EP0170123B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge Download PDF

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EP0170123B1
EP0170123B1 EP85108639A EP85108639A EP0170123B1 EP 0170123 B1 EP0170123 B1 EP 0170123B1 EP 85108639 A EP85108639 A EP 85108639A EP 85108639 A EP85108639 A EP 85108639A EP 0170123 B1 EP0170123 B1 EP 0170123B1
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EP
European Patent Office
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pressure
sealant
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dam
cavity
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EP85108639A
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EP0170123A2 (de
EP0170123A3 (en
Inventor
Christian Dr.-Ing. Schrimpf
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Deutsche Gesellschaft Zum Bau und Betrieb Von Endlagern fur Abfallstoffe Mbh (dbe)
Original Assignee
Deutsche Gesellschaft Zum Bau und Betrieb Von Endlagern fur Abfallstoffe Mbh (dbe)
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/103—Dams, e.g. for ventilation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for sealing dam structures in underground routes, in particular in the salt mountains, according to the preambles of claims 1 and 3.
  • dams or dam structures in horizontal mines, have the task of sealing cavities against contamination media, which can be liquids or gases. Both the static and the sealing function are assigned to the dam building material. With regard to tightness, failures often occurred, particularly in potash and rock salt mining. These are primarily due to the fact that the conventional cross-sectional seals connected to the mountains cause cracks to form in the contact area between the dam and the mountains due to excessive tensile stresses.
  • Additional sealing elements serve either as a ring seal for sealing the contact zone on the circumference of the dam body or as a surface seal for sealing the entire cross section including the contact zone.
  • the sealant holds and seals in solid form, e.g. Bitumen or plastic sheets and / or metal foils, or in plastic to viscous form, e.g. Clay, bitumen or sand asphalt, by means of adhesive effect and their own material tightness on or between the impermeable static solids to be sealed.
  • solid form e.g. Bitumen or plastic sheets and / or metal foils
  • plastic to viscous form e.g. Clay, bitumen or sand asphalt
  • the sealants are in solid form, such as. B. rubber or plastic elements or in viscous form, such as. B. bitumen, under an overpressure compared to the pressure of the liquid or gaseous loading medium to be shut off. This overpressure prevents the medium from penetrating into contact joints. Any adhesive properties of the sealing material can support this sealing mechanism.
  • the overpressure of this type of seal with respect to the pressure of the media to be shut off can be generated by mechanically acting elements, for example hydraulic cylinders, hydrostatic overpressure action and physicochemical effects by swelling under overpressure development.
  • DE-C-195 434 shows a dam closure, in particular for salt mines, in which the shaft or the section in front of a dam door is covered with tubbing or masonry.
  • the dam door lies with its frame against a wedge ring.
  • the contact area between the wedge ring and the mountains is sealed by picotage.
  • the space between the tubbings and the mountains is filled with cement.
  • Air chambers are formed in the cementing behind the tubbing or the masonry, which are provided as examination and compression chambers and are used to examine the quality and reliability of the closure or the seal between the cement and the rock.
  • the chambers are filled with cement to restore a perfect seal, and another system of tubbings is added to create a new examination chamber. It is disadvantageous that a permanent seal cannot be achieved if salt solutions are not fully saturated due to the backwashing of the picotages.
  • DE-C-239 992 discloses a method and a device for securing mine rooms to be protected against drowned mine rooms of a salt mine.
  • a cushion made of a gaseous or liquid body which is indifferent to salts is provided between a dam door and the water or the lye. Air is proposed as gas and oil as liquid. A compressor maintains the air cushion. Since the sealing against gas pressure is extremely difficult and because of the different densities of air and brine, the gas cushion does not build up over the entire cross-section in salty or slightly inclined sections, a satisfactory sealing cannot be achieved.
  • DD-B-135 103 relates to a method for sealing sections in soluble rock layers.
  • a cavity section with material inert to the salt mountains (e.g. bitumen) and then with buffer liquor oversaturated with the salt mountains. Convection and diffusion are kept to a minimum by filling the cavity cross-section with piling and arranging barrier walls with staggered openings. The unsaturated lye is given the opportunity to be saturated.
  • an overpressure space that is filled with a material (silicone oil) that is inert to the mountains and the bitumen, alkali should be prevented from penetrating into the area of the sealing packs as long as the overpressure can be maintained.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device of the type mentioned in the introduction in such a way that a self-sealing and maintenance-free seal with a very long service life is achieved both for normal loads and for pressure loads.
  • the problem solutions according to the invention ensure that there is always an excess pressure of sealant against pressure loads of a load medium (liquid and / or gas), both in the case of low and high pressure loads by the load medium. Due to the pressure connection according to the invention between the pressure shaft and the load medium section, the pressure in the sealing system changes directly with the pressure of the load medium, so that a sufficient overpressure is always set in a self-regulating manner. The use of pumps is unnecessary. The intended overpressure can therefore be maintained in the long term. Loss of sealant, e.g.
  • the device shown in the drawing (Fig. 1 and 2) for sealing dam structures in underground routes, especially in the salt mountains 1, has between a stationary abutment 2 and an auxiliary dam 4 on a cavity 6, which is filled with a liquid to viscous sealant 7 and has a pressure shaft 8, in which a column of sealant 10 stands with a height h.
  • the pressure shaft 8 is closed at the top.
  • the static abutment 2 is located on the side of the cavity 6 facing the section 12 to be protected, and the auxiliary dam 4 closes the cavity 6 against the section 14 with the load medium (liquid and / or gas) that may be expected.
  • the part of the pressure shaft located above the sealant column 10 is connected to the load medium section part 14 via a connecting bore 16.
  • the static abutment 2 according to FIG. 1 is designed as a parallel, mountain-connected abutment and the auxiliary dam as a parallel, mountain-connected dam.
  • Other known cross-sectional shapes of the abutment and the auxiliary dam, such as single or multiple truncated cones, teeth etc. are also possible.
  • any type of construction is possible that is able to absorb the pressure loads occurring through the mountains and gases or liquids and to dissipate them into the surrounding mountains.
  • FIG. 2 shows an example of a static abutment for gas or liquid pressure loads of approximately 100 bar in a quadruple frustoconical design, which is connected to the mountains in a non-positive or positive manner.
  • the abutment can have a length of approx. 13 m, for example, and can be made of concrete.
  • the auxiliary dam can be designed, for example, in the form of a single truncated cone due to the low pressure load caused by the sealant, and can be connected to the mountains in a non-positive or positive manner. It can have a length of approx. 4 m, for example, and can also be made of concrete.
  • a sliding layer 17 can be provided between the abutment or auxiliary dam and mountains of asphalt slabs.
  • cross-sectional seals 18 made of sand asphalt can be provided on the cavity side as well as on the auxiliary dam, as is shown schematically in FIG. 2.
  • the sealing device shown in the drawing acts as follows.
  • This overpressure P u also corresponds to the maximum differential pressure across the auxiliary dam, which is designed statically according to this differential pressure.
  • an overpressure is set which, compared to the overpressure, normally results in no pressure loading due to a loading fluid, which results from the respective standing height h F Fluid in the connection bore 16 resulting hydrostatic pressure
  • Equation (3) practically always applies to gaseous loading media.
  • sealant losses occur, for example due to relocation in the event of a load or due to penetration of sealant into cracks and the like, the losses being further favored by temperature-related viscosity reductions, these are automatically compensated for from the sealant column 10, which forms a sealant supply.
  • the sealing device described is therefore particularly suitable for repository mines in which elevated temperatures due to the heat of decay must be expected. Maintenance of the sealing device, which may no longer be accessible later, is therefore not necessary.
  • additional pipelines 19 can be provided for refilling sealant in the pressure shaft, in particular while the dam structure is being navigable.
  • such pipelines are not necessary.
  • Liquid to viscous substances such as bitumen and asphalt are used as sealants.
  • Asphalt from standard bitumen and limestone flour filler (density: 1.4 t / m 3 ) or heavy spar powder filler (density: 2.3 t / m3) can be used as a sealant, whereby the desired asphalt density can be set between the specified values using a suitable filler additive .
  • the density of a saturated salt solution depends on the composition and can be of the order of 1.35 t / m 3 .
  • the pressure shaft 8 is shown in the drawing as a shaft closed at the top. In principle, it can be of any desired height and can also be led to the surface of the earth 11, as is indicated by dashed lines in FIG.
  • the pressure shaft can be removed or piped. Piping will be carried out, in particular, for a run to the earth's surface.
  • the diameter of the pressure shaft can in principle be any. It essentially depends on the expected loss of sealant. With increasing diameter, the influence of the loss of sealant on the height of the sealant column h decreases.
  • the diameter can be 3 m, for example.
  • connection between the pressure shaft 8 and the section part 14 can, in addition to being a bore 16, as described above, also be constructed as sections 20 and shafts 22 which have been mined, as is shown in broken lines in FIG. 2.
  • connection whether as a bore or as a stretch and shaft, can - like the shaft - be expanded or piped.
  • connection between the upper part of the pressure shaft and the section part 14 can, in addition to a bore 16 or a shaft 20 and a section 22, also by a pipe connection 24 (shown in broken lines in FIG. 2) from the section part 14 through the auxiliary dam 4, through the cavity 6 and the shaft 8 take place in the shaft part located above the level of the sealant column 10.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge, gemäß Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
  • Im untertägigen Bergbau fällt den Querschnittsabdichtungen, in horizontalen Grubenbauen als Dämme oder Dammbauwerke bezeichnet, die Aufgabe zu, Hohlräume gegenüber Belastungsmedien, die Flüssigkeiten oder Gase sein können, abzudichten. Dabei wird dem Dammbaustoff sowohl die statische wie auch die dichtende Funktion zugeordnet. Hinsichtlich der Dichtigkeit stellten sich besonders im Kali- und Steinsalzbergbau häufig Mißerfolge ein. Diese sind in erster Linie darauf zurückzuführen, daß es bei den herkömmlichen gebirgsverbundenen Querschnittsabdichtungen im Kontaktbereich zwischen Damm und Gebirge infolge zu hoher Zugspannungen zu Rißbildungen kommt.
  • Im Fall eines imperfekten, d.h. permeablen Kontaktes zwischen dem dichten Dammkörper und dichten Gebirge wird die Dichtigkeit mit Hilfe von zusätzlichen Dichtungselementen bzw. Dichtungsmaßnahmen erreicht.
  • Zusätzliche Dichtungselemente dienen entweder als Ringdichtung für die Abdichtung der Kontaktzone am Umfang des Dammkörpers oder als Flächendichtung zur Abdichtung des ganzen Querschnittes einschließlich der Kontaktzone.
  • Vom psysikalischen Kontaktmechanismus des Dichtungsmittels her unterscheidet man Dichtungen mit reiner Adhäsionswirkung und Dichtungen mit Überdruckwirkung.
  • Bei Dichtungen mit reiner Adhäsionswirkung hält und dichtet das Dichtungsmittel in fester Form, wie z.B. Bitumen- oder Kunststoffbahnen und/oder Metallfolien, oder in plastisch bis zähflüssiger Form, wie z.B. Ton, Bitumen oder Sandasphalt, mittels Klebewirkung und eigener Stoffdichtigkeit an den bzw. zwischen den zu dichtenden undurchlässigen statischen Festkörpern. Differentialbewegungen zwischen Dammkörper und Gebirge im Zuge der statischen Lastaufnahme und Lastabtragung durch das Absperrbauwerk können die adhäsive Dichtwirkung beeinträchtigen. Ebenso können örtliche bzw. zonale mechanische Überbeanspruchungen der (originär dichten) statischen Widerlager die Wirkung einer Abdichtung beeinträchtigen.
  • Unter hohen mechanischen Beanspruchungen, hohen Flüssigkeitsdrücken bzw. steilen Druckgradienten, aber auch unter starken Verformungen bzw. Differentialbewegungen unter Last können also rein adhäsiv wirkende Dichtungssysteme unter dem Einfluß verschiedener Beschädigungsmechanismen ihre Wirksamkeit verlieren.
  • Bei den Dichtungen mit Überdruckwirküngsweise stehen die Dichtungsmittel in fester Form, wie z. B. Gummi-oder Kunststoffelemente oder in zähflüssiger Form, wie z. B. Bitumen, unter einem Überdruck gegenüber dem Druck des abzusperrenden flüssigen bzw. gasförmigen Belastungsmediums. Dieser Überdruck verhindert das Eindringen des Mediums in Kontaktfugen. Etwaige Adhäsionseigenschaften des Dichtungsmaterials können diesen Dichtungsmechanismus unterstützen.
  • Wenn und solange dieser Überdruck wirkt, behält eine solche Dichtung ihre Wirksamkeit.
  • Der Überdruck dieser Dichtungsart gegenüber dem Druck der abzusperrenden Medien kann erzeugt werden durch mechanisch wirkende Elemente, beispielsweise Hydraulikzylinder, hydrostatische Überdruckwirkung und physikalisch-chemische Wirkungen durch Quellen unter Überdruckentwicklung.
  • Besondere Probleme ergeben sich beim Abdichten im Salzgebirge, weil durch den Stoffaustausch zwischen Salzlauge und Gebirge Umläufigkeiten über das Gebirge auftreten.
  • Die DE-C-195 434 zeigt einen Dammverschluß, insbesondere für Salzbergwerke, bei dem der Schacht oder die Strecke vor einer Dammtür mit Tübbings oder Mauerwerk verkleidet ist. Die Dammtür legt sich mit ihrem Rahmen gegen einen Keilkranz. Die Abdichtung im Kontaktbereich zwischen Keilkranz und dem Gebirge erfolgt durch Pikotagen. Der Raum zwischen den Tübbings und dem Gebirge wird mit Zement ausgefüllt. In der Zementierung hinter den Tübbings oder dem Mauerwerk sind Luftkammern gebildet, die als Untersuchungs-und Preßkammern vorgesehen sind und dazu dienen, die Güte und Zuverlässigkeit des Abschlusses bzw. der Abdichtung zwischen dem Zement und dem Gebirge zu untersuchen. Sollte sich herausstellen, daß beispielsweise infolge Haarfugen das abzuschließende Wasser einsickert, so werden die Kammern mit Zement verfüllt, um wieder eine einwandfreie Abdichtung herzustellen, und man baut ein weiteres System von Tübbings an, um sich eine neue Untersuchungskammer zu schaffen. Nachteilig ist, daß beim Anstehen nicht vollständig gesättigter Salzlösungen infolge Hinterspülens der Pikotagen eine dauerhafte Abdichtung nicht erreicht werden kann.
  • Aus der DE-C-198 375 ist eine Grubendammanlage für in Stein- oder Kalisalz oder dergleichen oder in anderen löslichen Gebirgsschichten stehende Querschläge oder Strecken bekannt. Um zu verhindern, daß die Dammanlage durch das hinter dem Damm in dem ersoffenen Grubenraum stehende Wasser, das gewöhnlich nicht aus gesättigter Sole oder Lösung besteht und das Salzgebirge auflöst, undicht wird und nicht mehr gehalten werden kann, sind eine oder mehrere Rohrleitungen vom Tage aus vorgesehen, über die ein zwischen zwei Dämmen oder Dammtüren eingeschlossener Raum mit einer gesättigten Lösung derjenigen Salze, welche im Querschlag oder der Strecke anstehen, gefüllt und unter Druck gehalten wird. Hierdurch soll erreicht werden, daß durch die vorhandenen Risse nur gesättigte Lösungen nach dem ersoffenen und nach dem geschützten Grubenraum abfließen können und sich somit die vorhandenen Risse nicht vergrößern können. Da aber die innere Leibung des Dammes trotzdem mit der ungesättigten Einbruchslösung in Kontakt kommt, besteht die Gefahr von Umläufigkeiten.
  • Durch die DE-C-239 992 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherung von zu schützenden Grubenräumen gegen ersoffene Grubenräume eines Salzbergwerkes bekannt. Zur Erzielung einer Abdichtung ist zwischen einer Dammtür und dem Wasser oder der Lauge ein Polster aus einem gegen Salze indifferenten gasförmigen oder flüssigen Körper vorgesehen. Als Gas wird Luft und als Flüssigkeit Öl vorgeschlagen. Ein Kompressor sorgt für die Aufrechterhaltung des Luftpolsters. Da die Abdichtung gegenüber Gasdruck außerordentlich schwierig ist und in söhligen oder schwach geneigten Strecken aufgrund der unterschiedlichen Dichten von Luft und Salzlauge das Gaspolster sich nicht über den gesamten Querschnitt aufbaut, ist eine zufriedenstellende Abdichtung nicht zu erreichen.
  • Die DD-B-135 103 betrifft ein Verfahren zur Abdichtung von Strecken in löslichen Gebirgsschichten. Vor einem statischen Widerlager ist ein Hohlraumabschnitt mit gegenüber dem Salzgebirge inertem Material (z.B. Bitumen) und anschließend mit gegenüber dem Salzgebirge übersättigten Pufferlauge angeordnet. Konvektion und Diffusion sind durch Ausfüllen des Hohlraumquerschnitts mit Haufwerk und Anordnung von Sperrmauern mit versetzten Öffnungen gering gehalten. Der ungesättigten Lauge wird die Möglichkeit zur Aufsättigung gegeben. Durch Anordnung eines Überdruckraumes, der mit einem gegenüber dem Gebirge und dem Bitumeninerten Material (Silikonöl) gefüllt ist, soll ein Eindringen von Lauge in den Bereich der Abdichtpackungen verhindert werden, solange der Überdruck gehalten werden kann. Durch Rohrleitungen werden von der Luftseite Druckmessungen, Probenahmen und Nachverpressungen von Pufferlauge vorgenommen, Nachverpressungen von inerten Abdichtmedien durchgeführt und ein Überdruck gegenüber dem Laugendruck erzeugt. Um Löseerscheinungen auszuschalten, ist ein langer Hohlraumabschnitt mit einer Stoßraumisolierung vorgesehen. Diese wird nicht vollständig bis an das statische Widerlager herangeführt, damit dem Abdichtmedium nicht die Möglichkeit genommen wird, den ausbruchsnahen Gebirgsbereich zu dichten. Um das Hinterkriechen der Stoßisolierung zu verhindern bzw. einzuschränken, ist die Isolierung mehrere Male in radial verlaufende Richtungsschlitze eingebunden, die mit Kunststoff verpreßt werden. Nachteilig ist, daß Überdruck im Dichtungssystem immer dem Druck anstehender Störfallmedien angepaßt werden muß, und zwar mit Hilfe von Pumpen, welche nicht wartungsfrei sind, den erforderlichen Druck nicht über Jahre aufrechterhalten können und nur einsetzbar sind, solange der Damm von einer Seite befahrbar ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sowohl für den Normallastfall als auch für den Druckbelastungsfall eine selbstdichtende und wartungsfreie Abdichtung mit sehr langer Lebensdauer erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 3 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäßen Aufgabenlösungen ist gewährleistet, daß stets ein Dichtmittel-Überdruck gegenüber Druckbelastungen eines Belastungsmediums (Flüssigkeit und/oder Gas) vorhanden ist, sowohl im Falle geringer als auch hoher Druckbelastung durch das Belastungsmedium. Durch die erfindungsgemäße druckmäßige Verbindung zwischen Druckschacht und Belastungsmedium-Strecke ändert sich der Druck im Dichtungssystem unmittelbar mit dem Druck des Belastungsmediums, so daß sich stets selbstregelnd ein ausreichender Überdruck einstellt. Ein Einsatz von Pumpen ist überflüssig. Der vorgesehene Überdruck kann daher langfristig aufrechterhalten werden. Dichtmittelverluste, beispielsweise durch Widerlagerverschiebungen, Rißbildungen usw., die auch noch durch temperaturbedingte Viskositätsverringerungen begünstigt werden, werden durch die Dichtmittelsäule im Schacht, die einen Dichtmittelvorrat darstellt, selbsttätig ergänzt, so daß die Funktionstüchtigkeit der erfindungsgemäßen Abdichtung an den entscheidenden Kontaktstellen zwischen Dammbauwerk und Gebirge aufrechterhalten bleibt. Damit schafft die Erfindung ein inhärent sicheres Abdichtsystem.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen 2 und 4 bis 18 angegeben.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.
    • Es zeigt
    • Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer gestrichelt eingezeichneten Variante, und
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Modifikationen.
  • Die in der Zeichnung (Fig. 1 und 2) dargestellte Vorrichtung zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge 1, weist zwischen einem stationären Widerlager 2 und einem Hilfsdamm 4 einen Hohlraum 6 auf, der mit einem flüssigen bis zähflüssigen Dichtmittel 7 gefüllt ist und einen Druckschacht 8 aufweist, in dem eine Dichtmittelsäule 10 mit einer Höhe h steht. Der Druckschacht 8 ist oben geschlossen ausgebildet.
  • Das statische Widerlager 2 befindet sich auf der dem zu schützenden Streckenteil 12 zugewandten Seite des Hohlraumes 6, und der Hilfsdamm 4 schließt den Hohlraum 6 gegen den Streckenteil 14 mit dem eventuell zu erwartenden Belastungsmedium (Flüssigkeit und/oder Gas) ab.
  • Der über der Dichtmittelsäule 10 befindliche Teil des Druckschachtes ist über eine Verbindungsbohrung 16 mit dem Belastungsmedium - Streckenteil 14 verbunden.
  • Das statische Widerlager 2 gemäß Fig. 1 ist als paralleles, gebirgsverbundenes Widerlager und der Hilfsdamm als paralleler, gebirgsverbundener Damm ausgebildet. Andere bekannte Querschnittsformen des Widerlagers und des Hilfsdammes, wie ein- oder mehrfachkegelstumpfförmig, gezahnt usw. sind ebenfalls möglich.
  • Grundsätzlich ist jede Konstruktionsart möglich, die in der Lage ist, die auftretenden Druckbelastungen durch das Gebirge und Gase bzw. Flüssigkeiten aufzunehmen und in das umgebende Gebirge abzutragen.
  • Die Fig. 2 zeigt beispielhaft ein statisches Widerlager für Gas- bzw. Flüssigkeitsdruckbelastungen von ca. 100 bar in 4-fach-kegelstumpfförmiger Bauweise, das kraft-oder formschlüssig mit dem Gebirge verbunden ist. Das Widerlager kann beispielsweise eine Länge von ca. 13 m aufweisen und in Betonbauweise ausgeführt sein.
  • Der Hilfsdamm kann beispielsweise wegen der geringen Druckbelastung durch das Dichtmittel 1-fach-kegelstumpfförmig ausgebildet und kraft-oder formschlüssig mit dem Gebirge verbunden sein. Er kann beispielsweise eine Länge von ca. 4 m aufweisen und ebenfalls in Betonbauweise ausgeführt sein.
  • Im Falle eines formschlüssigen Verbundes kann eine Gleitschicht 17 zwischen Widerlager bzw. Hilfsdamm und Gebirge aus Asphaltplatten vorgesehen werden.
  • Um Dichtmittelverluste durch Eindringen von Dichtmittel in die Kontaktfugen zwischen Widerlager bzw. Hilfsdamm und Gebirge zu minimieren, können sowohl am statischen Widerlager als auch am Hilfsdamm hohlraumseitig Querschnittsabdichtungen 18 aus Sandasphalt vorgesehen werden, wie dies in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zum Abdichten wirkt wie folgt.
  • Im Normallastfall, wenn keine Druckbelastung durch ein anstehendes Belastungsmedium auftritt, steht das Dichtungsmittel im Hohlraum 6 zwischen dem statischen Widerlager 2 und dem Hilfsdamm 4 unter einem Überdruck, der sich aus dem hydrostatischen Druck der Dichtmittelsäule 10 der Höhe h ergibt und gegeben ist durch folgende Gleichung:
    Figure imgb0001
    • mit Pü = Überdruck
    • pD = Dichte des Dichtmittels
    • h = Höhe der Dichtmittelsäule
    • g = Erdbeschleunigung
  • Dieser Überdruck Pü entspricht auch dem maximalen Differenzdruck über dem Hilfsdamm, welcher statisch diesem Differenzdruck entsprechend ausgelegt ist.
  • Der Druckschacht 8 und das Streckenteil 14 für das Belastungsmedium bilden über die Verbindungsbohrung 16 ein System nach Art kommunizierender Röhren. Ist das Streckenteil 14 mit Belastungs - Flüssigkeit gefüllt und steigt der Flüssigkeitsdruck Po, so wird die Flüssigkeit abhängig von der Höhe dieses Druckes in der Verbindungsbohrung 16 hochgedrückt und in den Druckschacht gepreßt. Dort übt sie einen gegenüber dem Druck Po um AP = PF . h . g reduzierten Druck auf die Dichtmittelsäule aus. Der resultierende absolute Druck Pa im Dichtmittel 7 am Hilfsdamm 8 beträgt dann
    Figure imgb0002
  • Unabhängig von der Höhe des Flüssigkeitsdruckes im Lastfalle Po stellt sich somit selbstregelnd über dem Hilfsdamm ein Differenzdruck bzw. im Hohlraum 6 ein Überdruck ein, der gegenüber dem oben in der Gleichung (1) angegebenen Überdruck für den Normallastfall um den hydrostatischen Druck der Belastungs-Flüssigkeitssäule mit einer Höhe h in der Verbindungsbohrung 16 verringert ist. Dieser Überdruck POL ergibt sich somit im Belastungsfall zu
    Figure imgb0003
    mit pF = Dichte der Flüssigkeit
  • Ist das Belastungsfallmedium ein Gas, so ergibt sich ein Überdruck POL von
    Figure imgb0004
    mit PG = Dichte des Gases
  • Um stets einen Überdruck im Lastfalle zu haben, muß pp > PF und > PG gewählt werden.
  • Ist der Druck der Belastungs - Flüssigkeit nicht so groß, daß die Flüssigkeit in den Druckschacht gedrückt wird, so stellt sich ein Überdruck ein, der gegenüber dem Überdruck im Normalfall ohne Druckbelastung durch eine Belastungs-Flussigkeit um den sich aus der jeweiligen Standhöhe hF der Flüssigkeit in der Verbindungsbohrung 16 ergebenden hydrostatischen Druck
    Figure imgb0005
    • verringert ist.
  • Der Überdruck für diesen Fall ergibt sich also zu
    Figure imgb0006
  • In der Gleichung (5) ist POL positiv für h . PD >
  • Man erkennt hieraus, daß der Abstand der Einmündung der Verbindungsbohrung in den Druckschacht für Belastungsfallflüssigkeit zum Pegel des Dichtmittels im Druckschacht 8 nicht so groß werden darf, daß h . po < hF . pF wird, weil dann ein Differenzdruck von 0 über dem Hilfsdamm oder ein Unterdruck im Hohlraum 6 entsteht, wodurch die Dichtwirkung der Abdichtvorrichtung aufgehoben wird. Dies kann vermieden werden, wenn der Verbindungskanal 16 etwa in Höhe des Dichtmittelpegels in den Druckschacht 8 mündet.
  • Bei gasförmigen Belastungsmedien gilt praktisch stets die Gleichung (3).
  • Sollten Dichtmittelverluste auftreten, beispielsweise durch Wiederlagerverschiebung im Belastungsfall oder durch Eindringen von Dichtmittel in Risse und dergleichen, wobei die Verluste durch temperaturbedingte Viskositätsverringerungen noch begünstigt werden, so werden diese aus der Dichtmittelsäule 10, die einen Dichtmittelvorrat bildet, selbsttätig ausgeglichen. Damit ist die beschriebene Abdichtvorrichtung besonders geeignet für Endlagerbergwerke, in denen mit erhöhten Temperaturen durch Nachzerfallswärme gerechnet werden muß. Eine Wartung der später unter Umständen nicht mehr zugänglichen Abdichtvorrichtung ist somit nicht notwendig.
  • Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit der Abdichtvorrichtung können zusätzliche Rohrleitungen 19 (Fig. 1) zum Nachfüllen von Dichtmittel im Druckschacht, insbesondere während der Zeit der Befahrbarkeit des Dammbauwerkes, vorgesehen werden. Notwendig sind solche Rohrleitungen allerdings nicht.
  • Als Dichtmittel werden flüssige bis zähflüssige Stoffe, beispielsweise Bitumen und Asphalt, verwendet.
  • Als Dichtmittel können Asphalte aus Normenbitumen und Kalksteinmehlfüller (Dichte: 1,4 t/m3) bzw. Schwerspatmehlfüller (Dichte: 2,3 t/m3) eingesetzt werden, wobei die gewünschte Asphaltdichte durch einen entsprechenden Füllerzusatz zwischen den genannten Werten eingestellt werden kann.
  • Die Dichte einer gesättigten Salzlösung hängt von der Zusammensetzung ab und kann in der Größenordnung von 1,35 t/m3 liegen.
  • Wählt man z. B. einen Überdruck Pü von 5 bar, so muß die Höhe h der Dichtmittelsäule (Dichte des Asphalts z.B.: 1,8 t/m3) ca. 29 m betragen. Daraus resultiert ein Überdruck POL im Belastungsfall durch Flüssigkeiten (Dichte: 1,35 t/m3) von ca. 1,3 bar. Im Falle der Druckbelastung durch Gase gilt aufgrund der geringen Dichte von Gasen praktisch Pü = PÜL.
  • Der Druckschacht 8 ist in der Zeichnung als oben geschlossener Schacht dargestellt. Er kann grundsätzlich beliebig hoch sein und auch bis zur Erdoberfläche 11 geführt werden, wie dies gestrichelt in der Fig. 1 angedeutet ist. Der Druckschacht kann ausgebaut oder verrohrt sein. Eine Verrohrung wird insbesondere bei einer Führung bis zur Erdoberfläche erfolgen.
  • Der Durchmesser des Druckschachtes kann grundsätzlich beliebig sein. Er richtet sich im wesentlichen nach den zu erwartenden Dichtmittelverlusten. Mit zunehmendem Durchmesser nimmt der Einfluß der Dichtmittelverluste auf die Höhe der Dichtmittelsäule h ab. Der Durchmesser kann beispielsweise 3 m betragen.
  • Die Verbindung zwischen Druckschacht 8 und Streckenteil 14 kann außer als Bohrung 16, wie oben beschrieben, auch als bergmännisch aufgefahrene Strecken 20 und Schächte 22 ausgebildet sein, wie dies in der Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist.
  • Die Verbindung, ob als Bohrung oder als Strecke und Schacht ausgebildet, kann - wie der Schacht - ausgebaut oder verrohrt sein.
  • Die Verbindung zwischen oberem Teil des Druckschachtes und dem Streckenteil 14 kann außer durch eine Bohrung 16 oder einen Schacht 20 und eine Strecke 22 auch durch eine Rohrverbindung 24 (gestrichelt in der Fig. 2 eingezeichnet) vom Streckenteil 14 durch den Hilfsdamm 4, durch den Hohlraum 6 und den Schacht 8 bis in den oberhalb des Pegels der Dichtmittelsäule 10 befindlichen Schachtteil erfolgen.

Claims (18)

1. Verfahren zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge, bei dem in einen Hohlraum (6) ein flüssiges Dichtmittel (7) gefüllt und unter Überdruck gegenüber dem Druck eines Belastungsmediums gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck durch einen das Dichtmittel (7) beaufschlagenden, voreinstellbaren Druck und durch den vom Belastungsmedium ausgeübten Druck erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der voreinstellbare Druck durch den hydrostatischen Druck einer mit dem im Hohlraum (6) befindlichen flüssigen Dichtmittel in Verbindung stehenden Säule (10) aus Dichtmittel erzeugt wird.
3. Vorrichtung zum Abdichten von Dammbauwerken in untertägigen Strecken, insbesondere im Salzgebirge, mit einem mit Dichtmittel (7) gefüllten und unter Überdruck gehaltenen Hohlraum (6), der zwischen einem zu schützenden Teil (12) der Strecke und einem anderen Teil (14) der Strecke angeordnet ist, in dem ein Belastungsmedium anstehen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) einen Druckschacht (8) aufweist, in dem das Dichtmittel (7) bis zu einer bestimmten Höhe (h) ansteht und dessen über dem Dichtmittelpegel befindliches Teil mit der für das Belastungsmedium vorgesehenen Strecke (14) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzechnet, daß der Hohlraum (6) auf der benachbart zum zu schützenden Teil (12) der Strecke gelegenen Seite von einem an sich bekannten statischen Widerlager (2) und auf der gegenüberliegenden, dem Belastungsmedium zugewandten Seite von einem Hilfsdamm (4) begrenzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Widerlager (2) zur Aufnahme der statischen Gesamtlast von Dichtmittel (7) und Belastungsmedium ausgelegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsdamm (4) zur Aufnahme des maximalen Differenzdruckes zwischen Druck im Hohlraum und Druck im Streckenteil (14) für das Belastungsmedium ausgelegt ist.
7.Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Widerlager (2) ein gebirgsverbundenes, paralleles oder mehrfach-kegelstumpfförmiges Widerlager ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsdamm (4) als gebirgsverbundener, paralleler oder kegelstumpfförmiger Damm ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß bei einem formschlüssigen Verbund zwischen Widerlager (2) bzw. Hilfsdamm (4) und Gebirge (1) eine Gleitschicht (17) bspw. aus Asphaltplatten, vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am statischen Widerlager (2) und/oder am Hilfsdamm (4) hohlraumseitig zusätzliche Querschnittsabdichtungen (18), beispielsweise aus Sandasphalt, zum Verhindern eines Eindringes von Dichtmittel in die Kontaktfugen zwischen Widerlager bzw. Hilfsdamm und Gebirge angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Druckschachtes (8) geschlossen ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschacht (8) bis zur Erdoberfläche (11) geführt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des über der Dichtmittelsäule (10) befindlichen Druckschachtteiles und der Belastungsmedium-Strecke (14) ein im Gebirge (1) ausgebildeter Kanal (16, 20, 22) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (16, 20) etwa in Höhe des Dichtmittelpegels in den Druckschacht (8) mündet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal winklig, beispielsweise in Form bergmännisch aufgefahrener Strecken (20) und Schächte (22), oder als schräge Verbindungsbohrung (16) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausbau oder eine Verrohrung des Druckschachtes (8) und/oder des Verbindungskanals (16, 20, 22) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des über der Dichtmittelsäule (10) befindlichen Druckschachtteiles und der Belastungsmedium-Strecke (14) eine von der Strecke (14) durch den Hilfsdamm (4), den Hohlraum (6) und den Schacht (8) bis oberhalb der Dichtmittelsäule (10) gelegte Rohrverbindung (24) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmittel (7) eine größere Dichte aufweist als das Belastungsmedium.
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