DE2402776A1

DE2402776A1 - Verfahren zum fuellen eines unterirdischen hohlraums

Info

Publication number: DE2402776A1
Application number: DE2402776A
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene Hurst; Charles Lemuel Lunsford
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1973-01-26
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-08-01
Also published as: GB1450823A; FR2215528A1; FR2215528B1; US4044563A

Description

Dr. Michael Hann 21. Januar 1974

Patentanwalt H / W (627) 16,429

63 dessen
Ludwigstrasse 67

!■I

The Dow Chemical Company, Midland, Michigan, USA

VERFAHREN ZUM FÜLLEN EINES UNTERIRDISCHEN HOHLRAUMS

Priorität: 26. Januar 1973 / USA / Ser.No. 326

In jüngerer Zeit hat sich ein grösseres Interesse für das Ausfüllen von unterirdischen Hohlräumen entwickelt, um das Einstürzen der Decke solcher Hohlräume und das Einsinken der Erdoberfläche zu verhindern.

Es sind mehrere Verfahren zum Ausfüllen von Erdhohlräumen entwickelt worden. Diese Verfahren lassen sich allgemein in zwei Klassen einteilen. Eine dieser Klassen wird von den sogenannten kontrollierten Wiederausfüllungsverfahren gebildet. Bei diesen Verfahren wird ein Füllstoffmaterial in den Erdhohlraum über die Stollen und Durchgänge eingebracht, die ursprünglich zur Förderung der abgebauten Erze verwendet wurden. Diese Verfahren können nur ver-

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. wendet werden, wenn der unterirdische Hohlraum den Arbeitern zugänglich ist, was in vielen Fällen aber wegen Einstürzungen, Überschwemmungen und dergleichen unmöglich oder zumindest sehr schwierig ist.

Die zweite allgemeine Methode zum Ausfüllen von unterirdischen Hohlräumen wird als Blindspülung {blind flushing) bezeichnet. Es sind mehrere Arbeitsweisen für die Blindausspülung vorgeschlagen worden. Das bekannteste Verfahren besteht darin, dass eine Einführungsöffnung von der Oberfläche des Bodens bis zur Verbindung mit dem Hohlraum gebohrt wird und dann eine Aufschlämmung eines kleinteiligen Materials in den Hohlraum unter dem Einfluss der Schwerkraft eingeführt wird. Es scheidet sich dabei direkt unter dem Bohrloch und in einer sehr begrenzten seitlichen Entfernung davon ein konisch geformtes Bett des eingeführten Materials ab. Die Grosse der abgestützten Fläche hängt von dem natürlichen Lagerwinkel des Materials in Luft oder Wasser ab, der Grosse des Hohlraums und der Tiefe des Betts. Für derartige Ausfüllungsverfahren sind verschiedene kleinteilige Materialien, wie Sand, Schotter und Flugasche verwendet worden.

Eine andere Arbeitsweise für das Ausfüllen von Hohlräumen mit kleinteiligem Material ist in der US-PS 3 440 824 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Aufschlämmung eines festen Materials in Wasser durch eine in ein Bohrloch eingeführte Leitung nach unten

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gepumpt und die Aufschlämmung wird physikalisch gegen ein zweites Bohrloch mit Hilfe einer Düse mit veränderlicher Richtung, die an. das untere Ende der Leitung befestigt ist und sich in den Hohlraum erstreckt, gerichtet. Durch das zweite Bohrloch wird überschüssige Flüssigkeit der Aufschlämmung, ζ. B. Wasser, nach aussen gepumpt, so dass ein Strom zwischen den beiden Bohrlöchern entsteht, der in der Verteilung des festen Materials in dem Hohlraum helfen soll.

Die vorstehend geschilderten Arbeitsweisen entsprechen dem allgemeinen Stand der Technik für die Verhinderung des Einstürzens von unterirdischen Hohlräumen. Alle diese Verfahren haben aber einige Nachteile. Zunächst ist unerwünscht, dass die radiale Entfernung um das Bohrloch, die im wesentlichen vollständig ausgefüllt werden kann, relativ klein ist. Zweitens ist es in der Regel schwierig, den Hohlraum bis zu seiner Decke im wesentlichen vollständig auszufüllen. Drittens müssen viele Bohrlöcher angebracht werden, wenn der auszufüllende Hohlraum sich über eine grössere Entfernung erstreckt. Der zuletzt angeführte Nachteil ist besonders störend, wenn der Hohlraum.sich unter einer bewohnten Fläche erstreckt, da Bauwerke, Strassen und ähnliche Einrichtungen das Bohren von einer Vielzahl von Löchern behindern. So ist zum Beispiel bekannt geworden, dass zur Ausfüllung eines unterirdischen Hohlraums durch die Blindspülmethode etwa 3000 Bohrlöcher für ein Gebiet von etwa 80 ha erforderlich wären. Aber

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auch mit so vielen Bohrlöchern können die Hohlräume in bewohnten Gebieten nicht vollständig ausgefüllt werden und man begnügt sich deshalb mit dem Abstützen von Strassen, Alleen und anderen öffentlich zugänglichen Flächen. Dadurch kann nur eine sehr begrenzte Befestigung des Untergrunds für Bauwerke, wie Wohnhäuser und Industrieanlagen, erreicht werden.

Eine gemeinsame Ursache für diese Nachteile besteht darin, dass die festen Füllstoffe nicht in einer ausreichenden Entfernung von der Einführungsbohrung verteilt werden können. Es wurde festgestellt, dass dieses zum Teil auf die Absorption der Flüssigkeit durch die in ihr suspendierten festen Füllstoffe zurückzuführen ist. Dadurch lagern sich diese festen Füllstoffe in der Nähe des Austritts der Einführungsbohrung ab. Es bildet sich ein Pfropfen oder eine Brücke in der Nähe des Eintrittspunktes, wodurch die Flüssigkeit verursacht wird, durch und nicht über die Ablagerung zu fliessen. Um aber die suspendierten Feststoffe am Rand der Ablagerung abzuscheiden, wäre es notwendig, dass die Aufschlämmung über und nicht durch die Ablagerung fliesst.

Es wurde nun gefunden, dass das Füllen eines unterirdischen Hohlraums durch Einführen einer Trägerflüssigkeit, in der Füllstoffteilchen suspendiert sind, in diesem Hohlraum dadurch verbessert werden kann, dass man eine Suspension von solchen Feststoffteilchen in der

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Trägerflüssigkeit einführt, bei der die Masse oder Anhäufung der Feststoffteilchen eine Permeabilität von weniger als 40 Darci für die Trägerflüssigkeit hat.

;,i

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird bevorzugt eine wässrige Suspension von festen Teilchen in einen auszufüllenden Hohlraum mit einer Geschwindigkeit eingeführt, die ausreichend ist, um die Teilchen auf die gewünschte Entfernung vom Ort der Einführung zu bringen. Es wird ein Teilchenbereich von Feststoffen verwendet, daß ein Hügel mit einer Permeabilität von weniger als etwa 40 Darci, bevorzugt weniger als etwa 20 Datei, gegenüber der Trägerfiüssigkeit. besteht. Diese Erniedrigung der Permeabilität erlaubt es der wässrigen Suspension der Feststoffe, weiter in den Hohlraum einzudringen, da weniger von dem flüssigen Suspendiermittel durch die bereits abgelagerten Feststoffe absorbiert ist. Im Ergebnis können dadurch die festen Füllstoffe über ausgedehntere Bereiche des Hohlraums verteilt werden.

In Figur 1 wird eine Ausführungsform der Erfindung erläutert, wobei eine Suspension durch ein im wesentlichen vertikales Bohrloch in einen durch bergmännische Tätigkeit entstandenen Hohlraum eingeführt wird.

Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung der Werte, die bei den Versuchen nach den Beispielen 1 bis 5 erhalten wurden.

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Gemäss der Erfindung können ausgedehnte unterirdische Hohlräume bis zu ihrer Gipfelhöhe durch eine einzige Einführungsleitung ausgefüllt werden. Die radiale Entfernung von dieser einzigen Ausfüllungsleitung kann zum Beispiel von etwa 30 bis etwa 300 m schwanken. Etwa vorhandene restliche Abstützungen oder Einbrüche sind bei dem Ausfüllen der Hohlräume nach der Erfindung nicht hinderlich, da die dahinter liegenden Räume auch von der bei der Erfindung verwendeten Suspension ausgefüllt werden. Die Erfindung eignet sich auch für die Ausfüllung von mit Wasser gefüllten Hohlräumen, doch wird die beste Wirkung bei der Erfindung bei Hohlräumen erreicht, die im wesentlichen frei von Wasser sind.

Erfindungsgemäss wurde festgestellt, dass durch Verkleinerung der Permeabilität der abgelagerten Feststoffe der Umfang der Absorption der Trägerflüssigkeit herabgesetzt wird, wodurch die radialen Entfernungen, auf die die suspendierten Feststoffe getragen werden können, vergrössert werden. In einer geeigneten Verteilung des festen Füllstoffmaterials besteht ein Weg zur Erniedrigung der Permeabilität der abgelagerten Feststoffe nicht nur beim Eintritt des Einfüllungssystems sondern über die gesamte Oberfläche der Ablagerung.

Bevorzugt wird ein geschlossenes unter Druck stehendes Einführungs sys tem verwendet, um die Suspension der

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festen Füllstoffe in den Höhlraum einzuführen. Ein Beispiel von dieser Ausführungsform der Erfindung wird in Figur 1 gezeigt. Es besteht der Wunsch, den 'bergmännisch geschaffenen Hohlraum (lOJ bis zu seiner Gipfelhöhe mit einem kleinteiligen Material, zum Beispiel Sand, auszufüllen. Eine Einführungsleitung (ll), zum Beispiel mit einem Durchmesser von etwa 25 bis etwa 50 cm verbindet die Erdoberfläche über ein Bohrloch mit dem Hohlraum (lOJL Die Leitung (ll) befindet sich in einem Bohrloch und hat zum Beispiel einen inneren Durchmesser von etwa 20 bis 36 cm. Die Grosse der Einführungsleitung (ll) wird nur durch die Ausrüstungsmittel begrenzt, die zum Mischen und Einführung der Suspension zur Verfügung stehen. Das System ist in einer solchen Weise verbunden, dass die Suspension durch ein geschlossenes unter Druck stehendes System eingeführt wird. Man kann zum Beispiel die wässrige Suspension des kleinteiligen Materials durch Pumpen über die Leitung (ll) in den Hohlraum (io) einführen. In der Figur werden das Mischen (13), die Zuführung des kleinteiligen Materials (14) und des Wassers (15) und die Einführungseinrichtung (16) schematisch gezeigt. Bei der Einführung der Suspension durch die Leitung (ll) entsteht ein krapfenartiger Hügel (17) aus dem kleinteiligen Material auf dem Grund des Hohlraums. Mit der Zunahme der Höhe des Hügels wird die Entfernung (h) (und der Querschnittsbereich) zwischen dem Kranz des Hügels (17) und der Decke (18) des Hohlraums verkleinert, wodurch die lineare Geschwindigkeit der Suspension zunimmt, so dass das klein-

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teilige Material über den Kranz bzw. den Rand des Hügels geführt wird. Dann fällt die lineare Geschwindigkeit der Suspension ab, wodurch ein weiteres Absetzen an festem Material eintritt mit einem anschliessenden Wachstum der radialen Grosse und Höhe des Hügels. Der Hügel wächst infolgedessen in zufälliger Weise radial von der Einführungsleitung (11).

Die Suspension wird für einen beliebigen Zeitraum eingeführt oder solange, bis der gewünschte Bereich des Hohlraums mit dem kleinteiligen Material ausgefüllt ist oder bis die Entfernung von der Einführungsbohrung so gross ist, dass die vorhandenen hydraulischen Kräfte nicht mehr ausreichend sind, um den Hügel noch weiter wachsen zu lassen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Suspension der festen Füllstoffe in den Hohlraum mit einer bestimmten kritischen Minimalgeschwindigkeit eingeführt. Diese Geschwindigkeit lässt sich für jedes Füllmaterial durch Verwendung der folgenden Gleichung errechnen: V ■» xdTrüv, in der V die minimale

3 Einführungsgeschwindigkeit in 0,02832 m - Einheiten pro Minute ist, χ eine Zahl von 3 oder grosser ist, d der Durchmesser in 0,3048 m - Einheiten der grössten Feststoffteilchen in dieser Suspension ist, D der Durchmesser in 0,3048 m - Einheiten der Basis eines Kegels ist, der aus diesen Teilchen in dieser Trägerflüssigkeit in ruhendem Zustand entsteht, wobei der Kegel eine Höhe hat, die gleich derjenigen ist, bis zu der der Hohlraum aus-

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gefüllt werden soll und ν die minimale lineare Geschwindigkeit dieser Suspension in 0,3048 m - Einheiten pro Minute ist.

Die "minimale lineare Geschwindigkeit" ist die minimale Geschwindigkeit, bei der eine Suspension von Teilchen durch eine im allgemeinen horizontal verlegte Leitung geführt werden muss, so dass dabei keine nennenswerte Ablagerung der Teilchen aus der Suspension auf dem unteren Teil der Leitung entsteht. Für jede gegebene Suspension, das heisst, für jedes flüssige Medium, in dem feste Teilchen suspendiert sind, kann die "minimale lineare Geschwindigkeit" entweder experimentell oder durch bekannte Formeln über die hydraulische Strömung best immt werden.

Für die Einführung der kleinteiligen Feststoffe in die unterirdischen Hohlräume können verschiedene Arbeitsweisen verwendet werden. Man kann zum Beispiel das Verfahren und die Vorrichtung der bereits erwähnten US-PS 3 440 824 benutzen. Fernerhin kann man die Aufschlämmung in den Hohlraum einpumpen und eine Ablagerung in zufälliger Weise entstehen lassen. Dabei kann man nut mit einer einzigen Leitung arbeiten»

Als kleinteiliges Material kann man beliebige Feststoffe mit einer grösseren Dichte als die Trägerflüssigkeit verwenden. Beispiele solcher Materialien sind Flugasche, Sand, zerkleinerte Schlacke, Kalksteinschotter

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- ίο -

oder ähnliche Materialien. Wenn gleichzeitig mit der Ausfüllung von unterirdischen Hohlräumen eine Reinigung der Umwelt erwünscht ist, kann man als Feststoffe auch Abfälle und Unrat und dergleichen nach geeigneter Zerkleinerung als kleinteiliges Material verwenden.

Als Trägerflüssigkeit kann man eine beliebige Flüssigkeit verwenden, in der das ausgewählte kleinteilige Material suspendiert werden kann und die sich unter Druck in den Hohlraum einführen lässt. Geeignete Flüssigkeiten sind zum Beispiel Wasser und Salzsolen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Wasser aus dem auszufüllenden Hohlraum als flüssiger Träger für das kleinteilige Material verwendet.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Suspension eines feinteiligen Feststoffes in einen unterirdischen Hohlraum eingepumpt oder in anderer Weise eingeführt, so dass sich im Hohlraum ein Hügel mit einer niedrigen Permeabilität bildet. Es wird deshalb ein kleinteiliger Feststoff in der Suspension verwendet, der eine Permeabilität für die Trägerflüssigkeit von weniger als 40 Darci, bevorzugt weniger als 20 Darci, besitzt. Die Permeabilität wird durch folgendes Verfahren bestimmt, das in den Beispielen 1 bis 5 benutzt wird. Ein zylindrisches Rohr von einer Länge von 30,5 cm und einem Innendurchmesser von 1,27 cm wird mit dem kleinteiligen Feststoff gefüllt, dessen Permeabilität bestimmt werden soll. Nach Absetzen der Feststoffe unter

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- li -

Verwendung eines mechanischen Vibrators werden die Enden des Rohres verkappt und Wasser wird unter einem kontrollierten Druck durch das Rohr geleitet. Es wird die Durchflussleistung gemessen und zur Berechnung der Permeabilität wird die Gleichung von Darci für linearen Fluss wie folgt angewandt:

AP

In dieser Gleichung sind: K = Permeabilität in Darci

Q «■ Durchflussleistung /u =» Viskosität L ·=· Länge der Kolonne A = Querschnittsfläche P - Differentialdruck über die Kolonne

Eine Methode zur Herstellung eines kleinteiligen Materials mit der gewünschten Permeabilität besteht darin, dass ein zur Verfügung stehendes kleinteiliges Material auf eine einheitliche Teilchenverteilung über einen Bereich von Teilchen-grössen zerkleinert wird, der sich zum Beispiel von einem Durchmesser von etwa 2,5 cm bis zu einer Maschengrösse von etwa 100 oder mehr nach der US Standard Sieve Series erstreckt. Bevorzugt ist diese Verteilung der Teilchengrössen einheitlich über ein Band von Maschengrössen von etwa 2 bis etwa 100 Maschen, wobei besonders bevorzugt 75% der Teilchen innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 60 Maschen liegen. In den Beispielen 1 bis 5 wird der Effekt dieser Teilchengrössenverteilung erläutert.

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Zusätzlich kann ein kleinteiliger Feststoff von niedriger Permeabilität durch Verschneiden eines kleinteiligen Feststoffs mit einem anderen kleinteiligen Feststoff erreicht werden, zum Beispiel durch Verschneiden von Polymeren von bekannten Teilchengrössen, wobei jedes Material weder eine gleichförmige Verteilung noch eine sehr kleine Verteilung der Teilchengrössen hat. Wenn man solche Komponenten in den richtigen Mengenverhältnissen mischt, erhält man ein Produkt mit einer ziemlich gleichförmigen Verteilung von allen Teilchengrössen, aber mit einem überwiegenden Anteil in den kleineren Teilchengrössen. In ähnlicher Weise kann man unerwünschte Mengen von beliebigen Teilchengrössen aussieben und abtrennen. Die ausgesiebten grösseren Teilchen können zerkleinert und erneut in die Mischung eingeführt werden.

Die Trägerflüssigkeit ist bevorzugt eine wässrige Flüssigkeit, wobei am Ort zur Verfügung stehendes Wasser oder Solen bevorzugt sind. Die Konzentration der kleinteiligen Feststoffe in dem flüssigen Trägermedium ist nicht erfindungswesentlich, obwohl die Geschwindigkeit, mit der ein Hohlraum bei einer gegebenen Einführungsgeschwindigkeit ausgefüllt werden kann, durch die Konzentration an Feststoffen in der Suspension beeinflusst wird. Im allgemeinen wird eine Konzentration von etwa 6 bis etwa kg des kleinteiligen Materials auf 100 Liter der Trägerflüssigkeit (0,5 - 10 lbs per gallon) verwendet. Für die praktische Durchführung der Erfindung kommt ein Verhält-

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nis von Feststoff zu Flüssigkeit im Bereich von 1:8 bis 5:8 bevorzugt in betracht.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird an einem oder mehreren Punkten während des Ausfüllungsvorgangs ein Filterkuchen über den abgelagerten Feststoffen gebildet. Ein Filterkuchen ist in diesem Fall eine relativ dünne Schicht von im wesentlichen undurchlässigen Feststoffen. Der Filterkuchen bedeckt die abgelagerten Feststoffe und verringert den Flüssigkeitsverlust durch sie. Diese Ausführungsform kann mit oder ohne die vorhin geschilderte, besondere Teilchengrössenverteilung verwendet werden. Eine Arbeitsweise zur Bildung eines Filterkuchens besteht darin, dass periodisch eine Portion von Filterkuchen bildenden Feststoffen eingespritzt wird, in dem Ausmaß, wie die Einfüllung von Feststoffen voranschreitet. Bei einer anderen Arbeitsweise wird die Einführung von Füllstoffen unterbrochen und es wird dann eine Portion der Filterkuchen bildenden Feststoffe eingespritzt. Eine derartige Portion wird typischerweise zuerst dann eingespritzt, wenn der Ring der Füllstoffeststoffe am Boden des Einführungsrohrs sich nahezu bis zur Decke des Hohlraums und so weit nach aussen erstreckt, dass die lineare Geschwindigkeit der Suspensionsflüssigkeit in unerwünschter Weise reduziert ist, das heisst, unterhalb -der "minimalen linearen Geschwindigkeit", wodurch es zu einer Ausfüllung bis zur Decke kommen würde.

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Der Zeitpunkt, zu dem das Filterkuchenmaterial eingeführt werden sollte, lässt sich aus der Permeabilität der Ablagerung, der Höhe des Hohlraums und der Einführungsgeschwindigkeit berechnen. Das den Filterkuchen bildende Material sollte eingeführt werden, bevor der Anteil der verlorenen Flüssigkeit durch die abgelagerten Feststoffe etwa 50% der eingeführten Flüssigkeit übersteigt. Bevorzugt sollte das den Filterkuchen bildende Material eingeführt werden, wenn der Verlustanteil der Flüssigkeit 5% der eingeführten Flüssigkeit erreicht.

Es wurde festgestellt, dass der Zeitpunkt, zu dem der Verlustanteil der Flüssigkeit einen gegebenen Prozentsatz der eingeführten Flüssigkeit erreicht hat, eine Funktion der Permeabilität der Ablagerung ist, der Höhe des auszufüllenden Hohlraums und der Einführungsgeschwindigkeit.

Dieser Zeitpunkt lässt sich durch die Formel

sV

6,13h²k

sV

-1

ermitteln, in der

t « der Zeitraum in Tagen, währenddessen Feststoffe in

den Hohlraum eingeführt wurden, h « die Höhe in 0,3048 m - Einheiten,

k — die Permeabilität der in dem Hohlraum abgelagerten Feststoffe in Darei,

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s = das Verhältnis der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsverlustes zur Einführungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, bei dem es erwünscht ist, die Einführung zu unterbrechen,und

V »die Einführungsgeschwindigkeit der Füllstoffeststoffe in Barrels pro Tag

Daraus ergibt sich, dass die bevorzugte Zeit zur Unterbrechung der Einführung der Suspension, das.heisst, der Zeitpunkt, zu dem die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsverlustes 5% der Einführungsgeschwindigkeit erreicht hat, wie folgt ist _

180/Th

122,6h²k

-1

Die Menge der für die Bildung des Filterkuchens einzuführenden Feststoffe sollte ausreichend sein, um im wesentlichen die gesamte exponierte Oberfläche der abgelagerten Feststoffe zu bedecken. Die Tiefe des Filterkuchens kann über die Oberfläche schwanken, sie sollte aber im allgemeinen mindestens etwa 1,3 cm, bevorzugt 5 cm betragen. Bei einer Dicke von 5,08 cm kann die Menge der für die Bildung des Filterkuchens einzuführenden Feststoffe nach der folgenden Formel

Λ 0 9 8 3 1 /0347

V - 0,16 — +

ermittelt werden, in der

V = die Menge des einzuführenden Filterkuchenmaterials

in 0,02832 m³ - Einheiten,

V ** die Einführungsgeschwindigkeit der Füllerfeststoffe

in Barrels pro Tag,

h -= die Höhe des Hohlraums in 0,3048 m - Einheiten und t = die Gesamtzeit in Tagen, während der Füllerfeststoffe eingeführt worden sind, sind.

Als Feststoff für die Bildung eines Filterkuchens können beliebige Materialien verwendet werden, die vorher bereits als Beispiele für Füllerfeststoffe genannt wurden. Es ist jedoch erwünscht, dass die Permeabilität der besonderen Verteilung des besonderen Feststoffes, der zur Bildung des Filterkuchens eingeführt wird, so niedrig für die Trägerflüssigkeit, wie nur möglich ist, das heisst, geringer als die. Permeabilität der Ablagerung der Füllerfeststoffe, vorzugsweise niedriger als etwa 5 Darci.

Bei der Ausfüllung von bergmännischen Hohlräumen durch Ausführung von suspendierten Feststoffen hat man bisher beachtliche Verluste an Trägerflüssigkeit in Kauf nehmen müssen. Durch Reduzierung der Permeabilität der festen Teilchen auf weniger als 40 gemäss dem Verfahren nach der Erfindung errechnet sich ein Flüssigkeitsverlust von

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einer Grössenordnung von nur 11,4%. Wenn die Permeabilität bei 20 Darci oder weniger gehalten wird, errechnet sich ein Flüssigkeitsverlust von nur 5,7%, wodurch im Vergleich zu den bekannten Verfahren eine wesentliche Einsparung an Flüssigkeit und Arbeitszeit ermöglicht wird.

In den folgenden Beispielen wird der Einfluss des Bereichs und der Gleichförmigkeit der Verteilung der Teilchengrössen auf die Permeabilität gezeigt.

Beispiel 1

Bergwerksabfälle wurden durch eine Serie von Maschensieben gegeben. Es wurde folgende Verteilung der Teilchengrössen festgestellt: 64% in den Maschengrössen 3 - 10 und 36% in den Maschengrössen 10 - 20. Die Permeabilität dieses Materials betrug 1200 Darci, gemessen nach der in der Beschreibung charakterisierten Methode.

Beispiel 2

Flußsand von leicht pumpbarer Teilchengrösse wurde gesiebt, wobei folgende Verteilung der Teilchengrösse festgestellt wurde:

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Maschengrösse	% des Sandes
6-10	7
10 - 12	27
12 - 16	41
16 - 20	22
20+	3

Die Permeabilität wurde mit 220 Darci bestimmt, Beispiel 3

Um eine niedrigere Permeabilität als 40 Darci wurde Flußsand nur für einen kurzen Zeitraum mit dem Hammer zerkleinert. Es wurde dabei aber festgestellt, dass der behandelte Sand eine Permeabilität von 56 Darci hatte und folgende Teilchengrössenverteilung besass:

Maschengrösse	/o des Sandes
6 - 10	5
10 - 12	21
12 - 16	30
16 - 20	16
20 - 40	11
40-60	7
60 -100	4
100+	6

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Beispiel 4

Eine andere Sandmenge wurde für einen längeren Zeitraum zerkleinert, wobei die gewünschte Wirkung eintrat. Der behandelte Sand hatte eine Permeabilität von nur 11 Darci, was deutlich unter dem Standard von 40 Darci und auch unter der bevorzugten Grenze von 20 Darci
liegt.

Maschengrö s s e	% des Sandes
6-10	1
10- 12	9
12 - 16	11
16 - 20	5
20 - 40	33
40 - 60	14
60 -100	11
100+	16
Beispiel 5

Bei diesem Beispiel wurde ein Flußsand von noch einheitlicherer Teilchengrössenverteilung verwendet,
dessen Permeabilität bei nur 10 Darci lag. Es wurde folgende Verteilung der Teilchengrössen festgestellt:

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Maschengrösse	6	'% des Sandes
2 -	10	8
6 -	12	7
10 -	16	11
12 -	20	17
.16 -	40	10
20 -	60	23
40 -	100	10
60 -		8
100+	6

Die Werte der Siebanalysen der Beispiele 1 bis 5 sind in Figur 2 graphisch dargestellt. Auf der Abszisse sind die Maschengrössen nach der US Standard Sieve Series aufgetragen und auf der Ordinate die Prozentanteile.

Durch Verwendung von Füllmaterialien mit einer geringeren Permeabilität können Hohlräume über eine grössere Entfernung von einem einzigen Einführungsrohr ausgefüllt werden. Obwohl die Beispiele nur eine Methode zur Reduzierung der Permeabilität des Füllmaterials zeigen, können auch andere Methoden dafür entweder allein oder in Verbindung mit der Verteilung der Teilchengrössen verwendet werden. Wenn zum Beispiel viskoses oder geliertes Wasser oder eine entsprechende Salzsole als Trägermaterial für den festen Füllstoff zur Verfügung steht, kann man diese flüssigen Träger dazu verwenden, um die Ablagerung des permeablen Füllmaterials zu bedecken und im wesentlichen zu versiegeln, so dass dadurch ein Flüssigkeitsverlust durch die Ablagerung we-

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sentlich reduziert wird. Dem gelierten wässrigen System kann man vorteilhafterweise kleinteiliges Material zugeben, da die suspendierten Feststoffe die Absperreigenschaften des Gels verbessern und zur gleichen Zeit zur Ausfüllung des Hohlraums beitragen. So kann man zum Beispiel ein Gel mit einer Viskosität im Bereich von etwa 20 bis etwa 100 cp, vormischen und seine Viskosität vor der Einführung entwickeln lassen. Die Verwendung einer Portion des Gels mit einer Viskosität von 100 cp wird in Übereinstimmung mit der Gleichung von Darzi den Verlustanteil der Flüssigkeit um das 100-fache gegenüber demjenigen von Wasser vergrössern. Das Gel sollte man so formulieren, dass seine Konsistenz nach dem Einpumpen noch zunimmt, wodurch eine bessere Verhinderung des Flüssigkeitsverlusts ohne Aufgabe der Pumpfähigkeit und der Fliessfähigkeit über die zunächst permeable Ablagerung erreicht wird. Andererseits wird ein zu viskoses Gel nicht über die Ablagerung in einer derartigen Weise verteilt werden, dass eine wirkungsvolle Abdeckung erreicht wird.

Eine zweite und bevorzugte Arbeitsweise dieser Art besteht in der Verwendung eines Geliermaterials mit verzögerter Wirkung. Dadurch wird die Vormischstufe eliminiert und das Gelierungsmittel und das Wasser oder die Sole werden kontinuierlich gemischt, in dem Ausmaß wie die Aufschlämmung der Wiederausfüllungsmasse in den Hohlraum eingeführt wird. Während .des Mischens, des Einführens und der ersten Stufe des Fliessens ist das Wasser nicht verdickt und es ist

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deshalb zum Pumpen im wesentlichen keine zusätzliche Energie erforderlich. Auch die Fliessfähigkeit des Materials wird nicht beeinträchtigt. Sobald die Gelierwirkung beginnt, geliert die Masse rasch und verliert die Fliessfähigkeit schnell. Die Viskosität wird nahezu unendlich gross und die Permeabilität für den Verlust an Flüssigkeit sinkt nahezu auf 0 ab. Für diese Verwendung sind verschiedene Geliermittel und Mischungen davon, denen man auch Inhibitoren oder Gelierungskatalysatoren zusetzen kann, bekannt. Es dringt hierbei wenig oder keine Flüssigkeit durch den viskosen Überzug oder die viskose Decke in die permeable Ablagerung ein und die gesamte eingeführte Flüssigkeit steht für die Erreichung der minimalen linearen Geschwindigkeit zur Verfügung.

Für die Gelierung von Wasser oder Solen kommen die bekannten natürlichen oder synthetischen Polymeren oder Gummen in betracht. Als Beispiele für natürliche Gummen seien Guargummi, Johannisbrot-Kernmehl, Traganth, Polysaccharide und Akaziengummi genannt. Beispiele für synthetische Polymere sind die Polymeren von Acrylamiden und durch Modifizierung löslich gemachte Cellulosen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Füllen eines unterirdischen Hohlraums durch Einführen einer Trägerflüssigkeit, in der Feststoffteilchen suspendiert sind, unter Druck in diesen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Suspension von Feststoffteilchen in einer Trägerflüssigkeit einführt, bei der die Masse der Feststoffteilchen eine Permeabilität von weniger als 40 Darci für die Trägerflüssigkeit hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Feststoffteilchen eine Permeabilität von weniger als 20 Darci hat.

3. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Permeabilität der Masse der Feststoffteilchen dadurch erteilt wird, dass die teilchen eine im wesentlichen gleichmässige Verteilung der Teilchengrösse von einer Maschengrösse von 2 bis zu einer Maschengrösse von 100 nach der US Standard Sieve Series haben.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension bei einer Geschwindigkeit von mindestens V = xdfiDv eingeführt wird, wobei in dieser Formel V = die minimale Einführungsgeschwindigkeit, χ eine Zahl von 3 oder grosser ist, d der Durchmesser des grössten suspendierten Teilchens, D der Durchmesser der Basis eines Kegels ist, der durch die Teilchen der Suspension im ruhenden Zustand gebildet wird, wobei dieser Kegel eine Höhe hat, die der Höhe entspricht, bis zu der der Hohlraum ausgefüllt werden soll, und ν die minimale lineare Geschwindigkeit der Suspension ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit zusätzlich ein Geliermittel enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Geliermittel eine verzögerte Wirkung besitzt und seine Gelierwirkung erst nach Einführung in den Hohlraum entfaltet.

7. Verfahren zum Füllen eines unterirdischen Hohlraums durch Einführen einer Trägerflüssigkeit, in der Füllstoffteilchen suspendiert sind, unter Druck in diesen Hohlraum und unter Bildung einer Ablagerung der Feststoffteilchen in dem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass periodisch ein Filterkuchen über dieser Ablagerung gebildet wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeabilität der Masse der verwendeten Feststoffteilchen für die Trägerflüssigkeit weniger als 40 Darci beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, .dass der Filterkuchen zu einem nach der Formel

t -

122,6h²k

-i

ermittelten Zeitpunkt gebildet, wird, wobei in dieser Formel die Symbole die folgende Bedeutung haben:

t = der Zeitraum in Tagen, währenddessen Feststoffe in den Hohlraum eingeführt wurden,

h = die Höhe in 0,3048 m - Einheiten,

k = die Permeabilität der in dem Hohlraum abgelagerten Feststoffe in Darc-i und

V = die Einführungsgeschwindigkeit der Füllstofffeststoffe in Barrels pro Tag.

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