Vorwort ......................................................... I
Inhaltsverzeichnis ............................................ III
Abbildungsverzeichnis ........................................... V
Tabellenverzeichnis ............................................ IX
Anlagenverzeichnis ............................................ XII
Abkürzungsverzeichnis ......................................... XIV
Kurzfassung ................................................... XXI
1 Bedeutung und Aktualität des Themas .......................... 1
1.1 Bedeutung für die bergbauliche Wasserwirtschaft ......... 1
1.2 Historischer Abriss ..................................... 4
2 Analyse des Standes der Technik und des Wissens zu
HDD-Brunnen .................................................. 9
2.1 Möglichkeiten der Entwässerung mit
HDD-Brunnen ............................................. 9
2.1.1 Verfahren der verlaufsgesteuerten
Horizontalbohrtechnik zur Installation von
Filterstrecken ................................... 9
2.1.2 Eigenschaften vertikaler und horizontaler
Entwässerungssysteme ............................ 11
2.2 Grundwasserströmung .................................... 14
2.2.1 Vorbemerkungen .................................. 14
2.2.2 Strömungsgleichungen im gesättigten
Zustand ......................................... 15
2.2.3 Strömungsgleichungen im ungesättigten
Zustand ......................................... 18
2.2.4 Bedeutung der Strömungsgleichungen
für die Untersuchungen .......................... 21
2.3 Analytische und empirische Lösungen für HDD-
Brunnen ................................................ 22
3 Zielstellung der Dissertationsschrift ....................... 29
3.1 Ziele und Vorgehen ..................................... 29
3.2 Horizontale Filterstrecke als Einzelelement ............ 32
3.3 Berechnungsansatz ...................................... 35
3.3.1 Brunnengleichung ................................ 35
3.3.2 Modell des Strömungswiderstandes im
Brunnenrohr ..................................... 36
4 Technikumsversuche .......................................... 44
4.1 Generelles Vorgehen ................................... 44
4.1.1 Grundsätzliche Festlegungen ..................... 44
4.1.2 Übertragbarkeit der Technikumsversuche .......... 45
4.1.3 Durchgeführte Messreihen ........................ 47
4.1.4 Eigenschaften von Modellmaterial, Filterrohren
und Verkiesungsmaterial ......................... 48
4.2 Aufbau des Technikumsversuchstandes .................... 50
4.2.1 Geometrie des Versuchsbeckens ................... 50
4.2.2 Wasserhaltung am Versuchsbecken ................. 51
4.2.3 Das Messsystem im Technikumsversuch ............. 52
4.2.4 Vorgehensweise beim Versuchseinbau .............. 54
4.2.5 Realisierung mehrerer Versuchsreihen in einem
Versuchseinbau .................................. 56
4.3 Versuchsdurchführung und Messwertbetrachtung ........... 58
4.3.1 Messwertabweichungen und Messunsicherheiten ..... 58
4.3.2 Parameterermittlung ............................. 64
4.4 Vorversuche ............................................ 66
4.4.1 Durchführung der Vorversuche .................... 66
4.4.2 Auswertung Vorversuche .......................... 69
4.4.3 Zusammenfassung ................................. 74
4.5 Überprüfung der Reliabilität der
Technikumsversuche .................................... 75
4.6 Inverse Modellierung der Technikumsversuche ............ 77
4.6.1 Hydraulische Parameter des Versuchsmaterials .... 78
4.6.2 Struktur-, Parameter- und Signalmodell /
Randbedingungen ................................. 80
4.6.3 Modellanpassung ................................. 81
4.6.4 Ergebnisse der Modellierung ..................... 85
4.6.5 Vergleich mit Berechnungsansatz "H-Brunnen" ..... 92
4.6.6 Vergleich der Simulationen mit
Überschlagsrechnungen ........................... 96
4.6.7 Zusammenfassung und Interpretation .............. 98
5 Feldversuch ................................................ 100
5.1 Aufgabenstellung ...................................... 100
5.2 Versuchsstandort ...................................... 100
5.2.1 Geologische und hydrologische Situation ........ 101
5.2.2 Abbausituation und technologische
Randbedingungen im Versuchsfeld ................ 103
5.3 Numerisches Modell zum Feldversuch .................... 104
5.3.1 Struktur-, Parameter-, und Signalmodell ........ 104
5.3.2 Randbedingungen ................................ 106
5.4 Versuchsplanung ....................................... 107
5.4.1 Modellrechnungen zur Versuchsplanung ........... 107
5.4.2 Planung der Versuchsanordnung .................. 108
5.5 Errichtung des Messnetzes am Versuchsstandort ......... 112
5.5.1 Errichtung des Grundwassermessstellennetzes .... 112
5.5.2 Erkundung des Versuchsstandortes ............... 113
5.5.3 Messeinrichtungen im Feldversuch ............... 117
5.6 Errichtung des Horizontalfilterbrunnens ............... 118
5.6.1 Horizontalbohrung und Herstellung der
Filterstrecke .................................. 119
5.6.2 Bau des Fassungsschachtes ...................... 122
5.7 Versuchsablauf und Messergebnisse ..................... 124
5.8 Inverse Modellierung des Feldversuches ................ 127
5.8.1 Modellanpassung über Parametervariation ........ 127
5.8.2 Ergebnisse der Modellierung ................... 130
5.8.3 Fehlerdiskussion ............................... 136
5.9 Technologischer Variantenvergleich zwischen VFB und
HDD-Brunnen ........................................... 140
5.9.1 Vergleichsannahmen und technologische
Einordnung ..................................... 140
5.9.2 Vergleichsberechnung und Ergebnisse ............ 143
5.10 Zusammenfassung zu den Ergebnissen des Feldversuchs ... 146
6 Technologische Varianten von HDD-Brunnen im Tagebau ........ 148
6.1 Brunnen und Brunnensysteme für die Entwässerung ....... 148
6.1.1 Bauformen von HDD-Brunnen im Tagebau ........... 148
6.1.2 Filterbrunnensysteme für die
Entwässerung im Tagebau ........................ 151
6.2 Näherungsverfahren zur Auswahl von
Filterbrunnensystemen ................................. 154
6.2.1 Produktivitätsindex ip und
Entscheidungskriterium ........................ 154
6.2.2 Lösungsdarstellung für
Ein-Grundwasserleiter-Probleme (Beispiel) ...... 157
6.3 Betrieb von Kombinationen aus vertikalen
Sickerbrunnen und HDD-Brunnen ......................... 159
6.4 Wirtschaftlichkeit von HDD-Brunnen .................... 162
7 Ergebnisse und Ausblick .................................... 165
Literaturverzeichnis .......................................... 171
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