DE329896C - Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Schaechten, insbesondere durch wasserfuehrende Schichten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Schaechten, insbesondere durch wasserfuehrende Schichten

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DE329896C
DE329896C DE1914329896D DE329896DD DE329896C DE 329896 C DE329896 C DE 329896C DE 1914329896 D DE1914329896 D DE 1914329896D DE 329896D D DE329896D D DE 329896DD DE 329896 C DE329896 C DE 329896C
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Charbonnages De Beeringen SA D
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D1/00Sinking shafts
    • E21D1/10Preparation of the ground
    • E21D1/12Preparation of the ground by freezing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Schächten, insbesondere durch wasserführende Schichten. Beim Abteufen von Schächten durch wasserführende Schichten bedient man sich des Gefrierverfahrens, falls man sie durch eine übertags aufgestellte Gefriereinrichtung erreichen kann. Zuweilen kommen diese Schichten aber in solcher Tiefe vor, daß das gewöhnliche Abteuf.verfahren nicht ausführbar oder unwirtschaftlich ist, oder die wasserführenden Schichten kommen unvorhergesehenerweise erst im Laufe des Abteufverfahrens zum Vorschein. Da diese Schichten unter Druck stehen, können die Gefrierlöcher nicht in der gewöhnlichen Weise vom Grunde des Schachtes aus gebohrt werden.
  • Der Zweck der Erfindung ist nun, ein Verfahren zum Abteufen von Schächten zu schaffen, gemäß welchem die Bohrlöcher stets in gefrorenem Erdreich niedergebracht werden. Erreicht. wird dies dadurch, daß das Erdreich von einem mittleren Bohrloch ausgehend in den sich anschließenden nächstfolgenden äußeren Schichten zum Gefrieren gebracht wird durch Bohrlöcher, die in den jeweils vorher erhärteten inneren Schichten niedergebracht werden. .
  • Zur Ausübung des oben angegebenen Verfahrens bedient -man sich der Erfindung gemäß einer Bohrstange mit doppeltem Kühlmantel, durch welchen bei der Bohrarbeit für das mittlere Bohrloch eine Kühlflüssigkeit hindurchgeführt wird, wobei der Hohlraum zwischen dgm äußeren Umfange des Kühlmantels der Bohrstange und dem umgebenden Erdreich durch Quecksilber gedichtet ist. Eine Ausführungsform des neuen Verfahrens soll nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert werden.
  • Fig. i zeigt - im Grundriß das strahlige Fortschreiten der Bohrungen von einem mittleren Bohrloch aus, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt des Schachtes während des Abteufens; Fig. 3 die Herstellung des ersten (mittleren) Bohrloches, .
  • Fig. q. den Vortrieb des unteren Endes des Bohrers, Fig. 5 einen Bohrer mit doppeltem Mantel: Um wasserführende Schichten gemäß der Erfindung zu durchbrechen, wird zunächst ein mittleres Bohrloch i (Fig. i) hergestellt und durch dieses eine Kühlflüssigkeit hindurchgeschickt, um rings um das Rohr herum das Erdreich in einer Säule a zu gefrieren. In dein erhärteten Erdreich werden Bohrlöcher 2 niedergebracht, die unter der Einwirkung der durch Leitungen 7a, i (Fig. 2) zugeführten Kühlflüssigkeit Gefriersäulen um jedes Bohrloch ergeben. Die verschiedenen Einzelsäulen schließen sich aneinander und vergrößern dadurch die Dicke des gefrorenen Kernes; der nach Ausführung der Löcher 2 durch den Umkreis b begrenzt wird. Nunmehr werden Löcher 3 gebohrt, welche den Gefrierkern bis zum Umfange ausdehnen. So wird weiter- gearbeitet, bis durch die Löcher 5 ein Kern e von genügendem Umfange erzielt wird, um darin den zu bauenden Schacht vollkommen durch die wasserführende Schicht abzuteufen. Auf diese Weise wird ein größerer Querschnitt des Erdreichs erhärtet, als der abzuteufende Schacht erhalten soll, so daß nach dem vollständigen Erhärten der Schacht in dieser gefrorenen Masse niedergebracht werden kann, und als Schutz gegen das Wasser ein ringförmiger harter Wall verbleibt, dessen Dicke genügend stark ist, um dem Druck des Erdreiches zu widerstehen.
  • Soll z. B. ein Schacht von 6 m Durchmesserabgeteuft werden, so wird das Erdreich bis zu 12- m im Durchmesser erhärtet. Nach dem Erhärten wird der Kühlflüssigkeitsumlauf in allen Bohrlöchern innerhalb eines Kreises von 6 m Durchmesser unterbrochen, und bei dein nunmehr beginnenden Abteufen des Schachtes bleibt ein aus gefrorenem Erdreich gebildeter, 3 m dicker Schutzwall bestehen.
  • Beim Niederbringen des ersten Bohrloches i wird in bekannter Weise verfahren, indem man sich über der Wasserdruckhöhe hält. In der Verrohrung, die zum Bohren dieses Loches gedient hat, werden die Gefrierrohre untergebracht, und die Kühlflüssigkeit wird von der Oberfläche her eingeleitet.
  • Zum Bohren des ersten Loches kann jedoch das Gefrieren auch schrittweise nach der Tiefe zu z: B. in folgender Weise ausgeführt werden: "-Oberhalb der zu durchbrechenden wasserführenden Schicht muß sich entweder eine undurchlässige Schicht vorfinden, oder es muß eine solche Schicht künstlich durch Beton hergestellt werden.
  • Das in dieser Schicht vorhandene Loch wird bis zu der Stelle i2 (Fig. 3) geführt, d. h. bis zu wenigen Metern über der wasserführenden Schicht i9, dann verrohrt und bei il zementiert, damit zwischen dem Rohr und dem Erdreich eine zuverlässige Dichtung entsteht. Der Kopf des Rohres ist mit einer ein einfaches Schutzmittel für einen etwaigen Unfall bildenden Stopfbüchse j (Fig. 5) versehen, durch welche die Bohrstange hindurchgeht.
  • Zur Weiterführung der Bohrung wird eine Bohrstange k mit doppeltem Kühlmantel e, e' (Fig. 5) verwendet, in deren Mantel e1 die bei in eintretende und das Rohr bei ia verlassende Kühlflüssigkeit umläuft und das frische Erdreich gefriert, ehe der Bohrer darin eindringt. Wie aus Fig. d. zu ersehen ist, begrenzen die Abschnitte p1, p=, p3 das gefrorene Erdreich, wenn das Ende` der Bohrstange sich bei q1, q=, q3 befindet. Der Bohrer muß dementsprechend langsam vorgetrieben werden und muß alle zwei Stunden so weit gesenkt werden, daß in 2.4 Stunden das Loch etwa 25 cm tiefer wird. Auf diese Weise wird der Fräser oder die Bohrkrone stets die gleiche Stärke von gefrorenem Erdreich unter sich vorfinden.
  • Die mit diesem Bohrverfahren verbundene Schwierigkeit besteht darin, daß nicht das gewöhnlich beim Bohren mit Kronenbobrer benutzte Verfahren angewendet werden kann, nach welchem der Abraum nach oben geschafft wird, indem innerhalb der Bohrstange ein Wasserstrom nach unten geschickt wird, der am Grunde des Bohrloches austritt und durch den zwischen der Stange und der Wand des Bohrloches befindlichen Ringraum nach oben steigt und hierbei den Bohrabfall mit sich nimmt. Im -vorliegenden Falle würde dieses Wasser gefrieren und jeden Umlauf Ummöglich machen, während es gleichzeitig zur Folge hätte, daß' der Bohrer rin Erdreich festgekeilt würde.
  • Um diesen Übelstand zu belieben, muß das Bohrloch mit einer nicht gefrierfähigen Flüssigkeit gefüllt werden. Hierbei ist jedoch eine Salzlösung ausgeschlossen, die das Erdreich durchdringen, es auftauen und nachher nicht mehr gefrierbar machen würde. Aus diesem Grunde wird gemäß der Erfindung das Loch mit Quecksilber ausgefüllt, das auch bei tiefen Wärmegraden flüssig bleibt. Der Bohrer behält hierdurch volle Bewegungsfreiheit, und der Bohrabfall kann infolge des Unterschiedes der Eigengewichte von selbst an die Oberfläche des Quecksilbers aufsteigen.
  • Sobald das Bohren mit der doppelt umniantelten . Stange h beginnt', wird Quecksilber bei v (Fig. 5) in .das Bohrloch v1 eingefüllt und dem Fortschreiten des Bohren entsprechend nachgegossen, damit der Ringraum r zwischein dem Bohrer und dem Erdreich stets gefüllt ist: Das Quecksilber dringt auch in den Innenraum des Bohrers ein, wo sich .beim Bohren der Gesteinkern t bildet, und steigt fast bis zur Höhe u auf. Der Bohrabfall, der für gewöhnlich durch einen Strom von Spülwasser ausgetrieben wird, steigt bei dem vorliegenden Verfahren infolge der Unterschiede im Eigengewicht bis zur Oberfläche des Quecksilbers und tritt bei v1 aus.
  • Um den Druck des Quecksilbers auszugleichen, kann ein Gegengewicht x (Fig. 3) angeordnet werden, dessen Seil an einem Bund des Bohrloches angebracht ist. Sobald die von den Bohrlöchern 2 abhängige Säule gefroren ist, kann der Bohrer herausgezogen «-erden. Das Quecksilber bleibt dann am Grunde des Bohrloches und kann durch einen mit Klappen versehenen Schöpfer oder auf andere Weise zutage gefördert werden.

Claims (3)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Abteufen von Schächten, insbesondere durch wasserführende Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß das' Erdreich von einem mittleren Bohrloch ausgehend in den sich anschließenden, nächstfolgenden äußeren Schichten zum Gefrieren gebracht wird durch Bohrlöcher, die in den jeweils vorher erhärteten inneren Schichten niedergebracht werden.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch z, gekennzeichnet -durch eine Bohrstange (k) mit doppeltem Kühlmantel (e, ei), durch welchen bei der Bohrarbeit für das mittlere Bohrloch eine Kühlflüssigkeit hindurchgeführt wird. .
  3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r und a, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen dem äußeren Umfange des Kühlmantels (e), der Bohrstange (k) und dem umgebenden Erdreich durch Quecksilber gedichtet ist. .
DE1914329896D 1914-05-24 1914-05-24 Verfahren und Vorrichtung zum Abteufen von Schaechten, insbesondere durch wasserfuehrende Schichten Expired DE329896C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2779195A (en) * 1952-04-10 1957-01-29 Simon Karl Device for subsoil testing and taking of specimens
US2812160A (en) * 1953-06-30 1957-11-05 Exxon Research Engineering Co Recovery of uncontaminated cores
DE970101C (de) * 1952-03-07 1958-08-28 Svenska Skifferolje A B Verfahren zum Entgasen bituminoeser geologischer Vorkommen in ihrer natuerlichen Lagerstaette
US2915285A (en) * 1956-05-23 1959-12-01 Jersey Prod Res Co Coring subterranean formations

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