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Verfahren zum Abdichten eines Bohrloches, eines Schachtes od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abdichten eines Bohrloches, Schachtes
od. dgl. bzw. zur Verfestigung der dieses Bauwerk umgebenden Gebirgsschichten durch
Aufbau eines elektrischen Gleichstromfeldes zwischen dem metallischen Ausbau des
Bohrloches, Schachtes od. dgl. oder Teilen dieses Ausbaues und Gegenelektroden im
umgebenden Gebirge.
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Schächte, die in nicht verfestigten Schichten niedergebracht sind,
erfordern einen kostspieligen Ausbau mit hoher Festigkeit als statisch tragendes
Element, da das Gebirge zur Lastaufnahme nicht mit herangezogen werden kann. Außerdem
muß bei Wasserführung des Gebirges der Ausbau durch geeignete Materialwahl gegen
die in der Regel beträchtlichen Wasserdrücke abgedichtet werden. Bei den Ausbau
durch Verformung in Mitleidenschaft ziehenden Gebirgsbewegungen ergeben sich inbesondere
Schwierigkeiten hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Wasserdichtigkeit, wobei
im Falle aufgetretener Beschädigungen sehr kostspielige Erneuerungsarbeiten im Ausbau
erforderlich werden.
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Man ist deshalb bereits dazu übergegangen, unverfestigte Gebirgsschichten
durch Injektion von Bindemitteln zu verfestigen, die beim Abteufen der Schächte
durch im Schachtquerschnitt angesetzte Bohrlöcher oder aus außerhalb des Schachtzylinders
niedergebrachten Bohrlöchern in die abzudichtenden und zu verfestigenden Schichten
eingepreßt werden.
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Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht für die Verfestigung von
Schichten aus Feinsanden oder Schichten mit starkem Tongehalt mit geringer Durchlässigkeit.
Dies gilt auch dann, wenn man aus Mehrstoffkomponenten zusammengesetzte Bindemittel
verwendet und durch chemische Reaktion die Ausfüllung des Porenraumes bewirken will.
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Es ist bereits bekannt, eine Abdichtung und Verfestigung von Schichten
durch Aufbau eines elektrischen Gleichstromfeldes zwischen Metallelektroden zu bewirken.
Bei diesem Verfahren werden in dem Gleichstromfeld an der Kathode aus einer Lösung
ionenbildenden Verbindung die ionisierten Verbindungsbestandteile, bei Verwendung
einer Metallsalzlösung also Metallionen, ausgefällt, die als Niederschlag den vom
Grundwasser erfüllten Porenraum ausfüllen und damit eine Abdichtung und eine verfestigende
Bindung des Grundmaterials bewirken. Dieses Verfahren läßt sich auch in rein tonigen
Schichten zur Anwendung bringen, wobei unter Zusatz von hydrolisiertem Aluminium
eine Änderung des Hydratwassergitters und damit eine Verfestigung dieser Schichten
erzielt werden kann. Es ist auch bekannt, daß sich dieses Verfahren nicht nur auf
die Abdichtung und Verfestigung von geschütteten Böden, sondern auch auf die Abdichtung
und Verfestigung von Beton anwenden läßt.
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Auch ist ein elektrolytisches Verfahren bekannt geworden, das den
Zweck hat, Ausfällungen zum Zweck der Abdichtung der salzwasserführenden Schichten
in Salzbergwerken herbeizuführen. Dieses Verfahren läßt sich lediglich bei Vorhandensein
von Wässern mit ohnehin hohem Elektrolytgehalt verwenden, d. h., es beschränkt sich
grundsätzlich nur auf die Anwendung im Salzbergbau. Darüber hinaus ist es aber fraglich,
ob eine sichere Abdichtung bei derartigen Salzlaugen, die keine Einstoff-, sondern
eine Vielstofflösung darstellen, praktisch wirklich erzielt wird. Vielmehr ist anzunehmen,
daß sich durch die Vielstofflösung störende Reaktionen nicht vermeiden lassen, die
die Gesamtabdichtung dann in Frage stellen und somit das Verfahren, zum Beispiel
beim Abteufen eines Schachtes unbrauchbar machen.
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Im grundsätzlichen Unterschied zu diesen bekannten Verfahren wird
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, daß eine ionenbildende Verbindung
in das außerhalb des Ausbaues aufgebaute Gleichstromfeld eingebracht bzw. in dem
Feld unterhalten wird. Durch diese Maßnahme, nämlich geeignete Lösungen in ein Gleichstromfeld
einzuleiten, wird eine wesentlich größere Sicherheit, den Abdichtungs- bzw. Verfestigungseffekt
zu erzielen, und zwar auch dort, wo die in den Gebirgsschichten vorhandenen Wässer
keine ionenbildende Verbindungen enthalten, erreicht. Außerdem ist es im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres möglich, etwa vorhandene schädliche
Ionen durch geeignete
Metallsalze zu neutralisieren oder aber mit
in den Reaktionsprozeß einzuführen.
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Bei gleichförmigen Schichtlagen geringer Teufenerstreckungen genügen
als Gegenelektroden kurze Strecksonden, während man bei tieferen Schächten die Gegenelektroden
entsprechend tief absenken muß. Vorzugsweise werden der Ausbau bzw. die als Elektrode
verwendbaren Teile desselben als Kathode geschaltet. Als Gegenelektrode kann man
dabei die Verrohrung von den das Bohrloch od. dgl. umgebenden Bohrlöchern, beispielsweise
also Gefrierbohrlöchern, verwenden.
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Die ionenbildende Verbindung, beispielsweise ein Metallsalz, wird
dann in die perforierte Stellen aufweisende Verrohrung der mit Wasser gefüllten
Bohrlöcher eingeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die ionenbildende
Verbindung in Form einer Suspension den entsprechenden Elektroden aufzugeben. Gegebenenfalls
kann man auch so: vorgehen, daß man in den niederzubringenden Verrohrungen im in
Frage kommenden Teufenbereich entsprechende Perforationen vorsieht, oder aber die
Verrohrung in der entsprechenden Tiefe durch Sprengarbeit öffnet. Das in den Bohrlöchern
stehende Wasser wird zur Beschleunigung des Abdichtungsvorganges zweckmäßig etwas
angesäuert.
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Die Einführung der ionenbildenden Verbindung in dem abzudichtenden
oder zu verfestigenden Schichtbereich kann in weiterer Ausbildung der Erfindung
auch dadurch geschehen, daß der Schachtausbau bzw. bei Bohrlöchern die Bohrlochverrohrung
mit in das Gebirge vorstoßenden Bohrlöchern versehen wird, aus denen die ionenbildende
Verbindung in das Gleichstromfeld eingebracht wird.
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Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des Grundprinzips der Erfindung
besteht darin, daß man den leitenden Ausbau des Bohrloches bzw. Schachtes bzw. die
als Elektrode verwendbaren Teile dieses Ausbaus als Anode und die Gegenelektroden
als Kathode schaltet, wobei zwischen Anode und Kathode ein mit der Anode in leitender
Verbindung stehender Mantel aus Metall eingebracht wird. Bei den sich ergebenden
elektrolytischen Vorgängen zwischen Kathode und Anode findet in diesem Falle ein
Abwandern des Metalls von dem Metallmantel in Richtung der den Ausbau umgebenden
Gegenelektroden und damit eine Verdichtung der diesen Mantel umgebenden Schichten
statt, während sich im eingangs geschilderten Falle die Metallionen aus der Elektrolytlösung
in Richtung des als Kathode geschalteten Ausbaus bewegen und in dessen Umgebung
Undichtigkeiten abdichten bzw. die den Schacht umgebenden Schichten verfestigen.
Aus diesen Ergebnissen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt, daß sich dieses Verfahren
auch hervorragend zum Korrosionsschutz für alle an die Kathode angeschlossenen Metallteile
des Ausbaus des Bohrloches bzw. Schachtes verwenden läßt. Bei Undichtigkeiten im
Ausbau bzw. in der Verrohrung ergibt sich bei deren Schaltung als Kathode ein Niederschlag,
der aus dem Elektrolyten austretenden Metallionen und damit eine automatische Schichtbildung,
die bei geeigneter Wahl der Zusammensetzung des Elektrolyten einen einwandfreien
Korrosionsschutz gewährleistet. Selbstverständlich läßt sich das Prinzip auch bei
Umkehr der Schaltung zur Anwendung bringen, man muß nur dann dafür sorgen, daß der
die Anode umgebende Metallmantel in solcher Nähe - der zu dichtenden Verrohrengen
verläuft, daß mit Sicherheit ein Beschlag dieser Verrohrungen mit dem Metall des
Mantels gewährleistet ist.
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Besonders zweckmäßig ist das Erfindungsprinzip für die Abdichtung
älterer Untertagebauwerke, die aus irgendwelchen Gründen undicht geworden sind.
Es wird in den meisten Fällen möglich sein, in diesen Bauwerken ein Netz od. dgl.
unterzubringen, das die Schaltung dieses Bauwerkes als Elektrode des gemäß der Erfindung
Verwendung findenden elektrostatischen Feldes ermöglicht. Durch Niederbringen von
Bohrlöchern in die Teufe der Undichtigkeiten und Auffüllen dieser Bohrlöcher mit
dem Elektrolyten ist es nach Anlegen des elektrischen Feldes ohne Schwierigkeiten
möglich, die Abdichtung solcher leckgewordenen Untertagebauten durchzuführen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, nach Abdichtung und Verfestigung der ein Bohrloch umgebenden Gebirgsschichten
nach dem im vorhergehenden beschriebenen Verfahren im Bereich der verfestigten Schichten
einen Schacht od. dgl. abzuteufen.
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Die vorstehende Beschreibung der Erfindung an dem Beispiel der Abdichtung
einer Verrohrung oder eines Schachtes dient selbstverständlich nicht zur Beschränkung
des Erfindungsprinzips. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens ergibt sich für den Fachmann von selbst auch für andere Untertageräume,
die horizontal als Tunnel oder als Schrägstollen aufgefahren sind. Die Zuführung
der Elektrolyten erfolgt in diesem Falle zweckmäßig durch von Übertage niedergebrachte
Bohrlöcher oder aus durch die Wandung des Untertageraumes gebohrte Löcher.