DE1709393A1 - Verfahren zur festigung und abdichtung nichtkompakter materien, insbesondere wasserfuehrender erdmassen durch injektion - Google Patents
Verfahren zur festigung und abdichtung nichtkompakter materien, insbesondere wasserfuehrender erdmassen durch injektionInfo
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Verfahren zur Festigung und Abdichtung nichtkompakter f
Materien, insbesondere wasserführender Erdmassen durch
Injektion
Der Kampf gegen das Vordringen aggressiven Wassers bei der Durchkreuzung wasserführender Erdmassen, gegen Undichtigkeit
und geringe Tragfestigkeit dieserErdmassen, gegen
Schwimmsand und quellende Tone bildet bei dem Ausbau und (| bei der Erhaltung von Grubenbauten ein schwieriges techni- ι
sches Problem. Das gilt überhaupt im allgemeinen von Injektionen nichtkompakter Materien zum Zwecke ihrer Festigung.
Eines dieser Mittel, das zur Festigung der Erdmassen führt und das -hinwirken von aggressivem Wasser auf die Grubenausbauten
verhindert, ist die Injektion, die durch geeignete Stoffe in Losungen oder Suspensionen unter Druck durchgeführt
wird.
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Am meisten wird die Injektion mit einer ouspension von
Zement in Wasser angewendet. Auf diese Art ist es aber nur möglich Schotter und gröberen Jand, wo der Kapillarwiderstand
überwunden werden kann, erfolgreich abzudichten. Sind aber bei der Injektion mit Zementsuspension oder
Zementmörtel die Hohlräume nicht genügend groß, so bilden die Zementkörner eine Membrane, die ein weiteres
Vcfflringen des Injektionsmaterials in die Erdmassen verhindert.
Bei diesem Vorgang ist daher große Aufmerksamkeit der Korn-P größe des Sandgemenges und dem Koeffizienten Wasser zu
^ widmen, denn von der Zusammensetzung der suspension hängt
der Erstarrungsprozess und die Festigkeit des Betons ah. Eine weitere Bedingung für eine erfolgreiche Injektion
mit der Zementsuspension ist die Geschwindigkeit des strömenden Grundwassers, die nur max. 0,1 cm/sek. betragen darf;
bei einer größeren Geschwindigkeit des strömenden Wassers findet die Koagulation der Zementsuspension nicht statt.
Die Grenze der Verwendbarkeit der Injektion mit Zementsuspension liegt bei 5 P& des Grundwassers. Die Zementsuspension
ist auch nicht bei Auftreten von aggressiven
Wassers anwendbar, denn durch Einfluß desselben wird der
* Zement angegriffen und mit der Zeit zerfällt derselbe,
was wieder das Durchsickern des Wassers in die Grubenaus-
* bauten zur l?olge hat.
Eine weitere Art der Injektion ist die mit Tixotroper Suspensionen,
die, solange sie sich nicht absetzen, flüssig sind, Nach dem Absetzen gehen sie in die gelartige Prom über. Zum
Abdichten der Erdmassen benütz t man einerseits fein gemahlenen Ton, bei dem die Korngröße kleiner als beim Zement ist,
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andererseits eine Suspension von Bentonit, der mit Wasser
vermischt sein Volumen um ein Vielfaches vergrößert. Diese Art setzt jedoch begrenzte hydrogeolofilsche Bedingungen
voraus· Auch die Zeitdauer des Erstarrens des injektierten
Materiales ist lang.
Bei der chemiechen Injektion benützt man Lösungen von alkalischen
Silikaten, die schon in kürzester Zeit Gele bilden. Diese Art ist aber nur zum Abdichten von kleineren
Hohlräumen bei geringem Wasserzufluss anwendbar, denn das
bei der öilikation der Erdmassen gebildete Kalziumsilikat 'M
ist in Wasser nicht vollständig unlöslich, nie i?olge davon
ist, daß sich der Wasserzufluß mit der Zeit erneuert, so daß * der Zweck der Injektion vereitelt ist.
Außer Hineralstoffen werden zum Abdichten des durchsickernden
Wassers auch bitumniöse otoffe verwendet, die nach dem
Erstarren oder Koagulieren die Poren ausfüllen und auch gegen aggressives Grubenwasser widerstandsfähig sind.
Bei der Injektion mit heißem Bitumen oder Pech ist es wichtig, daß die Masse dünnflüssig ist und daß sich dieselbe %
gut in die Poren der Erdmassen einpressen läßt. Das Bi- i
turnen wird deshalb ober Tage in zu diesem Zwecke besonders
hergerichtete Einrichtungen auf eine Temperatur nach Art des Bitumens, von 120°ö bis 2000O erhitzt und in
dünnflüssigem Zustand unter Druck mit Druckpumpen in das Bohrloch eingepreßt» Damit das geschmolzene Bitumen bis
zuii Augenulick des Einpressens in dieErdmassen genügend
flüssig bleibt, ist es bei größeren Tiefen nötig, die ganze Druckgarnitur d.i. Rohrleitungen, Pumpe und Bohrlöcher auf
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die nötige Temperatur elektrisch oder mit; heißem Heizöl o.a.
zu erhitzen. Diese Art, die durch die daher gebrauchten Einrichtungen und Art der Durchführung technisch sehr
anspruchsvoll ist und auch hohe Kosten verursacht, ist bei größerem Zufluss von Grubenwasser ungeeignet. Das heiße
Bitumen oder das Pech erstarrt sofort bei der Berührung mit Wasser, so daß es unmittelbar hinter der Grubenmauer einen
Stopfen bilden kann, der ein weiteres Vordringen des Bitumens in die Poren der Erdmassen verhindert. Hierzu kommt noch, daß
sich bei der Berührung des heißen Bitu^mens mit Wasser in den Hohlräumen oder Poren der Erdmassen Wasserdampf entwickelt,
der durch seinen Druck eine Vergrößerung der bestehenden evtl. neue Hisse verursachen kann. Zu einem verhältnismäßg
schnellen Erstarren des Bitumens führt auch, ohne Gegenwart von Wasser, nur die Berührung mit dem Gestein.
Der Aktionsradius der Injektion ist deshalb verhältnismäßig klein und eine zusammenhängende Imprägnierung der Erdmassen
resp. ein Ausfüllen weitentfernterer Poren mit heißem Bitumen
ist unverläßlich und unkontrollierbar.
In manchen Fällen wurde deshalb zur Injektion Tixotrope
Bitumensuspension verwendet, die bei normaler Temperatur ein teigähnliches Aussehen hat. Die Suspension von verschiedener
Konsistenz wird durch Mechanisches Vermischen des geschmolzenen Bitumen in Kalk - oder Tonteig hergestellt.
Bitumensuspensionen werden auch manchmal dem Zementgemenge zugesetzt, um die Widerstandsfähigkeit des Injektionsmateriales
gegen aggressive Grubenwässer zu erhöhen. Die Nachteile der Zementation sind durch die Zugabe der Bitumensuspension
damit aber nicht beseitigt.
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Zur Injektion kann man in vereinzelten Fällen auch Bitumensuspension unverinischt verwenden. In solchen Fällen müssen
aber die Hohlräume und Poren der Erdmassen wenigstens eine Zeit lang wasserfrei sein, denn der Koagulationsprozess ist
bei diesem Material erst nach vollkommenem Verdunsten des Wassers beendet. Solange das in der Suspension enthaltene
Wasser nicht verdunstet, was mehrere Stunden erfcniert, ist
der Prozess reversibel, d.h. der ZufIusb des Grubenwassers
würde vor der Beendigung der Koagulation der Bitumensuspension dieselbe aus den Hdiräumen und Poren der Erdmassen ausschwemmen.
Bekannt geworden ist auch das in der USA Patentschrift 2 JOO 325 beschriebene Verfahren. Dieses beruht in einer
Impregnation der Unterlagen, gegebenenfalls der Massen durch oleophiles Kolloid in Gegenwart eines Lösungsmittels,
welches mit dem oleophile Kolloid vereinigt wird, wobei dieses anschwillt und im Verlauf der Einführung in
ein oleophobes Kolloid übergeht, welches auf der behandelten Oberfläche einen oleophoben -^iIm bildet. Anspruch 3
ist dann identisch mit Anspruch 2.
Im angegebenen Falle geht es also um eine Phaseänderung
eines lyophilen Kolloxdes in ein oleophoben Kolloid bei Bildung eines oleophoben Filmes, welcher eine Isolationsschicht
auf der behandelten Oberfläche bildet.
Diese Isolation ist nicht sehr dauerhaft, weil es bei einer chemischen Gleichgewichtsstörung zu einer Inversion des
lyophoben Kolloides in lyophiles Kolloid kommen kann, gegebenenfalls zu seiner Verflüssigung.
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Die Nachteile der bisher bekannten Insektionsverfahren xür
das Abdichten und die Festigung der Erdmassen resp. nichtkompakter Materien beseitigt das Verfahren nach der Abfindung
bei welchen in die Hohlräume und Poren der Erdmassen fein verteiltes Bitumen in -^'orin einer Emulsion unter Druck gepreßt
wird und auf die mit Elektrolyten eingewirkt wird. Die Koagulation dieser Bitumenemulsion, die zur Emulgierung
die nötige Menge aktiver Stoffe enthält, verläuft durch die Einwirkung des Fällmittels (Elektrolyt) in entsprechender
Konzentration sofort und ist zum Unterschiede von der lang andauernden, sukzessiven Koagulation der Bitumensus—
pension ein nicht rückgängiger Prozess. Das aus der Emulsion abgespaltene Bitumen kann daher sofort mit wasser in Berührung
kommen, ohne daß die Kompaktheit der injektierten Materie durch zufällige Einwirkung von Wasser angegriffen
wird.
Zur Erhöhung der Plastizität des Injektionsmateriales kann
man der Bitumenemulsion mit Vorteil natürlichen oder synthetischen Kautschuk in Form von Laüics zusetzen.
Der Koagulierte Bitumenkautschuk ist vollständig widerstandsfähig
auch gegen hoch aggressives Wasser mit Gehalt an Sulfaten, freiem Kohlendioxyd, Chlor u.a.
Zur Verfestigung derErdmassen kann mnn auch Bitumen Laticesemulsion
mit einer entsprechenden Dauer der Brechungszeit mit Zugabe von Füllmi teln, wie z.B. fein gemahlenes
Kaolin, Kalkpulver, gemahlener Schiefer, Flugasche, faserförmigem
oder fein gemahlenem Asbest, zerriebene oder gemahlene
plastische Massen und Tone, Bentonit u.a. verwen-
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den. Von den plastischen Massen sind namentlich zerriebenes oder gemahlenes PVO und PE am geeignetsten.
Die Eigenschaften der Bitumen resp. Bitumen - Laticesemulsionen
ohne oder mit Zugabe von Füllmitteln und die Möglichkeit ihrer augenblicklichen, nicht rückgängig zu machenden
Koagulation ermöglichen die Verwendung dieser Erfindung auch bei großen Zufluß von aggressiven Grubenwasser,
wie z.B. bei dem Ausfüllen von Kavernen, die sich hinter dem Grubenausbau infolge von iVasserdurchbrüchen u.a. bilden
können.
Als !Fällmittel werden gewöhnlich Lösungen ent lic her Salze
der zwei - oder dreiwertigen Elemente verwendet z.B. Kalziumchlorid oder Aluminiumsulfat. Zur Koagulation der
schnell brechenden Bitumen oder Bitumenlaticesemulsion genügt manchmal auch nur Grubenwasser mit hohem Gehalt an
Mineralsalzen.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Brechungszeit der Bitumen oder Bitumen - Laticesemulsion
durch die Art und Menge der Emulgatoren geregelt wer- . ^ den kann. Zum Dispergieren derBitumen bzw. Kautschukmasse ™
werden z.B. Naphtenseife, Kalium - oder Natriumhydroxyd- \
lauge, Lösungen von Natriumsilikat, Montanwachs, Kasein und weitere verwendet.
Hoher Grad der Dispersion des Bitumen evtl. des Kautschuks ermöglicht ein Eindringen der Emulsion in die feinsten
Foren und Risse der Erdmassen. Die Möglichkeit der Eegu-
IfJ 9 R? 1 /Π3Β 8 "8"
lierung der Brechungezeit derEmulsion sichert eine gute
Durchimprägnierung sowie auch die Ausfüllung der Hohlräume und Foren der Epdmassen auch in beträchtlichen Entfernungen und in großem Umkreis z.B. bis IO bis 20 und mehr
Metern rom Injektion«ortθ entfernt· Zur Druckinjektion
verwendet man geeignet angepaßte Kolbenpumpen mit oder ohne Membranen oder Schneckenpumpen oder ähnliche, die
Materie in die Hohlräume und Foren der Erdmassen mit Hilfe einer Injektionenadel pressen.
Sie Injektionsnadel in bekannter einfacherAusführung kann
dort angewendet werden, wo es sich um die Injektion von nichtkompakten Erdmassen mit stark mineralisiertem beträchtlichen Wasserzufluss handelt, das die Emulsion in
erforderlicher Zeit in ihre Grundbestandteile spaltet d.i. Bitumen bzw. BitumenKautschuk mit oder ohne füllmittel
und in das Emulgierungswaaser.
Für diesen Fall verwendet man zur Injektion Pumpen mit oder ohne Membranen, die Emulsion aus dem Vorratsbehälter
saugen und unter bestimmten Druck in die Injektionsnadel pressen. Dieser Druck beträgt z.B. in wasserführenden Erd-
* massen 4-8 atü, kann aber auch bis 40 atü erreichen.
Sind für die Injektion zur Spaltung der Emulsion durch
" Grubenwasser mit hohem Mineralgehalt keine Voraussetzungen gegeben, so ist es nötig, zur Brechung derEmulsion
ein eigens dafür vorbereitetes Fällmittel zu benützen. Zu diesem Zweck werden ia gemessener Entfernung voneinander
zwei einfache Nadeln normaler Type eingesetzt, wobei durch die eine die Emulsion und durch die andere das Fällmittel
in die nichtkompakten Erdmassen gedrückt wird·
309821/0388 "9~
£ine wesentliche Verbesserung des Insektionsverlaufes erzielt
nan bei Verwendung einer Doppelinjektionenadel erfindungsgemäß, die das Fressen derEmulsion und des Fällmittels
in die nichtkompakten E dmassen gleichzeitig oder in
beliebig gewählten, voneinander unabhängigen Zeiträumen ermöglicht. Durch diese Verbesserung erhöht sich ungewöhnlich
die Operationsaöglichkeit bei der Injektion bei Fällen von Havarie u.a. Auf der Zeichnung ist ein Beispiel so
einer erfindungsfeemäßen Injektionsnadel abgebildet.
Me Doppelinjektionsnadel besteht im Grunde aus zwei inein- μ
ander gesohobene Röhren. Durch die Imjektionsröhre 1 fließt
die Emulsion, evtl. mit Kautschuklaticeszugabe und füll- "
mittel· Sie endet mit einer Schraubenmutter 2, welche
Dichtungsgumiiisoheiben 3 festhält, die durch da» äußere
Rohr zusammengedrückt werden· Dieses äußere Rohr ist mit Flügelschraube 5 versehen, mit deren Hilfe die Gummischeiben zusammengedrückt werden. Durch diesen Druck auf die
Gummischeiben vergrößert sich ihr Durchmesser. Dadurch wird eine vollkommene Abdichtung des Bohrloches erziel;.
uad das auch im Verlaufe der Injektion bei hohem Drucke· Ins Innere der Röhre 1 reicht eine Röhre 6 für das fällmittel, die am Ende mit einem Rückschlagventil versehen ,
ist UBd in die Imjektionsröhre so eingeschoben ist, daß %
es mit «einem mit Ventil νeraehernen Side aus dieser Röhre j
herausragt.
Bei der Durchführung der Injektion wird gewöhnlich so verfahren, daß mit der Druckpumpe mit oder ohne Membrane
in die Doppelnadel zuerst Emulsion bei geschlossener Röhre für dasFällmittel gedrückt wird. Erst nach der Druckimprägnierung und Ausfüllen der Hohlräume und Poren der nicht-
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-10-
koapakten Erdmassen mit Emulsion, wird diese durch das Fällmittel gespalten, welch letzteres in die geöffnete
Röhre mit Rückschlagventil aus dem Druckbehälter bei geschlossenem Zufluß der Emulsion gepreßt wird.
Es ist aber auch möglich, in die Erdmassen oder andere nichtkompakte Massen Emulsion gleichzeitig mit dem Fällmittel zu pressen. In Ausnahmefällen kann auch umgekehrt
verfahren werden und zwar so, daß man die zu injektierende
Materie zuerst mit dem fällmittel sättigt und erst dann in dieselbe die Emulsion einpreßt· Der richtige technologische Verlauf wird durch die hydrogeologischen Verhältnisse der zu injektierenden nichtkompakten Erdmassen bestimmt·
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Claims (1)
- * liltPatentanwalt *t 28.6.1972. Phy$. Dr. Weither Junius j,annover AM* 20 TL 13 46» *Hannover, AM**. 20, TeL 13 46»Aktenzeichen: P 17 09 393.5-23 Anmelder : Sdruzeni... Hein Zeichen: 9820 APatentansprüche:1. Verfahren zur Injektion nichtkompakter Materien ins-besonders wasserführender Erdmassen zum Zwecke ihrer IFestigung und Abdichtungdadurch gekennzeichnet,daß in die angeführten Materien eine unter de« Einfluß des Fällmittels zerfallende Bitumenemulsion Gedrückt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß in die nichtkompakten Materien die Bitumenemulsion und das Fällmittel gleichzeitig gepreßt werden.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das Fällmittel erst nach der Sättigung der nichtkompakten Massen mit Bitumenemulsion gedrückt wird.—2— 309821/0358Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß die Bitumenemulsion in die nichtkompakten Lassengedruckt wird, die mit einer jjösung gesättip^t ist, dieden Charakter eines Fällmittel hat.5. Veri'ahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß man eine Teer- oder Bitumenemulsion mit Zusatz von Kautschuklatices verwendet.P o. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,daß man eine Emulsion verwendet, die Beimischungen von mineralen Fällmitteln, besonders Kalkstaub, gemahlener Kaolin oder ocniefer, Flugasche von den Rauchgasen, faserigem oder fein gemaüenem Asbest, gemahlenem Ton und besonders Bentonit enthalt.7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 oder 6, dadurch gekenneeichnet,daß man eine Emulsion verwendet, die organische Füllmitt-1, namentlich Polyvinehlorid, Polyethylen oder Polyamid enthält.8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,daß auf die in die nichtkompakten Materien gedruckte Emulsion Wasser mit hohem Gehalte an Mineralien einwirkt.3 O 9 8 2 1 Ϊ® 3 B B -3-9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeic linet,daß zur Koagulation eine Lösung von Kalziumchlorid verwendet wirl.10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet,daß zur Koagulation eine Lösung von Aluminiumsulfat verv/endet wird.IL. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7>dadurch gekennzeichnet, ™daß zur Koagulation eine Lösung von KaLziuaiacebab verwendet wird.12. Verfahron nach irg ndeinem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,daß zur Koagulation eine Lösung von Kaiziumnitrat verwendet wird.13. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7j ίdadurch gekennzeichnet, > idaß zur Koagulation eine LSsung von Natriumchlorid verwendet wird.Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,daß zur Koagulation eine Lösung von Kaliumchlorid verwendet wird.309821/0358IfL e e r s e ι \ οi »
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE1634565A1 (de) | 1970-12-10 |
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