DE3638246A1

DE3638246A1 - Verfahren und medium zur blockierung von mineralisierten und/oder saeurehaltigen wasserzufluessen

Info

Publication number: DE3638246A1
Application number: DE19863638246
Authority: DE
Inventors: Manfred Heilmann; Ernst Dipl Ing Kaulbars; Eberhard Dipl Ing Loeffler; Kurt Dipl Jur Sterba; Fritz Dipl Ing Kroll; Josef Dipl Ing Tomiska; Bohumir Dipl Ing Svoboda; Miroslav Dipl Ing Trsek; Bedrich Dipl Ing Parizek; Ivailo Dipl Ing Terzijski; Jan Dipl Ing Cech
Original assignee: URANOVE DOLY HAMR KONCERNOVY P; VYZK USTAV GEOLOG INZENYR; Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: URANOVE DOLY HAMR KONCERNOVY P; VYZK USTAV GEOLOG INZENYR; Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1987-06-25
Also published as: HUT42804A; GB2184468A; GB8630278D0; DD256429A3; FR2591657A1; BG48046A1; NL8603114A; BE905937A; CS578386A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Medium zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekanntlich werden Wasserzuflüsse aus grundwasserführenden Schichten zu Grubenbauen oder Baugruben durch Abfördern des Wassers aus den betreffenden Grundwasserleitern verhindert.

Derartige Verfahren sind Filterbrunnenentwässerungen, Streckenentwässerungen sowie kombinierte Strecken-Fallfilter- bzw. Strecken-Steckfilterentwässerungen.

Weitere Verfahren zur Verhinderung von Wasserzuflüssen sind mit den sogenannten Abriegelungsverfahren, wie der Errichtung von Dichtungswänden und der Injektion abdichtender Medien in den Porenraum der Grundwasserleiter, bekannt. Durch die genannten Verfahren werden im wesentlichen die Wasserzuflüsse zu den Grubenbauen in den gewünschten Grenzen gehalten.

Als Nachteil dieser Verfahren sind vor allem die enormen materiellen und technologischen Aufwendungen zu nennen. Die Entwässerungsverfahren durch Filterbrunnen oder Entwässerungsstrecken bewegen große Wassermassen zur Trockenlegung der Grubenbaue, wodurch gleichzeitig große vom Bergbau unberührte Gebiete beeinflußt und somit durch Entwässerungen geschädigt werden. Neben dem stationären Wasser muß der Zufluß aus dem Einzugsgebiet, das dynamische Wasser, stets gefördert werden. Bei den bisher bekannten Abriegelungsverfahren treten hauptsächlich hohe technologische Aufwendungen oder Verfahrensgrenzen hinsichtlich der Blockierungstiefen bzw. große materielle Aufwendungen für zu injizierende Blockierungsmittel, wie Kunstharze, Polymere oder andere porenblockierende Stoffe (DD-PS 21 902; DE-25 44 543) auf. Die Dichtungswandtechnologie weist einen Mangel in der begrenzten Einbindetiefe auf. Unterströmte, nicht alle Grundwasserleiter erfassende Dichtungswände haben unzureichende Blockierungswirkungen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, den mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzufluß aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen herabzusetzen oder zu blockieren bei Vermeidung vorgenannter Verfahrensnachteile bzw. bei Senkung des materiellen Aufwandes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den mineralisierten und/oder sauren Schichtwasserzufluß zu Grubenbauen oder Baugruben durch Verpressen geeigneter Behandlungsmedien in die wasserführenden Schichten zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird, um alle abzusperrenden Schichtbereiche gleichmäßig zu erreichen und abzudichten, eine homogene komplexe Behandlungsflüssigkeit, deren Vorbereitung/Mischung außerhalb der Injektionssonden zum Einbringen der Blockierungsmedien erfolgt, hergestellt. Nach dem gleichmäßigen Verpressen der Behandlungsflüssigkeit über die Bohrungen in durch bindige Schichten bedeckte Grundwasserleiter wird ein Gas zur Erzeugung einer blockierenden Phasendispersion (Schaumbildung) in einem vorberechneten Volumen injiziert.

Der aufzuwendende Preßdruck ist mindestens 0,2 MPa kleiner als der Fracdruck des Grundwasserleiters bzw. der bedeckenden Schicht.

Den Verschäumungsprozeß fördernde technologische Varianten bestehen im Vor- und Nachpressen von Gas bei einer dazwischenliegenden Lösungsinjektion bzw. in einem zyklischen Wechsel von Gas- und Lösungsinjektionen. Bei dieser Verfahrensweise wird die blockierende Phasendispersion zwischen Gas und Flüssigkeit besonders stark erzeugt.

Die wässrige Lösung oberflächenaktiver Stoffe, die in Verbindung mit Gasen feindisperse stabile Schäume relativ hoher Dichte (ρ ≦λτ 0,04 g/cm³) bilden, werden als Behandlungsflüssigkeit in den wasserführenden Horizont verpreßt und mit Gasinjektionen gezielt in den verschäumten Zustand überführt. Nach vorberechneten Konzentrationen baut sich abhängig vom Behandlungsflüssigkeitsvolumen beim unterirdischen Verschäumen der erwähnten Flüssigkeit ein in der Ausdehnung bestimmbarer temporärer Blockierungsschleier für das Grundwasser auf.

Die Zusammensetzungen der Behandlungsflüssigkeiten werden vorzugsweise so gewählt, daß die Lösungen 0,5 bis 5,0% des oberflächenaktiven Stoffes, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, enthalten. Eingesetzt wird ein nichtionogener Stoff, wie oxäthylierte Fettalkohole, oder ein Gemisch aus nichtionogenen und ionogenen oberflächenaktiven Stoffen, wie Aminsalzen, wobei der ionogene Anteil am Gemisch maximal 5% beträgt.

Zur Erhöhung der Blockierungswirkung werden wahlweise Stabilisatoren, wie Polymere, Tonminerale oder höhere Alkohole von 0,01 bis 0,5 Masse-%, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Barrieren bewirken eine zuverlässige temporäre Blockierung des Wassers im Grundwasserleiter.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen große technologische bzw. hohe materielle Aufwendungen auftreten, wird erfindungsgemäß der Zufluß von Wasser durch Schaum, der den Porenraum ausfüllt, abgeschirmt. Der Schaum erfüllt dabei hohe qualitative Ansprüche hinsichtlich der Stabilität und Resistenz gegenüber dem stark mineralisierten Grundwasser. Durch den Einsatz entsprechender oberflächenaktiver Stoffe können Behandlungsflüssigkeiten hergestellt werden, die unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen und bei hohen mineralischen und/oder hohen sauren Konzentrationen in den Lösungen, stabile blockierende Schäume im Porenraum der Gesteine bilden.

Das Einbringen der Blockierungsflüssigkeit und des Gases ist mit geringem technischen Aufwand möglich. Das Verfahren kann als selbständiges Blockierungsverfahren oder in Kombination mit bekannten Lösungen, wie der Blockierung tiefer Bereiche am Fuße von Dichtungswänden, eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Behandlungsflüssigkeit, 5 m³ pro 1 m Grundwasserleitermächtigkeit, angemischt zu einer 5%igen Lösung eines nichtionogenen Äthylenoxidadduktes, wie Dispergator BO, dem 5 Masseteile eines kationenaktiven quartären Ammoniumderivates, wie FCF 350, zugegeben werden, wird alternierend in bis 5 volumengleichen Raten als aufeinanderfolgende Flüssigkeits- und Gasinjektion in Grundwasserleiter mit stark mineralisierten Wasser in eine Tiefe von 250 m verpreßt. Der Behandlungsflüssigkeit wird zur Erhöhung der Blockierungswirkung 0,1 Masse-% eines Polymers (TBS-O), bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben. Der Injektionsdruck für die Behandlungsflüssigkeit beträgt 2,8 MPa, für das Gas 2,8 bis 3,5 MPa. Die Permeabilität der wasserführenden Schicht wurde um 10^-3 m/s gesenkt.

Claims

1. Verfahren zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus klüftigen oder porösen Festgesteinen zu Baugruben oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine komplexe Behandlungsflüssigkeit außerhalb von Bohrungen hergestellt wird, danach ein gleichmäßiges Verpressen über die Bohrungen in mit bindiger Bedeckung überlagerte Grundwasserleiter erfolgt, daß der Preßdruck mindestens 0,2 MPa kleiner als der Fracdruck des Grundwasserleiters bzw. der bedeckenden Schicht ist und in einem vorberechneten Volumen zur Verschäumung der Behanlungsflüssigkeit Gas injiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Zusammensetzung der Einsatzstoffe diese mit Gas zur Erhöhung der blockierenden Phasendispersion zyklisch in Teilmengen verpreßt werden.

3. Medium zur Blockierung von mineralisierten und/oder säurehaltigen Wasserzuflüssen aus wasserführenden Schichten, insbesondere aus Grundwasserleitern oder grundwasserführenden Schichten in Felsgesteinen zu Baugruben, Tagebauen oder sonstigen bergmännischen Auffahrungen in einer Trägerflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus einer homogenen wässrigen Behandlungsflüssigkeit mit einem auf die Behandlungsflüssigkeit bezogenen Anteil von 0,5 bis 5,0 Masse-% eines nichtionogenen oberflächenaktiven Stoffes, wie oxäthylierte Fettalkohole, oder eines Gemisches aus nichtionogenen und ionogenen oberflächenaktiven Stoffes, wie Aminsalzen, besteht, wobei der ionogene Anteil am Gemisch maximal 5% beträgt, besteht, daß das Medium durch Gasinjektion einen feindispersen stabilen Schaum der Dichte ρ ≦λτ 0,04 g/cm³ darstellt und daß zur Erhöhung der Blockierungswirkung wahlweise Stabilisatoren, wie Polymere, Tonminerale oder höhere Alkohole von 0,01 bis 0,5 Masse-%, bezogen auf die Behandlungsflüssigkeit, zugegeben sind.