DE329896C

DE329896C - Method and device for sinking shafts, in particular through water-bearing layers

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Publication number: DE329896C
Application number: DE1914329896D
Authority: DE
Original assignee: Charbonnages De Beeringen SA D
Current assignee: Charbonnages De Beeringen SA D
Priority date: 1914-05-24
Filing date: 1914-05-24
Publication date: 1920-12-01

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Schächten, insbesondere durch wasserführende Schichten. Beim Abteufen von Schächten durch wasserführende Schichten bedient man sich des Gefrierverfahrens, falls man sie durch eine übertags aufgestellte Gefriereinrichtung erreichen kann. Zuweilen kommen diese Schichten aber in solcher Tiefe vor, daß das gewöhnliche Abteuf.verfahren nicht ausführbar oder unwirtschaftlich ist, oder die wasserführenden Schichten kommen unvorhergesehenerweise erst im Laufe des Abteufverfahrens zum Vorschein. Da diese Schichten unter Druck stehen, können die Gefrierlöcher nicht in der gewöhnlichen Weise vom Grunde des Schachtes aus gebohrt werden.Method and device for sinking shafts, in particular through water-bearing layers. When sinking shafts through water-bearing Layers are used the freezing process if they are carried out during the day can reach erected freezer. Sometimes these layers come but in such depth that the usual sinking procedure cannot be carried out or uneconomical, or the water-bearing layers come unexpectedly only emerged in the course of the sinking process. Because these layers are under pressure the freezer holes cannot stand in the usual way from the bottom of the Shaft can be drilled out.

Der Zweck der Erfindung ist nun, ein Verfahren zum Abteufen von Schächten zu schaffen, gemäß welchem die Bohrlöcher stets in gefrorenem Erdreich niedergebracht werden. Erreicht. wird dies dadurch, daß das Erdreich von einem mittleren Bohrloch ausgehend in den sich anschließenden nächstfolgenden äußeren Schichten zum Gefrieren gebracht wird durch Bohrlöcher, die in den jeweils vorher erhärteten inneren Schichten niedergebracht werden. .The purpose of the invention is now to provide a method for sinking shafts to create, according to which the boreholes are always sunk in frozen earth will. Achieved. this is achieved by removing the earth from a central borehole starting in the subsequent outer layers to freeze is brought through drill holes in the previously hardened inner layers be brought down. .

Zur Ausübung des oben angegebenen Verfahrens bedient -man sich der Erfindung gemäß einer Bohrstange mit doppeltem Kühlmantel, durch welchen bei der Bohrarbeit für das mittlere Bohrloch eine Kühlflüssigkeit hindurchgeführt wird, wobei der Hohlraum zwischen dgm äußeren Umfange des Kühlmantels der Bohrstange und dem umgebenden Erdreich durch Quecksilber gedichtet ist. Eine Ausführungsform des neuen Verfahrens soll nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert werden.To carry out the above procedure, one uses the Invention according to a drill rod with double cooling jacket, through which in the Drilling work for the middle borehole a cooling liquid is passed through, wherein the cavity between the outer circumference of the cooling jacket of the drill rod and the surrounding soil is sealed by mercury. One embodiment of the new method is explained below with reference to the drawings, for example will.

Fig. i zeigt - im Grundriß das strahlige Fortschreiten der Bohrungen von einem mittleren Bohrloch aus, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt des Schachtes während des Abteufens; Fig. 3 die Herstellung des ersten (mittleren) Bohrloches, .Fig. I shows - in plan the radial progression of the holes from a central borehole, FIG. 2 shows a vertical section of the shaft while sinking; 3 shows the production of the first (middle) borehole, .

Fig. q. den Vortrieb des unteren Endes des Bohrers, Fig. 5 einen Bohrer mit doppeltem Mantel: Um wasserführende Schichten gemäß der Erfindung zu durchbrechen, wird zunächst ein mittleres Bohrloch i (Fig. i) hergestellt und durch dieses eine Kühlflüssigkeit hindurchgeschickt, um rings um das Rohr herum das Erdreich in einer Säule a zu gefrieren. In dein erhärteten Erdreich werden Bohrlöcher 2 niedergebracht, die unter der Einwirkung der durch Leitungen 7a, i (Fig. 2) zugeführten Kühlflüssigkeit Gefriersäulen um jedes Bohrloch ergeben. Die verschiedenen Einzelsäulen schließen sich aneinander und vergrößern dadurch die Dicke des gefrorenen Kernes; der nach Ausführung der Löcher 2 durch den Umkreis b begrenzt wird. Nunmehr werden Löcher 3 gebohrt, welche den Gefrierkern bis zum Umfange ausdehnen. So wird weiter- gearbeitet, bis durch die Löcher 5 ein Kern e von genügendem Umfange erzielt wird, um darin den zu bauenden Schacht vollkommen durch die wasserführende Schicht abzuteufen. Auf diese Weise wird ein größerer Querschnitt des Erdreichs erhärtet, als der abzuteufende Schacht erhalten soll, so daß nach dem vollständigen Erhärten der Schacht in dieser gefrorenen Masse niedergebracht werden kann, und als Schutz gegen das Wasser ein ringförmiger harter Wall verbleibt, dessen Dicke genügend stark ist, um dem Druck des Erdreiches zu widerstehen.Fig. Q. the propulsion of the lower end of the drill, Fig. 5 a drill with a double jacket: In order to break through water-bearing layers according to the invention, a central borehole i (Fig. i) is first made and a cooling liquid is sent through it to go around the pipe around to freeze the soil in a column a. Boreholes 2 are drilled into the hardened earth, which under the action of the cooling liquid supplied through lines 7a, i (FIG. 2) result in freezing columns around each borehole. The various individual columns close together and thereby increase the thickness of the frozen core; which is limited by the circumference b after execution of the holes 2. Now holes 3 are drilled, which expand the freezer core to the extent. Work continues in this way until a core e of sufficient size is achieved through the holes 5 to completely sink the shaft to be built therein through the water-bearing layer. In this way, a larger cross-section of the earth is hardened than the shaft to be sunk should receive, so that after complete hardening, the shaft can be sunk in this frozen mass, and a ring-shaped hard wall remains as protection against the water, the thickness of which is sufficiently strong is to withstand the pressure of the earth.

Soll z. B. ein Schacht von 6 m Durchmesserabgeteuft werden, so wird das Erdreich bis zu 12- m im Durchmesser erhärtet. Nach dem Erhärten wird der Kühlflüssigkeitsumlauf in allen Bohrlöchern innerhalb eines Kreises von 6 m Durchmesser unterbrochen, und bei dein nunmehr beginnenden Abteufen des Schachtes bleibt ein aus gefrorenem Erdreich gebildeter, 3 m dicker Schutzwall bestehen.Should z. B. a shaft of 6 m diameter are sunk, so will the soil hardens up to 12 m in diameter. After hardening, the cooling liquid will circulate interrupted in all boreholes within a circle of 6 m diameter, and When you now start sinking the shaft, there remains a frozen earth formed, 3 m thick protective wall exist.

Beim Niederbringen des ersten Bohrloches i wird in bekannter Weise verfahren, indem man sich über der Wasserdruckhöhe hält. In der Verrohrung, die zum Bohren dieses Loches gedient hat, werden die Gefrierrohre untergebracht, und die Kühlflüssigkeit wird von der Oberfläche her eingeleitet.When drilling the first borehole i is in a known manner proceed by staying above the water pressure. In the piping that was used to drill this hole, the freezer pipes are housed, and the cooling liquid is introduced from the surface.

Zum Bohren des ersten Loches kann jedoch das Gefrieren auch schrittweise nach der Tiefe zu z: B. in folgender Weise ausgeführt werden: "-Oberhalb der zu durchbrechenden wasserführenden Schicht muß sich entweder eine undurchlässige Schicht vorfinden, oder es muß eine solche Schicht künstlich durch Beton hergestellt werden.To drill the first hole, however, the freezing can also be done gradually according to the depth to be executed e.g. in the following way: "-above the to breakthrough water-bearing layer must either be an impermeable layer find, or it must be artificially made by concrete such a layer.

Das in dieser Schicht vorhandene Loch wird bis zu der Stelle i2 (Fig. 3) geführt, d. h. bis zu wenigen Metern über der wasserführenden Schicht i9, dann verrohrt und bei il zementiert, damit zwischen dem Rohr und dem Erdreich eine zuverlässige Dichtung entsteht. Der Kopf des Rohres ist mit einer ein einfaches Schutzmittel für einen etwaigen Unfall bildenden Stopfbüchse j (Fig. 5) versehen, durch welche die Bohrstange hindurchgeht.The hole in this layer is made up to the point i2 (Fig. 3) led, d. H. up to a few meters above the water-bearing layer i9, then piped and cemented at il so that there is a reliable connection between the pipe and the ground Seal arises. The head of the pipe has a simple protective means for a possible accident forming stuffing box j (Fig. 5) provided through which the boring bar passes through.

Zur Weiterführung der Bohrung wird eine Bohrstange k mit doppeltem Kühlmantel e, e' (Fig. 5) verwendet, in deren Mantel e1 die bei in eintretende und das Rohr bei ia verlassende Kühlflüssigkeit umläuft und das frische Erdreich gefriert, ehe der Bohrer darin eindringt. Wie aus Fig. d. zu ersehen ist, begrenzen die Abschnitte p1, p=, p3 das gefrorene Erdreich, wenn das Ende` der Bohrstange sich bei q1, q=, q3 befindet. Der Bohrer muß dementsprechend langsam vorgetrieben werden und muß alle zwei Stunden so weit gesenkt werden, daß in 2.4 Stunden das Loch etwa 25 cm tiefer wird. Auf diese Weise wird der Fräser oder die Bohrkrone stets die gleiche Stärke von gefrorenem Erdreich unter sich vorfinden.To continue the drilling, a drill rod k with a double cooling jacket e, e ' (Fig. 5) is used, in the jacket e1 of which the cooling liquid entering at and leaving the pipe at ia circulates and the fresh soil freezes before the drill penetrates it. As shown in Fig. D. As can be seen, the sections p1, p =, p3 delimit the frozen earth when the end of the drill rod is at q1, q =, q3. Accordingly, the drill must be advanced slowly and must be lowered every two hours so that the hole is about 25 cm deeper in 2.4 hours. In this way, the cutter or the drill bit will always find the same thickness of frozen earth under them.

Die mit diesem Bohrverfahren verbundene Schwierigkeit besteht darin, daß nicht das gewöhnlich beim Bohren mit Kronenbobrer benutzte Verfahren angewendet werden kann, nach welchem der Abraum nach oben geschafft wird, indem innerhalb der Bohrstange ein Wasserstrom nach unten geschickt wird, der am Grunde des Bohrloches austritt und durch den zwischen der Stange und der Wand des Bohrloches befindlichen Ringraum nach oben steigt und hierbei den Bohrabfall mit sich nimmt. Im -vorliegenden Falle würde dieses Wasser gefrieren und jeden Umlauf Ummöglich machen, während es gleichzeitig zur Folge hätte, daß' der Bohrer rin Erdreich festgekeilt würde.The difficulty associated with this drilling method is that the method usually used when drilling with a Kronenbobrer is not used can be, after which the spoil is moved to the top by inside the Drill rod a stream of water is sent down at the bottom of the borehole exits and through the one located between the rod and the wall of the borehole Annular space rises upwards and thereby takes the drilling waste with it. In the present Trap this water would freeze and make every circulation impossible while it was at the same time would have the consequence that the drill would be wedged into the ground.

Um diesen Übelstand zu belieben, muß das Bohrloch mit einer nicht gefrierfähigen Flüssigkeit gefüllt werden. Hierbei ist jedoch eine Salzlösung ausgeschlossen, die das Erdreich durchdringen, es auftauen und nachher nicht mehr gefrierbar machen würde. Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung das Loch mit Quecksilber ausgefüllt, das auch bei tiefen Wärmegraden flüssig bleibt. Der Bohrer behält hierdurch volle Bewegungsfreiheit, und der Bohrabfall kann infolge des Unterschiedes der Eigengewichte von selbst an die Oberfläche des Quecksilbers aufsteigen.The borehole with one does not have to be in order to keep this disadvantage freezable liquid to be filled. However, a saline solution is excluded here, which penetrate the soil, thaw it and then make it no longer freezeable would. For this reason, according to the invention, the hole is filled with mercury, which remains liquid even at low temperatures. As a result, the drill retains full Freedom of movement, and the drilling waste can as a result of the difference in dead weight rise to the surface of the mercury by themselves.

Sobald das Bohren mit der doppelt umniantelten . Stange h beginnt', wird Quecksilber bei v (Fig. 5) in .das Bohrloch v1 eingefüllt und dem Fortschreiten des Bohren entsprechend nachgegossen, damit der Ringraum r zwischein dem Bohrer und dem Erdreich stets gefüllt ist: Das Quecksilber dringt auch in den Innenraum des Bohrers ein, wo sich .beim Bohren der Gesteinkern t bildet, und steigt fast bis zur Höhe u auf. Der Bohrabfall, der für gewöhnlich durch einen Strom von Spülwasser ausgetrieben wird, steigt bei dem vorliegenden Verfahren infolge der Unterschiede im Eigengewicht bis zur Oberfläche des Quecksilbers und tritt bei v1 aus.As soon as the drilling with the double-encircled. Rod h begins', mercury is filled into the borehole v1 at v (Fig. 5) and the progression of drilling accordingly poured in, so that the annular space r between the drill and the ground is always full: the mercury also penetrates into the interior of the drill, where the rock core t forms during drilling, and almost rises up to the height u. The drilling cuttings, usually carried by a stream of flushing water is driven out, increases in the present method due to the differences in its own weight up to the surface of the mercury and emerges at v1.

Um den Druck des Quecksilbers auszugleichen, kann ein Gegengewicht x (Fig. 3) angeordnet werden, dessen Seil an einem Bund des Bohrloches angebracht ist. Sobald die von den Bohrlöchern 2 abhängige Säule gefroren ist, kann der Bohrer herausgezogen «-erden. Das Quecksilber bleibt dann am Grunde des Bohrloches und kann durch einen mit Klappen versehenen Schöpfer oder auf andere Weise zutage gefördert werden.To equalize the pressure of the mercury, a counterweight can be used x (Fig. 3) are arranged, the rope attached to a collar of the borehole is. As soon as the column dependent on the boreholes 2 is frozen, the drill can pulled out «-ground. The mercury then remains at the bottom of the borehole and may be unearthed by a flapped scoop or otherwise will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for sinking shafts, in particular through water-bearing Layers, characterized in that the ' Soil from a central borehole into the adjoining, next following one outer layers are made to freeze through drill holes in each previously hardened inner layers are deposited.

2. Apparatus for exercising of the method according to claim z, characterized by a drill rod (k) with double Cooling jacket (e, ei) through which a Cooling liquid is passed through. .

3. Apparatus for performing the method according to claim r and a, characterized in that the cavity between the outer circumference of the cooling jacket (e), the drill rod (k) and the surrounding soil is sealed by mercury. .