerung von schwerentvvässerbaren Böden im Bereich von Böschungen, gekennzeichnet dadurch, daß zunächst Horizontalfilter (4) an der unteren Arbeitsebene (2) und gegebenenfalls von darüberliegenden Bermen (5) eingebracht, eine Fassung des gravitativ entwässerbaren Anteiles zur Potentialdifferenz (8) erfolgt, vertikale Injektions-Sickerelemente (9) in den Massenblock (3) rasterförmig bis in den Wirkbereich der Horizontalfilter (4) führen und mit einem oberflächenaktiven Stoff injektiert, wobei gegebenenfalls auch in die Horizontalfilter (4) eine Injektion erfolgt und die Horizontalfilter (4) bis zu einer definierten Einwirkdauer verschlossen sind, wonach eine Öffnung und Entwässerung des in seiner Permabili:ät veränderten Massenblock (3) über die Horizontalfilter (4) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Injektion mit einem oberflächenaktiven Stoff auch vor dem Einbringen der wasserabführenden Horizontalfilter (4) in den vertikalen Injektions-Sickerelementen (9) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Injektionsdruck größer als der Frac-Druck gewählt wird, wobei der Abstand der vertikalen Injektions-Sickerelemente (9) zu den Horizontalfiltern (4) so gewählt ist, daß während der Einwirkdauer des injektierten oberflächenaktiven Stoffes kein hydraulischer Kurzschluß erfolgt und zusätzlich vertikale und horizontale Strömungsbahnen entstehen.

Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet Anwendung bei der Entwässerung von gewachsenen und geschnittenen Böschungen schwerentwässerbarer Böden, insbesondere im Braunkohlenbergbau, der Steine- und Erdenindustrie sowie bei der Bewirtschaftung von Halden, Deponien und Restlöchern, bei denen auf Grund der bodenphysikalischen Eigenschaften eine Beeinträchtigung der Böschungsstandfestigkeit und Förderfähigkeit gegeben ist.