DE10258300B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung von abgeworfenen Bergwerksschächten - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten, dadurch gekennzeichnet, daß in die Füllmaterialsäule (4) von oben eine Bohrung (5) eingebracht wird, in die eine radial expandierbare Packeranordnung (7) eingelassen wird, die unter Hochdruck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, daß die Füllmaterialsäule (4) im Längenbereich der Packeranordnung (7) radial verdichtet und unter eine erhöhte radiale Druckspannung gesetzt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten.
• Nach dem Stande der Technik ist es seit alters her üblich, abgeworfene Bergwerksschächte mit Füllmaterial aufzufüllen, beispielsweise mit Bergematerial oder mit Schutt. Diesen Füllmaterialien wird meistens noch ein Bindemittel, z. B. Zementmilch, zugegeben, um eine ausreichend tragfähige Füllmaterialsäule zu erzeugen. Um die Stabilität der Füllmaterialsäule zu verbessern, verwendet man als Füllmaterial auch nicht nachverdichtenden Gesteinsschotter und Magerbeton bzw. im oberen Endbereich des Schachtes eine kompakte Zementsäule.
• Diese Füllmaterialsäule erstreckt sich nicht immer über die gesamte Schachtteufe, sondern füllt meist nur den oberen Schachtabschnitt, soweit der Schacht im Lockergebirge steht. In diesem Fall muß natürlich dafür Sorge getragen werden, daß die Füllmaterialsäule nach unten hin durch geeignete Maßnahmen abgefangen wird, beispielsweise durch eine entsprechende Verlagerung und Abstützung der Füllmaterialsäule in entsprechenden radialen Aufweitungen der Schachtwandung im Bereich des unteren Endes der Füllmaterialsäule. Zum gleichen Zweck ist es z. B. aus der DE 199 52 306 A1 bekannt, unterhalb der Füllmaterialsäule einen aufblähbaren Sack aus textilem Material anzuordnen, der mit einem expandierenden Material gefüllt wird, welches im expandierten Zustand erhärtet und auf diese Weise zusammen mit dem Sack einen fest an der Schachtwand anliegenden Stopfen bildet.
• Nach oben hin wird die Füllmaterialsäule von einer Schachtplatte abgedeckt, in der eine Revisionsöffnung angeordnet ist, durch die hindurch der Zustand der Füllmaterialsäule überwacht werden kann.
• Weiterhin ist es nach dem Stand der Technik aus der DE 31 15 003 A1 bekannt, einen mit Druckgas gefüllten Gewebeschlauch als Schalhaut beim Einbringen von Beton zu verwenden, der zur Abstützung oder Sicherung der Wandung eines Bohrlochs oder sonstiger Grubenräume dient und in dem Spalt zwischen dieser Schalhaut und der Wandung eingebracht wird. Diese Schalhaut kann nach Aushärten des Betons nach Druckentlastung des Druckgases wieder entfernt werden oder verbleibt als verlorene Schalung an der mit Beton verkleideten Wandung.
• In der jüngeren Vergangenheit hat es eine Reihe von Unglücksfällen gegeben, die dadurch verursacht worden sind, daß die Füllmaterialsäule aus unterschiedlichen Gründen instabil geworden ist. Dabei besteht eine besondere Schwierigkeit darin, daß das Material und der Aufbau der Füllmaterialsäule oft nicht mehr bekannt ist. Aus diesen Gründen besteht eine Verfügung der Bergbehörden, daß Grundstücke in unmittelbarer Nachbarschaft von abgeworfenen und verfüllten Bergwerksschächten unbebaut bleiben müssen, es sei denn, es werden besondere Maßnahmen zur Stabilisierung der Füllmaterialsäule ergriffen.
• Hierzu ist es nach dem Stande der Technik üblich, die Schachtplatte abzubrechen, das Füllmaterial über eine ausreichende Länge zu entnehmen, eine stabile Verlagerung der neu aufzubauenden Füllmaterialsäule in der Schachtwandung anzubringen und die Füllmaterialsäule komplett neu aufzubauen. Eine solche Maßnahme ist aus nachvollziehbaren Gründen extrem teuer.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung von mit Füllmaterial unbekannter Zusammensetzung verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten zu schaffen, die wesentlich kostengünstiger sind und dennoch den Sicherheitsanforderungen genügen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst ein Verfahren vor, bei welchem in die Füllmaterialsäule von oben eine Bohrung eingebracht wird, in die eine radial expandierbare Packeranordnung eingelassen wird, die unter Hochdruck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, daß die Füllmaterialsäule im Längenbereich der Packeranordnung radial verdichtet und unter erhöhter radialer Druckspannung gehalten wird.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß keine Abbrucharbeiten vorgenommen zu werden brauchen. Die Bohrung in der Füllmaterialsäule kann nämlich durch die Revisionsöffnung der Schachtplatte hindurch in die Füllmaterialsäule eingebracht werden. Das unter Hochdruck in die Packeranordnung eingebrachte, abbindende Material bewirkt zunächst eine Verdichtung der Füllmaterialsäule im Längenbereich der Packeranordnung und hält anschließend das Füllmaterial in diesem Bereich unter einer erhöhten radialen Druckspannung, welche die Füllmaterialsäule im oberen Bereich, z. B. über 20–30 Meter Länge, derart stabilisiert, daß sie sich nicht mehr setzen kann oder abwandern kann. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, ist der Arbeits- und Materialaufwand denkbar gering.
• Um das Einbringen der Packeranordnung zu erleichtern, ist weiterhin vorgesehen, daß die Bohrung bei ihrer Herstellung verrohrt wird und daß diese Verrohrung nach Einbringung der Packeranordnung und vor der Befüllung der Packeranordnung gezogen wird. Durch die zeitweise Verrohrung wird die Bohrung zwischenzeitlich so stabilisiert, daß die Packeranordnung problemlos eingebracht werden kann. Nachdem die Verrohrung gezogen worden ist, kann durch die erfindungsgemäße Druckbefüllung der Packeranordnung der oben erläuterte radiale Preßdruck erzeugt werden.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Fülldruck der Packeranordnung soweit erhöht wird, daß die Schachtwandung zumindest bereichsweise radial nach außen aufgeweitet wird. Eine solche radiale Aufweitung erzeugt zusätzlich einen Formschluß zwischen der Schachtwandung und der Füllmaterialsäule. Dieser Formschluß bewirkt eine zusätzliche Abstützung der Füllmaterialsäule gegen axiale Verschiebung und verdichtet darüber hinaus möglicherweise vorhandenes Lockergebirge im Bereich der Schachtwandung.
• Eine weitere Stabilisierung der Füllmaterialsäule wird erreicht, wenn sie im Bereich oberhalb der Packeranordnung durch injiziertes Bindemittel stabilisiert wird. Als Bindemittel kommt hier – ebenso wie bei der Packerbefüllung – in erster Linie Zementmilch in Frage. Es ist aber auch denkbar, hier die im Bergbau bewährten chemisch abbindenden Kunststoffe zu injizieren.
• Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, welche sich dadurch kennzeichnet, daß die Packeranordnung im Bohrlochtiefsten und im Längenbereich des Bohrlochs mit Abstand zum Bohrlochtiefsten je einen kurzen Widerlagerpacker und zwischen den Widerlagerpackern mindestens einen langen Hauptpacker aufweist. Nach dem Einbringen der Packeranordnung werden zunächst die beiden Widerlagerpacker unter Hochdruck mit einem abbindenden Bindemittel befüllt, wodurch zwischen diesen beiden Widerlagerpackern ein sehr langer, nach oben und unten weitestgehend dicht abgeschlossener Raum entsteht, in welchem sich der lange Hauptpacker befindet. Dieser Hauptpacker wird erst dann mit unter Hochdruck stehendem bindendem Bindemittel befüllt, wenn das Bindemitteln in den Widerlagerpackern abgebunden ist.
• Zweckmäßig bestehen die Packer aus hoch festen Geotextilien und passen im unbefüllten Zustand in den lichten Querschnitt der Bohrung bzw. der Verrohrung, während sie im befüllten Endzustand einen Durchmesser haben, der wesentlich größer, beispielsweise um das 10-fache größer als der Bohrlochdurchmesser ist. Hierdurch ist es möglich, durch Befüllen der Packer eine große radiale Expansion und hohe radiale Druckspannungen zu erzeugen.
• Das verwendete Geotextil ist zweckmäßig wasser- und/oder luftdurchlässig. Hierdurch kann das bei der Befüllung des Packers mitgeführte Hochdruckwasser in die Füllmaterialsäule ausgepreßt werden, wobei gleichzeitig die in dem Hochdruckwasser mitgeführten Feststoffe, z. B. Zement und/oder Sand in der Packeranordnung zurückgehalten werden.
• Alternativ kann das verwendete Geotextil auch flüssigkeitsdicht beschichtet sein. Ein solches flüssigkeitsdichtes Geotextil wird verwendet, wenn zur Befüllung des Packers beispielsweise ein aushärtendes Kunstharz verwendet werden soll, welches nicht in die Füllmaterialsäule eindringen soll.
• Eine besonders hohe Reißfestigkeit wird erreicht, wenn das Geotextil aus synthetischen Fasern besteht. Solche synthetischen Fasern haben darüber hinaus den Vorteil, daß sie weitestgehend verrottungsfest sind.
• Eine wesentlich preiswertere Lösung sieht vor, daß das verwendete Geotextil aus Naturfasern besteht. Bei der Verwendung von Naturfasern muß man natürlich dafür Sorge tragen, daß diese Naturfasern möglichst verrottungsfest ausgerüstet werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1: Schematisch einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt eines Schachtes mit eingebrachtem Bohrloch und eingesetzter Packeranordnung (noch unbefüllt);
• 2: einen Ausschnitt aus 1 mit der noch unbefüllten Packeranordnung;
• 3: die aus 2 hervorgehende Packeranordnung nach Befüllung der Widerlagerpacker;
• 4: die aus 3 hervorgehende Anordnung nach Befüllung des Hauptpackers;
• 5: einen Längsschnitt durch den fertig stabilisierten Schacht.
• In der Zeichnung ist die Schachtwandung mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Nach oben hin ist der Schacht von einer Schachtplatte 2 abgedeckt, in welcher sich eine Revisionsöffnung 3 befindet. Das Innere des Schachtes ist durch eine Füllmaterialsäule 4 gefüllt, die aus lose eingefülltem Schüttgut besteht, welches mit Bindemittel versetzt ist.
• Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird durch die Revisionsöffnung 3 der Schachtsplatte 2 hindurch eine Bohrung 5 in die Füllmaterialsäule 4 eingebracht. Beim Herstellen dieser Bohrung 5 wird diese mit einer Verrohrung 6 versehen.
• Sodann wird in die Verrohrung 6 eine Packeranordnung 7 eingelassen. Diese Packeranordnung 7 weist einen im Bohrlochtiefsten angeordneten unteren Widerlagerpacker 8 und einen mit größerem Abstand davon angeordneten oberen Widerlagerpacker 9 auf, der sich im Längenbereich des Bohrlochs 5 befindet. Zwischen den Widerlagerpackern 8 und 9 befindet sich ein langgestreckter Hauptpacker 10. Alle Packer 8, 9 und 10 bestehen aus hoch reißfesten Geotextilien, die wasserdurchlässig sind, im Wasser mitgeführte Feststoffe, z. B. Zement, aber zurückhalten. Die Packer 8, 9 und 10 haben im unbefüllten Zustand einen kleinen Durchmesser und können deshalb problemlos in die Bohrung 5 bzw. in deren Verrohrung 6 eingeführt werden. Im befüllten Zustand haben die Packer demgegenüber einen Durchmesser, der wesentlich größer als der Durchmesser des Bohrlochs 5 ist.
• Außerdem stehen die Packer 8, 9 und 10 jeweils über Befüllleitungen 11 mit einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe in Verbindung, über die die einzelnen Packer 8, 9 und 10 separat mit Zementleim befüllt werden können.
• Vor dem Befüllen der Packer 8, 9 und 10 wird zunächst die Verrohrung 6 aus dem Bohrloch 5 gezogen, damit die Packer unmittelbar auf das Füllmaterial der Füllmaterialsäule 4 einwirken können. Sodann werden zunächst die Widerlagerpacker 8 und 9 unter Hochdruck mit Zementleim befüllt. Dabei blähen sich diese Packer radial auf und bilden feste Widerlager für das nachfolgende Befüllen des Hauptpackers 10. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt.
• Nachdem der Zementleim in den Widerlagerpackern 8 und 9 abgebunden hat, wird der Hauptpacker 10 mit unter Hochdruck stehendem Zementleim beaufschlagt. Dabei wird der Druck hier soweit erhöht, daß die sich aufbauenden radialen Druckspannungen die Schachtwandung 1 radial aufweiten. Durch diese Aufweitung wird das umliegende Lockergebirge zusätzlich verdichtet und eine quasi formschlüssige Verbindung zwischen Schachtwand 1 und Füllmaterialsäule 4 hergestellt. Wie aus 4 ersichtlich ist, vergrößert sich der radiale Durchmesser des Hauptpackers 10 um ein Vielfaches, beispielsweise auf das zehnfache, so daß eine erhebliche Verdichtung des Füllmaterials der Füllmaterialsäule 4 stattfindet und erhebliche radiale Druckspannungen erzeugt werden.
• Wie aus 5 ersichtlich ist, werden abschließend durch die Revisionsöffnung 3 hindurch in die Füllmaterialsäule 4 fächerartig Injektionsbohrlöcher 12 eingebracht, die zur Verfestigung der Füllmaterialsäule 4 oberhalb der Packeranordnung 7 mit einem geeigneten Bindemittel, z. B. Zementleim oder einem Kunstharz verpreßt werden.
• Wie sich aus der obigen Darstellung ergibt, können alle Maßnahmen zur Stabilisierung der Füllmaterialsäule ohne Abbruch der Schachtplatte 2 und ohne Entnahme von Füllmaterial durch die Revisionsöffnung 3 hindurch durchgeführt werden. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, ist dadurch der Arbeitsaufwand und auch der Materialaufwand für die Stabilisierung der Füllmaterialsäule 4 denkbar gering.

Claims (10)

1. Verfahren zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten, dadurch gekennzeichnet, daß in die Füllmaterialsäule (4) von oben eine Bohrung (5) eingebracht wird, in die eine radial expandierbare Packeranordnung (7) eingelassen wird, die unter Hochdruck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, daß die Füllmaterialsäule (4) im Längenbereich der Packeranordnung (7) radial verdichtet und unter eine erhöhte radiale Druckspannung gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (5) bei ihrer Herstellung verrohrt wird und das diese Verrohrung (6) nach dem Einbringen der Packeranordnung (7) und vor der Befüllung der Packeranordnung (7) gezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldruck der Packeranordnung (7) soweit erhöht wird, daß die Schachtwandung (1) zumindest bereichsweise radial nach außen aufgeweitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmaterialsäule (4) oberhalb der Packeranordnung (7) durch in die Füllmaterialsäule (4) injizierte Bindemittel stabilisiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Packeranordnung (7) im Bohrlochtiefsten und im Längenbereich des Bohrlochs (5) mit Abstand zum Bohrlochtiefsten je einen kurzen Widerlagerpacker (8, 9) und zwischen den Widerlagerpackern (8, 9) mindestens einen langen Hauptpacker (10) aufweist.
6. Vorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Packer (8, 9, 10) aus hoch festen Geotextilien bestehen und im unbefüllten Zustand in den lichten Querschnitt der Bohrung (5) bzw. der Verrohrung (6) passen, während sie im befüllten Zustand einen Durchmesser haben, der wesentlich größer als der des Bohrlochs (5) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Geotextil wasser- und/oder luftdurchlässig ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Geotextil flüssigkeitsdicht beschichtet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Geotextil aus synthetischen Fasern besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Geotextil aus Naturfasern besteht.

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