DE1122471B

DE1122471B - Method for sealing a borehole, a shaft or the like.

Info

Publication number: DE1122471B
Application number: DED29089A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl-Hans Biedendieck
Original assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Current assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Priority date: 1958-10-06
Filing date: 1958-10-06
Publication date: 1962-01-25

Description

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.Method for sealing a borehole, a shaft or the like. The invention relates to a method for sealing a borehole, shaft od. Like. Or to consolidate the rock strata surrounding this structure Build-up of an electrical direct current field between the metallic construction of the Borehole, shaft or the like. Or parts of this expansion and counter electrodes in the surrounding mountains.

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.Shafts that are sunk in unconsolidated layers, require an expensive expansion with high strength as a static load-bearing Element, as the rock cannot be used to take the load. aside from that If there is water in the mountains, the expansion must be countered by a suitable choice of material the usually considerable water pressures are sealed. When expanding Mountain movements that are affected by deformation result in particular Difficulties in maintaining water tightness, with in the event of damage, very expensive renovation work in the expansion will be required.

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.One has therefore already switched to unconsolidated mountain layers to solidify by injection of binding agents when sinking the shafts through drill holes in the shaft cross-section or from outside the shaft cylinder Drilled boreholes in the layers to be sealed and consolidated be pressed in.

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.However, this method is not suitable for the solidification of Layers of fine sand or layers with a high clay content with low permeability. This also applies when using binders composed of multicomponent components used and wants to cause the pore space to be filled by chemical reaction.

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.It is already known to seal and consolidate layers by building up an electrical direct current field between metal electrodes. In this process, in the direct current field at the cathode from a solution ion-forming compound the ionized compound components, if used a metal salt solution so metal ions, precipitated, which as a precipitate from the Filling groundwater filled pore space and thus a seal and a solidifying Cause binding of the base material. This process can also be used in purely clayey Apply layers, with the addition of hydrolyzed aluminum a change in the hydration water lattice and thus a consolidation of these layers can be achieved. It is also known that this procedure is not limited to the sealing and consolidation of poured soils, but also to the waterproofing and can apply consolidation of concrete.

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.Also, an electrolytic process has become known that the Has the purpose of precipitates for the purpose of sealing the salt water-bearing layers bring about in salt mines. This procedure can only be used if it is present use water with an already high electrolyte content, d. that is, it is limited basically only for use in salt mining. Beyond that, however, it is questionable whether a secure seal with such brine, which is not a single substance, but represent a multi-substance solution that is actually achieved in practice. Rather, it is to be assumed that disruptive reactions cannot be avoided by the multicomponent solution then question the overall seal and thus the process, for example make it unusable when sinking a shaft.

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.The fundamental difference to these known methods is Proposed in the method according to the invention that an ion-forming compound introduced into the DC field built up outside the expansion or in the Field is entertained. By this measure, namely suitable solutions in a direct current field initiate a much greater security, the sealing or strengthening effect to achieve, even where the water present in the mountain layers do not contain any ion-forming compounds. Plus, it's in the frame of the method according to the invention is readily possible, any harmful ones that may be present Ions by suitable To neutralize metal salts or with to introduce into the reaction process.

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.In the case of uniform layers with low depths, it is sufficient Short extension probes are used as counter-electrodes, while the counter-electrodes are used for deeper shafts must lower accordingly deep. Preferably the expansion or the as an electrode usable parts of the same connected as a cathode. As a counter electrode you can while the casing of the boreholes or the like surrounding the boreholes, for example so use freeze holes.

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.The ion-forming compound, for example a metal salt, is then into the piping, which has perforated points, of the piping filled with water Drilled holes introduced. Of course, it is also possible to use the ion-forming To give up the compound in the form of a suspension to the appropriate electrodes. Possibly you can also proceed as follows: in the pipework to be brought down in the in Question coming depth range provides appropriate perforations, or the Piping opens at the appropriate depth by blasting. That in the boreholes Standing water is useful to speed up the sealing process acidified.

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.The introduction of the ion-forming compound in the area to be sealed or layer area to be solidified can be used in a further embodiment of the invention also happen that the shaft extension or, in the case of boreholes, the borehole casing is provided with boreholes protruding into the mountains, from which the ion-forming Connection is introduced into the direct current field.

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.Another way of implementing the basic principle of the invention consists in the fact that the conductive expansion of the borehole or shaft or the Parts of this extension that can be used as an electrode as an anode and the counter-electrodes switches as cathode, with a conductive between anode and cathode with the anode Connected jacket made of metal is introduced. With the resulting electrolytic processes between cathode and anode take place in this case Migration of the metal from the metal jacket in the direction of the surrounding area Counter electrodes and thus a compression of the layers surrounding this jacket instead, while in the case described above, the metal ions from the electrolyte solution move in the direction of the extension connected as the cathode and in its vicinity Seal leaks or solidify the layers surrounding the manhole. From these results of the method according to the invention it follows that this method also excellent for corrosion protection for all metal parts connected to the cathode the expansion of the borehole or shaft can be used. If there are leaks in the Removal or in the piping results in a precipitate when it is connected as a cathode, the metal ions emerging from the electrolyte and thus an automatic layer formation, which, with a suitable choice of the composition of the electrolyte, are flawless Corrosion protection guaranteed. Of course, the principle can also be applied to Reverse the circuit, you just have to make sure that the the metal jacket surrounding the anode in such proximity - the piping to be sealed runs that with security a fitting of these piping with the metal of the Coat is guaranteed.

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.The principle of the invention is particularly useful for sealing older underground structures that have leaked for whatever reason. In most cases it will be possible to use a network or the like in these structures. accommodate the circuit of this structure as the electrode of the invention Use the electrostatic field allows. By bringing down Boring holes into the depth of the leaks and filling these boreholes with the electrolyte it is without difficulty after application of the electric field possible to seal such leaked underground structures.

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.Another possibility for using the method according to the invention consists in sealing and consolidating the rock strata surrounding a borehole according to the method described above in the area of the solidified layers to sink a shaft or the like.

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.The above description of the invention using the example of the seal a piping or a shaft does not of course serve as a restriction of the principle of invention. Another possible application of the invention For the skilled person, the procedure is self-evident for other underground spaces, which are driven horizontally as tunnels or as inclined tunnels. The feed In this case, the electrolyte is expediently carried out by means brought down from the surface Drilled holes or from holes drilled through the wall of the underground space.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for sealing a borehole, shaft or the like or for consolidating the rock layers surrounding this structure by building up an electrical direct current field between the metallic construction of the borehole, shaft or the like or parts of this construction and counter electrodes in the surrounding rock , characterized in that an ion-forming compound is incorporated in the constructed outside of the expansion DC field and maintained in the field.

2. The method according to claim 1, characterized in that with switching of the conductive expansion of the borehole, shaft or the like. Or parts the same as the anode and connection of the counter-electrodes as the cathode between the anode and cathode a jacket made of metal in conductive connection with the anode is introduced.

3. The method according to claim 1, characterized in that the expansion or the parts of the expansion of the borehole, shaft or the like. Are switched as a cathode.

4. The method according to one or more of the preceding Claims, characterized by the use of the casing of the the wellbore or the like. Surrounding boreholes, such as freeze boreholes, as counter electrodes.

5. Method according to claim 4, characterized in that the ion-forming compound, for example a metal salt, in which with a perforated Wall provided, water-filled boreholes is introduced.

6. The method according to claim 5, characterized in that the water standing in the boreholes is weakly acidified will.

7. The method according to claim 5 and / or 6, characterized by the use of perforated piping in the water-bearing area of the mountain. B.

procedure according to claim 5 and / or 6, characterized in that the piping that is brought down be opened in the water-bearing area of the mountains.

9. Procedure after a or more of Claims 1 to 4, characterized in that the borehole casing or the shaft lining is provided with boreholes protruding into the rock, from which the ion-forming compound is introduced into the direct current field.

10. Modification of the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that after sealing and solidification of the surrounding a borehole Mountain layers in the area of the solidified layers a shaft or the like sunk will. Documents considered: German Patent No. 184 965; U.S. Patent No. 2 035 214.