DE1207908B

DE1207908B - Process for filling the space between the rock and the extension elements of shafts or boreholes using bituminous masses

Info

Publication number: DE1207908B
Application number: DED36222A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dipl-Bergin Biedendieck
Original assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Current assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Priority date: 1961-05-31
Filing date: 1961-05-31
Publication date: 1965-12-30

Description

Verfahren zum Verfüllen des Zwischenraumes zwischen Gebirge und Ausbauelementen von Schächten oder Bohrlöchern mittels bituminöser Massen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfüllen von Zwischenräumen im Gebirge mittels bituminöser Massen, bei dem bituminöser Feststoff auf geringe Komgröße gemahlen und mit den zur Erzielung des gewünschten Plastizitätsendwertes der bituminösen Masse entsprechenden Mengen ihm verwandten öls zu einer Suspension verarbeitet und kalt oder mit geringer Erwärmung in den zu verfüllenden Raum eingebracht wird, nach dem Hauptpatent 1126 344.Method for filling the gap between rock and construction elements of shafts or boreholes by means of bituminous masses The invention relates to a method for filling gaps in the rock by means of bituminous masses, in which the bituminous solid is ground to a small grain size and with the bituminous mass to achieve the desired final plasticity value corresponding amounts of oil related to it are processed into a suspension and introduced cold or with little heating into the space to be filled, according to the main patent 1126 344.

Dieses Verfahren, dessen Anwendungsgebiet sich sinngemäß auch auf die Verfüllung von Zwischenräumen im Gebirge, die nicht durch Ausbauelemente einseitig abgegrenzt sind, erstreckt, ermöglicht die Herstellung einer Gleitschicht, die, abgesehen von ihren wasserabweisenden Eigenschaften, auch die übertragung von Scherkräften verhindert. Damit diese Massen ihre Aufgabe erfüllen können, muß gefordert werden, daß sie ortsbeständig sind, d. h., sie sollen bei den jeweils in den Zwischenräumen vorliegenden ruhenden Belastungen nicht fließen, Andererseits verhalten sich solche Massen, wie auch andere in der Bautechnik verwendete Massen wie Newtonsche Flüssigkeiten, d. h., beim Auftreten von Differenzdrücken oder Scherkräften fließen sie und dringen zeitabhängig in Klüfte oder Poren des Einfüllraumes mit geringerer Druckhöhe ein.This method, whose field of application extends to the filling of gaps in the mountains that are not delimited on one side by extension elements, enables the production of a sliding layer which, apart from its water-repellent properties, also prevents the transmission of shear forces. In order for these masses to be able to fulfill their task, it must be required that they be stationary, i.e. In other words, they should not flow with the static loads present in the spaces between them . In other words, when differential pressures or shear forces occur, they flow and, as a function of time, penetrate into crevices or pores of the filling space with a lower pressure level.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Gegenstand des Hauptpatentes dadurch weiter zu verbessern, daß die im Rahmen des Hauptpatentes verwendeten bituminösen Massen die Eigenschaft Newtonscher Flüssigkeiten verlieren und dadurch erst bei überschreiten einer Mindestscherkraft fließen bzw. bei Unterschreiten einer häufig geringeren Scherkraft sich wieder verfestigen, um zu verhindern, daß die plastischen Massen bei Auftreten der beschriebenen Kräfte zu wandern beginnen bzw. diesen Zeitpunkt möglichst lange hinausschieben.The invention has set itself the task, the subject of the main patent to improve further that the bituminous used in the context of the main patent Masses lose the property of Newtonian liquids and therefore only at exceeding a minimum shear force flow or falling below a frequently lower shear force to solidify again to prevent the plastic Masses begin to migrate when the forces described occur or at this point in time Push out as long as possible.

Das erreicht die Erflndung gemäß ihrem Grundgedanken dadurch, daß die Suspension als Binghamsche bzw. quasiplastische Flüssigkeit mit einer durch die Ausbildung einer Gerüststruktur bedingten statischen oder dynamischen Fließgrenze durch den Zusatz einer oder mehrerer Mischkomponenten, die vorzugsweise durch ihre kolloidalen Eigenschaften in flüssiger Phase der Suspension infolge Ausbildung einer Strukturviskosität thixotrope Fließeigenschaften erteilen, eingestellt wird.According to its basic idea, the invention achieves this in that the suspension as a Bingham or quasi-plastic liquid with a through the formation of a framework structure-related static or dynamic yield point by adding one or more mixing components, preferably by their colloidal properties in the liquid phase of the suspension as a result of the formation of a Structural viscosity give thixotropic flow properties, is set.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß den bituminösen Massen eine vorbestimmte Fließgrenze durch Ausbilduncr einer Strukturviskosität gegeben wird, die durch elektrostatische Oberflächenkraft kolloidaler Teilchen in der Suspension hervorgerufen ist und mit Thixotropie bezeichnet wird.The invention achieves that the bituminous masses a predetermined yield point is given by developing an intrinsic viscosity, that by the electrostatic surface force of colloidal particles in the suspension is caused and is referred to as thixotropy.

Zwar ist es in der Tiefbohrtechnik bekannt und üblich, Zwischenräume im Gebirge mit einer Binghamschen Flüssigkeit auszufüllen, welche thixotrope Fließeigenschaften aufweist. Dieses in der Tiefbohrtechnik bekannte Verfahren hat jedoch für den dauernden Ausbau bzw. die dauerde Verfüllung von Zwischenräumen im Gebirge noch nicht Anwendung gefunden und wäre in dieser Form auch nicht anwendungsfähig.It is known and common in deep drilling technology to create gaps to be filled in the mountains with a Bingham liquid, which has thixotropic flow properties having. However, this method, which is known in deep drilling technology, is permanent Expansion or permanent backfilling of gaps in the mountains not yet applied found and would not be applicable in this form.

Für die praktische Durchführung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens kommen verschiedene Mischkomponenten in Betracht.For the practice of the invention described above Various mixing components come into consideration in the process.

Eine Möglichkeit besteht darin, Mischkomponenten zu verwenden, die den vorliegenden bituminösen Massen eine temperaturabhängige Strukturviskosität, die durch den Stockpunkt der Suspension gegeben ist, verleihen. Das geschieht durch den Aufbau eines Paraffingitters.One possibility is to use mixing components that the existing bituminous masses have a temperature-dependent structural viscosity, which is given by the pour point of the suspension give. That happens through the structure of a paraffin grid.

Das Hauptpatent sieht bereits die Verwendung von paraffinhaltigen ölen in einer bevorzugten Ausführungsforin des dort beschriebenen Verfahrens vor. Bei diesen ölen wird vor dem Erreichen des Stockpunktes gleichfalls eine Strukturviskosität, die zur Vermeidung der Sedimentation ausreicht, erzielt. Derartige öle wurden in Form von paraffinbasischen Erdölen aus dem Emsland, deren Stockpunkt bei 20 bis 271 liegt, bei der bisherigen Herstellung der plastischen Massen schon verwendet. Im Rahmen der Erfindung können auch stockpunktfreie bituminöse Flüssigkeiten durch Zusatz von Paraffin gegebenenfalls in flüssiger Form zur Erzielung einer Strukturviskosität Verwendun- finden.The main patent already provides for the use of paraffin-containing oils in a preferred embodiment of the process described there. In the case of these oils, an intrinsic viscosity that is sufficient to avoid sedimentation is also achieved before the pour point is reached. Such oils were already used in the previous production of the plastic masses in the form of paraffin-based petroleum from the Emsland, the pour point of which is between 20 and 271. In the context of the invention, bituminous liquids free from pour point can also be used, if appropriate in liquid form, by adding paraffin to achieve a structural viscosity.

Das Anmischen von Mischungen mit ölen, die einen Stockpunkt besitzen, erfolgt naturgemäß bei Temperaturen, die um einige Grad oberhalb des Stockpunktes liegen. Die Stockpunkthöhe wird derart eingestellt, daß durch Abkühlung auf dem Transport der Stockpunkt der Mischunor unterschritten wird, so daß damit eine Sedimentation der nicht gelösten Feststoffe vermieden wird.Mixing mixtures with oils that have a pour point, naturally takes place at temperatures a few degrees above the pour point lie. The pour point height is adjusted so that by cooling on the Transport falls below the pour point of the Mischunor, so that sedimentation occurs of undissolved solids is avoided.

Eine weitere Möglichkeit, die insbesondere für den Fall in Betracht kommt, daß beim Anmischen der Suspension nach dem Hauptpatent grobe Feststoffe höheren Raumgewichts verwendet werden müssen, besteht nach der Erfindung darin, unter anderem feinst gemahlenen luftgeblasenen Asphalt als Mischkomponenten zu verwenden. Durch Aufbau eines Gittergerüstes kann verhindert werden, daß die groben Feststoffe sedimentieren, insbesondere dann, wenn zur Erleichterung des Mischvorganges zur Herstellung der Suspension und des Transportes die Viskosität niedrig eingestellt wird. Selbstverständlich kommen für diesen Zweck auch andere geeignete kolloidale gemahlene Stoffe in Betracht.Another option that should be considered in particular comes that when mixing the suspension according to the main patent coarse solids higher Volume weight must be used, consists according to the invention, among other things to use finely ground, air-blown asphalt as mixing components. By The construction of a lattice structure can prevent the coarse solids from sedimenting, especially if to facilitate the mixing process to produce the Suspension and transport the viscosity is set low. Of course Other suitable colloidal milled substances can also be used for this purpose.

Man kann die Mischkomponenten, statt sie unmittelbar der Suspension zuzusetzen, auch in Form einer thixotrope Eigenschaften besitzenden Flüssigkeit der Suspension zumischen. Hierfür kommen beispielsweise hochpolymere Zusatzstoffe, insbesondere mit linearen Makromolekülen, wie Gemische aus hochpolymeren Styroporen, Epoxyde und Butadiene, unter anderem gegebenenfalls als Dispersion in aromatischen ölen in Frage.You can use the mixed components instead of them directly in the suspension to be added, also in the form of a liquid with thixotropic properties mix into the suspension. High polymer additives, for example, are used for this purpose, especially with linear macromolecules, such as mixtures of high-polymer styrofoam, Epoxides and butadienes, among other things, optionally as a dispersion in aromatic oil in question.

Das Einbinden der geeigneten Hochpolymere durch Addition in die zähe Endsubstanz bietet verfahrenstechnische Schwierigkeiten. Die im Hauptpatent aufgezeichnete Verfahrenstechnik der Anmischung von fein gemahlenem Bitumen oder Pech mit einem bituminösen Lösungsmittel zu einer Suspension ist in besonders vorteilhafter Weise geeignet, um Kunststoffgruppen in die bituminöse Substanz einzuarbeiten.The integration of the suitable high polymers through addition in the tough Final substance presents procedural difficulties. The one recorded in the main patent Process engineering of mixing finely ground bitumen or pitch with a bituminous solvent to form a suspension is particularly advantageous suitable for incorporating plastic groups into the bituminous substance.

Ferner können der Suspension thixotrope Eigenschaften erteilt werden, indem ein Gel, beispielsweise. in Form einer wäßrigen Aufschwemmung kolloidaler Tone, beigemischt wird. Ein thixotropes Fließverhalten der Suspension kann gleichfalls dadurch herbeigeführt werden, daß beispielsweise unter Zusatz von Metallseifen, Wasser unter Bildung einer zähflüssigen Wasser-in-öl-Emulsion dem flüssigen Lösungsmittel beigefügt wird.Furthermore, the suspension can be given thixotropic properties, by using a gel, for example. in the form of an aqueous suspension of colloidal Clays, is added. A thixotropic flow behavior of the suspension can also are brought about by the fact that, for example, with the addition of metal soaps, Water to form a viscous water-in-oil emulsion to the liquid solvent is attached.

Die der zähplastischen Masse derart erzielten Eigenschaften erweitern den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die durch die Strukturviskosität gegebene hohe Fließgrenze gestattet es, das Material in Räume einzufüllen, deren umschließende Wandungen Spalten, Klüfte oder Poren besitzen, ohne daß in diese das Material, wie die bekannten plastischen Bitumensorten, unbegrenzt einfließen kann. Demgemäß wird man solches Material verwenden können, um klüftige oder poröse Bodenschichten auch bei Vorliegen von Druckdifferenzen gegen Durchfluß abzudichten. Anwendungstechniken dieser Art bieten sich bei Hohlräumen in Form von Bohrungen oder Schlitzen in wasserführenden Böden, beispielsweise bei Talsperren. Die Erfindung erstreckt sich somit nicht nur auf die Anwendung des Verfüllungsverfahrens bei Schächten, Stollen und ähnlichen, sondern auch auf die Verfüllung von natürlich oder künstlich hergestellten Hohlräumen in Bodenschichten zum Zwecke der Abdichtung und der Verfestigung. Beispiel Ein Gemisch aus 180 g paraffinösem öl mit einem Stockpunkt von 271 C, 200 g Bitumen, 250 g unlöslichen Feststoffen, z. B. Schwerspatmehl, besitzt bei 20' C eine Fließgrenze, von 3,5 - 10-3 kg/cm2 bzw. eine Viskosität von 7 - 109 P.The properties achieved in this way for the viscoplastic mass expand the scope of the method according to the invention. The high flow limit given by the structural viscosity allows the material to be poured into spaces, the surrounding walls of which have gaps, fissures or pores, without the material, like the known plastic bitumen types, being able to flow into them indefinitely. Accordingly, it will be possible to use such material in order to seal fissured or porous soil layers against flow even in the presence of pressure differences. Application techniques of this type are available for cavities in the form of bores or slots in water-bearing soils, for example in reservoirs. The invention thus extends not only to the use of the backfilling method in shafts, tunnels and the like, but also to the backfilling of naturally or artificially produced cavities in soil layers for the purpose of sealing and consolidation. Example A mixture of 180 g paraffinic oil with a pour point of 271 C, 200 g bitumen, 250 g insoluble solids, e.g. B. Schwerspatmehl at 20 'C, has a yield point of 3,5 - 10-3 kg / cm2 and a viscosity of 7-109 P.

Verwendet man an Stelle des paraffinösen öles mit dem angegebenen Stockpunkt ein normales öl ohne Stockpunkt, so zeigt das Gemisch keine Fließgrenze und besitzt eine Viskosität von 2 -1.0--3 P. If a normal oil without a pour point is used instead of the paraffinic oil with the specified pour point, the mixture shows no flow limit and has a viscosity of 2-1.0-3 P.

Claims

Claims: 1. A method for filling gaps in the mountains by means of bituminous masses, in which the bituminous solid is ground to a small grain size and processed into a suspension with the oil used to achieve the desired plasticity value of the bituminous mass and then cold or with little heating in the space to be filled is introduced, according to patent 1126 344, characterized in that the suspension is a Bingham or quasi-plastic liquid with a static and / or dynamic flow limit caused by the formation of a framework structure by the addition of one or more mixing components that result in the suspension Give thixotropic flow properties formation of an intrinsic viscosity, is set.

2. The method according to claim 1, characterized by the use of mixed components to form a temperature-dependent structural viscosity which is given by the pour point of the suspension. 3. Process according to Claims 1 and 2, characterized by the use of paraffin-based petroleum. 4. The method according to claim 1, characterized by the addition of colloidally ground solids, including air-blown asphalt, as a mixing component. 5. The method according to claim 1, characterized in that a mixed component in the form of a thixotropic property-owning liquid is added to the suspension. 6. The method according to claims 1 and / or 5, characterized by the use of high-polymer additives, in particular with linear macromolecules, such as mixtures of high-polymer styrofoam and butadienes, optionally as a dispersion in aromatic oils. 7. The method according spoke 5, characterized by the use of a thixotropic liquid in the form of an aqueous solution of colloidal clays. Considered publications: German Auslegeschrift D 13168V1a / 5a (published on 9.2.1956).