DE936922C

DE936922C - Verfahren zur Feststellung der Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschaechten

Info

Publication number: DE936922C
Application number: DED5758A
Authority: DE
Inventors: Carl-Hans Dr-Ing Biedendieck; Carl Deilmann
Original assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Current assignee: DEILMANN C BERGBAU GmbH
Priority date: 1950-09-20
Filing date: 1950-09-20
Publication date: 1955-12-22

Description

Verfahren zur Feststellung der Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschächten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschächten.
Die Richtungsüberwachung von Tiefbohrungen während des Bohrens ist insbesondere beim Gefrierschachtabteufen für die lotrechte Niederbringung der wie ein Kranz um den Schacht angeordneten Gefrierbohrlöcher notwendig. Der Erfolg der Ausbildung eines gleichmäßigen Frostmantels, der in den un.verfestigten und stark wasserhaltigen Sanden die Schachtwandung stützt, hängt wesentlich ab von der Einhaltung gleichmäßiger Abstände der Gefrierbohrlöcher untereinander. Da jedoch auch bei Einhaltung gleicher Abstände die unbekannte Ausbildung der Gebirgsschichten, insbesondere Unterschiede der Wasserführung, den Aufbau des Frostmantels beeinflussen, ist es aus betriebstechnischen Gründen erwünscht, die Stärke des Frostmantels und etwaiger offener Stellen, durch die die Wassereinbrüche erfolgen könnten, festzustellen und erforderlichenfalls laufend oder von Zeit zu Zeit zu überwachen.
Die Erfindung macht Gebrauch von dem an sich bekannten Verfahren zur vergleichenden Messung der Richtung ausgesandter und reflektierter Schallwellen und der Zeitdauer der Reflexion durch einen in einem Tiefbohrloch angeordneten, in radialer Richtung ausstrahlenden Geber und im gleichen Loch befindlichen Empfänger, wobei gemäß der Erfindung bei der Anwendung dieses Verfahrens zur Feststellung der Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschächten Geber und Empfänger im 'Mittelbohrloch eines Kranzes von Gefrierbohrlöchern angeordnet werden. Der im Mittelbohrloch angeordnete Geber sendet in einer oder mehreren radialen Richtungen Schallwellen solcher Art und Stärke aus, daß sie das Gebirge auf kurze Entfernungen zu durchdringen vermögen. Im Mittelbohrloch befindet sich außerdem der Empfänger; und man kann auf diese Weise die von dem Gefrierring reflektierten Schallwellen aufnehmen und nach Stärke und Laufzeit messen und dadurch die Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschächten bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht nämlich von der Erkenntnis aus, daß der Gefrierring eine Änderung im Brechungskoeffizienten des Gebirges für die verwendeten Schallwellen bewirkt, so daß an seiner Grenze eine teilweise Reflexion der Schallwellen erfolgt, während ein Teil der Schallwellen absorbiert wird.
Da es sich bei den festzustellenden Entfernungen um vergleichsweise geringe-Abstände handelt, ist es zweckmäßig, die Laufdauer nach dem Interferenzprinzip zu bestimmen und, um deutliche Anzeigen zu erhalten, Schallwellen mit höherer Frequenz zu wählen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt, und zwar ein horizontaler Schnitt durch ein senkrechtes Bohrloch mit darum angeordneten Gefrierringen mit einer Schällmeßvorrichtung.
Nach der Zeichnung ist im Mittelbohrloch z ein Schallreflektometer 2 drehbar angeordnet, dessen Ausstrahlung in radialer Richtung gegen den Gefrierring 3 gerichtet werden kann. Der Gefrierring entsteht hierbei durch die Überlappung der einzelnen Gefrierkreiseq., die sich radial um das Gefrierbohrloch 5 bilden. In dem dargestellten Beispiel ist der Frostring über den größten Teil seines Umfanges geschlossen. Bei 6 befindet sich jedoch eine Öffnung, die dadurch gebildet wird, daß die Frostkreise zweier benachbarter Bohrlöcher sich nicht gegenseitig überschneiden. Die benachbarten Frostringe haben ebenfalls nur verhältnismäßig geringen Durchmesser, so daß sich an dieser Stelle nur eine schwache Frostmauer gebildet hat. Da die Stärke -=des Frostkreises von der Struktur des Gebirges wesentlich abhängt, kann auch bei gleicher Gefrierleistung der einzelnen Bohrlöcher eine solche Unregelmäßigkeit auftreten.
Es ist aber nicht nur erforderlich, eine mangelhafte Gefrierleistung festzustellen, sondern aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auch die Gefrierleistung nicht unnötig hochzutreiben. Hierbei würde auch das Abteufen des Schachtes innerhalb des Frostringes unnötig erschwert werden; wenn nämlich der Frostring einen erheblich kleineren Durchmesser besitzt. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, den inneren Durchmesser und die Geschlossenheit der Gefriermauer ständig zu Überwachen.
Die Arbeitsweise des Verfahrens ist kurz folgende: Ein gerichteter Schallstrahl wird aus dem Mittelbohrloch in bestimmter Richtung gegen den Frostring ausgesandt und der reflektierte Strahl nach Stärke und Laufzeit mit dem ausgesandten Strahl verglichen. Dabei wird das Schallreflektometer allmählich gedreht und somit der gesamte Umfang des Frostringes abgetastet. Tritt ein Schallstrahl durch ein Fenster @ wie bei 6 hindurch, so wird entweder überhaupt keine Reflexion auftreten, zumindest aber eine deutlich merkbare Unregelmäßigkeit in der Stärke oder Laufzeit des reflektierten Strahls zu messen sein. Dadurch hat man einen Hinweisdaß an dieser -Stelle eine stärkere Gefrierleistung erforderlich ist.
Trifft ein Schallstrahl auf eine Berührungsstelle zwischen zwei Gefrierkreisen, die verhältnismäßig dünn ist, so wird zwar ein Teil reflektiert, jedoch der größere Teil zerstreut werden oder auch durch die dünne Gefrierstelle hindurchtreten. Auch hierbei ist eine genügend deutlich merkbare Unregelmäßigkeit in der Stärke des reflektierten Schallstrahls meßbar. Wird hierbei ein Reflektometer verwandt, das in mehreren, beispielsweise um 9o° gegeneinander versetzten Richtungen Schallstrahlen auszusenden ünd aufzunehmen gestattet, so ist natürlich nur eine go°-Drehung des Geräts erforderlich, um den gesamten Gefrierring abzutasten.
Man kann aber auch in der Weise verfahren, daß eine nicht gerichtete Schallwelle aus dem Mittelbohrloch nach allen Seiten auf den Gefrierring ausgestrahlt wird und durch gerichtete Schallempfänger nach Laufzeit und Stärke aufgenommen und registriert wird.
Besonders zweckmäßig ist die Anwendung von Ultraschall, da dieser verschiedene für den vorliegenden Zweck günstige Eigenschaften besitzt. Einmal ist eine Bündelung der Schallwellen hierbei besonders leicht ausführbar, zum anderen sind die Reflexionsverhältnisse und die Möglidhkeit der Messung der Laufdauer hierbei besonders günstig.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur vergleichenden Messung der Richtung ausgesandter und reflektierter Schallwellen und der Zeitdauer der Reflexion durch einen in einem Tiefbohrloch angeordneten, in radialer Richtung ausstrahlenden Geber und im gleichen Loch befindlichen Empfänger, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Feststellung der Ausbildung des Gefrierringes bei Gefrierschächten unter Anordnung des Gebers und des Empfängers im Mittelbohrloch eines Kranzes von Gefrierbohrlöchern. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. -- 156 0522, 2 200 476, 2 231 2q.3.