Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Eine wichtige Voraussetzung vieler Berg- und Tiefbauprojekte, die im Tagebau und in offenen Baugruben realisiert werden, ist die Entw\u00e4sserung der Gebirgsschichten. Bis dato erfolgte die Entw\u00e4sserung meist mit Vertikalfilterbrunnen. Eine Umstellung auf Horizontalfilterbrunnen als Hauptentw\u00e4sserungselement lie\u00df erwarten, dass unter stark vermindertem Energie- und Materialeinsatz und l\u00e4ngerer Schonung des Tagebauvorfeldes sowie der Grundwasserressourcen eine technologisch notwendige und auf die Tagebausicherheit abgestimmte Entw\u00e4sserung durchf\u00fchrbar sein w\u00fcrde. Labor-, Technikums- und Feldversuche waren notwendig, um die Berechnungsgrundlagen f\u00fcr diese Brunnenform zu kl\u00e4ren. Ermittelte und verbesserte Berechnungsmethoden sollten in das Programmsystem PCGEOFIM implementiert werden, um so eine auf dieser Technik basierende Entw\u00e4sserung planen, simulieren und vorausberechnen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach einer Literaturrecherche und der Auswertung bisheriger Projekte wurden theoretische hydraulische Untersuchungen und Ma\u00dfstabsuntersuchungen durchgef\u00fchrt. Danach erfolgten Labor- und Technikumsversuche. In den Laborversuchen wurden die Vorg\u00e4nge im kleinen Ma\u00dfstab visualisiert. Im Technikumsma\u00dfstab erfolgten Versuche mit unterschiedlichen Bodenmaterialen, Filterkonstruktionen und Technologien des Brunnenbaus. Diese Versuche wurden in einem Versuchsbeh\u00e4lter von 6 x 6 x 2,5 m mit Hilfe von in der Praxis genutzter Technologie durchgef\u00fchrt.
\nDie Versuche wurden durch Modellierungen mit dem Programmsystem PCGEOFIM begleitet und modellgest\u00fctzt durchgef\u00fchrt. Die den Prozess abbildenden Algorithmen wurden entsprechend den Versuchergebnissen modifiziert und erweitert, so dass eine Abbildung der messtechnisch erfassten Vorg\u00e4nge im Modell m\u00f6glich wurde. Hierbei wurden die m\u00f6glichen F\u00e4lle der Filteranstr\u00f6mung, wie \u00dcberstau, Teileinstau und Infiltration in den Grundwasserleiter ber\u00fccksichtigt. Das so ert\u00fcchtigte Modell sollte dann f\u00fcr die Begleitung der in Phase 2 geplanten Feldversuche zur Verf\u00fcgung stehen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr die getroffenen Modellannahmen konnte grunds\u00e4tzlich gro\u00dfes Einsatzpotenzial f\u00fcr HDD-Brunnen (eng. Horizontal Directional Drilling oder HDD-Brunnen) beispielhaft belegt werden.
\nDie Voruntersuchungen zeigten Defizite in den Grundlagen der Str\u00f6mungsberechnung an HDD-Brunnen. Die dadurch fehlende Prognosesicherheit verhinderte bisher die Entwicklung von Entw\u00e4sserungssystemen auf Basis von HDD-Brunnen.
\nIn Technikumsversuchen wurden systematische Abweichungen bisheriger Algorithmen zur Berechnung der Anstr\u00f6mung an HDD-Brunnen im Bergbauregelbetrieb aufgezeigt.
\nDie Feldversuche best\u00e4tigten eine bislang f\u00fcr die Bemessung von Entw\u00e4sserungsvorhaben bisher nicht ausreichend genaue Abbildung der Naturprozesse im Modell.
\nAuf Basis der systematischen Abweichungen der Technikumsmodellierungen von den Versuchsergebnissen wurden umfangreiche und einschneidende Algorithmus\u00e4nderungen am Programmsystem PCGEOFIM vorgenommen. Die Gerinnestr\u00f6mung im HDD-Brunnen wurde erfolgreich implementiert. Die Modellergebnisse sind damit signifikant verbessert worden.
\nDiese Arbeiten am Algorithmus stellen die Prognosesicherheit bez\u00fcglich Ergiebigkeit und Absenkungswirkung f\u00fcr HDD-Brunnen mit freiem Auslauf her. Damit sind die Grundlagen f\u00fcr die Entwicklung eines auf HDD-Brunnen basierenden Entw\u00e4sserungssystems geschaffen worden.
\nDie erwarteten, positiven Effekte einer unter Ber\u00fccksichtigung der technologischen Randbedingungen stattfindenden HDD-Entw\u00e4sserung best\u00e4tigten sich. Am Feldversuchsstandort h\u00e4tte ein HDD-Brunnen die Entw\u00e4sserungswirkung im quasistation\u00e4ren Zustand von alternativ betrachteten 7 Vertikalfilterbrunnen (VFB) sicherstellen k\u00f6nnen. Damit konnte die Vorteilhaftigkeit des HDD-Brunnens gegen\u00fcber VFB am Beispiel des Versuchsstandortes gezeigt werden.
\nDie Ber\u00fccksichtigung der technologischen Randbedingung R\u00fcckbauphase zeigte, dass eine Entw\u00e4sserung mittels VFB am beispielgebenden Standort nicht zielf\u00fchrend bzw. nicht m\u00f6glich gewesen w\u00e4re. Der Grundwasserspiegel w\u00e4re bis zum Beginn der F\u00f6rderung nahezu wieder auf das Ausgangsniveau gestiegen. Eine sichere, nachhaltige Entw\u00e4sserung kann hier nur durch einen HDD-Brunnen, der ohne R\u00fcckbauphase auskommt, erreicht werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
14 Ver\u00f6ffentlichungen (siehe beigef\u00fcgte Liste), davon zwei Diplomarbeiten und eine
\n Studienarbeit, zwei weitere Diplomarbeiten werden noch in 2009 abgeschlossen (noch nicht in
\n der Liste)
\n\tWorkshop Grundlagen und Erfahrungen der \u00dcbertragbarkeit von Modellversuchen auf
\n gro\u00dfindustrielle Anwendungen und Ber\u00fccksichtigung der Skalierungseffekte in numerischen
\n am Berechnungsverfahren am 19. Januar 2007 in Freiberg, Sachsen
\n\tTeilnahme an der Woche der Umwelt am 5. und 6. Juni 2007 in Berlin
\n\tGeplanter Abschlussworkshop, Herbst 2009<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit verlaufsgesteuerter Horizontalbohrtechnik erstellte Horizontalfilterbrunnen (eng. Horizontal Directional Drilling oder HDD-Brunnen) haben wesentliche Vorteile gegen\u00fcber Vertikalfilterbrunnen (VFB) bei der Entw\u00e4sserung von oberfl\u00e4chennahen Lockergesteinen im Tagebau und im Bauwesen. Allerdings wurden sie f\u00fcr diese Zwecke wenig eingesetzt, da die Entw\u00e4sserungsleistungen oft nicht den Erwartungen entsprachen.
\nEs wurden umfangreiche Labor, Technikums- und Feldversuche durchgef\u00fchrt, mit denen die im Untergrund ablaufenden Prozesse unter kontrollierten Bedingungen messtechnisch detailliert erfasst wurden. Die Versuche wurden mit dem Grundwassermodellsystem PCGEOFIM geplant und begleitet. Die Auswertung der Versuchergebnisse gab Aufschluss \u00fcber die die Prozesse signifikant beeinflussenden Parameter und konnte genutzt werden, die Algorithmen zur Abbildung von HDD-Brunnen in PCGEOFIM entscheidend zu verbessern.
\nEs konnte quantitativ nachgewiesen werden, dass ein HDD-Brunnen mehrere VFB ersetzen kann, was zu entw\u00e4sserungstechnischen Vorteilen f\u00fchrt, die sich durch verminderten Material- und Energieeinsatz sowie Schonung des Vorfeldes von Tagebauen oder Baugruben manifestieren. Damit kann eine deutliche Umweltentlastung bei Bergbau-, Tief- und Erdbauvorhaben erreicht werden.
\nDie hier beschriebene erste Phase des Forschungsvorhabens wurde erfolgreich abgeschlossen und bietet eine solide Grundlage, in der zweiten Phase die gewonnen Erkenntnisse f\u00fcr Entwicklung eines optimierten Entw\u00e4sserungssystems an einer Beispiellagerst\u00e4tte anzuwenden und weiter zu qualifizieren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Eine wichtige Voraussetzung vieler Berg- und Tiefbauprojekte, die im Tagebau und in offenen Baugruben realisiert werden, ist die Entw\u00e4sserung der Gebirgsschichten. Bis dato erfolgte die Entw\u00e4sserung meist mit Vertikalfilterbrunnen. Eine Umstellung auf Horizontalfilterbrunnen als Hauptentw\u00e4sserungselement lie\u00df erwarten, dass unter stark vermindertem Energie- und Materialeinsatz und l\u00e4ngerer Schonung des Tagebauvorfeldes sowie […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[51,68,53],"class_list":["post-23718","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-ressourcenschonung","tag-sachsen","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"22473\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"213.994,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Ingenieurb\u00fcro f\u00fcr Grundwasser GmbH (IBGW)","dbu_projektdatenbank_strasse":"Nonnenstr. 9","dbu_projektdatenbank_plz_str":"04229","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Leipzig","dbu_projektdatenbank_p_von":"2006-03-20 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2009-06-30 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre und 3 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"0341 225610","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Sachsen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"115","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-22473.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23718","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23718\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":36721,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23718\/revisions\/36721"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23718"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23718"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23718"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}