DE4434759A1 - Verfahren zum Verschließen von untertägigen Hohlräumen im Salinar - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen von un­ tertägigen Hohlräumen im Salinar nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Querschnittsabdichtungen von untertägigen Hohlräumen gegenüber gasförmigen und flüssigen Medien sind nicht nur wichtige Si­ cherheitselemente für klassische Aufgabenstellungen des un­ tertägigen Bergbaus und der untertägigen Speicherung, sondern gehören auch zum Sicherheitskonzept für die untertägige Endla­ gerung von Abfallstoffen in geologischen Formationen.

Querschnittsabdichtungen sind technische Barrieren in Form von Bohrlochverschlüssen, Streckenverschlüssen, Dämmen und Schachtverschlüssen und gehören zusammen zum Mehrbarrieren­ system für ein Endlager. Sie dienen sowohl der Sicherheit des Grubengebäudes während der Betriebsphase als auch der Nachbe­ triebsphase bis zu einem Zeitraum von etwa 10³ Jahren und müs­ sen die Forderungen nach sehr geringer Permeabilität, einem Sorptionsvermögen für Abfallstoffe, rißfreier Anpassung an Ge­ birgsbewegungen und Langzeitbeständigkeit unter Berücksichti­ gung eventueller Änderung der chemischen und physikalischen Bedingungen, denen diese Materialien ausgesetzt sind, erfül­ len.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 41 30 658 bekannt. Bei diesem Verfahren wird zwar eine gewisse Anfangs­ dichtigkeit erzielt, bis jedoch aufgrund des natürlich ablau­ fenden Kompaktionsprozesses infolge Konvergenz eine spürbare Erhöhung der Dichtigkeit erfolgt, vergeht eine längere Zeit.

Aufgabe der Erfindung ist es das Verfahren der e. g. Art so auszugestalten, daß sich die Endfestigkeit des Verschlusses die sich durch die Konvergenz des Salzgesteins einstellt, schon nach wenigen Tagen erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Das wesentliche Neue der entwickelten Querschnittsabdichtung im Salz besteht darin, daß mit ihr eine sehr langanhaltende Kompaktionszeit über die Konvergenz der Strecke zur Erzielung einer abdichtenden Wirkung von Steinsalzversatz nicht mehr er­ forderlich ist.

Gleichzeitig kann der technische Aufwand für einen Einbau un­ ter Verdichtung vor Ort auf ein Minimum reduziert werden, der für die im Bergbau übliche Versatzeinbringung noch zusätzlich erforderlich wäre.

Mit Formkörpern oder Steinsalzblöcken lassen sich sowohl ein­ fache Kreuzmauerwerksverbände als auch andere Verschlußver­ bände rasch und wirksam realisieren. Dabei wird als Bindemit­ tel z. B. Salzmörtel verwendet. Diese Verbände lassen sich auch nahtlos in bestehende Abdichteinheiten wie Dämme zur Querschnittsabdichtung untertägiger Hohlräume im Salzgestein integrieren, die eine mechanische, petrophysikalische, chemi­ sche und hydraulische Integrität mit dem umgebenden Salzge­ stein besitzen. Nach der Erstellung des Mauerwerks wird eine nahe dem Salzgestein liegende Anfangsdichtigkeit und durch das Erhitzen schon nach kurzer Zeit die Wiederherstellung des ur­ sprünglichen Spannungszustands im Gebirge erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Durchführung des Verfahrens.

Einmal wird die Öffnung vor dem Erwärmen vollständig mit Mau­ erwerk oder mit einem oder mehreren mit der Öffnung des Hohl­ raumes formschlüssigen Verschlußkörper verschlossen. Bei der zweiten Möglichkeit werden jeweils ein oder wenige Ver­ schlußkörper mit der Wandöffnung des Hohlraums oder mit be­ reits mit diesem verschweißten Verschlußkörpern verbunden und dann erwärmt. Dabei muß selbstverständlich der Druck des auf­ laufenden Gebirges an den freien Flächen der Verschlußkörper kompensiert werden.

Beim Erstellen eines Bohrlochverschlusses wird zuerst ein Bohrlochstopfen aus einer Lage Verschlußkörper in die Bohr­ lochöffnung eingebracht. Dann wird der Stopfen und über Wärme­ leitung auch das Salzgestein der Bohrlochwandung erwärmt. Die Temperatur des Stopfens sollte dabei in einem Bereich von 420 K ± 10 K liegen. Dies entspricht einer Temperaturerhöhung von 100°C, bei einer Anfangstemperatur von 45°C.

Die Heizleistung kann über Mikrowellen mit Hilfe von Hornan­ tennen bei einer Sendeleistung von ca. 10 kW ins Material ein­ gebracht werden.

Bei einer Dauer der Heizphase von etwa 3 Tagen reicht die er­ zeugte Bohrlochkonvergenz aus, um den technologisch bedingten Ringspalt zwischen Bohrlochwandung und Stopfen zu schließen und damit die erforderliche Haltekraft für die Verschlußkörper aufzubauen. Weitere erforderliche Schichten von Verschlußkör­ pern werden in analoger Weise erzeugt. Dadurch wird erreicht, daß für den Gesamtstopfen die Bohrlochkonvergenz weiter auf­ läuft und daß langfristig keine Zugspannungen auftreten. Wäh­ rend er Heizphase steigt der durch das Gebirge auflaufende Druck bis über 10 MPa an und fällt beim Erkalten auf 3,5 MPa ab.

Als weitere Möglichkeiten zur Erhitzung von Mauerwerksverbän­ den aus Salz-Verschlußkörpern sind neben der Verwendung von Mikrowellenenergie folgende weitere technische Lösungen ein­ setzbar.

Auf die jeweils zu erhitzende Mauerwerksoberfläche werden elektrisch betriebene Heizplatten, ähnlich der eines Bügelei­ sens, aufgesetzt, die aufgrund ihres direkten Kontaktes eine sehr gute Wärmeübertragung und damit Aufheizung des Mauer­ werksverbandes gestatten. Diese elektrischen Heizplatten kön­ nen aus einem oder mehreren Systemen, entsprechend dem aufzu­ heizenden Mauerwerksquerschnitt bestehen.

Das Aufheizen des Mauerwerksverbandes ist weiterhin über einen aufgesetzten Heizkörper möglich, der wie ein Warmwasserheiz­ körper einer Zentralheizung über eine Trägerflüssigkeit be­ heizt wird, bzw. die Wärmeenergie zugeführt bekommt.

Eine weitere Aufheizmöglichkeit des Mauerwerksverbandes kann durch den Einsatz von Infrarotstrahlern realisiert werden. Da­ bei ist, wie bei der Mikrowellenstrahlung, ein direkter Kon­ takt mit dem Mauerwerk nicht nötig, was einbautechnische Vor­ teile bietet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Verschließen von untertägigen Hohlräumen im Salinar durch formschlüssiges Ausmauern der zu ver­ schließenden Öffnung mit aus Steinsalz bestehenden Blöcken und/oder Formkörpern aus gepreßtem Salzgrus, gekennzeichnet durch Erwärmen des Mauerwerks auf mindestens 420 K und hal­ ten dieser Temperatur so lange, daß nach dem Erkalten durch das auflaufende Gebirge ein Druck von mindestens 3,5 MPa eingestellt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum formschlüssigen Ausmauern ein Mörtel aus gesättigter Stein­ salzlösung und Salzgrus verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erwärmung erforderliche Wärmeenergie mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung in Mauerwerk und Gebirge einge­ bracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erwärmung erforderliche Wärmeenergie mit Hilfe von Widerstandsheizung in Mauerwerk und Gebirge eingebracht wird.