Vorwort Folie 1-3 Vorstellung des Unternehmens und der Person Michael Mülder Folie 4 Folie 5 Folie 6 Folie 7 Folie 8 Folie 9 Folie 10-11 Folie 12 1. Bedingungen Welche Art von Brunnen kommt zur Ausführung? - Brauchwasserbrunnen für die Gartenberegnung im privaten Bereich. Vom kleinen Gartenbrunnen mit Rammfilter und Saugpumpe bis zum Tiefbrunnen mit Unterwasserpumpe - Brauchwasserbrunnen für die Industrie (Betriebswasser) - Beregnungsbrunnen für die Bewässerung von landwirtschaftlichen Nutzflächen bzw. Sportplatzberegnung - Wasserversorgungsbrunnen für die Trinkwasserversorgung - Förder- und Schluckbrunnen für den Betrieb von Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen im privaten oder gewerblichen Bereich. - Feuerlöschbrunnen, falls Löschwassermenge aus öffentl. Wasserversorgungsnetz nicht ausreichend ist. a) klein: bis 800 ltr./min bzw. 48 m³/h b) mittel: bis 1.200 ltr./min. bzw. 72 m³/h c) groß: 1.600 ltr./min. bzw. 96 m³/h - Brunnen für die Grundwasserbeobachtung: a) Messstelle dient in der Regel rein zur Wasserstandsmessung b) Grundwassergütemessstellen zur Wasserstandsmessung und vor allem um repräsentative Wasserproben über einen Kurzpumpeinsatz zu erhalten - Abwehrbrunnen bei Verunreinigungen im Erdreich. Verunreinigungen werden am Standort gebunden, damit diese nicht abdriften bzw. um gleich zu sanieren zu können - Wasserhaltung bei Baumaßnahmen Und viele weitere Brunnen für Sonderaufgaben. Folie 13 Standortbestimmung Steht fest welchen Brunnen der Kunde benötigt, prüfen wir zuerst die Machbarkeit am Standort. Hier ist zu prüfen, ob der Kunde Informationen über vorhandene Brunnen in der nahen Umgebung (Nachbarschaft) hat. In besonders schwierigen Fällen kann der Kunde benachbarte landwirtschaftliche Betriebe kontaktieren, um zu erfragen wo der Grundwasserstand liegt und ob es schwierig ist an Grundwasser zu kommen. Folie 14 Folie 15 Folie 16 Vorgehen: a) Standortbestimmung mittels Kartenmaterial (Google Maps o.ä.) b) Einblick in die geolog. Karte NRW c) Lokalisierung von bereits abgeteuften Bohrungen in unmittelbarer Nähe
Folie 17 Untere Wasserbehörde Die Erstellung eines Brunnen ist grundsätzlich anzeigepflichtig bzw. erlaubnispflichtig. Erst bei Vorliegen der wasserrechtlichen Erlaubnis kann mit den Arbeiten begonnen werden. Je nach Behörde ergeben sich verschiedene Auflagen bzw. Bedingungen die zu erfüllen sind. Folie 18 2. Bohrverfahren Nach Prüfung der geologischen Verhältnisse wird das Bohrverfahren festgelegt. a) Bohrungen im Lockergestein (Sande, Kiese) Folie 19 Im Lockergestein bei frühem Wasserstand 3-6 m, werden für die Gartenberegnung auf einfachste Weise Rammfilterbrunnen bzw. Spülfilter eingesetzt. Dies wird vom Kunden häufig selbst ausgeführt. Ist der Wasserstand tiefer als 6,0 m bzw. fällt der Wasserstand beim Pumpen ab, ist der Einsatz einer Unterwasserpumpe bzw. Tiefsaugpumpe notwendig. Auch ein häufig vorkommender jahresbedingter Abfall des Wasserstandes um 1,5 m macht den Einsatz einer Unterwasserpumpe erforderlich. Kleinere Brunnen (Ø 100 mm) bis 12,0 m Tiefe werden in unserer Region häufig vom Kunden selbst abgeteuft. Dabei wird in der Regel mit Spirale bis zum Grundwasser und im Anschluss mit Ventilbohrer, auch Schlammbüchse genannt, bis zur Endteufe gebohrt. Dies ist körperlich äußerst anstrengend und nimmt viel Zeit in Anspruch. Folie 20 Folie 21 Folie 22 Folie 23 Folie 24 Folie 25 - Für kleinere Brunnen auf beengten Grundstücken bietet sich der Einsatz eines Raupenbohrgeräts an: Brunnenausbau Ø 125 mm, bis ca. 30 m Teufe je nach Schichtenaufbau, mittels Hohlbohrschneckenverfahren, Leistung bis ca. 5 m³/h. - Bei Trinkwasserbrunnen, Grundwasserbeobachtungen sowie Förder- und Schluckbrunnen wird eine Bohranlage auf LKW eingesetzt, die Bohrdurchmesser von 324 mm bis 419 mm, einen Brunnenausbau von 150 mm bis 200 mm und eine Bohrteufe bis 40,0 m ermöglicht. Die Bohrungen werden im verrohrten Trockenbohrverfahren bis zur Endteufe verrohrt und die Schutzverrohrung nach Ausbau des Brunnens wieder gezogen und der Brunnen rückverfüllt (Leistung: bis ca. 15,0 m³/h). - Bei großen Brunnenfassungen für Wasserwerke, Industrieunternehmen bzw. landwirtschaftl. Betriebe werden Greiferbohrungen im Durchmesser von 622 mm bis 1.080 mm im Lockergestein mittels Greifer bis ca. 40,0 m Teufe erstellt. Dabei wird eine Verrohrung bis zur Endteufe mitgeführt, der Brunnengreifer transportiert das Bohrgut zu Tage. Bei Erreichung der Endteufe wird der Brunnen ausgebaut und mit der Schüttung (i.d.r. Filterkies) begonnen. Die Schutzverrohrung wird dabei sukzessive gezogen und die Rückverfüllung ausgeführt. Diese Brunnen ermöglichen je nach Ausbau und Bodenprofil hohe Fördermengen an Grundwasser bis 150,0 m³/h b) Bohrungen im Spülbohrverfahren im Lockergestein sowie im Festgestein rotierend Diese Bohrungen werden in der Regel von universellen Bohranlagen auf LKW bzw. Unimog abgeteuft. Dabei werden zwei Arten von Spülbohrungen unterschieden das direkte und das indirekte Spülbohrverfahren. Die schnellste und günstigste Methode ist das direkte Spülbohrverfahren. Voraussetzung dafür ist eine gute Wasserversorgung am
Bohransatzpunkt. Die Bohrungen werden in der Regel nicht verrohrt. Durch die Auflast der Wassersäule in der Bohrung bleibt diese offen stehen. Würde der Wasserstand in der Bohrung abfallen und keine entsprechende Wasserauflast anstehen, würde die Bohrung sofort einfallen. Durch das Spülgestänge wird Wasser bis zur Bohrlochsohle gepumpt und das Bohrgut mit der Wasserspülung (entsprechende Anstiegsgeschwindigkeit nötig) im Ringraum nach oben befördert. Das direkte Spülbohrverfahren eignet sich jedoch nicht für alle Bodenschichten. Insbesondere bei Kiesen kommt es zur Verletzung der Bohrlochwand und somit zu einem Nachfall in der Bohrung. Folie 26 Beim indirekten Spülbohrverfahren werden in der Regel Bohrungen im Lockergestein bzw. im Festgestein abgeteuft. Hier sind entsprechend große Bohrdurchmesser möglich sowie eine verbesserte Qualität des Bodenaufschlusses. Bei beiden Verfahren werden häufig Spülungszusätze verwendet. Diese haben die Aufgabe einen Filterkuchen an der Bohrlochwand zu bilden und das Kaliber der Bohrung zu halten. Wichtig ist, dass die Spülungszusätze nicht grundwassergefährdend sind sowie nach dem Ausbau, beim Klarpumpen und Entsanden, wieder rückstandslos entfernt werden können. Folie 27 Folie 28 Folie 29 c) Imlochhammerbohrverfahren Das Imlochhammerverfahren gehört zu den direkten Spülbohrverfahren und wird vorzugsweise im Festgestein der Bodenklasse 6+7 (standfester Fels) eingesetzt. Im oberen Bereich wird eine Schutzverrohrung auf dem anstehenden Fels abgeteuft. Dieses ist zwingend erforderlich, da sonst ständiger Nachfall aus dem Lockersedimenten in die Bohrung nachfällt. Ist die Schutzverrohrung eingebaut wird ein Imlochhammer am Bohrgestänge in die Bohrung eingebracht. Der Imlochhammer wird über das Bohrgestänge angetrieben (drehend) und ein großer Kompressor pumpt Luft über das Bohrgestänge auf den Imlochhammer, der daraus schlagende Bewegungen erzeugt und auf der Bohrlochsohle wie ein Presslufthammer das anstehende Gebirge zertrümmert. Die gelösten Bohrnuggets steigen über den Bohrlochringraum zu Tage und werden zumeist direkt in einen Container für die Aufnahme des Bohrgutes transportiert. Im trockenen Fels kommt es häufig zur Staubentwicklung. Dieses ist durch den Einsatz einer Zwangsbefeuchtung des Bohrgutes zu unterbinden, indem über den Luftstrom parallel Wasser über eine Kolbenpumpe eingepumpt wird. Der große Vorteil bei diesem Bohrverfahren wird beim Anbohren von wasserführenden Schichten sichtbar. So wird nicht nur das Bohrgut zur Tage gefördert, sondern auch das anstehende Grundwasser. Erfahrende Geräteführer erkennen dabei schnell die Leistungsfähigkeit des Brunnens. Um ganz sicher zu gehen ist es zweckmäßig (falls die Geologie es erlaubt) nach Ausbau des Bohrgestänges und des Imlochhammers, einen kurzen Leistungspumpversuch zu fahren, indem eine Unterwasserpumpe eingesetzt wird. Dieser geringe Mehraufwand ist sicher günstiger, als hinterher festzustellen, dass zu wenig Grundwasser vorhanden ist. Ein weiterer Vorteil des Imlochhammerverfahrens ist die Schnelligkeit sowie die Sauberkeit. Als nachteilig erweist sich jedoch, dass die Gerätekosten für den Kompressor sowie die Materialkosten für den Imlochhammer nicht zu vernachlässigen sind.
Folie 30 Folie 31 Folie 32 Folie 33 Folie 34 Folie 35 3. Brunnenausbau Nach Fertigstellung der Bohrung wird ein entsprechender Ausbauplan für den Brunnen angefertigt. Der Ausbau erfolgt dabei (chronologisch) mittels Sumpfrohren, Filterrohren, Blindrohren (spätere Aufnahme für Unterwasserpumpe z.b. bei keinen guten wasserführenden Schichten), Filterrohren, Vollrohren, Zentrierungen, falls gewünscht Pegelrohren, Kiesschüttung, Gegenfilter, Tonabdichtung und Ringraumverfüllung. Beim Ausbau von Förderbrunnen im Lockergestein sollte der Filtersand bzw. der Filterkies entsprechend so ausgewählt werden, dass bei der Entsandung das Unterkorn abgepumpt wird und sich somit ein freies Porenvolumen aufbaut, damit dem Brunnen das Grundwasser einfach zufließt. Bei großen Brunnenanlagen werden bei den Probebohrungen Bodenproben entnommen und daraus Siebanalysen durchgeführt, um die Filterkiesschüttung optimal zu dimensionieren. Bei der Brunnenabnahme wird eine Sandmengenmessung durchgeführt und dabei die Restsandführung des Brunnens im Betriebszustand bestimmt. Beim Ausbau von Förderbrunnen im Festgestein hat der Filterkies in der Regel keine filterführenden Aufgaben, sondern eine stützende Aufgabe. Im Festgestein können, wenn keine Feinstbestandteile vorhanden sind, grobe Schlitzweiten bzw. grober Filterkies eingebaut werden. Folie 36 Folie 37 Folie 38 Folie 39 Folie 40 4. Stufenweise Intensiventsandung und Leistungspumpversuch Nach Fertigstellung wird der Brunnen umgehend von den Rückständen in der Bohrung klargepumpt. Dies wird bei kleineren Brunnen bis Ø 150 mm vornehmlich mit einer Unterwasserpumpe (Leistung 4-10 m³/h) durchgeführt. Die eigentliche Entsandung eines Brunnens ist eine aufwendige Angelegenheit. Gemäß fachgerechter Durchführung sollte ein Brunnen mit der 5-fachen Leistung die er später fördern soll intensiventsandet werden. Bei einem Brunnen der später 60,0 m³/h fördern soll, ergibt dies eine Entsandungsleistung von 300,0 m³/h. Diese Pumpengröße, Rohrleitungsdurchmesser, Stromversorgung und Ableitung in den Kanal ist gar nicht möglich. Aus diesem Grund bedient man sich der Methode der Abpackerung der Unterwasserpumpe im Brunnnen. Bei 5,0 m Filterlänge und 300,0 m³/h Entsandungsleistung bedarf es 60,0 m³/h je Meter. In diesem Fall würde eine Unterwasserpumpe auf 1,5 m abgepackert werden und der Brunnen mit eine Leistung von 90,0 m³/h (60,0 m³/h x 1,5 m = 90,0 m³/h) entsandet werden. Die Abpackerung sollte nicht stramm durch die Filterrohre gehen, da ansonsten die Gefahr der Sandablagerung und Beschädigung des Brunnenausbaumaterials besteht. Die Entsandung wird von unten nach oben ausgeführt und die Unterwasserpumpe im Start-Stop-Betrieb geführt, sodass wenn die Unterwasserpumpe abschaltet, die Wassersäule aus der Steigleitung wieder nach unten rauscht und entsprechend Aufwirbelungen im Filterkies entstehen. Über einen Teilstrom werden immer wieder parallel Sandgehaltsmessungen in Spitzgläsern entnommen, um die Sandfracht festzustellen bzw. über einen Filtersieb mit der Maschweite 0,063 mm gefahren. Ist der Teilbereich entsprechend Intensiventsandet worden, wird die Unterwasserpumpe um 1,0 m angehoben, um eine Überlappung von ca. 0,5 m zu gewährleisten. Sind alle Stufen durchgefahren, wird die Entsandungspumpe demontiert und eine entsprechende Pumpe für einen Leistungspumpversuch montiert. Über den Leistungspumpversuch wird die technische Sandfreiheit des Brunnens nachgewiesen. Bei kleineren Brunnen (z.b. Gartenbrunnen) wird
dies jedoch nicht durchgeführt, da die Kosten eines Leistungspumpversuches, die Kosten eines Gartenbrunnens übersteigen. In der Regel wird ein Leistungspumpversuch in drei Stufen durchgeführt. Im vorgenannten Beispiel würde der Brunnen bei späteren 60,0 m³/h Leistung, in der ersten Stufe mit 40,0 m³/h, in der zweiten Stufe mit 60,0 m³/h und in der dritten Stufe mit 80,0 m³ betrieben werden. Sobald keine Absenkung mehr bei den einzelnen Stufen wahrnehmbar ist, wird eine Teilstromentnahme von 1.000 ltr./h entnommen und der Sandgehalt geprüft, ob der Brunnen technisch sandfrei ist. Dieser Leistungspumpversuch dient auch zur Abnahme des Brunnens. Der Brunnenbauer hat die technische Sandfreiheit zu gewährleisten. Ein Brunnen darf bei 1,0 m³/h Fördermenge im Teilstrom nicht mehr als 0,3 g/m³ Sand fördern (niedrige Anforderungen). Bei mittlerer Anforderung darf der Restsandgehalt 0,1 g/m³ und bei hoher Anforderung 0,01 g/m³ betragen. Folie 41 Folie 42 Folie 43 Folie 44 Folie 45 5. Pumpentechnik und Zubehör Nach Fertigstellung des Brunnens erhält dieser sein Abschlussbauwerk, in Form eines Brunnenkopfes mit Brunnenschacht (je nach Kundenwunsch). Wichtig ist, dass die spätere Saugleitung bzw. der Einbau der Unterwasserpumpe nie in der Filterstrecke montiert wird, da ansonsten die Gefahr der Sandförderung und der nicht ausreichenden Kühlung des Unterwasserpumpenmotors besteht. Wenn die Unterwasserpumpe im Sumpfrohr bzw. in der Blindrohrstrecke montiert wird, ist die Montage eines Saugschutzmantels nötig, da ansonsten eine Kühlung des Motors nicht gewährleistet ist. Folie 46 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ich danke Ihnen im Namen des Erdbohr-Teams für Ihr Interesse und hoffe, dass der Vortrag informativ war.