DE102016104353A1

DE102016104353A1 - Injektionsmittel zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten in Gesteinen oder einem Bergbauversatz sowie Verfahren zum Verfüllen und Abdichten von Wegsamkeiten

Info

Publication number: DE102016104353A1
Application number: DE102016104353.2A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Engelhardt; Holger Schmidt; Thomas Meyer
Original assignee: Dbe Tech GmbH; DBE TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: BGE TECHNOLOGY GMBH, DE
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Injektionsmittel (3) zum Verfüllen und Abdichten von Wegsamkeiten (1, 1a, 1b) in einem Gestein (2) oder einem Bergbauversatz, insbesondere in einem Bergwerk, mindestens aufweisend: kieselsäurehaltige Lösung sowie mindestens eine reaktive Feststoffkomponente, wobei die mindestens eine reaktive Feststoffkomponente magnesiumhaltig und/oder siliziumhaltig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Injektionsmittel zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten in Gesteinen oder einem Bergbauversatz sowie ein Verfahren zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten in Gesteinen oder in dem Bergbauversatz mit einem derartigen Injektionsmittel.
Wegsamkeiten in Gesteinen, natürliche wie künstliche (z. B. Betone) oder in Bergbauversatz können in Form von Hohlräumen unterschiedlicher Größe, wie Klüfte, Risse oder Porensysteme vorliegen. Zur Injektion größerer Hohlräume sind partikelgestützte Injektionsmittel vorgesehen und für feine Risse oder Poren partikelfreie Injektionsmittel.
Partikelgestützte Injektionsmittel für größere Hohlräume sind hierbei zementhaltige Suspensionen, die mit Wasser und/oder einer Natriumchlorid-Lösung hergestellt werden können oder Suspensionen auf der Basis von Magnesiumoxid und/oder Magnesiumhydroxid, die mit einer Magnesiumchlorid-Lösung angemischt werden. Injektionsmittel für feine Risse oder Poren sind Acrylatharze, Epoxydharze, Polyurethane, Wassergläser und bitumenhaltige Injektionsmittel.
Zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten eines Systems mit Rissen und/oder Poren unterschiedlicher Größe sind mehrere Einzelinjektionen mit unterschiedlichen Injektionsmitteln notwendig. In einem ersten Schritt werden größere Hohlräume mit gröberen, partikelgestützten Injektionsmitteln injiziert. Mit abnehmender Größe werden die Risse oder Poren zunächst mit feinkörnigen, partikelgestützten Injektionsmitteln und danach mit partikelfreien Injektionsmitteln verpresst.
Nachteilig ist hierbei, dass eine durch den Injektionsdruck aus dem partikelgestützten Injektionsmittel austretende Lösung, z.B. eine Salzlösung oder Wasser, in feine Risse, Rissspitzen oder Poren eindringen kann, so dass diese für die Injektionsmittel folgender Injektionen nicht mehr zugänglich sind. Dadurch wird eine zuverlässige Abdichtung des Gesteins oder Versatzes erschwert.
Bei partikelfreien Injektionsmittel kann dieser Effekt nicht auftreten. Im Falle von Wasserglas (kieselsäurehaltige Lösung) setzt jedoch das Gelieren, d. h. insbesondere die Fällung amorpher Kieselsäure, bei der Abwesenheit von Salzlösungen, ein Anlösen von Salzen voraus. Dieser Effekt könnte bei der Injektion größerer Hohlräume zur Bildung unerwünschter Wegsamkeiten führen. Der Anwendungsbereich dieser Injektionsmittel ist daher auf feine Risse und kleine Poren beschränkt.
Bekannt sind auch Zweiphasenverfahren, in denen das eigentliche Injektionsmittel und ein Härter getrennt in die Wegsamkeiten injiziert werden. Ein Nachteil der Zweiphasenverfahren ist, dass das Gelieren und/oder Erhärten von einer Kontaktfläche in das Injektionsmittel fortschreitet und daher lange andauern kann.
Die Bildung eines homogenen Injektionskörpers kann zudem nicht in jedem Fall sichergestellt werden, da diese Bildung eine Begrenzung der Injektionsmittel- und Härtermengen voraussetzt. Aus diesem Sachverhalt resultiert eine große Anzahl an einzelnen Injektionsschritten und der Aufwand zum Erreichen des Injektionszieles steigt.
Als Alternative sind auch Einphasenverfahren mit organischen Härtern bekannt. Die Bewertung einer Langzeitstabilität bzw. einer Dauerhaftigkeit oder Langzeitbeständigkeit organischer Injektionsmittel-Bestandteile ist jedoch problematisch. Aus diesem Grund kann auch die Langzeitbeständigkeit für die organischen Komponenten von Acrylat- und Epoxydharzen, bitumenhaltigen Baustoffen sowie Polyurethanen nicht in jedem Fall sichergestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Injektionsmittel sowie ein Verfahren zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten in einem Gestein oder einem Bergbauversatz, insbesondere in einem Bergwerk, bereitzustellen, so dass eine einfache, kontrollierte und zuverlässige Verfüllung und Abdichtung mit einer hohen Langzeitbeständigkeit gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Injektionsmittel nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, als Injektionsmittel ein Gemisch aus zumindest einer kieselsäurehaltigen Lösung sowie einer reaktiven Feststoffkomponente, die als Aktivstoff bzw. Bindemittel dient, zu verwenden, wobei die reaktive Feststoffkomponente erfindungsgemäß magnesiumhaltig und/oder siliziumhaltig ist.
Vorzugsweise kann die kieselsäurehaltige Lösung beispielsweise Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas oder Kaliwasserglas, sein. Die reaktive Feststoffkomponente kann beispielsweise Magnesiumoxid (MgO), Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂), Halbbranntdolomit (MgO + CaCO₃) und/oder ein Alkalikarbonat, wie z. B. Magnesit, Dolomit oder Kalk aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die reaktive Feststoffkomponente auch amorphe Kieselsäure, d. h. amorphes Siliziumdioxid (SiO₂), beispielsweise Silikastaub, enthalten. Es können auch unterschiedliche reaktive Feststoffkomponenten miteinander kombiniert werden.
Erfindungsgemäß werden somit eine reaktive Feststoffkomponente sowie eine kieselsäurehaltige Lösung ausgewählt, die miteinander reagieren, so dass ein Festkörper entsteht. In seiner einfachsten Form besteht das Injektionsmittel hierbei lediglich aus einem binären Gemisch aus der kieselsäurehaltigen Lösung und der reaktiven Feststoffkomponente.
Alternativ kann aber auch ein Gemisch aus mehr als zwei Komponenten verwendet werden, um das Materialverhalten des Injektionsmittels zu optimieren. Dazu können zusätzlich unterschiedliche reaktive Feststoffkomponenten und auch inerte Zusatzstoffe, beispielsweise Baryt- und Gips-Pulver oder Magnesiumsilikate, wie Talk, verwendet werden. Zum Verbessern des Fließvermögens und zum Vermeiden von Kornagglomerationen können im Injektionsmittel Zusatzmittel, wie Fließmittel (Dispergiermittel), vorhanden sein. Es ist darauf zu achten, dass weitere Feststoffkomponenten eine dem Injektionsziel angepasste Korngrößenverteilung aufweisen.
Vorzugsweise ist das Injektionsmittel frei von organischen Komponenten. Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass beim oder nach der Injektion keine mikrobiologische Zersetzung stattfinden kann. Zudem ist die Löslichkeit der anorganischen Komponenten und ihrer Reaktionsprodukte in Wässern und salzhaltigen Lösungen vernachlässigbar gering. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Langzeitbeständigkeit bzw. eine Dauerhaftigkeit oder Langzeitbeständigkeit des injizierten Injektionsmittels sichergestellt werden.
Dadurch kann ein Injektionsmittel bereitgestellt werden, das mit bekannten und qualitätsgerecht verfügbaren Komponenten hergestellt werden kann und das die aus dem Arbeits- und Gesundheitsschutz resultierenden Anforderungen erfüllt. Zudem können Standardverfahren der Qualitätssicherung eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird hierbei erkannt, dass das Injektionsmittel in einer derartigen Zusammensetzung zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten in natürlichen oder künstlichen Gesteinen oder einem Bergbauversatz, insbesondere in Bergwerken mit salzhaltigen oder kalkhaltigen Anteilen (Chloride, Sulfate, Carbonate und deren Doppelsalze), beispielsweise Endlagerbergwerke, sehr gut geeignet ist. Denn je nach Zusammensetzung des Injektionsmittels sowie der Wahl von Injektionsparametern können in einfacher Weise sowohl größere Hohlräume als auch feine Risse und Poren im Gestein oder im Bergbauversatz verfüllt und abgedichtet werden. Als feine Risse und Poren werden hierbei Wegsamkeiten in der Größenordnung von einigen Mikrometern verstanden. Größere Wegsamkeiten, beispielsweise Hohlräume, hingegen liegen im Millimeter- bis Zentimeter-Bereich.
Durch das Mischen der Komponenten entsteht ein flüssiges bis zähflüssiges Injektionsmittel das Wegsamkeiten durchströmen und abdichten kann. Je nach Zusammensetzung des Injektionsmittels sowie einem Injektionsdruck, der eine Förderrate beim Verpressen des Injektionsmittels in die Wegsamkeiten bestimmt, wird kieselsäurehaltige Lösung aus dem Injektionsmittel ausgepresst und es bleibt eine Feinkornsuspension übrig, d. h. beim Injizieren bildet sich ein Lösungsanteil, d. h. ein feststoffarmer Anteil, und ein Feststoffanteil, d. h. ein feststoffreicher Anteil, aus.
Ab einem spezifischen Verhältnis der Korngröße des Feststoffanteils zur Weite des Risses bzw. der Größe der Poren kann ein zunehmender Anteil der suspendierten Partikel (Feinkornsuspension) nicht in die feiner werdenden Wegsamkeiten eindringen. Die Folge ist, dass das Verhältnis von Lösungsanteil zu Feststoffanteil des in die Wegsamkeiten eindringenden Injektionsmittels ansteigt, während sich am Riss- oder Poreneingang gröbere Partikel des Injektionsmittels anreichern. Die ausgepresste kieselsäurehaltige Lösung (Lösungsanteil) breitet sich insbesondere in sehr feine Risse und Poren aus. Auf diese Weise kann ein System mit Rissen oder Poren sehr unterschiedlicher Größe verfüllt und abgedichtet werden. Der Effekt, dass die kieselsäurehaltige Lösung beispielsweise Salze anlöst, d.h. mit dem Gestein oder dem Bergbauversatz reagiert, wird hierbei positiv dafür ausgenutzt, Fließwege für das nachströmende Injektionsmittel, d. h. die Feinkornsuspension zu schaffen.
In Folge der Eigenschaft der kieselsäurehaltigen Lösung, mit der reaktiven Feststoffkomponente des Injektionsmittels, mit Mineralen des Gesteins oder des Bergbauversatzes und ggf. vorhandenen Lösungen zu reagieren, bildet sich im Bereich der Poren und Risse ein form- und kraftschlüssiger Verbund aus, der eine sehr gute Verfüllung und Abdichtung dieser gewährleistet sowie für eine mechanische Stabilisierung im Bereich der Wegsamkeiten sorgt. Vorteilhafterweise können auch kieselsäurehaltige Lösungen mit unterschiedlichen Wassergehalten gewählt werden, so dass der Anlöseprozess der Salze gesteuert werden kann.
Bei der üblichen Injektionstechnik richten sich die Anzahl der einzusetzenden Injektionsmittel und damit die Anzahl der Injektionsschritte nach dem Größenbereich des zu injizierenden Riss- oder Porensystems. So sind die Wegsamkeiten mit abnehmender Größe zu verfüllen, da sonst eine zuverlässige Verfüllung nicht gewährleistet werden kann. Somit sind zunächst größere Hohlräume mit partikelgestützten Injektionsmitteln und einem geringen Injektionsdruck zu verfüllen. In folgenden Injektionsschritten mit abnehmender Größe der Wegsamkeiten wird die Korngröße der Feststoffe in den Injektionsmittel reduziert und schließlich werden partikelfreie Injektionsmittel, wie Wassergläser, eingesetzt.
Vorteilhafterweise ist bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Gemisches lediglich ein Injektionsmittel nötig. Somit kann der Aufwand gegenüber herkömmlichen Verfahren mit mehreren Injektionsmitteln und somit mehreren Injektionsschritten stark reduziert werden, da ein Austausch des Injektionsmittels während der Injektionsarbeiten entfallen kann. Das Verhältnis des Feststoffanteils zum Lösungsmittelanteil kann jedoch entsprechend der Größe der Wegsamkeiten während der Injektionsarbeiten auch angepasst werden. Dadurch kann das verwendete Injektionsmittel vorteilhafterweise auf die Ausbildung und Ausdehnung des Riss- oder Porensystems abgestimmt werden, so dass der Injektionsprozess sehr gut kontrolliert werden kann.
Die Menge der kieselsäurehaltigen Lösung im Injektionsmittel ist insbesondere abhängig von der Anzahl der feinen Risse oder Poren und von der gewünschten Eindringtiefe des Injektionsmittels in diese Risse oder Poren. Soll mit einem derartigen Injektionsmittel eine Abdichtung von feinen Rissen oder Poren erfolgen, so kann der Anteil von kieselsäurehaltiger Lösung im Injektionsmittel höher gewählt werden, so dass ein größerer Anteil der kieselsäurehaltigen Lösung aus dem Injektionsmittel ausgepresst wird und somit in die feinen Risse oder Poren gelangen kann, in denen es entsprechend reagiert, um den form- und kraftschlüssigen Verbund auszubilden sowie die Abdichtung zu erreichen.
Sind hauptsächlich größere Wegsamkeiten, beispielsweise Hohlräume oder das Bohrloch selbst abzudichten, kann hingegen der Anteil der reaktiven Feststoffkomponente höher gewählt werden, so dass beim Injizieren weniger oder keine kieselsäurehaltige Lösung ausgepresst wird. Zudem können gröbere Ausgangsstoffe gewählt werden, d. h. es kann auch eine Korngröße der reaktiven Feststoffkomponente(n) und der inerten Zusatzstoffe eingestellt werden. Der Anteil der kieselsäurehaltigen Lösung ist dementsprechend niedrig zu wählen. Dadurch ist es auch möglich und vorteilhaft zum Abschluss der Injektion und der Bohrlochverfüllung den Feststoffanteil der Suspension zu erhöhen.
Das Injektionsmittel als binäres Gemisch kann beispielsweise einen ersten Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung von minimal 60 Massen-% und einen zweiten Anteil der reaktiven Feststoffkomponente von maximal 40 Massen-% aufweisen, wobei die genaue Wahl der Massen-% von mehreren Parametern abhängt:
So ist das Fließvermögen des Injektionsmittels insbesondere abhängig von den Anteilen der reaktiven Feststoffkomponente(n), dem Anteil der kieselsäurehaltigen Lösung und der Dichte bzw. Grädigkeit und damit Viskosität der kieselsäurehaltigen Lösung. Bei Verwendung von beispielsweise Natronwasserglas der Grädigkeit 37/40 kann vorzugsweise der erste Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung von mindestens 60 Massen-% gewählt werden. Für den zweiten Anteil der Feststoffkomponente(n) (reaktive Feststoffkomponenten und ggf. zusätzliche inerte Zusatzstoffe) wird bevorzugt ein Anteil von maximal 40 Massen-% gewählt. Bei Verwendung von Natronwasserglas der Grädigkeit 50/52 ist der erste Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung bevorzugt mindestens 65 Massen-% und der zweite Anteil der Feststoffkomponente(n) maximal 35 Massen-%.
Wird Silikastaub als eine der reaktiven Feststoffkomponente verwendet, so ergibt sich bei einer Grädigkeit der kieselsäurehaltigen Lösung von 50/52 ein zweiter Anteil von maximal 20 Massen-% und bei einer Grädigkeit von 37/40 der kieselsäurehaltigen Lösung ein zweiter Anteil von maximal 25 Massen-%. Der erste Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung liegt entsprechend bei mindestens 80 Massen-% bzw. mindestens 75 Massen-%.
Das erfindungsgemäße Injektionsmittel kann sehr variabel auf die entsprechende Anwendung, z. B. auf das Gestein, den Bergbauversatz und die Größe der Wegsamkeiten, abgestimmt werden, da für die kieselsäurehaltige Lösung, die reaktiven und inerten Feststoffkomponenten und die Zusatzmittel eine Reihe von Stoffen zur Verfügung stehen. Die möglichen Stoffe können hierbei einzeln oder aber in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um einen kontrollierten Injektionsprozess zu ermöglichen. Dadurch kann das Injektionsmittel vorteilhafterweise standort- und wirtsgesteinsunabhängig eingesetzt werden. Kriterien zur Auswahl der Stoffe sind insbesondere auch deren Verarbeitungseigenschaften, beispielsweise die Handhabbarkeit und Verarbeitbarkeit (Dosier- und Mischverhalten), ihre Korngröße, das Fließ- und die Verarbeitungszeit (Topfzeit) des Injektionsmittels, die Reaktionsgeschwindigkeit mit der kieselsäurehaltigen Lösung, die Volumenstabilität beim Gelieren bzw. Erhärten und Festmaterialeigenschaften, beispielsweise die Anbindung an das Gestein bzw. den Versatz und der Einfluss auf das chemische Milieu.
Die Injektionsarbeiten erfolgen, indem zunächst als Injektionsöffnung beispielsweise ein Bohrloch im Bereich des zu verfüllenden Gesteins oder des Bergbauversatzes in dieses eingebracht wird. Das Injektionsmittel wird hierbei über eine Pumpe bei einem eingestellten Injektionsdruck oder entsprechend eingestellter Förderrate verpresst, so dass das Injektionsmittel dann nach den beschriebenen Mechanismen die Wegsamkeiten in den entsprechenden Größen verfüllt und dadurch abdichtet. Möglich ist auch die Injektion mit Injektionsschläuchen, -lanzen und -kammern sowie mit Manschettenrohren. Abschließend wird die Injektionsöffnung, beispielsweise das Bohrloch oder die Injektionskammer wieder verfüllt, wobei sich dazu vorteilhafterweise ebenfalls das Injektionsmittel eignet, das dann für eine Abdichtung sorgt. Somit kann eine Abdichtung mit sehr wenig Aufwand gewährleistet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 Injektionsarbeiten, bei denen ein Gestein mit einem Injektionsmittel verfüllt wird.
Die 1 zeigt schematisch Injektionsarbeiten, bei denen Wegsamkeiten 1, 1a, 1b in einem Gestein 2, beispielsweise in einem Bergwerk, durch ein Injektionsmittel 3 verfüllt und abgedichtet werden. Dazu wird zunächst ein Bohrloch 4 als Injektionsöffnung in das Gestein 2 gebracht. Anschließend wird das Injektionsmittel 3 über eine Injektionsleitung 5, die durch einen Packer 7 führt und in der ein Ventil 8 angeordnet ist, in das Bohrloch 4 verpresst, wobei das Injektionsmittel 3 mit einem von einer Pumpe 6 bereitgestellten Injektionsdruck pI verpresst wird.
Im Gestein 2 gelangt das Injektionsmittel 3 je nach Zusammensetzung und Korngröße des Injektionsmittels 3 und Höhe des Injektionsdruckes pI in kleinere Wegsamkeiten 1a, beispielsweise feine Risse, und/oder in größere Wegsamkeiten 1b, beispielsweise in Hohlräume, wobei sich bei der Injektion infolge des Injektionsdruckes pI ein Lösungsanteil L, d. h. ein feststoffarmer Anteil mit kieselsäurehaltiger Lösung, und ein Feststoffanteil F, d. h. ein feststoffreicher Anteil bzw. eine Suspension, ausbildet:
Insbesondere in Abhängigkeit der Zusammensetzung und Korngröße des Injektionsmittels 3 sowie des eingestellten Injektionsdruckes pI verbleiben gröbere Partikel in den größeren Wegsamkeiten 1b und gelangen Feinkornsuspensionen mit feineren Partikeln und höherem Lösungs-/Feststoff-Verhältnis in die kleineren Wegsamkeiten 1a. In die kleinsten Wegsamkeiten 1a wird die kieselsäurehaltige Lösung (Lösungsanteil L) gepresst. Das Fließen in zunehmend feinere Risse oder Poren führt zu einer Abnahme des Feststoffanteils F und der Korngröße der weiterströmenden Suspension. Auf diese Weise entstehen im Gestein 2 die Rissverfüllung und ein form- und kraftschlüssiger Verbund, der dieses mechanisch stabilisiert (verfestigt) und/oder für eine Abdichtung der Wegsamkeiten 1a, 1b sorgt.
Um den Spannungszustand des Gesteins 2 zu erhöhen und damit eine Rissbildung in Folge des Injektionsdruck pI zu vermeiden, und den Verfüllungsprozess zu optimieren, kann es erforderlich sein zunächst die großen Wegsamkeiten 1b mit einem niedrigen Injektionsdruck pI zu verfüllen (Durchführung von Vorspanninjektionen), um das Gestein 2 mechanisch zu stabilisieren, so dass zum Verfüllen der feinen Wegsamkeiten 1a ein höherer Injektionsdruck pI verwendet werden kann, der dafür sorgt, dass die kieselsäurehaltige Lösung L ausgespresst und in die Risse 1a gedrückt wird, um diese zu verfüllen und abzudichten.
Je nach Zusammensetzung und Korngröße des Injektionsmittels 3 sowie eingestelltem Injektionsdruck pI kann die Menge des Lösungsanteils L sowie des Feststoffanteils F variiert werden. Beispielhafte Zusammensetzungen eines binären Injektionsmittels 3 sind hierbei:

a) 15 Massen-% einer reaktiven Feststoffkomponente, beispielsweise einer magnesiumoxidhaltigen Feststoffkomponente, und 85 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung, falls hauptsächlich feine Wegsamkeiten 1a, beispielsweise Risse und Poren im µm-Bereich verfüllt werden sollen,
b) 30 Massen-% einer reaktiven Feststoffkomponente, beispielsweise einer magnesiumoxidhaltigen Feststoffkomponente, und 70 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung, für hauptsächlich größere Wegsamkeien 1b, beispielweise Hohlräume in der Größenordnung von wenigen Millimetern.

Bei einer größeren Anzahl an feinen Wegsamkeiten 1a ist somit ein höherer Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung zu wählen und bei größeren Wegsamkeiten 1b ein höherer Anteil an Feststoffkomponenten.
Der Injektionsdruck pI kann beispielsweise 80 bar sein, so dass für einen ausreichend hohen Spannungszustand im Gestein 2 zu sorgen ist, beispielsweise durch ein vorheriges Verfüllen größerer Wegsamkeiten 1b mit geringeren Injektionsdrücken pI. Für das Verfüllen größerer Wegsamkeiten 1b, auch zum Verschließen des Bohrloches 4, kann das Verfüllen mit geringen Injektionsdrücken pI erfolgen, so dass keine kieselsäurehaltige Lösung aus dem Injektionsmittel 3 (der Suspension) ausgepresst wird.

Claims

Injektionsmittel (3) zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten (1, 1a, 1b) in einem Gestein (2) oder einem Bergbauversatz, insbesondere in einem Bergwerk, mindestens aufweisend: kieselsäurehaltige Lösung sowie mindestens eine reaktive Feststoffkomponente, wobei die mindestens eine reaktive Feststoffkomponente magnesiumhaltig und/oder siliziumhaltig ist.
Injektionsmittel (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) frei von organischen Komponenten ist.
Injektionsmittel (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kieselsäurehaltige Lösung alkalisch ist, beispielsweise Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas oder Kaliwasserglas.
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Feststoffkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, Halbbranntdolomit, Karbonatminerale und/oder amorpher Kieselsäure.
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) weiterhin inerte Zusatzstoffe, beispielsweise Baryt- und Gips-Pulver oder Magnesiumsilikate, beispielsweise Talk, und/oder Zusatzmittel, beispielsweise Fließmittel zum Verbessern des Fließvermögens und zum Vermeiden von Kornagglomerationen, enthält.
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) als einen ersten Anteil mindestens 60 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung und als einen zweiten Anteil maximal 40 Massen-% an reaktiven Feststoffkomponenten aufweist.
Injektionsmittel (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) mit magnesiumhaltigen reaktiven Feststoffkomponenten und a) bei einer Grädigkeit der kieselsäurehaltigen Lösung von 50/52 einen ersten Anteil von minimal 65 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung und einen zweiten Anteil von maximal 35 Massen-% der reaktiven Feststoffkomponente aufweist, oder b) bei einer Grädigkeit der kieselsäurehaltigen Lösung von 37/40 einen ersten Anteil von minimal 60 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung und einen zweiten Anteil von maximal 40 Massen-% der reaktiven Feststoffkomponente aufweist.
Injektionsmittel (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) mit einer siliziumhaltigen reaktiven Feststoffkomponente und a) bei einer Grädigkeit der kieselsäurehaltigen Lösung von 50/52 einen ersten Anteil von minimal 80 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung und einen zweiten Anteil von maximal 20 Massen-% der reaktiven Feststoffkomponente aufweist, oder b) bei einer Grädigkeit der kieselsäurehaltigen Lösung von 37/40 einen ersten Anteil von minimal 75 Massen-% an kieselsäurehaltiger Lösung und einen zweiten Anteil von maximal 25 Massen-% der reaktiven Feststoffkomponente aufweist..
Injektionsmittel (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung und der zweite Anteil an reaktiver Feststoffkomponente auf eine Größe der zu verfüllenden Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) abgestimmt ist.
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kieselsäurehaltige Lösung ausgebildet ist, mit dem Gestein (2) oder mit dem Bergbauversatz im Bereich der zu verfüllenden Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) zu reagieren zum Ausbilden eines kraftschlüssigen Verbundes und/oder Abdichten der Wegsamkeiten (1; 1a, 1b).
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Injektionsmittels (3) auf die geforderten Materialeigenschaften, d. h. beispielsweise die Verarbeitungseigenschaften und die Festmaterialeigenschaften des injizierten Gesteins (2) oder des Bergbauversatzes sowie das chemische Milieu abgestimmt sind.
Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) unter Einwirkung eines Injektionsdruckes (pI) in Abhängigkeit einer Rissweite oder einer Porengröße in einen Feststoffanteil (F), d. h. einen feststoffreichen Anteil, und einen Lösungsanteil (L), d. h. einen feststoffarmen Anteil, aufteilbar ist.
Verfahren zum Verfüllen, Verfestigen und Abdichten von Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) in einem Gestein (2) oder einem Bergbauversatz, insbesondere in einem Bergwerk, mit mindestens den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Injektionsmittels (3), insbesondere ein Injektionsmittel (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; Verpressen des Injektionsmittels (3) in eine Injektionsöffnung (4) im Gestein (2) oder im Bergbauversatz im Bereich der abzudichtenden Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) zum Verfüllen der Wegsamkeiten (1; 1a, 1b), wobei das Injektionsmittel (3) mit einem Injektionsdruck (pI) verpresst wird, wobei die Zusammensetzung des Injektionsmittels (3) als auch der Injektionsdruck (pI) in Abhängigkeit der abzudichtenden Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) gewählt werden, wobei a) beim Verfüllen von größeren Wegsamkeiten (1; 1b) im Bereich von Millimetern bis in den Zentimeter-Bereich ein hoher Anteil an reaktiven Feststoffkomponenten und/oder ein niedriger Injektionsdruck (pI) eingestellt werden, so dass das Injektionsmittel (3) die größeren Wegsamkeiten (1; 1b) mit einem hohen Feststoffanteil (F), d. h. hauptsächlich mit einem feststoffreichen Anteil, verfüllt und abdichtet, und b) beim Verfüllen von feinen Wegsamkeiten (1; 1a) ein hoher Anteil an kieselsäurehaltiger Lösung und/oder ein hoher Injektionsdruck (pI) eingestellt werden, um eine Aufteilung des Injektionsmittels (3) in einen Feststoffanteil (F) und einen Lösungsanteil (L) zu bewirken, so dass mit abnehmender Größe der Risse oder Poren ein Verfüllen und Abdichten durch den entsprechenden Anteil (F, L) bewirkt wird, wobei feine Wegsamkeiten (1; 1a) im Bereich von Mikrometern durch die ausgepresste kieselsäurehaltige Lösung des Lösungsanteils (L) verfüllt und abgedichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Injektionsmittel (3) zum Abschluss oder nach der Abdichtung der Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) in die Injektionsöffnung (4) verpresst wird zum Verschließen der Injektionsöffnung (4) nach Abschluss der Injektionsarbeiten.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Feststoffanteils (F) zum Lösungsmittelanteil (L) zum Verfüllen und Abdichten der Injektionsöffnung angepasst, insbesondere erhöht, wird.
Verwendung des Injektionsmittels (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Abdichten von Wegsamkeiten (1; 1a, 1b) in einem natürlichen oder künstlichen Gestein (2) oder einem Bergbauversatz, insbesondere in einem Bergwerk.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das natürliche oder künstliche Gestein (2) oder der Bergbauversatz salzhaltig und/oder kalkhaltig sind.