DE1299586B

DE1299586B - Verfahren zum Verhindern von Bodensenkungen oberhalb von unterirdischen Hohlraeumen

Info

Publication number: DE1299586B
Application number: DEP35083A
Authority: DE
Inventors: Polhamus John Richard
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1963-11-14
Filing date: 1964-09-17
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1017887A; BE655480A; NL6411894A; US3343369A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf Maßnahmen gegen rechten Ausdehnung nimmt der Umfang der Sendas Senken der Erde über einem unterirdischen Hohl- kungswirkung zu. Wenn also die senkrechte Ausraum, insbesondere die Verhinderung von Boden- dehnung eines Hohlraums einige hundert Meter besenkungen oberhalb von Hohlräumen, die durch Ab- trägt, kann an der Erdoberfläche eine beträchtliche bau von Mineralien usw. mit Lösungsmitteln ent- 5 Senkung entstehen, wenn sich das Dach des Hohlstanden sind. raums senkt.

Es ist bekannt, z. B. bei Bohrschächten die Stöße Wenn sich ein Hohlraum sehr tief, ζ. B. mehr als

durch eine möglichst hohe und durch Aufschlämmen 600 m unterhalb der Erdoberfläche befindet, ist

von Ton, Schwertspatmehl oder andere Bestandteile wegen der Dicke des Materials über dem Hohlraum spezifisch schwer gemachte Flüssigkeitssäule unter io eine Senkung weniger wahrscheinlich; es werden aber

Gegendruck zu halten, so daß sie vor dem Zusam- auch dort Senkungen beobachtet, wo sich die Hohl-

menrutschen oder Abböschen bewahrt werden. — räume in Tiefen bis zu 900 m befinden. Man ver-

Bei einem Verfahren zur Beseitigung von Endlaugen mutet, daß Senkungen auch über Hohlräumen in viel

der Salzindustrie ist bekannt, die gesättigten End- größeren Tiefen auftreten können. Dabei ist selbstlaugen zur Ausfüllung von solchen Hohlräumen im 15 verständlich die Zeit, welche bis zu einer derartigen

Salzgebirge zu verwenden, deren Wände aus dem in Senkung verstreicht, von vielen Faktoren abhängig,

der Lauge gelösten Material bestehen (deutsche wie sie oben erwähnt wurden und ferner auch von

Patentschrift 132175). der Art des Materials über dem Hohlraum.

Die im vorliegenden Zusammenhang verwendete Bisher bildeten Senkungen ein ernstes Problem für Bezeichnung »Hohlraum« schließt jede in einer 20 die Lösungsabbauunternehmer. Auf Grund der ununterirdischen Formation auftretende Höhlung ein. vorhersagbaren und manchmal katastrophalen Er-Der Druck innerhalb einer derartigen Höhlung ist gebnisse von Senkungen wurde bisher die Bodengewöhnlich geringer als der Gebirgsdruck neben der fläche über einem ausgebeuteten Hohlraum als geHöhlung. Unter »Gebirgsdruck« versteht man den fährlich angesehen. Daher nimmt der Eigentumswert Druck, der in einer unterirdischen Formation besteht. 25 des Bodens ab, wenn darunter ein Hohlraum aus-

Beim Abbau des löslichen Materials werden häufig gebildet wird. Versicherungen gegen Senkungen sind

Verfahren angewandt, bei denen ein Bohrloch (mit im allgemeinen teuer. Die Lage von unterirdischen

entsprechender Auskleidung) durch die Erde getrie- Hohlräumen muß bei der Anlage von Fabriken und

ben wird, um die Verbindung mit einem abbaubaren anderen Anlagen in Betracht gezogen werden. Lager herzustellen. Ein Lösungsmittel wird durch das 30 Man nimmt an, daß die Hauptursache für Senkun-

Bohrloch in das Lager eingeleitet, um das darin ent- gen in dem Unterschied zwischen Gebirgsdruck der

haltene Material zu lösen. Die entstandene Lösung Formation, in der sich der Hohlraum befindet, und

wird an die Oberfläche der Erde abgezogen, so daß dem Druck gegen die Innenfläche des Höhlendachs

in dem abgebauten Lager ein Hohlraum entsteht. zu suchen ist. Bekanntlich ist der Gebirgsdruck an

Die oben beschriebenen Lösungsabbauverfahren 35 einem gegebenen Punkt unterhalb der Erdoberfläche wurden bisher beim Abbau von Natriumchlorid, von der Dichte der Materialien über diesem Punkt Kaliumchlorid, Sylvinit, Trona, Borax und ähnlichen abhängig. Das Material über einem Hohlraum ist gelöslichen Salzen angewandt. Ähnliche Verfahren wur- wohnlich viel dichter als die Flüssigkeit in dem Hohlden zur Gewinnung von Kohlendioxydgas auf unter- raum. Beim Lösungsabbau von Natriumchlorid ζ. Β. irdischen Kalksteinablagerungen durch Einführung 40 ist es eine Daumenregel, daß in jeder gegebenen Tiefe von Mineralsäuren angewendet. Beim Schwefelabbau der Druck einer Salzwassersäule, welche bis zur Erdwird überhitztes Wasser in ein unterirdisches Lager oberfläche reicht und zur Atmosphäre offen ist, etwa gepreßt. Das heiße Wasser schmilzt Schwefel aus dem der Hälfte des Gebirgsdrucks in dieser Tiefe entLager. Der geschmolzene Schwefel wird zur Erdober- spricht. Wenn ein Hohlraum und die damit in Verflache abgezogen, so daß ein unterirdischer Hohl- 45 bindung stehenden Rohrleitungen mit Salzwasser geraum entsteht. - ' füllt sind, ist der Druck gegen die Hohlraumfirste

Die durch Lösungsabbauverfahren entstandenen gleich dem Druck der Salzwassersäule. Auf Grund

Hohlräume haben häufig beträchtliche Ausmaße. Die des Unterschieds in den oberhalb und unterhalb des

beim Lösungsabbau von Natriumchlorid entwickelten Höhlendaches auftretenden Drücken höhlt sich das Hohlräume haben häufig einen Durchmesser von 50 Dach allmählich nach oben aus. Auf diese Weise

einigen 100 m oder mehr. Der Druck innerhalb die- wandert der Hohlraum senkrecht, bis zuletzt die

ser Hohlräume, insbesondere wenn sie aufgegeben Bodenoberfläche in den Hohlraum sinkt,

werden, ist beträchtlich geringer als der umgebende Die vorliegende Erfindung löst das Problem der

Gebirgsdruck. Ein nach Abschluß eines Lösungsab- Bodensenkungen auf einfache Weise. Nach der vor-

bauverfahrens zurückbleibender unterirdischer Hohl- 55 liegenden Erfindung werden die mit einem Hohlraum

raum mit »niedrigem Druck«, bleibt mit Flüssigkeit in Verbindung stehenden Öffnungen verschlossen, so

und/oder mit Gasen, wie z. B. Luft, gefüllt. daß man einen geschlossenen Raum erhält. In den

Die räumlichen Abmessungen des Hohlraums, ins- geschlossenen Raum wird ein Gas oder eine Flüssigbesondere das Verhältnis ihrer Oberfläche zu ihrem sigkeit eingeführt, um einen ausreichenden Druck zu Volumen, sind häufig ein wichtiger Faktor, welcher 60 erreichen und aufrechtzuerhalten, so daß eine Ausdie Wirtschaftlichkeit eines Lösungsabbauverfahrens höhlung des Höhlendaches und die Senkung der Erdbeeinträchtigt. Nachdem ein Hohlraum eine be- oberfläche verhindert wird.

stimmte Größe erreicht hat, wird der Abbau gewöhn- Der Umfang, in welchem der Druck in dem Hohl-

Iich beendet und der Hohlraum aufgelassen. raum gesteigert werden muß, um einer Senkung vor-

Gewöhnlich gibt es innerhalb des Hohlraums keine 65 zubeugen, ist von dem unmittelbar über dem Hohl-

Abstützvorrichtungen. Im allgemeinen steigt die raum auftretenden effektiven Gebirgsdruck abhängig.

Wahrscheinlichkeit einer Senkung mit zunehmendem In der Praxis läßt sich dieser Gebirgsdruck nur

seitlichem Querschnitt. Bei einer Zunahme der senk- schwierig messen. Der theoretisch maximale Ge-

3 4

birgsdruck ist eine Funktion der Höhe und Dichte rialien zusammen und sind weniger durchlässig der Erdmaterialien über dem Hohlraum. Die Höhe gegenüber Flüssigkeiten als andere Materialien, wie und Dichte lassen sich aus Messung und Kernproben z. B. Kalkstein, Granit, Basalt und ähnliche felsähnermitteln, welche durch die Erde über dem Hohlraum liehe Massen, entnommen wurden. S Die meisten durch flüssige Extraktionsverfahren

Der größte Druck, der auf das Höhlendach aus- abgebauten Lager, wie z. B. Salz, Trona oder geübt werden muß, um am Höhlendach den Flüssig- Schwefel, sind plastischer Natur und befinden sich keitsdruck dem Gebirgsdruck anzugleichen, ist offen- in genügender Tiefe unterhalb der Erdoberfläche, um sichtlich der theoretische Gebirgsdruck. Gewöhnlich undurchlässig gegenüber Flüssigkeiten zu werden, ergibt die Flüssigkeitssäule keinen Druck dieses Aus- io Die Erfindung läßt sich daher besonders auf Hohlmaßes. Der Druck der Flüssigkeitssäule wird daher räume anwenden, welche durch Lösungsabbauverfahgesteigert, um den Gesamtdruck gegen die Hohl- ren entwickelt wurden, doch beschränkt sich ihre raumfirste zu erhöhen. Die tatsächlich notwendige praktische Durchführung nicht auf diese. Drucksteigerung ist gewöhnlich geringer als das theo- Der Hohlraum befindet sich gewöhnlich minde-

retische Maximum. Die tatsächlichen Gebirgsdrücke 15 stens 60 m unterhalb der Erdoberfläche. Bei geringesind gewöhnlich geringer und betragen meist etwa 50 ren Tiefen werden dem Lösungsabbau im allgemeinen bis 100% der theoretischen Gebirgsdrücke. andere Abbauverfahren vorgezogen. Normalerweise

Zur Vorbeugung gegen Senkungen muß nicht entwickelt sich daher ein Hohlraum nicht in Tiefen immer ein dem angrenzenden Gebirgsdruck entspre- von weniger als 60 m. Manchmal befinden sich die chender Flüssigkeitsdruck am Höhlendach vorge- 20 Hohlräume mehr als 1500 m unter der Erdoberfläche, sehen werden. Der annehmbare Mindestdruck ist von Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise bei jedem Hohlraum zu Hohlraum verschieden. Der gewünschte Hohlraum in undurchlässigem Material anwenden, Druck läßt sich als Produkt eines Faktors aus- unabhängig davon, wie weit er sich unter der Erddrücken, der mit der senkrechten Entfernung zwi- oberfläche befindet.

sehen dem Höhlendach und der Erdoberfläche multi- 35 Ein Futterrohr 4 stellt die Verbindung mit dem pliziert wird. Soll gegen das Höhlendach ein Druck Hohlraum 6 her. Dabei handelt es sich gewöhnlich ausgeübt werden, der mindestens dem theoretischen um ein Rohr, das bei den unterirdischen Lösungs-Gebirgsdruck entspricht, so muß der Druck minde- abbauverfahren verwendet wurde. Ein kleineres stens dem Produkt aus dem Unterschied des durch- Rohr 2 mit einem geeigneten Durchmesser, gewöhnschnittlichen spezifischen Gewichtes der Erdmassen 30 lieh 2,5 bis 10 cm, wird konzentrisch in das Futteroberhalb des Hohlraumes und dem der Flüssigkeits- rohr eingesetzt.

säule mit dem senkrechten Abstand von Hohlraum- Sobald ein ausgebeuteter Hohlraum verlassen wird,

dach zur Erdoberfläche entsprechen. bleibt er mit einer Lösung gefüllt, welche große

Es zeigte sich ein Faktor X von etwa 0,2 bis etwa Mengen der Mineralien aus dem Abbaulager in Lö-1,1 als ausreichend, um eine Senkung mit großer 35 sung enthält. Oft, z. B. bei einem Salz- oder Kalium-Wahrscheinlichkeit zu verhindern. Ein Faktor von chloridlager, wirkt diese Lösung stark korrodierend, etwa 0,05 erwies sich in den meisten Fällen als klein- Innerhalb des Futterrohres können undichte Stellen ster annehmbarer Faktor. Wird zum Unterdruck- auftreten, falls man diese korrodierende Lösung länsetzen des Hohlraums ein Gas verwendet, so bevor- gere Zeit mit dem Rohr in Kontakt hält. Tritt die zugt man auf Grund des niedrigen spezifischen Ge- 4° undichte Stelle an einem Punkt auf, an dem das Rohr wichts der meisten Gase einen Faktor über 0,5. ein gegenüber der Flüssigkeit in dem Hohlraum

Die Druckzunahme läßt sich direkt von einem durchlässiges Material durchläuft, so verliert der Druckmesser ablesen, der mit dem abgeschlossenen Hohlraum an Druck. Das Futterrohr sollte daher Raum an einem Punkt oberhalb der darin enthalte- gegen den korrodierenden Angriff isoliert werden, nen Flüssigkeit in Verbindung steht. Wenn der Druck- 45 Insbesondere muß der Teil des Rohres geschützt messer mit der Flüssigkeit in dem abgeschlossenen werden, welcher durch durchlässige Materialien verRaum in Verbindung steht, kann er kalibriert werden, läuft. Dieser Schutz wird gewöhnlich dadurch erum die Druckzunahme direkt anzuzeigen. Die Ab- reicht, daß man das Rohr bis unter den oberen Teil lesung eines nicht kalibrierten Druckmessers muß des undurchlässigen Lagers verlängert und einen Teil korrigiert werden, da das Gewicht der Flüssigkeit 50 oder den gesamten ringförmigen Raum zwischen dem über dem Gerät berücksichtigt werden muß, um die Rohr 2 und dem Futterrohr 4 mit einer undurchtatsächliche, an jedem Punkt innerhalb des abge- lässigen Substanz 5 füllt.

schlossenen Raums erreichte Drucksteigerung zu er- Um den Hohlraum wirksam gegen die Atmosphäre

mitteln. abzuschließen und die Rohre vor Korrosion zu

Die Zeichnung zeigt die schematische Ansicht eines 55 schützen, werden gewöhnlich mehrere hundert Meter typischen Hohlraumes, welcher sich nach der vor- des ringförmigen Raums zwischen dem Rohr 2 und liegenden Erfindung unter Druck setzen läßt. dem Futterrohr 4 mit einem Material gefüllt, welches

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liegt der Hohl- gut korrosionsbeständig und undurchlässig gegenüber raum 6 in einem unterirdischen Lager. Das Material der Flüssigkeit im Hohlraum 6 ist. Der ringförmige des Lagers ist im wesentlichen undurchlässig gegen- 60 Raum wird manchmal mit einer Flüssigkeit, z. B. Öl, über Flüssigkeiten; d. h. das Material, das den Hohl- unter Druck gefüllt. Gewöhnlich wird an dem unterrautn umgibt, ist so beschaffen, daß dieser eine unter sten Punkt, zu dem das Rohr 2 verläuft, ein Ver-Druck eingepumpte Flüssigkeit zurückbehält. Im Schluß 7 in den ringförmigen Raum eingesetzt. Das allgemeinen haben Materialien, welche plastischer undurchlässige Material wird dann oben auf diesen Natur sind, z. B. Ton oder ein Evaporit, wie z. B. 65 Verschluß gebracht. Vorzugsweise endet das Rohr 2 eine Natriumchloridablagerung, die Neigung, unter am unteren Ende des Futterrohrs 4, und der gesamte Druck zu fließen (plastisch zu werden). Daher pressen ringförmige Raum wird mit undurchlässigem Matesich die weit unter der Erdoberfläche liegenden Mate- rial 5 gefüllt.

5 6

Die zum Verschließen des ringförmigen Raumes Ermittlung der anzuwendenden Drucksteigerung verwendeten Materialien werden gewöhnlich in multipliziert wird, von Fall zu Fall. Die Faktoren fließendem Zustand oben auf den Verschluß ge- betragen gewöhnlich etwa 0,5 bis 1,0. gössen. Diese Materialien erstarren dann nach einer Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung

Verweilzeit von wenigen Minuten bis zu mehreren 5 können gasförmige oder flüssige Stoffe oder GeWochen oder mehr im ringförmigen Raum. Der Ver- mische von gasförmigen und flüssigen Stoffen Verschluß wird durch die Flüssigkeit im Hohlraum oft wendet werden. Es können beliebige Flüssigkeiten angegriffen, bis er porös wird. Daher sollte das den oder Gase verwendet werden, vorzugsweise jedoch ringförmigen Raum abschließende Material selbst ein Material, welches weder mit den Mineralien des beständig gegenüber Korrosion durch die Flüssig- io Lagers, in welchem sich der Hohlraum befindet, keiten im Hohlraum sein. reagiert noch sie löst. Am besten sind für diesen

Selbstverständlich ist es nicht notwendig, den ge- Zweck unter den Gasen Luft oder Naturgas geeignet, samten ringförmigen Raum mit diesem Material zu Diese Gase reagieren im allgemeinen nicht wesentfüllen, da es lediglich wichtig ist, den ringförmigen lieh mit den die Hohlräume umgebenden Mineralien. Raum gegen die aus der Höhle entweichenden Flüs- 15 Gewöhnlich enthält der Hohlraum beträchtliche sigkeiten abzuschließen. Im allgemeinen liefert eine Mengen Flüssigkeit. Sobald die Flüssigkeit in der Füllung von etwa 60 bis etwa 300 m des ringförmigen Lage ist, große Gasmengen zu lösen, muß darauf Raumes eine annehmbare Abschließung. Geeignete geachtet werden, von Zeit zu Zeit weiteres Gas zuMaterialien für diesen Zweck sind Teer, Pech, zusetzen, um den gewünschten Druck aufrechtzuer-Asphalt, Portlandzement, Kalkmörtel und Zemente ao halten.

von verschiedener Zusammensetzung. Es kann jedes Gewöhnlich bevorzugt man die Entfernung alier

Material verwendet werden, welches der Korrosion Gase aus dem Hohlraum, da Flüssigkeiten gegendurch die Flüssigkeiten im Hohlraum widersteht und über Gasen bevorzugt werden, weil die einen Hohlihnen gegenüber undurchläsig ist. Die Wahl eines raum umgebenden Materialien gewöhnlich weniger geeigneten Materials ist von der Art der Flüssig- 25 durchlässig gegenüber einer Flüssigkeit als gegenkeiten im Hohlraum abhängig. über einem Gas sind. Außerdem lassen sich die

Nach dem Abdichten des ringförmigen Raumes Flüssigkeiten viel weniger zusammenpressen als Gase, wird Flüssigkeit durch das Rohr 2 in den Hohlraum so daß nur sehr wenig Flüssigkeit austritt falls sich eingeführt. Dem abgeschlossenen Raum wird genü- eine undichte Stelle zeigt.

gend Flüssigkeit zugeführt, um die gewünschte 30 Zwar kann normalerweise jede allgemein verfüg-Drucksteigerung gegen das Hohlraumdach zu er- bare Flüssigkeit, wie z, B. Wasser oder undestilliertes zielen. Unter den in dem abgedichteten Raum herr- Petroleum, bei der vorliegenden Erfindung verwenschenden statischen Bedingungen wird der Druck an det werden, doch wird häufig eine Lösung bevorzugt, jedem Punkt innerhalb des Raumes im Umfang die- welche im wesentlichen mit den Mineralien des den ser Zufuhr gesteigert. Diese Druckzunahme wird 35 Hohlraum umgebenden Lagers gesättigt ist. Wo eine durch die Meßvorriehtung 3 gemessen. Das Ventil 1 derartige Lösung verwendet wird, lassen sich bewird dann geschlossen, wodurch das Volumen me- stimmte Drücke schneller erzielen, da die umgebenchanisch abgedichtet wird. Von Zeit zu Zeit wird den Mineralien weniger dazu neigen, sich in dieser der Druckmesser 3 abgelesen und die Druckzunahme Lösung zu lösen.

beobachtet. Sobald die Druckzunahme unter den ge- 40 Häufig nimmt eine Lösung weniger Raum ein als wünschten Stand abgesunken ist, wird das Ventill der Raum, welcher von dem reinen Lösungsmittel geöffnet, und zusätzliche Flüssigkeit wird in den und dem reinen gelösten Stoff eingenommen wird. Hohlraum 6 gepumpt. Eine Salzlösung, welche etwa 30 g Natriumchlorid

Wie bereits erwähnt wurde, beugt man Senkungen und etwa 10 g Kaliumchlorid pro 100 g Wasser enthäufig schon dadurch vor, daß man den Druck im 45 hält, nimmt z.B. nur etwa 98% der vereinigten Hohlraum auf einen viel geringeren Wert bringt, als Volumina ein, welche von reinem Wasser und den dem maximalen theoretischen Gebirgsdruck außer- ungelösten Mineralien eingenommen werden. Führt halb des Hohlraumes entspricht. Wenn die Formation man z.B. Wasser in einen Hohlraum ein, welcher über dem Hohlraum aus starrem Material besteht, sich in einem Lager befindet, das im wesentlichen kann ein bloßes Vermindern des Druckunterschiedes 50 aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid besteht, so zwischen dem Innern und Äußern des Hohlraumes muß darauf geachtet werden, den gewünschten Druck ausreichen, um eine Senkung zu verhindern. Vor- aufrechtzuerhalten. Sobald das den Hohlraum umzugsweise jedoch sollte der Druck gegen die Innen- gebende Material gelöst ist, nimmt das Höhlenfläche des Höhlendaehes gleich oder etwas größer volumen mehr zu als das gesamte Flüssigkeitssein als der geschätzte Gebirgsdruck unmittelbar über 55 volumen im Hohlraum zunimmt. Es ist daher notdem Höhlendach. Auf diese Weise wird die Wahr- wendig, von Zeit zu Zeit Wasser zuzusetzen, und den scheinlichkeit einer Senkung auf ein absolutes Mini- Druck wiederherzustellen. Schließlich gelangt die mum gesenkt. Flüssigkeit ins Gleichgewicht mit dem Lager, in

Der an einer bestimmten Stelle tatsächlich vor- welchem es enthalten ist. Das Gleichgewicht läßt handene Gebirgsdruck wird dadurch geschätzt, daß 60 sich viel rascher erreichen, wenn man zu Beginn eine man den theoretischen Gebirgsdruek korrigiert, um wäßrige Lösung einführt, welche beträchtliche Mendie Starrheit der verschiedenen Schichten oberhalb gen der löslichen Materialien des Lagers enthält, des Hohlraumes zu berücksichtigen. Der zulässige Wie bereits erwähnt wurde, muß, unabhängig da-

Untersehied im Druck oberhalb und unterhalb des von, ob ein Gas oder eine Flüssigkeit in den Hohl-Hohlraumdachs. ist von der Art der Formation ab- 65 raum gepreßt wird, um den erforderlichen Druck zu hängig, in welchem sich der Hohlraum befindet. erreichen, von Zeit zu Zeit Flüssigkeit zugesetzt Daher schwankt der Faktor, mit welchem der Ab- werden, um die Druckverluste auszugleichen, stand zwischen Höhlendach und Erdoberfläche, zur Gewöhnlich läßt man den einmal erreichten Druck

um nicht mehr als 10 «/ο sinken. Häufig sind im Laufe und ein Volumen von etwa 113 000cbm hat. Das der Zeit immer weniger Flüssigkeitszugaben erforder- Höhlendach befindet sich etwa 900 m unterhalb der lieh. Manchmal bleibt in einem Hohlraum der ge- Erdoberfläche. Über dem Hohlraum befindet sich wünschte Druck dauernd aufrechterhalten oder zu- eine Tonschicht in einem Abstand von etwa 0,6 bis mindestens sehr lange Zeit, ohne daß zusätzliche 5 etwa 60 m über dem Höhlendach. Zwei Bohrlöcher Flüssigkeit zugeführt wird. In einigen Fällen geht mit einem Durchmesser von 17,78 cm stehen in Verkontinuierlich Flüssigkeit aus dem Hohlraum durch bindung mit dem Hohlraum.

kleinere undichte Stellen verloren. Die Flüssigkeit An der Erdoberfläche besitzen die Bohrlöcher

wird dann entweder kontinuierlich oder in Abstän- einen seitlichen Abstand von etwa 60 m voneinander, den zugesetzt, um den gewünschten Druck aufrecht- io In jedes Bohrloch wird konzentrisch ein Rohr mit zuerhalten. einem Durchmesser von 11,4 cm eingesetzt. Jedes

Wenn sich das oberhalb des Hohlraumes befind- Rohr ragt in den untersten Teil des Bohrlochs bzw. liehe undurchlässige Material durch die Füllflüssigkeit Futterrohrs, in welchem es eingesetzt ist. Jedes auflöst, verliert der Hohlraum seine Fähigkeit, den Futterrohr und jedes Rohr endet etwa 3 m unterhalb Druck zu halten. Daher ist es häufig zweckmäßig, in 15 des Dachs der Höhle. Die ringförmigen Räume zwiden Hohlraum ein fließfähiges Medium, ein Gas oder sehen den Rohren und den Futterrohren werden vereine Flüssigkeit, welche die Mineralien der Lager schlossen und über die gesamte Länge der Futternicht löst, einzuführen, welche sich mit den Lösun- rohre mit Zement gefüllt. Die Rohre ragen über die gen im Hohlraum nicht vermischt und im oberen Teil Bohrlöcher hinaus.

davon Schichten bildet. 20 Der Hohlraum ist fast vollständig mit einer wäßri-

Das nichtlösende Medium hat gewöhnlich ein gen Lösung gefüllt, welche alle löslichen Mineralien spezifisches Gewicht, das bei der in der Höhle vor- des Lagers enthält, in welchem sich der Hohlraum herrschenden Temperatur niedriger ist als das spe- befindet. Eine ölschicht mit einer Stärke von etwa zifische Gewicht der anderen anwesenden Lösungs- 12,7 cm, welche während des Abbaus eingeführt mittel. Geeignete nichtlösende Medien sind Gase, as wurde, schwimmt auf der Füllflüssigkeit und verhinvorzugsweise jedoch flüssige Kohlenwasserstoffe, wie dert deren Kontakt mit dem Höhlendach. Etwa z. B. raffiniertes oder nicht raffiniertes Petroleumöl. 37 9001 Wasser werden zugesetzt, um den Hohlraum In dem Hohlraum sollte genügend nichtlösende Flüs- und die Rohre vollständig zu füllen. Das spezifische sigkeit anwesend sein, um das Dach der Höhle von Gewicht der Füllflüssigkeit wird als etwa 1,23 erder lösenden Wirkung der Lösungsflüssigkeiten in 30 rechnet. Das durchschnittliche spezifische Gewicht der Höhle zu isolieren. Normalerweise reicht eine der Erde über dem Hohlraum wird aus einer Kern-Schicht aus einer nichtlösenden Flüssigkeit von etwa probe als etwa 2,57 errechnet. Der Gebirgsdruck 0,635 bis etwa 50,8 cm Stärke am Höhlendach für über der Formation wird auf etwa 80% des theorediesen Zweck aus. Wenn die lösenden Flüssigkeiten tischen Werts geschätzt.

selbst bereits genügend gelöste Mineralien aus dem ₃₅ Eines der Rohre ist mit einem Verschluß versehen, Lager enthalten, so daß sich zwischen den Mineralien das andere Rohr ist mit einem Druckmesser und in Lösung und den Mineralien im Lager ein Gleich- einem geeigneten Ventil ausgestattet. In geschlossegewicht ausbildet, ist eine derartige Schutzschicht nem Zustand verschließt das Ventil mechanisch das nicht notwendig. Rohr.

Häufig steht eine aufgegebene Lagerstätte in Ver- ₄₀ Der Druckwert für den Ausgleich des theoretischen bindung mit mehreren ausgekleideten Bohrlöchern. Gebirgsdrucks ist das Produkt des Unterschieds zwi-In diesem Falle, insbesondere dann, wenn Gase aus sehen dem spezifischen Gewicht des Erdmaterials dem abgedichteten Raum entfernt worden sind, wer- und der Füllflüssigkeit (1,34 g/ccm) mal Tiefe des den häufig Rohre in mehrere dieser Bohrlöcher ein- Hohlraumdachs (900 m). Das Produkt wird zu gepaßt. Ein derartiges Rohr wird als Einführungs- ₄₅ 122,2 kg/cm² ermittelt. Die tatsächliche Zunahme rohr verwendet, während die anderen abgedichtet beträgt nur etwa 80% der oben errechneten, d. h. werden. Wenn infolge Korrosion oder anderer Ur- etwa 98,4 kg/cm².

sachen im zur Einführung verwendeten Rohr eine Das Ventil wird geöffnet, und zusätzliches Wasser

undichte Stelle entsteht, wird dieses Rohr verschlos- wird in den Hohlraum eingepumpt, bis die Meßvorsen und ein anderes Rohr dann als Einlaß für die _5o richtung etwa 98,4 kg/cm² Druck registriert. Es sind Flüssigkeit in den Hohlraum verwendet. etwa 3785 1 Wasser erforderlich. Das Ventil wird

dann geschlossen. Nach einer Zeit von mehreren

Beispiel 1 Tagen kann man beobachten, daß der Druck auf

etwa 91,4 kg/cm² gefallen ist. Weiteres Wasser wird

Ein Hohlraum befindet sich in einer Schicht, _{55 m den} verschlossenen Raum eingepumpt, bis der welche ungefähr die folgende Zusammensetzung hat: Druck erneut auf etwa 98,4 kg/cm² ansteigt. Die

Gewichtsprozent Meßvorrichtung wird dann von Zeit zu Zeit geprüft 90 ^un<! zusätzliches Wasser wird nach Bedarf zugesetzt, ₀ um den Druck auf über etwa 96,7 kg/cm² zu halten.

l ₆

KCl 2

Wasserlösliche Calcium- und Beispiel 2

Magnesiumsalze, wie z. B.

MgCl₂₅MgSO₄₅Ca(HCOg)₂ .. 2 Ein Hohlraum ähnlich dem Hohlraum von Bei-

Wasserunlösliches Material .. 4 65 spiel 1 befindet sich in einem Lager, wobei er zwei

Schichten von undurchlässigen Materialien durch-

Die üblichen Schachtmeßverfahren zeigen an, daß schneidet. Die obere Schicht hat etwa die folgende der Hohlraum einen Durchmesser von etwa 60 m Zusammensetzung:

Claims

9 10

Gewichtsprozent _ . . , .

KCl 18 Beispiel 4

CaSO 5 Ein Hohlraum befindet sich in einem Schwefellager

Wasserlösliche' 'calcium-' 'und etwa 150 m unterhalb der Erdoberfläche. Der Ge-

Magnesiumsalze, wie z. B. ⁵ birgsdruck unmittelbar über dem Hohlraum betragt

MgCl MgSO undCafHCO ) 2 schätzungsweise etwa 37,7 kg/cm². Der Hohlraum

„, ^2> f.. , * ,, . , j- und alle damit in Verbindung stehenden Öffnungen

Wasserunlösliches Material .. 5 _{werdeQ mit Wasser gefäntj} ^_{68 Hdnere Men}|_eQ

NaCl Rest Mineralien enthält. Der Säulendruck auf Grund des

ίο Wassergewichts oberhalb der Höhlendecke beträgt

Die untere Schicht hat etwa die folgende Zusam- _{etwa 15>2}4 kg/cm². Der Hohlraum ist von im wesent-

mensetzung: liehen reinem Schwefel umgeben, welcher einige

Gewichtsprozent andere wasserunlösliche Mineralien und nur Spuren

KCl 5 von wasserlöslichen Mineralien enthält.

Wasserunlösliches Material .. 5 ¹S Mehrere Bohrlöcher stehen in Verbindung mit dem

_xjr · , · τ, r, Hohlraum. Alle außer einem sind mit Verschlüssen

Magnesiumsalze, wie z. B. 3 _yersehen_ _{£in Rohf} ^ _{e{nem Durchmesser von}

MgCI₂, MgSO₄, Ca(HCO₃)₂ 2,54 cm ist wie im Beispiel 1 innerhalb des offenen

^usw 2 Bohrlochs konzentrisch eingesetzt. Durch das Rohr

NaCl Rest _ao wird Wasser gepumpt, bis die Meßvorrichtung einen

Druck von 23,2 kg/cm² registriert. Es zeigt sich, daß

Der Hohlraum wird mit einer wäßrigen Lösung mit dieser Druck ohne weitere Zusätze von Wasser auf-

der folgenden Zusammensetzung gefüllt: rechterhalten wird.

Gramm Patentansprüche: pro 100 g Wasser ^a5

j^_aQ 3Q 1. Verfahren zum Verhindern von Boden-

_, Senkungen oberhalb von unterirdischen Hohlräu-

men in im wesentlichen flüssigkeits- bzw. gasdich-

Andere lösliche Mineralien, ten Gebirgskörpern, dadurch gekenn-

wie z.B. CaSO₄, MgCI₂, ₃o zeichnet, daß der Hohlraum abgedichtet, an-

MgSO₄ usw etwa 1 schließend mit einem fließfähigen Medium gefüllt

und ein Druck im Hohlraum eingestellt wird, wel-

Diese Lösung füllt den gesamten Hohlraum und eher ausreicht, um den Gebirgsdruck an allen die Rohre. Das spezifische Gewicht der Lösung be- Punkten innerhalb des verschlossenen Raums trägt etwa 1,21. Alle anderen Bedingungen sind die 35 unter Gegendruck zu halten, gleichen wie im Beispiel 1.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-Das Ventil wird geöffnet, und etwa 18931 Lösung kennzeichnet, daß der eingestellte Druck innermit ungefähr der gleichen Zusammensetzung wie die halb des abgeschlossenen Raumes einen Wert Höhlenfüllung werden in das Rohr gepumpt. Die hat, welcher mindestens den 0,5fachen Betrag Meßvorrichtung registriert einen Druck von etwa 40 von dem Produkt aus dem Unterschied des mitt-94,9 kg/cm². Durch das Schließen des Ventils wird leren spezifischen Gewichtes der Erdmassen oberdas Rohr mechanisch verschlossen. Die Meßvorrich- halb des Hohlraumes zu dem der Flüssigkeitssäule tung wird in bestimmten Zeitabständen abgelesen. mit dem senkrechten Abstand zwischen dem Dach Nach 4 Stunden ist der Druck auf etwa 91,4 kg/cm² des Hohlraumes zur Erdoberfläche darstellt, gesunken. Das Ventil wird geöffnet, und etwa 379 1 45
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geder Lösung werden in das Rohr gepumpt, bis der kennzeichnet, daß der eingestellte Druck innerDruckmesser einen Druck von mindestens 94,9 kg/ halb des abgeschlossenen Raumes etwa den 0,2-cm² anzeigt. Das Ventil wird erneut geschlossen und bis l,lfachen Wert von dem Produkt aus dem die Meßvorrichtung wird während 100 Tagen von Unterschied des mittleren spezifischen Gewichtes Zeit zu Zeit abgelesen. Der Zusatz weiterer Lösung 5<> der Erdmassen oberhalb des Hohlraumes zu dem erweist sich als unnötig. der Flüssigkeitssäule mit dem senkrechten Abstand zwischen dem Dach des Hohlraumes und Beispiel 3 ^^er Erdoberfläche beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge-

Eines der Bohrlöcher, welches mit dem Hohlraum 55 kennzeichnet, daß man in das den Hohlraum mit von Beispiel 2 in Verbindung steht, wird an einem der Erdoberfläche verbindende Futterrohr ein Punkt unterhalb des oberen Endes der undurchläs- Rohr konzentrisch einsetzt,, den ringförmigen sigen Lager verschlossen. Das Bohrloch wird ober- Raum zwischen Futterrohr und Rohr mit einem halb des Verschlusses mit Beton gefüllt. An Stelle der Material abdichtet, das gegenüber Flüssigkeiten wäßrigen Lösung wird Luft in den abgeschlossenen 6o bzw. Gasen undurchlässig ist, den Hohlraum von Raum eingepumpt. Während der ersten 100 Tage der Atmosphäre abschließt, Flüssigkeit bzw. Gas muß häufig Luft zugeführt werden, um einen Druck durch das Rohr in den Hohlraum einführt, bis der von 183 kg/cm² aufrechtzuerhalten. Die Zeitabstände gewünschte Flüssigkeits- bzw. Gasdruck innerzwischen den Zusätzen werden in zunehmendem halb des abgeschlossenen Raumes erreicht ist und Maße langer. Der Abstand zwischen dem ersten und 65 von Zeit zu Zeit nach Bedarf weitere Flüssigkeit dem zweiten Zusatz beträgt 1 Tag. Nach 20 Zusätzen bzw. Gas in den Hohlraum einführt, um den nimmt der Druck auf 176 kg/cm² ab und bleibt ohne genannten Flüssigkeits- oder Gasdruck aufrechtweitere Zusätze von Luft auf diesem Stand. zuerhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit eine wäßrige Lösung in den Hohlraum eingeführt wird, welche in bekannter Weise die Mineralien des Lagers, in welchem sich der Hohlraum befindet, gelöst enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, welche in bekannter Weise mit den löslichen Mineralien des Lagers, in welchem sich der Hohlraum befindet, gesättigt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Gas Luft verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich eine Flüssigkeit in den Hohlraum einführt, die die Materialien, innerhalb welcher sich der Hohlraum befindet, nicht löst, mit den anderen in größeren Mengen im Hohlraum anwesenden Flüssigkeiten nicht mischbar ist und ein geringeres spezifisches Gewicht als die anderen Flüssigkeiten bei der im Hohlraum herrschenden Temperatur besitzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen