DE4227724A1 - Verfahren zum Teufen und Abdichten einer Sprengbohrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Teufen und Abdich­ ten einer Sprengbohrung für die seismische Erkundung einer Bodenformation, bei dem die Sprengbohrung im direkten Spül­ bohrverfahren niedergebracht und mit einem dichtenden Mate­ rial verfüllt wird.

Zur seismischen Erkundung geologischer Gegebenheiten werden u. a. durch Sprengungen elastische Wellen im Boden erzeugt, deren Form und Ausbreitung beobachtet und aufgezeichnet wird. Die Sprengladungen werden üblicherweise in einem Bohr­ loch gezündet, dessen Tiefe 10-50 m betragen kann. Aus Gründen der Arbeitssicherheit und zum Schutz von Grundwas­ servorkommen sind Sprengbohrungen nach dem Einbau der Sprengladung so zu verfüllen, daß eine Sicherung der Spreng­ ladung gegen Diebstahl, eine Sicherung der Geländeoberfläche gegen Setzungen und eine hydraulische Abdichtung durch das Verfüllmaterial gegeben ist, letzteres um vertikale Wasser­ strömungen und somit ein Zusammenfließen von Wässern unter­ schiedlicher Güte zu vermeiden.

Es ist bekannt, Sprengbohrungen im direkten Spülbohrverfah­ ren niederzubringen. Hierbei werden zur Stabilisierung des Bohrlochs und zum Austragen des Bohrguts Bohrspülungen mit polymeren Zusätzen verwendet. Dennoch kann es je nach Stand­ festigkeit der erbohrten Schichten durch Nachfall und Abwa­ schungen zu Bohrlochaufweitungen von bis zu 70%, bezogen auf den Durchmesser des Bohrmeißels, kommen. Nach dem Abteu­ fen der Bohrung wird durch das noch im Bohrloch befindliche Bohrgestänge eine Sprengpatrone auf der Bohrlochsohle pla­ ziert und anschließend nach dem Ziehen des Gestänges das Bohrloch verfüllt. Um beim Verfüllen die erforderliche Ab­ dichtung zu erzielen, ist es bekannt, mit Bentonit gefüllte Papphülsen in die Bohrung einzubringen. Die Bentonitstangen sollen bis auf den vorhandenen Bohrlochdurchmesser aufquel­ len und die Bohrung mechanisch und hydraulisch wirksam dich­ ten. Bei Bohrlochaufweitungen ist diese Wirkung jedoch häu­ fig nicht gewährleistet. Weiterhin ist es bekannt, Quellton in granulierter Form als Verfüllungsmaterial zu verwenden. Das Einfüllen dieses Materials ist allerdings schwierig, da es im Bohrloch zu Brückenbildungen kommen kann. Untere Bohr­ lochbereiche werden daher nicht mit ausreichender Sicherheit erfaßt. Das Verfahren ist außerdem teuer, da größere Tonmen­ gen verfüllt werden müssen, als es aufgrund der Quellfähig­ keit des Tones erforderlich wäre. Es ist weiterhin bekannt, das erbohrte Bohrgut wieder in das Bohrloch hineinzugeben. Die erforderliche Abdichtung läßt sich hierbei aber nicht erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches das Abteufen und Verschließen von Sprengbohrungen hinsichtlich der eingangs genannten Anforderungen verbessert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Bohrspülung eine langsam hydraulisch erhärtende Suspension aus Wasser und einer feinkörnigen Mischung aus Tonmineralien und hydraulischem Bindemittel verwendet wird und daß die Sprengbohrung nach ihrer Fertigstellung und dem Einsetzen der Sprengladung mit der Suspension verfüllt wird und an­ schließend die Suspension in der Sprengbohrung zu einem dichten und festen Stopfen abbindet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, die das Herstellen von Sprengboh­ rungen wesentlich vereinfachen und verbilligen. So wird durch die Verwendung einer als Bohrspülung und Verfüllmate­ rial geeigneten Suspension der Materialbedarf erheblich reduziert und der Arbeitsaufwand, vor allem für das Verfül­ len der Sprengbohrungen, wesentlich vermindert. Das Herstel­ len der Suspension ist dem Herstellen geeigneter Bohrspülun­ gen vergleichbar und erfordert daher keinen zusätzlichen Aufwand. Auf den Einsatz teurer Spülungen und Chemikalien kann verzichtet werden. Beim Bohrvorgang sorgt die Suspen­ sion für eine Stützung des Bohrlochs und durch das Eindrin­ gen der Suspension in die dem Bohrloch benachbarte Grenz­ schicht des Bodens bildet sich ein Filterkuchen aus, der das Abfließen von Suspensionsmasse aus dem Bohrloch verhindert. Nach dem Laden der Sprengbohrung und dem Ziehen des Bohr­ gestänges füllt die Suspension das Bohrloch vollständig aus, so daß durch das Erhärten der Suspension, vorzugsweise in einem Zeitraum von 48 Stunden, ein fester, dichter Körper gebildet wird, der das Bohrloch sicher verschließt und die durchbohrten Bodenschichten in der erforderlichen Weise gegeneinander abdichtet. Der seither erforderliche Arbeits­ aufwand für das Verfüllen des Bohrlochs entfällt. Lediglich das Verdrängungsvolumen des Bohrgestänges ist durch Nachfül­ len von Suspension auszugleichen. Aufgrund ihrer Fließfähig­ keit füllt die Suspension das Bohrloch vollständig aus und vermeidet dadurch Nachteile unvollständiger Verfüllung, wie sie sich bei den bekannten Verfahren ergeben können.

Erfindungsgemäß wird die Suspension so eingestellt, daß die Druckfestigkeit des Stopfens nach dem Abbinden 0,4- 0,8 N/mm² erreicht. Der Durchlässigkeitsbeiwert der erhärte­ ten Suspension sollte erfindungsgemäß wenigstens 10^-8 m/s betragen.

Die Dichte der Suspension sollte vorzugsweise ca. 1,2 kg/l betragen, um ein günstiges Spülverhalten beim Abteufen der Bohrung zu erhalten. Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgese­ hen sein, daß die Suspension als Tonmineral aktivierten Bentonit enthält. Durch die Eigenschaften des Bentonit läßt sich mit vergleichsweise geringem Materialaufwand eine aus­ reichende Stabilität und Dichtigkeit des Stopfens erreichen.

Das Dispergieren der Mischung aus Tonmineralien und Binde­ mittel im Wasser zur Herstellung der Suspension kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit Hilfe der Spü­ lungspumpe der Bohranlage erfolgen. Zusätzliche Geräte oder Einrichtungen sind daher nicht erforderlich. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß die Sprengladung im Bohrloch mit einer Schüttung aus Kies oder Bohrgut abgedeckt wird. Hierdurch wird vor allem bei flachen Sprengbohrungen eine zusätzliche Sicherung der Sprengladung erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert.

Zur Herstellung einer Sprengbohrung mit einer Teufe von 12 in und einem Bohrungsdurchmesser von 75 mm werden in eine Was­ servorlage von 400 l 100 kg einer feinkörnigen Mischung aus aktiviertem Bentonit und hydraulischem Bindemittel, vorzugs­ weise Zement, eingefüllt und 6 Minuten lang mit Hilfe der Kolbenpumpe der Bohranlage dispergiert. Es entsteht eine stabile Suspension mit einer Dichte von 1,2 kg/l, die als Bohrspülung beim Abteufen der Bohrung eingesetzt wird und neben der Stabilisierung des Bohrlochs zum Austrag des Bohr­ kleins dient.

Nach dem Abteufen der Bohrung wird durch das noch im Bohr­ loch befindliche Bohrgestänge eine Sprengpatrone auf der Bohrlochsohle plaziert. Anschließend wird das Gestänge gezo­ gen und die Sprengpatrone durch Überschütten mit Kies oder Bohrgut gesichert. Soweit erforderlich, wird danach das Bohrloch vollständig mit Suspension verfüllt. Die Suspension bindet innerhalb von 48 Stunden ab und bildet dadurch einen dichten und festen Stopfen aus, der das Bohrloch vollständig verschließt. Als Druckfestigkeit des Stopfens wurden Werte von 0,4-0,8 N/mm² erreicht. Der Durchlässigkeitsbeiwert Kf lag zwischen 10^-8 und 10^-1 O m/s. Die erhärtete Masse des Stopfens besteht dabei etwa aus 23 Gew. -% Feststoff und 77 Gew.-% Wasser.

Claims (8)

1. Verfahren zum Teufen und Abdichten einer Sprengbohrung für die seismische Erkundung einer Bodenformation, bei dem die Sprengbohrung im direkten Spülbohrverfahren niedergebracht und mit einem dichtenden Material ver­ füllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bohrspülung eine langsam hydraulisch erhärtende Suspension aus Wasser und einer feinkörnigen Mischung aus Tonminera­ lien und hydraulischem Bindemittel verwendet wird und daß die Sprengbohrung nach ihrer Fertigstellung und dem Einsetzen der Sprengladung mit der Suspension verfüllt wird und anschließend die Suspension in der Sprengboh­ rung zu einem dichten und festen Stopfen abbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension so eingestellt wird, daß sie innerhalb von 48 Stunden in dem Bohrloch abbindet.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfestigkeit des durch die Suspension gebildeten Stopfens 0,4- 0,8 N/mm² erreicht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension eine Dichte von ca. 1,2 kg/l hat.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension so einge­ stellt wird, daß nach dem Erhärten ein Durchlässig­ keitsbeiwert Kf von 10^-8 m/s erreicht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension als Tonmine­ ral aktivierten Bentonit und als Bindemittel Zement enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergieren der Mischung aus Tonmineralien und Bindemittel im Wasser mit Hilfe einer Spülungspumpe erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung mit einer Schüttung aus Kies oder Bohrgut abgedeckt wird.