DD155192A1

DD155192A1 - METHOD FOR SEALING AND FASTENING SALT CESTS

Info

Publication number: DD155192A1
Application number: DD22585580A
Authority: DD
Inventors: Manfred Heilmann; Horst Richter
Original assignee: Manfred Heilmann; Horst Richter
Priority date: 1980-12-09
Filing date: 1980-12-09
Publication date: 1982-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung und Verfestigung von Salzgesteinen im Bereich von Dammbauwerken, insbesondere in horizontalen Grubenraeumen und bei der Nachdichtung von mit herkoemmlichen Injektionsmitteln erfolglos verlaufenen Abdichtungsarbeiten im Kali- und Steinsalzbergbau. Ziel der Erfindung ist es, ausgehend von den geomechanischen und chemischen Eigenschaften der Salzgesteine die optimale Abdichtung des Salzgebirges in untertaegigen Grubenbauen in Bereichen mit erhoehten Sekundaerspannungen durch Injektion spezifischer Dichtungsmittel zu gewaehrleisten, wobei zugleich eine Verfestigung des Salzgesteins erreicht wird. Die Aufgabe wurde durch den Einsatz der Kunststoffe Epoxidharz, Polyesterharz oder Polyurethan sowie verschiedener Polykondensate geloest. Die niedrig viskosen Harz-Haerter-Gemische werden mit hohem Druck in feinklueftiges Salzgestein verpresst. Durch Druckabbaumessungen mittels Druckluft oder anderer Gase vor und nach der Injektion ist eine wirkungsvolle Ueberpruefung des erzielten Dichteeffektes moeglich.The invention relates to a method for sealing and solidification of salt rocks in the field of dam structures, especially in horizontal pit spaces and in the re-sealing of conventional injection materials unsuccessful sealing work in potash and rock salt mining. The aim of the invention is to ensure, on the basis of the geomechanical and chemical properties of the salt rocks, the optimal sealing of the salt marshes in underground mine workings in areas with increased secondary stresses by injecting specific sealants, at the same time solidifying the salt rock. The task was solved by the use of the plastics epoxy resin, polyester resin or polyurethane as well as various polycondensates. The low-viscosity resin-Haerter-mixtures are pressed at high pressure in feinklueftiges salt rock. By pressure reduction measurements by means of compressed air or other gases before and after the injection, an effective check of the achieved density effect is possible.

Description

~1- 2 25 855 ~ 1- 2 25 855

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Abdichtung und Verfestigung von SalzgesteinenMethod for sealing and solidifying salt rocks

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung und Verfestigung von Salzgesteinen, sowohl im Bereich von mit Zementen oder ähnlichen Stoffen abgedichteten Salzlösungszuflüssen als auch in bergmännischen Auffahrungen am Kontakt zu Ingenieurbauwerken und in den durch Konvergenz und Gebirgsdruck aufgelockerten Gebirgsteilen zur Verhinderung von Gasoder Flüssigkeitsdurchtritten.The invention relates to a process for the sealing and solidification of salt rocks, both in the area of saline inflows sealed with cements or similar materials and in mining upheavals on contact with civil engineering works and in the mountain parts loosened by convergence and rock pressure for preventing gas or liquid passages.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorrangig bei der Abdichtung von Dammbauten insbesondere in horizontalen Grubenräumen und bei der Nachdichtung von mit herkömmlichen Injektionsmitteln erfolglos verlaufenen Abdichtungsarbeiten im Kali- und Steinsalzbergbau geeignet.The inventive method is primarily suitable for the sealing of dams, especially in horizontal mine spaces and in the sealing of unsuccessful with conventional injection means sealing work in potash and rock salt mining.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind gegenwärtig eine Reihe von Verfahren bekannt, durch die auf unterschiedlichem Untergrund flächenhafte Abdichtung durch Aufbringen von isolierenden Anstrichstoffen erzielt wird (z» B, Österreichisches Patent Nr. 29?61O, BRD-Patent Nr. 2D28561). Weitere Verfahren beinhalten Dichtungen durch Einbringen bzw. Anbringen von Dichtungsbahnen, Folien und Platten gegen Wasserzuflüsse z. B_e in unterirdischen Tunnelbauten (BRD-Patente Nr. 336071;, 331295, 2532664, 2753881). ' .There are currently a number of methods are known, by means of which the surface is achieved on different surfaces by applying insulating paints (z »B, Austrian Patent No. 29-61O, BRD Patent No. 2D28561). Other methods include seals by introducing or attaching geomembranes, films and plates against water flows z. B _e in underground tunnels (Federal Republic of Germany Patent Nos. 336071 ;, 331295, 2532664, 2753881). '.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die um untertägige Abbaue vorhandenen Auflockerungszonen innerhalb des Gebirges nicht oder nur unvollkommen erfaßt werden. Die angestrebte Forderung nach einer langzeitigThese methods have the disadvantage that the loosening zones present around underground mining are not or only partially detected within the mountain range. The desired demand for a long-term

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stabilen und dauerhaften Abdichtung der beschichteten Flächen wird von keinem derartigen Dichtungsmittel erfüllt, da das Konvergenzverhalten der Hohlräume zum Ablösen von Gebirgsteilen und damit zur Zerstörung der beschichteten Flächen führt» Des weiteren sind Verfahren bekannt, mit deren Hilfe die Bauwerke, das anstehende Gebirge bzw. die unterirdischen Bauwerke (z«, B, Dämme) umgebenden Klüftigkeitszonen durch Verpressen von Impermeabilisierungslösungen auf Mörtelbasis abgedichtet werden. Diese Verfahren sind nicht ohne weiteres auf die Verhältnisse im Salzbergbau übertragbar.stable and permanent sealing of the coated surfaces is not met by any such sealant, since the convergence behavior of the cavities for detachment of mountain parts and thus destroy the coated surfaces leads »Furthermore, methods are known, with the help of the buildings, the upcoming mountains or the subterranean structures (z, B, dams) surrounding fracture zones are sealed by grouting mortar-based impermeabilization solutions. These methods are not readily transferable to the conditions in salt mining.

Die im Salzbergbau in der Vergangenheit erforderlichen Abdichtungsarbeiten wurden zur Verhinderung von Wasser- oder Salzlösungszuflüssen aus dem Gebirge in das Grubengebäude durchgeführt, wobei zur Abdichtung der Zuflußwege Injektionsverfahren, bei denen Zement-, Kalk- und Tonsuspensionen sowie Ms:gnesiabinder verpreßt wurden, dienten (z, B_e BRD-Patent Kr. 127038).The sealing work required in the salt mining industry in the past has been carried out to prevent water or saline inflows from the mountains into the mine, using injections of cement, lime and clay suspensions and Ms: gnesiabinder to seal the inflow paths (e.g. , B _e BRD Patent Kr. 127038).

Ein bedeutender Mangel dieser Verfahren besteht darin_s daß die genannten Suspensionen bei relativ großen Korngrößen eine zu hohe Viskosität besitzen und deshalb nicht weit genug in Klüfte und Poren der durohlässigen Gesteinskörper eindringen können. Des weiteren besteht die Gefahr, daß ungebundene Restwassermengen zu unkontrollierten Lösungserscheinungen und somit zu erneuten Undichtheiten führen.A significant drawback of this method is to _see that the suspensions mentioned have too high viscosity at relatively large grain sizes and therefore can not penetrate far enough into crevices and pores of the rock durohlässigen body. Furthermore, there is a risk that unbound residual amounts of water lead to uncontrolled dissolution phenomena and thus to new leaks.

Injizierte Kunstharze sind zur Stabilisierung zerstörter Betonbauwerke zur Verhinderung von Wasserzuflüssen aus klüftig—porösen nichtsalinaren Gesteinen (Sandsteine, Tiefengesteine, Steinkohle) und zu deren Verfestigung bekannt. (z_e B. Österreichische -Patente Nr. 299502:, 300677; DDR-Patent Nr. 121352-; BRD-Patente Nr₀ 164-2377, 1,64-2376, 1792316, 24-284-97). Diese Verfahren wurden ausschließlich in nichtsalinaren Gesteinen oder in anderen Bereichen (Bauwerksanierungen) angewandt, wo auf Grund der technologischen Anwendung der Verfahren oder der Stoffauswahl keine Lösungserscheinungen, die sich nachteilig auf die Dichtheit auswirken, auftreten können.Injected resins are known for stabilizing destroyed concrete structures to prevent water infiltrations from fissured-porous non-mineral rocks (sandstones, plutonic rocks, hard coal) and for their solidification. (z _e as Austrian patents No 299 502 :, 300 677;. DDR Patent No. 121352-;. BRD Patent Nos _0164-2377, from 1.64 to 2376, 1,792,316, 24-284-97). These methods have been used exclusively in non-mineral rocks or in other areas (building renovation) where, due to the technological application of the processes or the choice of materials, no solution phenomena that adversely affect the tightness can occur.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Abdichtung und Verfestigung des Salzgebirges in untertägigen Grubenbauen in Bereichen mit erhöhten Sekundärspannungen zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a seal and hardening of the salt mountain in underground mining in areas with increased secondary stresses.

Darlegung des Wesens der Erfindung ( Explanation of the essence of the invention (

- Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von den chemischen und geomechanischen Eigenschaften der Salzgesteine, die Abdichtung des Salzgebirges in untertägigen Grubenbauen in Bereichen mit erhöhten Sekundärspannungen durch Injektion geeigneter Dichtungsmittel zu gewährleisten.- The object of the invention is, starting from the chemical and geomechanical properties of the salt rocks, to ensure the sealing of the salt mountain in underground mining in areas with increased secondary stresses by injection of suitable sealant.

- Erfindungsgemäß werden feststofffreie, niedrig viskose Kunstharze eingesetzt, die im Gegensatz zu herkömmlichen, mit Wasser oder gesättigten Salzlösungen angemischten Injektionsmitteln, wie z_e B, Zement, Magnesiabinder, Ton oder gelöschter Kalk feinste Klüfte und Porenräume im Gestein ausfüllen_o - According to the invention solids-free, low-viscosity resins are used, which fill in contrast to conventional, the mixed with water or saturated salt solutions injection agents, such as _e B, cement, magnesia, clay or hydrated lime fine fractures and pore spaces in the rock _o

Sie erfüllen dabei hohe qualitative Ansprüche hinsichtlich Resistenz gegenüber verschiedenen gesättigten Salzlösungen, flüssigen Kohlenwasserstoffen und Gasen, sie können durch entsprechende Mischungsansätze den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden und nehmen Zug-, Druck- und Scherspannungen sowie damit verbundene Verformungen auf. Ihr gutes Haftvermögen an Salzgesteinen gewährleistet zug- und schälfeste Verbindungen. Das Einbringen der Kunstharze in den Gebirgsverband ist mit geringem technischen Aufwand unter Anwendung bekannter verfahrenstechnischer Lösungen möglich, wobei die Dichtheit des verpreßten Gebirgsverbandes geprüft werden kann.They meet high quality requirements for resistance to various saturated salt solutions, liquid hydrocarbons and gases, they can be adapted by appropriate mixing approaches the respective conditions and absorb tensile, compressive and shear stresses and related deformations. Their good adhesion to salt rocks ensures tensile and peel-resistant connections. The introduction of synthetic resins in the mountain range is possible with little technical effort using known process engineering solutions, the tightness of the compressed mountain band can be tested.

In vorbereitete und mit Dichtungselementen abgedichtete Bohrlöcher werden aalsgewählte Kunstharze oder deren Kombinationen als Ein- oder Zweikomponentenmischungen injiziert und nach ihrer Verfestigung das Gebirge hinsichtlich der erzielten Dichtheit mittels Druckluft geprüft. Vorzugsweise werden als Kunststoff Epoxidharz, Polyesterharz oder Polyurethan sowie verschiedene Polykondensate verwendet.In prepared and sealed with sealing elements boreholes aalsgewählte synthetic resins or their combinations are injected as one- or two-component mixtures and tested after their solidification the mountains in terms of the achieved tightness by means of compressed air. Epoxy resin, polyester resin or polyurethane and various polycondensates are preferably used as plastic.

Die besondere Eignung der genannten Kunstharze für die vorgesehenen •Abdichtungsaoifgaben beruht im wesentlichen auf ihrem guten Eindringvermögen in den gestörten Gebirgsverband bei einem jeweils zu bestimmenden Injektionsdruck, ihrem guten Haftvermögen an unterschiedlichen Salzgesteinen, ihrer Aushärtung unter Luftabschluß, ihrer Alterungsbeständigkeit gegenüber vorhandenen Wirkfaktoren, wie z. B, gegen natürliche alkalische und salzhaltige Wässer oder flüssige Kohlenwasserstoffe, der großen Zug- und Druckfestigkeit, des in Haarrissen zu vernachlässigenden Schwindverhaltens sowie der Möglichkeit einer exakten Prüfung der durch die Verpressung in den Gebirgsverband erzielten Dichtheit des Gebirges mit Druckluft oder anderen Gasen.The particular suitability of the resins mentioned for the intended • sealing Naifgaben based essentially on their good ability to penetrate the disturbed mountain association at a respectively to be determined injection pressure, their good adhesion to different salt rocks, their curing under exclusion of air, their aging resistance to existing impact factors such. B, against natural alkaline and saline waters or liquid hydrocarbons, the high tensile and compressive strength, the negligible shrinkage in hairline cracks and the possibility of a precise examination of the obtained by the compression in the mountain association leaks of the mountains with compressed air or other gases.

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Voraussetzung für die Injektion der Kunstharze in das abzudichtende Saiinar ist die Herstellung von Bohrlöchern, die Ermittlung des Auflockerungsgrades und der Auflockerungstiefe des Gebirges durch Aufladen der späteren Injektionsbohrlöcher mit Druckluft oder anderen Gasen und Durchführung von Druckabbaumessungen in unterschiedlichen, nach vorliegender Aufgabenstellung festzulegender Bohrlochtiefe. Me Druckabbaumessungen gestatten Rückschlüsse auf den zu erwartenden Injektionsmittelbedarf und liefern Vergleichswerte für die nach der Injektion durchzuführende Dichtheitskontrolle des verpreßten Gebirgsverbandes. Es besteht die Möglichkeit, vor Durchführung der Injektion durch lose in das Bohrloch eingelegte Stahl- oder Glasfiberstäbe die verpreßten Gebirgsabschnitte zusätzlich zu verankern, indem diese durch das nach dem InjektionsVorgang im Bohrloch verbleibende Harz umschlossen und mit dem Gebirge fest verklebt v/erden. Durch diese Verfahrensweise wird die für den eigentlichen Injektionsvorgang nicht nutzbare reaktive Harz-Härter^Mischung verringert und ein ökonomischer Harzeinsatz gewährleistet.Prerequisite for the injection of synthetic resins in the sealed Saiinar is the production of wells, the determination of loosening degree and loosening depth of the mountains by charging the later Injektionsbohrlöcher with compressed air or other gases and performing pressure reduction measurements in different, to be determined according to the present task hole depth. Pressure drop measurements allow conclusions to be drawn about the expected injection requirements and provide comparative values for the leak test of the compressed mountain bandage to be carried out after the injection. It is possible to additionally anchor the pressed mountain sections prior to carrying out the injection through loosely inserted steel or glass fiber rods into the borehole, by enclosing them by the resin remaining in the borehole after the injection process and firmly adhering them to the mountain. By this procedure, the not usable for the actual injection process reactive resin hardener ^ mixture is reduced and ensures an economical use of resins.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

In den nicht speziell vorbereiteten Salzstoß eines Z₀ B. als Widerlager für horizontale Dichtungsbauwerke vorgesehenen Streckenabschnittes werden die notwendigen Injektionsbohrlöcher bei einer vom Auflockerungsgrad des Gebirges abhängigen Tiefe von etwa. 100 bis 150 cm in jeweils ca« 40 cm Abstand möglichst parallel zueinander hergestellt. Durch Abpackerung der Bohrlöcher in unterschiedlicher Tiefe wird nach Aufgabe eines Gasdruckes von ca« 0,5 bis 0,6 MPa und daran anschließender Druckabbaumessung der AuflÖckerungsgrad des Gebirges ermittelt. Erfahrungsgemäß sind die Injektionspacker zur Gewährleistung eines festen Sitzes in mindestens 25 cm Bohrlochtiefe zu setzen. Der Injektionsdruck des zu verpressenden Kunstharzes sollte 10 MPa nicht übersteigen. Bei höheren Drücken entstehen im stoßnahen Saiinar Frac-Erscheinungen, wodurch vorhandene Klüfte erweitert werden bzw, neue Klüfte aufreißen können. Die abschließende Dichtheitsprüfung des verpreßten Gebirgsabschnittes kann nach Aushärtung des Injektionsmittels im erneut ausgebohrten Injektionsbohrloch oder ·* für den Fall der Verklebung von Ankerstangen in diesem in zwischen den Injektionsbohrlöchern neu zu bohrenden Kontrollbohrlöchern erfolgen.In the not specially prepared salt blast of a Z ₀ B. provided as an abutment for horizontal sealing structures route section, the necessary injection wells are dependent on the degree of loosening of the mountain depth of about. 100 to 150 cm in each case about «40 cm distance as parallel as possible to each other. By packing the boreholes at different depths, the degree of dissolution of the rock is determined after application of a gas pressure of approx. 0.5 to 0.6 MPa and subsequent pressure reduction measurement. Experience has shown that the injection packers must be set to a minimum depth of 25 cm to ensure a tight fit. The injection pressure of the resin to be pressed should not exceed 10 MPa. At higher pressures frac phenomena occur in the near-impact saiinar, which increases existing fractures or can rupture new fractures. The final tightness test of the compressed mountain section can be done after hardening of the injection agent in the re-drilled injection well or · * in the case of bonding anchor rods in this in between the injection wells newly drilled control wells.

O D O O DO

Ausführungsbeispiel 2-Embodiment 2

Das Verpressen von Kunstharzen ζ« B, zum Zwecke der Nachdichtung von mit Zement, Ton, Magnesiabinder oder gelöschtem Kalk in größeren Teufen abgedichteten Salzlösungszuflüssen erfolgt entsprechend dem in Ausführungsbeispiel 1 dargestellten Prinzip. Die größere Tiefe des verspannten Injektionspackers gestattet die Amiendung von Injektionsdrücken — 1Ό MPa. Das in Mikroklüfte eindringende Harz-Härter-Gemisch verdrängt vorhandene Salzlösungen und schafft nach Aushärtung eine v/irksame Abdichtung des injizierten Bereiches.The pressing of resins ζ «B, for the purpose of sealing with cement, clay, Magnesiabinder or slaked lime at greater depths sealed saline inflows carried out according to the principle illustrated in Example 1. The greater depth of the strained injection packer permits the definition of injection pressures - 1Ό MPa. The micro-fracture penetrating resin-hardener mixture displaces existing saline solutions and, after curing, creates a v / effective seal of the injected area.

Claims

6-6,55855

invention claims

1β Process for the sealing and solidification of salt rocks in the KaIi and Steins alzbergbaai, characterized in that are injected in mixed by convergence and rock pressure mountain parts synthetic resins such as epoxy resins and polyester resin or other plastics such as polyurethanes or polycondensates ,,

Method for sealing and solidification according to item 1, characterized in that the compression of synthetic resins both in the area of saline inflows sealed with cements or similar materials as well as in mining upheavals on contact with engineering structures to prevent gas and liquid passages takes place »