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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten wasserhaltiger Grubengänge od. dgl.
Wasser, das aus dem Gebirge in stillgelegte oder in Betrieb befindliche Bergwerke oder Gruben eingetreten ist, gelangt oft in Flüsse oder Wasserläufe. Ist dieses Wasser säurehaltig, so muss es von sauren Bestandteilen be- freit werden, um eine Verunreinigung der Wasserläufe auszuschliessen. Diesem Zweck dienende, bekannte Ver- fahren haben sich wegen der hohen Anschaffungs- und Betriebskosten als unwirtschaftlich erwiesen. Ausserdem steht praktisch jede Grube mit dem Wasserlauf, in den das Grubenwasser übertritt, über viele Sickerkanäle in
Verbindung. Das austretende Wasser muss daher gesammelt und gereinigt werden, bevor es in diese Kanäle ein- treten darf, was in den meisten Fällen gar nicht möglich ist, weil man über den Verlauf dieser Kanäle nichts
Sicheres weiss.
Aus stillgelegten Gruben tritt oft nicht nur mit saurem, sondern auch mit andern, aus dort abge- lagertenAbfällen stammenden Stoffen verunreinigtes Wasser in Wasserläufe über, so dass die Abdichtung solcher
Gruben geboten ist. Die bekannten Abdichtungsverfahren beruhen auf der Verwendung teurer, insbesondere ze- menthaltiger Abdichtungsmaterialien, erfordern umständliche Vorrichtungen zu ihrer Durchführung und haben sich trotzdem oft als wirkungslos erwiesen.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Abdichten wasserhaltiger Grubengänge od. dgl., das mit billigen Abdichtungsmitteln und ohne komplizierte Vorrichtungen ausführbar ist. Erfindungsgemäss wird in dem abzu- dämmenden Gang aus eingebrachten körnigen oder stückigen Feststoffen, die mit dem Wasser unter Bildung un- löslicher Niederschläge reagieren, ein vorerst wasserdurchlässiger Riegel hergestellt, der mittels dieser Nieder- schläge sich allmählich zusetzende Durchflusskanäle aufweist, wobei vorzugsweise das Wasser während der Re- aktion mit den eingebrachten Feststoffen neutralisiertwird. In gegen saures, gegebenenfalls Eisen und/oder Sulfate enthaltendes Wasser abzudichtende Gänge kann stückiger oder körniger Kalkstein, insbesondere Dolomit, eingebracht werden.
Man kann also mit billigen und praktisch überall leicht verfügbaren Abdichtungsmate- rialien das Auslangen finden. Da der hergestellte Riegel vorerst wasserdurchlässig sein soll, empfiehlt sich die
Verwendung von Korngemengen des Abdichtungsmaterials, deren Anteil an Feinkorn beschränkt ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn höchstens 1 Gew, -0/0 der Feststoffkömer des eingebrachten Korngemisches einen unterhalb 0, 15 mm liegenden Durchmesser aufweisen und der Korndurchmesser der übrigen Kömer zwischen
0,40 bis 12,5 mm liegt, denn die Querschnitte der einzelnen Durchflusskanäle, die das Korngemenge durchset- zen, sollen auch nicht zu gross sein.
Sehr gute Ergebnisse sind mit Korngemischen erreicht worden, bei welchen der kleinste Korndurchmesser etwa 0,4 mm beträgt und die Durchmesser von etwa 85 Gew. -0/0 der Feststoffkör- ner zwischen 0, 4 und 2,8 mm liegen.
Aus in Betrieb befindlichen oder stillgelegten Gruben austretendes saures Wasser enthält in der Regel unter- schiedliche Mengen von Eisen, Schwefelsäure und Sulfaten.
Bei der Einwirkung solchen Wassers auf Kalkstein, Dolomit od. ähnl, Materialien wird die Säure neutrali- siert und, entsprechend der jeweiligen Wasserzusammensetzung, entstehen wasserunlösliche Niederschläge, wie z. B. Eisenoxyde, Eisenoxydhydrate und Calciumsulfat, Wird in einen Grubengang, aus dem pro Zeiteinheit eine bestimmte Menge aus dem Gebirge zugeflossenen sauren Wassers austritt, aus einer ausreichenden Menge stücki- gen oder körnigen Kalksteines, Dolomites od. dgl. ein Riegel gebildet, der anfänglich diese gesamte Wasser- menge durchlässt, so wird dieses Wasser vom Zeitpunkt der Erstellung des Riegels an neutralisiert, womit eine
Quelle der Verunreinigung sogleich wegfällt.
Wesentlich ist, dass das Wasser beim Durchsetzen des Riegels eine entsprechend grosse Oberfläche der körnigen oder stückigen Riegelbestandteile überstreicht, damit das Eintreten der gewünschten chemischen Reaktionen gesichert ist, und dass auch die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in denDurchflusskanälen nicht zum Mitführen der ausfallenden Reaktionsprodukte ausreicht, sondern klein genug ist, um das Absetzen der Niederschläge an den Körnern und hiedurch das allmähliche Zusetzen der Kanäle so- wie die für die Vollständigkeit der Reaktionen notwendige Dauer der Berührung zwischen den reagierenden Stof- fen zu garantieren.
Die Durchflusskanäle dürfen daher weder zu eng noch zu weit sein, was sich mit Sicherheit erreichen lässt, wenn die Komverteilung des stückigen oder körnigen Materials, aus dem der Riegel aufgebaut wird, den oben angegebenen Bedingungen entspricht, die demnach vorzugsweise eingehalten werden sollten.
Für abzudichtende Grubengänge bekannten Querschnittes, für die man auch die Zusammensetzung und
Menge des in einen Wasserlauf gelangenden sauren Wassers kennt, kann die Menge und Kornverteilung des zu ihrer wirksamen Abdichtung erforderlichen, körnigen oder stückigen Abdichtungsmaterials in Laboratoriumsver- suchen ermittelt werden. Derartige Versuche können ohne besondere Versuchstechnik durchgeführt werden. In dem folgenden Beispiel A ist ein solcher Versuch beschrieben, der sich auf einen Grubengang von etwa 4,6 m
Querschnittsfläche bezieht, aus dem 114 l/min saures Wasser austritt.
Das bei dem Laboratoriumsversuch benutzte, saure Wasser hatte die in Tabelle I angegebene Zusammen- setzung, die weitgehend der Anlayse sauren Grubenwassers aus einer Grube entspricht.
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Tabelle I
EMI2.1
<tb>
<tb> PR <SEP> Säuregehalt <SEP> gesamter <SEP> Eisen- <SEP> gelöstes <SEP> Eisen <SEP> Calciumionen- <SEP> Sulfationen- <SEP>
<tb> CaCOg <SEP> gehalt <SEP> gehalt <SEP> gehalt
<tb> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l
<tb> 3,2 <SEP> 180 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 500 <SEP> 1450
<tb>
Als zerkleinerter Feststoff zum Aufbau des Riegels wurde handelsüblicher Kalkstein mit 99 Gew.-'% CaCOg mit der aus Tabelle II ersichtlichen Kornverteilung verwendet.
Tabelle II
EMI2.2
<tb>
<tb> Siebanalyse <SEP> des <SEP> verwendeten <SEP> Kalksteines
<tb> Siebmaschenweite <SEP> in <SEP> Siebrückstand <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb> mm <SEP> der <SEP> aufgegebenen <SEP> Menge
<tb> 4, <SEP> 76 <SEP> 1, <SEP> 42 <SEP>
<tb> 2, <SEP> 83 <SEP> 6, <SEP> 62 <SEP>
<tb> 1, <SEP> 68 <SEP> 15, <SEP> 60 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 84 <SEP> 35, <SEP> 03 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 42 <SEP> 15, <SEP> 36 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> 7, <SEP> 80 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 177 <SEP> 3, <SEP> 34 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 149 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 125 <SEP> 1, <SEP> 62 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 105 <SEP> 1, <SEP> 29 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 088 <SEP> 1, <SEP> 40 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 074 <SEP> 1, <SEP> 24 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 062 <SEP> 2, <SEP> 91 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 044 <SEP> 3,
<SEP> 38 <SEP>
<tb>
EMI2.3
EMI2.4
die Durchlässigkeit K in Darcy-Einheiten berechnet werden kann. In der angegebenen Formel bedeutet 1) die Viskosität des Wassers in cP, Q die durchfliessende Wassermenge in ml/sec, L die Länge, über welche der Druckabfall gemessen wird, in cm, AP den Druckabfall in Kp/cm2 und A die Querschnittsfläche in cm2. Aus dem Versuch ergibt sich für das untersuchte Material eine Durchlässigkeit von 210 Darcy-Einheiten.
Erforderliche Länge des Riegels.
Aus der obigen Gleichung folgt
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woraus sich bei Annahme eines Druckabfalles von 0, 14 Kp/cm2 für die notwendige Riegellänge der Wert L = 884 cm = 8, 84 m ergibt.
Durchflussversuche zur Bestimmung des Verhaltens hinsichtlich der Abdichtung und Neutralisierung.
Ein Rohr aus Acrylglas von 2,5 cm lichter Weite wurde 15 cm hoch mit dem erwähnten, klassierten Kalkstein gefüllt und dieser mit einer Säule von 140 cm Höhe des Wassers nach Tabelle I überschichtet. Zwischen
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dem Kalkstein und der Wassersäule war ein Hahn eingeschaltet, mit dem die den Kalkstein anfänglich durchsetzende Wassermenge pro Zeiteinheit auf jenen Wert v eingestellt wurde, der mit den zu simulierenden Verhältnissen in der Grube (4,6 m2 Querschnitt, 114 l/min) korrespondiert.
In der nachstehenden Tabelle In finden sich Messwerte einiger charakteristischer Grössen des aus dem Rohr ausgetretenen, aufgefangenen Wassers. Der Versuch erstreckte sich bis zum Zeitpunkt k der vollständigen Abdichtung, die nach 150 h eintrat, wobei zu den in Spalte 1 angegebenen Zeitpunkten die in den Spalten 3 bis 8 enthaltenen Daten ermittelt wurden. In Spalte 2 sind die Verhältnisse der das Rohr zu den Zeiten der Spalte 1 stilndlich durchsetzenden Wassermengen vt zu der in der ersten Stunde hindurchtretenden Wassermenge v angegeben.
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Tabelle III
EMI4.1
<tb>
<tb> Durchflussversuche <SEP> von <SEP> saurem <SEP> Wasser <SEP> durch <SEP> einen <SEP> Kalksteinstopfen
<tb> Zeitspanne <SEP> behandeltes <SEP> behandeltes <SEP> Alkalinität <SEP> Gesamteisen- <SEP> gelöstes <SEP> Calciumionen- <SEP> Sulfationenin <SEP> h <SEP> Wasser <SEP> Wasser <SEP> wie <SEP> HCO3 <SEP> gehalt <SEP> Eisen <SEP> gehalt <SEP> gehalt
<tb> vt <SEP> t <SEP> v <SEP> PH <SEP> in <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l <SEP> mg/l
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> 7,96 <SEP> 98 <SEP> 20 <SEP> 0,5 <SEP> 500 <SEP> 1550
<tb> 24 <SEP> 0,89 <SEP> 7,90 <SEP> 146 <SEP> 60 <SEP> 0,5 <SEP> 626 <SEP> 1450
<tb> 100 <SEP> 0,24 <SEP> 7,86 <SEP> 122 <SEP> 10 <SEP> 0,5 <SEP> 625 <SEP> 1450
<tb> 125 <SEP> 0,11 <SEP> 7,60 <SEP> 98 <SEP> 20 <SEP> 0,5 <SEP> 626 <SEP> 1400
<tb> 150 <SEP> 0,
00 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
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Die Tabelle lässt erkennen, dass die Schicht aus klassiertem Kalkstein das durch sie hindurchtretende Was- ser sehr wirksam neutralisiert, das demnach keine Verunreinigung der Wasserläufe hervorruft, in die es gelangt.
Ferner zeigt sich das zunehmende Zusetzen der Durchflusskanäle bis zu ihrer vollständigen Verstopfung nach
150 h. Der klassierte Kalkstein, mit dem die Versuche durchgeführt wurden, ist demnach ein geeignetes Mai terial zur Abdichtung des erwähnten Grubenganges von 4,6 m2 Querschnitt, aus dem 114 l/min Wasser austritt.
Beispiel B : Die Erfindung wurde in industriellem Massstab in einer Grube in den Vereinigten Staaten von Amerika erprobt, u. zw. mit saurem Wasser aus dieser Grube und mit Riegelmaterial, das aus handelsübli- chem Kalkstein mit einem CaCO-Gehalt von 99% bestand. Dieser Kalkstein, dessen Brauchbarkeit von den
Laboratoriumsversuchen her bekannt war, wies die aus der nachstehenden Tabelle IV entnehmbare Komverteilung auf :
Tabelle IV
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<tb>
<tb> Siebmaschenweite <SEP> Siebrückstand
<tb> nus <SEP> % <SEP>
<tb> 12,7 <SEP> 1,25
<tb> 5,66 <SEP> 28,41
<tb> 2,83 <SEP> 59,11
<tb> 0, <SEP> 84 <SEP> 12, <SEP> 95 <SEP>
<tb> 0,150 <SEP> 1,48
<tb>
An die Mündungsöffnung eines Ganges dieser Grube wurde eine Schwemmrinne mit einem dem Gangquer- schnitt entsprechenden Querschnitt von 2,8 m2 angebaut.
Die Rinne bestand aus Sperrholz, war 9, 14 m lang und über ihre ganze Länge in drei parallele Kanäle von 61 cm Breite und 152 cm Höhe unterteilt. Am Kopf der Rinne war ein Absetzkasten mit drei Ventilen zur Regelung der in jeden der drei Kanäle eintretenden Wasser- menge angeordnet. Alle drei Kanäle waren mit dem erwähnten Kalkstein gefüllt. Das saure Grubenwasser wurde in den einen seitlichen Kanal I, mittels eines 15 cm über der Kanalsohle befindlichen Kunststoffrohres von
7,6 cm Durchmesser, in dem mittleren Kanal II, in Nähe des oberen Kanalrandes und in dem andern seitlichen
Kanal Ill, über eine Länge von 6 m mittels eines perforierten Kunststoffrohres von 5 cm Durchmesser auf das
Kalksteinbett zur Einwirkung gebracht, wobei in jeden Kanal etwa 35 l/min eingeleitet wurden.
In allen drei Kanälen wurde das Wasser vollständig neutralisiert und die Durchflusskanäle der Kalksteinbet- ten verstopften sich nach Verstreichen bestimmter Zeiten mit den entstandenen Ablagerungen. Während des
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gehalt bestimmt. Die ermittelten Werte zeigt Tabelle VI für Kanal I, Tabelle VII für Kanal II und Tabelle Vin für Kanal III.
Tabelle V
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<tb>
<tb> Datum <SEP> PH-Wert <SEP> Säuregehalt, <SEP> CACAO.
<tb> n <SEP> mg/l
<tb> 20. <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 2,9 <SEP> 600
<tb> 24. <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 580
<tb> 2. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 560
<tb> 8. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 3,2 <SEP> 475
<tb> 15. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 640
<tb> 24. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 3,2 <SEP> 680
<tb>
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Tabelle VI (Kanal I)
EMI6.1
<tb>
<tb> Datum <SEP> Durchflussmenge <SEP> pH-Wert <SEP> Säuregehalt, <SEP> CaCO
<tb> l/min <SEP> mg/l
<tb> 20. <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 35 <SEP> 5,9 <SEP> 200
<tb> 24. <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 33 <SEP> 5, <SEP> 8 <SEP> 200
<tb> 2. <SEP> Jänner <SEP> 19691 <SEP> 8, <SEP> 7 <SEP> 6, <SEP> 1 <SEP> 80
<tb> 6.
<SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 6, <SEP> 2
<tb> 8. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 2,65 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 10
<tb> 13. <SEP> Jänner <SEP> 19692 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 15. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 6,0 <SEP> 60
<tb>
Anmerkung 1 : Der Kanal lief über. Das Einführungsrohr in der Nähe des Kanalbodens wurde entfernt und das Wasser am oberen Ende der Rinne zur Einwirkung auf den Kalkstein gebracht.
Anmerkung 2 : Der Kanal lief über und die Durchflussgeschwindigkeit wurde entsprechend dem freien Kanalquerschnitt eingestellt.
Tabelle VII (Kanal II)
EMI6.2
<tb>
<tb> Datum <SEP> Durchflussmenge <SEP> PH-Wert <SEP> Säuregehalt, <SEP> CaCO <SEP>
<tb> l/min <SEP> mg/l
<tb> 20, <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 35 <SEP> 6, <SEP> 1 <SEP> 110
<tb> 24, <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 28,5 <SEP> 5,9 <SEP> 160
<tb> 31, <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 8, <SEP> 5
<tb> 2, <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> 6,2 <SEP> 0
<tb> 8, <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0, <SEP> 76 <SEP> 6, <SEP> 3 <SEP> 0
<tb> 15. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0,95 <SEP> 6, <SEP> 2 <SEP> 0
<tb> 24, <SEP> Jänner <SEP> 19691 <SEP> 0,91 <SEP> 6,6 <SEP> 189
<tb> 27. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0, <SEP> 23
<tb>
Anmerkung 1 : Der Kanal lief über und die Durchflussgeschwindigkeit des sauren Wassers wurde entsprechend dem Kanalquerschnitt eingestellt.
Tabelle VIII (Kanal III)
EMI6.3
<tb>
<tb> Datum <SEP> Durchflussmenge <SEP> PH-Wert <SEP> Säuregehalt, <SEP> CaCO
<tb> l/min <SEP> mg/l
<tb> 20, <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 35 <SEP> 6, <SEP> 7 <SEP> 70
<tb> 24. <SEP> Dezember <SEP> 1968 <SEP> 19 <SEP> 6,0 <SEP> 0
<tb> 2, <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 9,5 <SEP> 6,2 <SEP> 20
<tb> 8, <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> 6,2 <SEP> 0
<tb> 15. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 14,2 <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> 200
<tb> 24, <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0,95 <SEP> 6,6 <SEP> 168
<tb> 28. <SEP> Jänner <SEP> 1969 <SEP> 0, <SEP> 42 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
Aus dem vorstehenden ist zu ersehen, dass das eintretende saure Wasser in sämtlichen Kanälen neutralisiert wurde und alle drei Kalksteinbetten sich mit der Zeit verstopften.
Bei den Kanälen I und II musste wegen Verstopfung des Bettes in Nähe der Einlassventile bzw. dieser Ventile die Durchflussmenge fallweise neu eingestellt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist mit jedem körnigen oder stückigen Abdichtungsmaterial durchführbar, das mit dem aus einem abzudichtenden Grubengang austretenden Wasser unter Bildung wasserunlöslicher Niederschläge reagiert.
Obwohl das Wasser aus in Betrieb befindlichen oder stillgelegten Gruben meistens sauer ist und die Erfindung deshalb im Hinblick auf saure Grubenwasser eingehender erläutert wurde, ist sie auch bei neutralen oder basischen Grubenwässern mit gleichen Erfolgen anwendbar, sofern das zur Herstellung des Riegels benutzte Material hinsichtlich seiner chemischen Beschaffenheit auf die Natur des abzudämmenden Wassers abgestimmt wird,
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Das Einsetzen der Neutralisierung mit der Errichtung des Riegels ist ein erwünschter aber nicht notwendiger Effekt, weil das Ziel in der völligen Abdichtung von Grubengängen od. dgl. liegt, die in verhältnismässig kurzer Zeit erreichbar ist.
Das zur Herstellung des Riegels verwendete Material kann in die abzudichtenden Gänge auf verschiedene Weise eingebracht werden, z. B. durch die Mundöffnung des Ganges. Ist ein Gang von der Erdoberfläche aus nicht mehr zugänglich, so kann er mit einem oder mehreren von der Erdoberfläche niedergebrachten Bohrlöchern angebort werden, durch das oder die das Riegelmaterial eingeführt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
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in dem abzudämmenden Gang aus eingebrachten körnigen oder stückigen Feststoffen, die mit dem Wasser unter Bildung unlöslicher Niederschläge reagieren, ein vorerst wasserdurchlässiger Riegel hergestellt wird, der mittels dieser Niederschläge sich allmählich zusetzende Durchflusskanäle aufweist.