DD256429A3 - Verfahren und medium zur blockierung von mineralisierten und/oder saeurehaltigen wasserzufluessen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Medium zur Blockierung von mineralisierten und/oder saeurehaltigen Wasserzufluessen aus wasserfuehrenden Schichten, insbesondere aus klueftigen oder poroesen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmaennischen Auffahrungen. Die Aufgabe besteht darin, den mineralisierten und/oder sauren Schichtwasserzufluss zu Grubenbauen oder Baugruben durch Verpressen geeigneter Behandlungsmedien in die wasserfuehrenden Schichten zu verhindern. Erfindungsgemaess wird eine Behandlungsfluessigkeit in mit bindiger Bedeckung ueberlagerte Grundwasserleiter verpresst. Der Pressdruck ist mindestens 0,2 MPa kleiner als der Fracdruck des Grundwasserleiters bzw. der bedeckenden Schicht. Zur Verschaeumung der Behandlungsfluessigkeit wird Gas injiziert. Die Behandlungsfluessigkeit besteht aus einem oberflaechenaktiven Stoff mit wahlweise zugegebenen Stabilisatoren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen.
Bekanntlich werden Wasserzuflüsse aus grundwasserführenden Schichten zu Grubenbauen oder Baugruben durch Abfördern des Wassers aus den betreffenden Grundwasserleitern verhindert.
Derartige Verfahren sind Filterbrunnenentwässerungen, Streckenentwässerungen sowie kombinierte Strecken-Fallfiler- bzw. Strecken-Steckfilterentwässerungen.
Weitere Verfahren zur Verhinderung von Wasserzuflüssen sind mit den sogenannten Abriegelungsverfahren, wie der Errichtung von Dichtungswänden und der Injektion abdichtender Medien in den Porenraum der Grundwasserleiter, bekannt.
Durch die genannten Verfahren werden im wesentlichen die Wasserzuflüsse zu den Grubenbauern in den gewünschten Grenzen gehalten.
Als Nachteil dieser Verfahren sind vor allem die enormen materiellen und technologischen Aufwendungen zu nennen. Die Entwässerungsverfahren durch Filterbrunnen oder Entwässerungsverfahren durch Filterbrunnen oder Entwässerungsstrecken bewegen große Wassermassen zur Trockenlegung der Grubenbaue, wodurch gleichzeitig große vom Bergbau unberührte Gebiete beeinflußt und somit durch Entwässerungen geschädigt werden.
Neben dem stationären Wasser muß der Zufluß aus dem Einzugsgebiet, das dynamische Wasser, stets gefördert werden. Bei den bisher bekannten Abriegelungsverfahren treten hauptsächlich hohe technologische Aufwendungen oder Verfahrensgrenzen hinsichtlich der Blockierungstiefen bzw. große materielle Aufwendungen für zu injizierende Blockierungsmittel, wie Kunstharze, Polymere oder andere porenblockierende Stoffe (DD-PS 21902; DE-PS 2544542) auf. Die Dichtungswandtechnologie weist einen Mangel in der begrenzten Einbindetiefe auf. Unterströmte, nicht alle Grundwasserleiter erfassende Dichtungswände haben unzureichende Biockierungswirkungen.
Das Ziel der Erfindung ist, den mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzufluß aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen herabzusetzen oder zu blockieren bei Vermeidung vorgenannter Verfahrensnachteile bzw. bei Senkung des materiellen Aufwandes.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, um den mineralisierten und/oder sauren Schichtwasserzufluß zu Grubenbauen oder Baugruben durch Verpressen geeigneter Behandlungsmedien in die wasserführenden Schichten zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen eine tensidhaltige Behandlungsflüssigkeit alternierend mit Gas in volumengleichen Raten in den Boden verpreßt. Nach dem gleichmäßigen Verpressen der Behandlungsflüssigkeit über die Bohrungen in durch bindige Schichten bedeckte Grundwasserleiter wird ein Gas zur Erzeugung einer blockierenden Phasendi^persion (Schaumbildung) in einem vorberechneten Volumen injiziert.
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Den Verschäumungsprozeß fördernde technologische Varianten bestehen im Vor- und Nachpressen von Gas bei einer dazwischenliegenden Lösungsinjektion bzw. in einem zyklischen Wechsel von Gas- und Lösungsinjektionen. Bei dieser Verfahrensweise wird die blockierende Phasendispersion zwischen Gas und Flüssigkeit besonders stark erzeugt.
Die wäßrige Lösung oberflächenaktiver Stoffe, die in Verbindung mit Gasen feindisperse stabile Schäume relativ hoher Dichte (p > 0,04g/cm3) bilden, werden als Behandlungsflüssigkeit in den wasserführenden Horizont verpreßt und mit Gasinjektionen gezielt in den verschäumten Zustand überführt. Nach vorberechneten Konzentrationen baut sich abhängig vom Behandlungsflüssigkeitsvolumen beim unterirdischen Verschäumen der erwähnten Flüssigkeit ein in der Ausdehnung bestimmbarertemporärer Blockierungsschleier für das Grundwasser auf.
Die Zusammensetzungen der Behandlungsflüssigkeiten werden vorzugsweise so gewählt, daß die Lösungen 0,5 bis 5,0% des oberflächenaktiven Stoffes, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, enthalten. Eingesetzt wird ein nichtionogener Stoff, wie oxäthylierte Fettalkohole, wie Alkylpolyglykolether oder ein Gemisch aus nichtionogenen und ionogenen oberflächenaktiven Stoffen, wie Fettalkoholpolyglykolethersulfat, wobei der ionogene Anteil am Gemisch maximal 5% beträgt.
Zur Erhöhung der Blockierungswirkung werden wahlweise Stabilisatoren, wie Polymere, Tonminerale oder höhere Alkohole von 0,01 bis 0,5Ma.-%, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Barrieren bewirken eine zuverlässige temporäre Blockierung des Wassers im Grundwasserleiter.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen große technologische bzw. hohe materielle Aufwendungen auftreten, wird erfindungsgemäß der Zufluß von Wasser durch Schaum, der den Porenraum ausfüllt, abgeschirmt. Der Schaum erfüllt dabei hohe qualitative Ansprüche hinsichtlich der Stabilität und Resistenz gegenüber dem stark mirieralisierten Grundwasser.
Durch den Einsatz entsprechender oberflächenaktiver Stoffe können Behandlungsflüssigkeiten hergestellt werden, die unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen und bei hohen mineralischen und/oder hohen sauren Konzentrationen in den Lösungen, stabile blockierende Schäume im Porenraum der Gesteine bilden.
Das Einbringen der Blockierungsflüssigkeit und des Gases ist mit geringem technischen Aufwand möglich. Das Verfahren kann als selbständiges Blockierungsverfahren oder in Kombination mit bekannten Lösungen, wie der Blockierung tiefer Bereiche am Fuße von Dichtungswänden, eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele
1. Die Behandlungsflüssigkeit, 5m3 pro 1 m Grundwasserleitermächtigkeit, angemischt zu einer 5%igen Lösung eines nichtionogenen Alkylpolyglykolether, wie Alkylphenylpolyglykoläther mit 11 angelagerten Ethylenoxidmolekülen (Dispergator BO), dem 5 Masseteile eines katiohenaktiven quartären Ammoniumderivates, wie Alkylaminpolyglycolether mit 3 angelagerten Ethylenoxidmolekülen (FCF 350 — Dabrozilan EG) zugegeben werden, wird alternierend in bis 5 volumengleichen Raten als aufeinanderfolgende Flüssigkeits- und Gasinjektion in Grundwasserleiter mit stark mineralisierten Wasser in eine Tiefe von 250 m verpreßt. Der Behandlungsflüssigkeit wird zur Erhöhung der Blockierungswirkung 0,1 Ma.-% eines Polymers (TBS-O), bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben. Der Injektionsdruck für die Behandlungsflüssigkeit beträgt 2,8 MPa, für das Gas 2,8 bis 3,5 MPa. Die Permeabilität der wasserführenden Schicht wurde um 10~3 m/s gesenkt.
2. Für die Behandlung eines Grundwasserleiters von 20 m Mächtigkeit in 180 m Tiefe wird einer Injektionsbohrung 30 m3 einer 2,5%igen Lösung des Gemisches aus dem nichtionogenen Alkylpolyglykolether (Fettalkoholpolyglycolether mit 9 Ethylenoxidmolekülen — Präwozell W-OFK 100) und dem anionenaktiven Fettalkoholpolygiykolethersulfat (Natriumalkylpolyglycolethersulfat mit CiO-Ci6-Elropon KR 3), dem 0,05 Ma.-% eines höheren Fettalkoholes als Stabilisator, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben wird, eingesetzt.
Die Injektion der Lösung und der Luft erfolgt alternierend in sechs volumerigleichen Raten. Der Grundwasserspiegel befindet sich zu Beginn der Behandlung in 80m Tiefe, so daß ca. 1 MPa zur Überwindung des hydrostatischen Druckes bei der Flüssigkeitsbehandlung erforderlich ist. Während der Gasinjektion erhöht sich der Injektionsdruck von 1,4MPa beim 1. Gasinjektionszyklus auf 2,07MPa im 6. Zyklus und zeugt vom Aufbau eines phasendispergierten Bereiches mit Blockierungswirkungen für Wasserzuflüsse.
3. In einerTiefe von TOm wird eine 3m mächtige Teilblockierung eines wenig mineralisierten Grundwasserleiters durch die Injektion einer 2%igenTensidlösung, der 0,01 % Hexadekanol zugegeben werden, dadurch erzielt, daß im Abstand von 10m die Injektionsbohrungen jeweils mit6m3Tensidlösung in drei gleichen Raten im Wechsel mit der Luftinjektion eingebracht werden.
Die 2%ige Behandlungsflüssigkeit enthält das anionenaktive Natriumalkylpolyglykolethersulfat, wie Elropon KR 3. Die Injektionsdrücke sind unter diesen Verhältnissen < 0,28 MPa.
4. Unter ähnlichen Bedingungen, aber zur Blockierung höher mineralisierter Wässer, wie sie im Beispiel 3 beschrieben sind, werden 1,5 m3Tensidlösung, angemischt zu einer 2,5%igen Lösung eines nichtionogenen Alkylpolyglykolethers, wie Alkylphenylpolyglycolether mit 9 angelagerten Ethylenoxidmolekülen (Präwozell W-ON 100), alternierend mit Luftinjektionen in 3 bis 5 Zyklen zu gleichen Flüssigkeits-und Luftraten injiziert. Der Wasserzufluß zu einem in 8m Entfernung stehenden Brunnen verringert sich um 80%.
Tensidcharakteristik Beispiel
12 3 4
nichtionogen XX — X
anionenaktiv — X — —
kationenaktiv X — X —
Claims (3)
1. Verfahren zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteineri zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine tensidhaltige Behandlungsflüssigkeit alternierend mit Gas in volumengleichen Raten in den Boden verpreßt wird.
2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tensidhaltige Behandlungsflüssigkeit 0,5-5 Ma.-% eines Alkylpolyglycolethers (R-CH2-O-(CH2CH2O)XH, wobei χ die Anzahl der angelegten Ethylenoxidmoleküle der Größe 8-12 bedeutet) oder ein Gemisch aus diesem und einem quartären Ammoniumderivat (Alkylaminpolyglycolether mit 3 angelagerten Ethylenoxidmolekülen) enthält, wobei dieser Anteil maximal 5% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Blockierungswirkung wahlweise an sich bekannte Stabilisatoren, wie Polymere, Tonminerale oder höhere Alkohole von 0,01-0,5 Ma.-% bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben werden.
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