DE2749110C2

DE2749110C2 - Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen

Info

Publication number: DE2749110C2
Application number: DE2749110A
Authority: DE
Inventors: Robert R. Bethel Park Pa. Holman
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1985-07-25
Also published as: FR2372358B1; FR2372358A1; GB1553339A; JPS5363703A; US4136524A; JPS5952800B2; DE2749110A1

Description

den Originalgesteinsmaterial vollständig verschmilzt Die Eigenschaften des sich ergebenden Gesteinsglases, die experimentell ermittelt worden sind, zeigen, daß nahezu äuqivalente Dichtewerte und geringere Durchlässigkeiten als beim gewachsenen Gestein möglich sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Schweißvorrichtung vergleichbar und verschließt die Zugangsöffnung einer als Lagerstätte dienenden Gebirgskammer durch Druckverfüllung und Verschmelzung der öffnung. Die Vorrichtung ermöglicht eine Gestcinsncubildung mit nahezu identischen Grundbestandteilen und eine Gestaltung der Verschmelzung je nach Bedarf zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften des hergestellten Verschlußstopfens. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Verschlußmethoden, gemäß welchen lediglich ein Verschließen mit Gesteinsund Erdmateriai oder mit abbindenden Massen Anwendung findet.

Die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in F i g. 1 dargestellt, die einen Vertikalschnitt durch eine Verfüllungs- und Verschmelzungsvorrichüjng nach der Erfindung zeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die elektrische Energie über ein zur Positionierung und Führung dienendes Mantelrohr 10 zu einer Widerstandsheizeinrichtung 14 zugeführt, und ein innerhalb des Mantelrohres verlaufendes Innenrohr 12 dient als Rückleitung. Die Heizeinrichtung 14 ist innerhalb eines das Mantelrohr mit dem Innenröhr verbindenden Endstückes 16 angeordnet, welche» das am arbeitsseitigen Vorrichtungsende befindliche Ende des zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Infenrohr 12 gebildeten Ringraumes 18 hermetisch abschließt. Def Ringraum 18 dient als Kühlgaskanal, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.

Die v<jn der Heizeinrichtung 14 erzeugte Wärme wird auf die i;ine Dtae 20 bildende Innenwand des Endstükkcs 16 i'nd vofi dieser auf das zu schmelzende Material und auf die Schmelze übertragen. Die Schmelze wird durch die Düsenöffnung 22 in den unterhalb der Vorrichtung gelegenen Raum ausgepreßt, wobei ein Zuführkolbei. 24 den dazu erforderlichen Druck erzeugt. Die Vorrichtung wird in dem Maße zurückgezogen, in welchem die Schmelze am unteren Vorrichtungsende ausgepreßt wird. Das Zurückziehen der Vorrichtung erfolgt sowohl unter Ausnützung des von der Schmelze ausgeübten Druckes als auch durch Steuerung der Verschiebung des Mantelrohres 10. Kühlmittel- und andere Versorgungseinrichtungen, beispielsweise Inertgaszulcitungen. Steuerkabel und die Instrumentierung, sind im Ringraum 18 zwischen dem Mantelrohr 10 und dem als Zuführrohr dienenden Innenrohr 12 angeordnet. Die Umgebung der Heizeinrichtung innerhalb des Endstükkcs 16 wird unter Inertgas gehalten, das unter einem so großen Druck <;teht, daß keine Kühlluft und keine Schmelze eindringen kann. Oberhalb des Heizbereiches ist eine Isolation 26 angeordnet, die ein Schmelzen außerhalb des Vcrschmelzungsbereiches verhindert.

Die Korngrößenverteilung des Verfüllungsmaterials ist so gewählt, daß seine Oberfläche ausreichend groß ist, um ein Schmelzen des Materials innerhalb des Heizbereiches ohne übermäßigen Durchtritt von Material in nichtgeschmolzenern Zustand durch die Düsenöffnung 22 erreicht wird. An seinem Umfang ist der Heizbereich so kalibriert, daß das Umgebungsgestein zur Bildung einer einstückigen Verbindung mit dem Verfüllungsmateria! ebenfalls gf schmolzen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also mit einer Schweißeinrichtung verglichen werden, wobei der Zuführteil einer Schweißdrahtführung und der äußere Teil des Endstückes 16 einem Wolfram-Schweißbrenner entspricht

Das Endstück 16 sollte in nächster Nähe der Wandung der zu verschließenden öffnung gehalten werden, um sicherzustellen, daß das gewachsene Gestein ordnungsgemäß mit dem Verfüllungsmaterial verschmilzt Außerdem ist eine Kühlung des Mantelrohres oberhalb des Heizbereiches wünschenswert, um sicherzustellen, daß die durch gewachsenes Gestein gebildete Wandung

ίο der zu verschließenden öffnung in der Nähe der Mantelrohraußenfläche beim Zurückziehen des Mantelrohres nicht schon außerhalb des Heizbereiches schmilzt Zu diesem Zweck wird ein inertes Kühlgas durch den Ringraum 18 hindurchgeleitet Außerdem kann das End-

stück Ϊ6 zur Wandung der zu verschließenden Öffnung hin elastisch vorgespannt sein, um eine ausreichende

Wärmeübertragung zur Öffnungswand sicherzustellen.

Bei kleinen Zugangsöffnungen ist eine Kühlung nur

an einigen wichtigen Teilen der Vorrichtung oberhalb der Schmelzzone erforderlich. Bei größeren zu verschließenden Öffnungen ist auch eine Kühlung des jeweils hergestellten Glaspfropfens -, ünschenswert um eine einwandfreie Abdeckung sicherzi-stellen. Ebenso wie beim Zuschweißen großer Nuten, bei welchem eine Anzahl von Schweißgängen zur Füllung der Nut erforderlich ist, wird der Gesteinsglaspropfen bei größeren zu vei schließenden öffnungen schichtweise hergestellt, wobei ein gekühlter Kern Anwendung findet der sich durch die Verfüllungs- und Verschmelzvorrichtung hindurcherstreckt Eine solche Anordnung ist in F i g. 2 gezeigt

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zur schichtweisen Verfüllung von öffnungen. Für entsprechende Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet, um den Vergleich zwischen beiden Ausführungsbeispielen zu erleichtern. Die Ausführungsform nach Fig.2 kann teilweise als Vergrößerung der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform betrachtet werden, wobei zusätzlich noch zwei konzentrisehe innere Rohre 32 und 34 konzentrisch zu dei. beiden anderen Rohren 10 und 12 und mit der gleichen Längenai'sdehnung wie diese angeordnet sind. Ähnlich wie der Ringraum 18 zwischen den Rohren 10 und 12 bildet der Ringraum 44 zwischen den zusätzlichen inneren Rohren 32 und 34 einen Kühlkanal. Dieser Kühlkanal 44 steht mit einem weiteren Ringkanal 38 in Verbindung, der das Kühlgas über die verlängerte Wand des inneren Rohres 34 leitet Die Verlängerung 36 des Rohres 34 dient zur Kühlung der jeweils abgelagerten Schmelzschicht. In einem dem Endstück 16 zwischen den Rohren 10 und 12 ähnlichen Verbindungsstück 42 zwischen den Rohren 32 und 34 ist eine Heizeinrichtung 40 untergebracht. Der Zuführkolben für das Verfüllungsmaterial hat bei diesem Ausführungsbeispiel die Form eines Ringes.

L>ie in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie die Anordnung nach Fig. 1. Zur Herstellung eines Verschlußpfropfens wird eine Reihe von Vorrichtungen nach F i g. 2 nacheinander zum Einsatz gebracht, bis die Größe der öffnung so weit verringert ist, daß die P;stöffnung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 ohne wesentliche Probleme hinsichtlich der Wärmeabfuhr zur Umgebung in einem Durchgang vollständig gefüllt werden kann.

Natürliche Salzstöcke haben sich als günstigste Möglichkeit zur Endlagerung radioaktiver Abfälle erwiesen, vorausgesetzt, daC nach dem Aufbruch eines Salzstokkes durch Bohren zur Herstellung des Lagerraumes ein Eindringen von Wasser in die Salzbereiche verhinden

wird. Der Grund liegt hauptsächlich darin, daß die SaIzablagerungen seit Millionen lahren in ungestörtem Zustand sind, da sie sich in Tiefen befinden, in welche Oberflächenwirkungen und an der Erdoberfläche auftretende Naturkräfte nicht vordringen. Außerdem haben Salzablagerungen die Form stabiler geschichteter Zonen, die typischerweise langsamen, allmählich Deformationen unterliegen und keinen Erdbeben usw. ausgesetzt sind, welche die darüberliegende schützende Sedimentgesteinsschicht aufbrechen könnten. Außerdem ist Salz ein natürliches Material, das zu einer schnellen plastischen Verformung in der Lage ist und seine Integrität behält, indem möglicherweise auftretende Brüche wieder »geheut« werden. Sehr wesentlich ist, daß Salzablagerungen groß und beständig gegen Wärmeeinwirkung, Strahlung und viele andere Faktoren mit Ausnahme von Wasser sind. Deshalb ist es von erheblicher Bedeutung, daß ein Einsickern von Wasser nach der Zugänglichmachung der Salzkammern ebenso wirksam wie vorher

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dung die Wiederherstellung einer mit dem Ursprungszustand im wesentlichen identischen Gesteinsüberdekkung. Falls besondere Eigenschaften bei bestimmten Verschlußpfropfen gewünscht werden, kann das Verfüllungsmatcrial mi*. Zusätzen zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften versehen werden, beispielsweise durch Zugabe von Wasser. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Zugangsöflnungen zu Gebirgshohlräumen mit mindestens der gleichen Integrität wie die Originalüberdeckung verschlossen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

J5

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60

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes, in den betreffenden Hohlraum einführbares Mantelrohr (10), ein innerhalb dieses Mantelrohres verlaufendes Innenrohr (12), das einen zwischen ihm und dem Mantelrohr gebildeten Ringraum begrenzt, der an dem in den Hohlraum einführbaren Ende der Vorrichtung hermetisch abgeschlossen und am anderen Ende offen ist, weiter durch eine Zuführeinrichtung (24) zum Zuführen von Kies unter Druck durch das Innenrohr hindurch zu dem in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsende, und durch eine Heizeinrichtung (14} zum Erhitzen des Kieses und des Gebirgsmaterials im Bereich des in den Hohlraum eingeführten Vorrichtungsendes zum Zwecke des Verschmeizens des Kieses und des Gebirgsmaterials.

2. Vorrichiaig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ds& die Heizeinrichtung (14) im Inneren des Innenrohres (12) im Bereich des in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsendes angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung des von der Heizeinrichtung enfrernt liegenden Teils des Mantelrohres (10).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) im Ringraum zwischen dem Mantelrohr (10) und dem Innenrohr (12) angeordnet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der d:e Heiieirxichturig (14) beherbergende Teil des genannten Ringrsvms hermetisch abgeschlossen und mit einem Inertgas gefüllt ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein drittes Rohr, das innerhalb des Innenrohres mit Abstand von diesem angeordnet ist und mit dem Innenrohr einen zum Zuführen des Kieses dienenden Ringraum begrenzt, und durch ein viertes Rohr, das innerhalb des dritten Rohres angeordnet ist und mit dem letzteren zusammen einen offenen, jedoch an dem in den Hohlraum einzuführenden Vorrichtungsende hermetisch abgeschlossenen Ringraum begrenzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung so angeordnet ist, daß sie den Innenraum des dritten Rohres beheizt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung des vierten Rohres.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Rohr axial über das dritte Rohr hinausragt, um die jeweils abgelagerte geschmolzene Gesteinsmaterialschicht zu kühlen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (12) an dem in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsendc konisch nach innen zulauft und eine im Sinne einer gesteuerten Kieszufuhr und einer Schmelzung des Kieses innerhalb des Innenrohres bemessene Durchtrittsöffnung bildet.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung findet insbesondere zum Verschließen der Zugangsöffnungen zu unterirdischen Kammern durch Herstellen eines mit dem Gebirge bzw. dem Gestein einstückig verschmolzenen Schmelzverschlusses Anwendung.
Tiefe öffnungen in der Erdoberfläche und natürliche

ίο Salzstöcke haben sich als am besten geeignete I igerstätten für radioaktiven Abfall erwiesen. Diese Nutzung erfordert jedoch die Herstellung eines einwandfreien Verschlusses der Lagerstätte. Es sollte sichergestellt werden, daß das Durchsickern von Wasser und eine Beschädigung des Verschlusses nach dem Verschließen der Lagerstätte genauso wirksam verhindert wird wie vor dem öffnen der Lagerstätte. Die beste Möglichkeit hierzu wäre die Auffüllung mit einer überdeckenden Gesteins-ZErdschicht, die mit der vor dem Durchbruch durch Bohren oder dergl. vorhandenen Oberdeckung identisch ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung einer mit der ursprünglichen GesteinsVErdformation nahezu äquivalenten, den betreffenden Hohlraum verschließenden Oberdeckung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspmchs angegebene Anordnung gelöst

Demgemäß weist die erfindungsgemäßc Vorrichtung im wesentlichen ein langgestrecktes Mantelrohr, das in den zu verschließenden Hohlraum einführbar ist, und ein darin verlaufendes Innenrohr auf, wobei der zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr gebildete Ringraum an dem in den Hohlraum einzuführenden Vorrichtungsende hermetisch abgeschlossen und an seinem anderen Ende offen ist Eine Zuführeinrichtung dient zum Zuführen von Kies unter Druck durch das Innenrohr hindurch zu dem in den Hohlraum eingeführter Vorrichtungsende, und eine Heizeinrichtung erhitzt den Kies und das Gesteinsmaterial im Bereich des in den Hohlraum eingeführten Vorrichtungsendes zum Zwekke des Verschmeizens des Kieses und des Gesteinsmaterials.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 einen Schnitt durch eine in Betrieb befindliche Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fi g. 2 einen Halbtchnitt durch eine weitere Ausführungsform einer in Betrieb befindlichen Vorrichtung nach der Erfindung.

Wie oben erläutert, besteht die beste Methode zum Verschluß von als Lagerstätten genutzten Gebirgskammern in der Herstellung einer mit der ursprünglichen Gebirgsüberdeckung identischen Gesteins-/Erdüberdeckungsformation. Eine der ursprünglichen Gebirgsüberdeckung nahezu äquivalente Uberdeckung läßt sich herstellen, indem das Gestein in mit der Umgebung ver-

bo schmelzbarem geschmolzenem Zustand abgelagert und folglich vollständig integriert wird. Die dadurch cr/ielbaren Eigenschaften hinsichtlich der Undurchlässigkeil und der Verschmelzung mit dem umgebenden üriginalgestein sind gleich oder sogar noch besser als im Ursprungszustand.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Ablagerung von geschmolzenem Gestein bzw. geschmolzener Erde in Form von Gesteinsglas, das mit dem umgeben-