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Dokumentenidentifikation DE102007025016B3 22.01.2009
Titel Verfahren zum Verschließen von Strecken oder Stollen in stillgelegten Bergwerken
Anmelder Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, 30655 Hannover, DE
Erfinder Eichhorn, Peter, Dr., 38640 Goslar, DE;
Schnier, Hajo, 30966 Hemmingen, DE
Vertreter Junius, W., Dipl.-Phys. Dr., Pat.-Anw., 30519 Hannover
DE-Anmeldedatum 28.05.2007
DE-Aktenzeichen 102007025016
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2009
IPC-Hauptklasse E21F 17/16  (2006.01)  A,  F,  I,  20080128,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse E21F 17/12  (2006.01)  A,  L,  I,  20080128,  B,  H,  DE
E21F 15/02  (2006.01)  A,  L,  I,  20080128,  B,  H,  DE
E21F 15/04  (2006.01)  A,  L,  I,  20080128,  B,  H,  DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen von Stollen, Strecken und ähnlichen untertägigen Hohlräumen. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Element, das die betreffenden untertägigen Hohlräume dicht abschließen soll, dauerhaft lagestabil einzuspannen. Die Erfindung besteht in einem Verfahren, das so ausgeführt ist, dass die verwendete Einspannung mittels Schottersäulen durch selbsttätiges Nachrutschen des verwendeten Schotters selbstständig den notwendigen Druck für die Lagefixierung des Dichtelements aufbaut. Die Schottersäulen sind so gestaltet, dass sie auch bei eventuell auftretenden starken einseitigen Druckerhöhungen auf das Dichtelement keine Lageänderung des Dichtelementes erlauben. Einzusetzen sind setzungsarme Schottertypen, die sowohl eine große Resistenz gegen chemische Zersetzung durch ggf. im betreffenden Bereich auftretende Substanzen aufweisen als auch gegen mechanische Zerstörung der Schotterkörner.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen von Strecken oder Stollen in Bergwerken und bergwerksähnlichen untertägigen Hohlräumen mittels lagestabiler Dichtungselemente.

Strecken oder Stollen von zu schließenden Bergwerksteilen oder Bergwerken müssen manchmal dauerhaft dicht verschlossen werden, z. B. für Abdichtungen zwischen zu flutenden und trocken bleibenden Bergwerksteilen, oder auch wenn Bergwerksteile als dauerhaft weder Gase noch Flüssigkeiten abgebende untertägige Lager von gefährlichen Stoffen genutzt werden sollen, oder für Anderes mehr. Sie sollen dann so verschlossen werden, dass die Menge der durch den Verschluß dringenden Gase und/oder Flüssigkeiten ein bestimmtes Maß nicht überschreiten kann. Beispiele für solche Anforderungen an einen Verschluß sind untertägige Endlager für radioaktive und/oder toxische Abfälle, aber auch Bergwerksteile, die hydraulisch oder wettertechnisch vom restlichen Grubengebäude getrennt werden müssen. Dieser Verschluß sollte so dauerhaft sein, dass er durch Setzungen und Verschiebungen im Berg, aber auch durch Volumenverminderungen des Dichtelementes nicht undicht werden kann. Die Dichtwirkung muß über lange Zeiten fortdauern. Zielzeitraum sind mehrere hunderttausend Jahre.

Im Stand der Technik sind solche Dichtelemente sehr schwierig zu schaffen, weil etliche Probleme bei der Planung zu berücksichtigen sind und ein Nachweis der Dauerhaftigkeit der Dichtung selten und nur unter Schwierigkeiten zu erbringen ist.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Strecken- oder Stollendichtung sicher an ihrem Ort zu fixieren und zu verhindern, dass die Dichtung in ihrer Lage verschoben und dadurch bedingt zerstört oder in ihrer Wirksamkeit beeinträchtigt wird. Jegliche Setzungen im Berg sollen ebenso wie Volumenverringerungen des Dichtungselementes oder Veränderungen der Umgebung ausgeglichen werden, ohne dass die Einspannung und/oder Lagefixierung der Dichtung vermindert wird.

Die Erfindung besteht darin, dass man vor und hinter dem Dichtungsbauwerk jeweils einen schrägen, vom Dichtungsbauwerk weg geneigten Hochbruch anlegt, diesen mit Schotter füllt, der sich vor und hinter das Dichtungsbauwerk beidseitig fest und lagestabil legt und das Dichtungsbauwerk beidseitig durch diese Schotterfüllung einspannt.

Dabei ist es zweckmäßig, daß man einen setzungsarmen Schotter verwendet.

Durch die Schotterfüllung erreicht man eine beidseitige dauerhafte Einspannung des Dichtungsbauwerkes, das ab sofort sehr langfristig seine Einspannfunktion behält, auch wenn Setzungen, Verlagerungen und ähnliche Erscheinungen im Berg auftreten. Dadurch bleibt das Dichtungsbauwerk gas- und flüssigkeitsdicht und erfüllt über sehr lange Zeiträume seine Dichtungsfunktion.

Als Material für das Dichtungsbauwerk kann man alle bisher hierfür bekannten Materialien und Bauformen verwenden.

Dieses Verfahren lässt sich in der Praxis leicht realisieren, wenn man zu den oberen Enden der Hochbrüche führende Großbohrlöcher anlegt, in die hinein für die Schotterauffüllung ein Fördergerät installiert wird.

Es ist für dieses Verfahren zweckmäßig, dass die für die Füllung der Hochbrüche mit Schotter angelegten Großbohrlöcher nach Ende ihrer Nutzung mit schottergefüllten Maschendrahtbehältern wieder verschlossen werden. Diese schottergefüllten Maschendrahtbehälter sind vorzugsweise zylindrisch und besitzen einen Durchmesser, der nur wenig kleiner ist als der Bohrlochdurchmesser, so dass es gerade noch problemlos möglich ist, sie in das Großbohrloch hinein zu schieben.

Bei der Anlage dieser Hochbrüche sollte darauf geachtet werden, dass die Neigung der Hochbrüche größer als der natürliche Schüttungswinkel des Schotters ist, damit der Schotter bei Bedarf immer und in ausreichender Menge nachrutschen kann.

Andererseits sollte aber die Neigung der Hochbrüche nur geringfügig größer als der natürliche Schüttungswinkel des Schotters sein, um den Abstand zwischen den Hochbrüchen so groß wie möglich zu halten und um eine Wegsamkeit zwischen den Hochbrüchen für Fluide zu vermeiden.

Einzusetzen sind setzungsarme Schottertypen, die sowohl eine große Resistenz gegen chemische Zersetzung durch ggf. im betreffenden Bereich auftretende Substanzen aufweisen als auch gegen mechanische Zerstörung der Schotterkörner.

Für die ständige Funktionsfähigkeit und -bereitschaft ist es zweckmäßig, dass die Durchmesser und Längen der Hochbrüche so gewählt sind, dass jeglicher Druck, der von der Dichtung auf die Schottersäule ausgeübt wird, durch den Siloeffekt sicher auf die Wände der Hochbrüche abgetragen wird und auch bei extrem hohen Druckunterschieden zwischen den beiden Seiten der Dichtung keine Verschiebung der Schottersäulen und damit keine Verschiebung der Dichtung möglich ist.

Für den Erhalt dieser ständige Funktionsfähigkeit und -bereitschaft ist es weiterhin zweckmäßig, dass beidseits des Dichtelementes die abzudichtende Strecke so weit mit Schotter gefüllt wird, dass jeglicher Druck, der von der Dichtung auf die Schottersäule ausgeübt wird, durch den Silo-Effekt sicher auf die Wände, Sohle und Firste der Streckenabschnitte abgetragen wird.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Verschließen von Stollen, Strecken und ähnlichen untertägigen Hohlräumen und hat zum Ziel, ein Element, das die betreffenden untertägigen Hohlräume dicht abschließen soll, dauerhaft lagestabil einzuspannen. Die Erfindung schafft hierzu ein Verfahren, das so ausgeführt ist, dass die verwendete Einspannung mittels Schottersäulen durch selbsttätiges Nachrutschen des verwendeten Schotters selbständig den notwendigen Druck für die Lagefixierung des Dichtelements aufbaut. Die Schottersäulen sind so gestaltet, dass sie auch bei eventuell auftretenden starken einseitigen Druckerhöhungen auf das Dichtelement keine Lageänderung des Dichtelementes erlauben Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, dass ein einziger Hochbruch genügt, der auf der inneren Seite der Dichtung liegt.

Wenn erforderlich können auch mehrere Dichtungselemente hintereinander unter Anordnung von Zwischenlagen in die Strecke eingebaut werden.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Strecke mit einem Dichtungselement, gegen das Schotter aus zwei Hochbrüchen drückt.

In dem schraffiert gezeichneten Gebirge führt die Strecke 1 vom Schacht 2 zum abzusperrenden Bergwerksteil 3. In die Strecke 1 ist ein Dichtungselement 4 eingebaut. Um dieses zu schützen und dicht zu erhalten, sind beidseits des Dichtelementes 4 zwei Hochbrüche 5 in das Gebirge eingebracht, die mittels von in Bohrlöcher 6 eingebrachten Förderern 7 mit Schotter befüllt werden. Dieser Schotter fällt bei der Befüllung der Hochbrüche 5 seitlich gegen die stirnseitigen Wandungen des Dichtelementes 4 und übt auf die Wandungen einen Druck aus, der die Dichtfähigkeit des Dichtelementes auch bei Bewegungen im Gebirge erhält. Vom rechts gelegenen Hochbruch, der dem abzusperrenden Bergwerksteil 3 zugewandt ist, zweigen Rollöcher 8 ab, die sich bis zur Strecke 1 erstrecken und den Streckenteil unter dem rechten Hochbruch 5 mit Schotter füllen. Im übrigen ist die Strecke 1 mit Versatz gefüllt. Die Linien 9 deuten die Grenzschicht zwischen Versatz und Schotter an. Zwischen dem rechts gelegenen Hochbruch 5 und dem Dichtelement 4 kann als Begrenzung des Dichtelementes 4 eine Stützmauer 10 vorgesehen sein, auch als temporär geschaffenes Bauwerk.

1
Strecke
2
Schacht
3
abzusperrender Bergwerksteil
4
Dichtelement
5
Hochbruch
6
Bohrloch
7
Förderer
8
Rolllöcher
9
Grenzschicht
10
Stützmauer


Anspruch[de]
Verfahren zum Verschließen von Strecken, Tunneln oder Stollen in Bergwerken und bergwerksähnlichen untertägigen Hohlräumen mittels lagestabiler Dichtungselemente. dadurch gekennzeichnet, dass man vor und hinter dem Dichtungselement in Form eines Dichtungsbauwerkes einen Hochbruch anlegt, diesen mit Schotter füllt, der sich vor und hinter das Dichtungsbauwerk beidseitig fest und lagestabil legt und das Dichtungsbauwerk beidseitig durch diese Schotterfüllung einspannt. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen setzungsarmen Schotter verwendet. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Material für die Einspannung der Dichtung setzungsarmen und verwitterungsresistenten Schotter verwendet, der sowohl große Resistenz gegen chemische Zersetzung durch im betreffenden Bereich auftretende Substanzen als auch gegen mechanische Zerstörung der Schotterkörner aufweist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zu den oberen Enden der Hochbrüche führende Großbohrlöcher anlegt, in die hinein für die Schotterauffüllung ein Fördergerät installiert wird. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Füllung der Hochbrüche mit Schotter angelegten Großbohrlöcher nach Ende ihrer Nutzung mit schottergefüllten Maschendrahtbehältern wieder gefüllt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Hochbrüche größer als der natürliche Schüttungswinkel des Schotters ist. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Hochbrüche nur geringfügig größer als der natürliche Schüttungswinkel des Schotters ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser und Längen der Hochbrüche so gewählt sind, dass jeglicher Druck auf die Schottersäulen durch den Siloeffekt sicher auf die Wände der Hochbrüche abgetragen wird und auch bei extrem hohen Druckunterschieden auf den beiden Seiten der Dichtung keine Verschiebung der Schottersäulen und damit keine Verschiebung der Dichtung möglich ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits des Dichtelementes die abzudichtende Strecke so weit mit Schotter gefüllt wird, dass jeglicher Druck auf die in der Strecke befindlichen Schottersäulen durch den Silo-Effekt sicher auf die Wände, Sohle und Firste der Streckenabschnitte abgetragen wird.






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