EP0885372B1 - Verfahren zum teufen und abdichten einer sprengbohrung - Google Patents

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EP0885372B1 EP94908201A EP94908201A EP0885372B1 EP 0885372 B1 EP0885372 B1 EP 0885372B1 EP 94908201 A EP94908201 A EP 94908201A EP 94908201 A EP94908201 A EP 94908201A EP 0885372 B1 EP0885372 B1 EP 0885372B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/08—Tamping methods; Methods for loading boreholes with explosives; Apparatus therefor
    • F42D1/24—Tamping methods; Methods for loading boreholes with explosives; Apparatus therefor characterised by the tamping material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/08—Tamping methods; Methods for loading boreholes with explosives; Apparatus therefor
    • F42D1/12—Feeding tamping material by pneumatic or hydraulic pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for sinking and sealing an explosive well for seismic exploration of a Soil formation in which the blast drilling in the direct flush drilling method brought down and with a sealing material is backfilled.
  • FR-A-0884628 discloses damming and backfilling one Borehole. The problem of drilling fluids used as well of sealing not mentioned.
  • EP-A-0403025 discloses a method of sinking and sealing an explosive well for seismic exploration of ground formations, in which the blast hole is drilled in direct flush drilling and is filled with a sealing material.
  • a sealing material a hydraulic cement is disclosed, and oil, water is used for the drilling fluid or foam used.
  • the disadvantage of this method is its use two different materials for sealing or Rinse so this procedure is complicated and very costly. Furthermore, the problem of sealing an explosive well does not mentioned.
  • this object is achieved in that as a drilling fluid a slowly hydraulically hardening suspension of water and one fine-grained mixture of clay minerals and hydraulic binder is used and that the blast well after its completion and the insertion of the explosive charge is filled with the suspension and then the suspension in the blast hole to a dense and hard stopper.
  • the method according to the invention is characterized by a A number of advantages from making explosive wells significantly simplify and reduce costs. So will by using one as drilling fluid and backfill material suitable suspension of material requirements significantly reduced and the workload, especially for backfilling of explosive wells, significantly reduced. Manufacturing the suspension is the manufacture of suitable drilling fluids comparable and therefore does not require an additional one Expenditure. On the use of expensive rinses and chemicals can be dispensed with.
  • the suspension ensures the drilling process for supporting the borehole and through penetration the suspension into the boundary layer adjacent to the borehole a filter cake forms on the bottom Preventing suspension mass from flowing out of the borehole.
  • the suspension After loading the blast hole and pulling the drill pipe the suspension completely fills the borehole, so that by hardening the suspension, preferably in a period of 48 hours, a firm, dense body is formed, which securely closes the borehole and the pierced soil layers in the required manner seals against each other.
  • the suspension is adjusted so that the compressive strength of the stopper reaches 0.4-0.8 N / mm 2 after setting.
  • the permeability coefficient of the hardened suspension should be at least 10 -8 m / s.
  • the density of the suspension should preferably be about 1.2 kg / l amount to a favorable flushing behavior when sinking the Get bore.
  • the suspension activated as a clay mineral Contains bentonite. Due to the properties of bentonite sufficient with a comparatively low cost of materials Achieve stability and tightness of the plug.
  • Dispersing the mixture of clay minerals and binder in water to make the suspension can after a further proposal of the invention with the aid of the irrigation pump the drilling rig. Additional devices or Facilities are therefore not required.
  • the explosive charge in the borehole is covered with a bed of gravel or drillings. This makes one especially with shallow explosive bores additional securing of the explosive charge achieved.
  • an explosive cartridge is placed on the bottom of the borehole through the drill pipe still in the borehole.
  • the boom is then pulled and the explosive cartridge is secured by pouring gravel or cuttings over it. If necessary, the borehole is then completely filled with suspension.
  • the suspension sets within 48 hours, thereby forming a tight and firm stopper that completely seals the borehole. Values of 0.4-0.8 N / mm 2 were achieved as the compressive strength of the stopper.
  • the permeability coefficient Kf was between 10 -8 and 10 -1 0 m / s.
  • the hardened mass of the stopper consists approximately of 23% by weight of solid and 77% by weight of water.

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Description

Die Erfindung betrifft ein 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 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 Bohrloch gezündet, dessen Tiefe 10 - 50 m betragen kann. Aus Gründen der Arbeitssicherheit und zum Schutz von Grundwasservorkommen sind Sprengbohrungen nach dem Einbau der Sprengladung so zu verfüllen, daß eine Sicherung der Sprengladung gegen Diebstahl, eine Sicherung der Geländeoberfläche gegen Setzungen und eine hydraulische Abdichtung durch das Verfüllmaterial gegeben ist, letzteres um vertikale Wasserströmungen und somit ein Zusammenfließen von Wässern unterschiedlicher Güte zu vermeiden.
Es ist bekannt, Sprengbohrungen im direkten Spülbohrverfahren niederzubringen. Hierbei werden zur Stabilisierung des Bohrlochs und zum Austragen des Bohrguts Bohrspülungen mit polymeren Zusätzen verwendet. Dennoch kann es je nach Standfestigkeit der erbohrten Schichten durch Nachfall und Abwaschungen zu Bohrlochaufweitungen von bis zu 70 %, bezogen auf den Durchmesser des Bohrmeißels, kommen. Nach dem Abteufen der Bohrung wird durch das noch im Bohrloch befindliche Bohrgestänge eine Sprengpatrone auf der Bohrlochsohle plaziert und anschließend nach dem Ziehen des Gestänges das Bohrloch verfüllt. Um beim Verfüllen die erforderliche Abdichtung zu erzielen, ist es bekannt, mit Bentonit gefüllte Papphülsen in die Bohrung einzubringen. Die Benonitstangen sollen bis auf den vorhandenen Bohrlochdurchmesser aufquellen und die Bohrung mechanisch und hydraulisch wirksam dichten. Bei Bohrlochaufweitungen ist diese Wirkung jedoch häufig 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 Bohrlochbereiche werden daher nicht mit ausreichender Sicherheit erfaßt. Das Verfahren ist außerdem teuer, da größere Tonmengen verfüllt werden müssen, als es aufgrund der Quellfähigkeit 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.
Die FR-A-0884628 offenbart das Verdämmen und Verfüllen eines Bohrloches. Dabei wird das Problem der eingesetzten Bohrspülungen sowie des Abdichtens nicht erwähnt.
Die EP-A-0403025 offenbart ein Verfahren zum Abteufen und Abdichten einer Sprengbohrung für die seismische Erkundung von Bodenformationen, bei dem die Sprengbohrung in direktem Spülbohrverfahren niedergebracht und mit einem dichtenden Material verfüllt wird. Als dichtendes Material ist ein hydraulischer Zement offenbart, und für die Bohrspülung wird Öl, Wasser oder Schaum verwendet. Nachteil an diesem Verfahren ist die Verwendung zweier unterschiedlicher Materialien zum Abdichten beziehungsweise zum Spülen, so dass dieses Verfahren kompliziert und sehr kostenintensiv ist. Darüberhinaus wird das Problem der Abdichtung einer Sprengbohrung nicht erwähnt.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, wie es beispielsweise in der EP-A-0403025 angegeben ist, so zu verändern, dass das ganze Verfahren, das heißt, vom Bohren der Sprengbohrung bis zum Abdichten der Sprengbohrung nach Einsetzen der Sprengladung kostengünstiger und einfacher ist.
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 anschließend 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 Sprengbohrungen wesentlich vereinfachen und verbilligen. So wird durch die Verwendung einer als Bohrspülung und Verfüllmaterial geeigneten Suspension der Materialbedarf erheblich reduziert und der Arbeitsaufwand, vor allem für das Verfüllen der Sprengbohrungen, wesentlich vermindert. Das Herstellen der Suspension ist dem Herstellen geeigneter Bohrspülungen vergleichbar und erfordert daher keinen zusätzlichen Aufwand. Auf den Einsatz teurer Spülungen und Chemikalien kann verzichtet werden. Beim Bohrvorgang sorgt die Suspension für eine Stützung des Bohrlochs und durch das Eindringen der Suspension in die dem Bohrloch benachbarte Grenzschicht 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 Bohrgestänges 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 Arbeitsaufwand für das Verfüllen des Bohrlochs entfällt. Lediglich das Verdrängungsvolumen des Bohrgestänges ist durch Nachfüllen von Suspension auszugleichen. Aufgrund ihrer Fließfähigkeit 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 erhärteten 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 vorgesehen sein, daß die Suspension als Tonmineral aktivierten Bentonit enthält. Durch die Eigenschaften des Bentonit läßt sich mit vergleichsweise geringem Materialaufwand eine ausreichende Stabilität und Dichtigkeit des Stopfens erreichen.
Das Dispergieren der Mischung aus Tonmineralien und Bindemittel in Wasser zur Herstellung der Suspension kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit Hilfe der Spülungspumpe 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 m und einem Bohrungsdurchmesser von 75 mm werden in eine Wasservorlage von 400 l 100 kg einer feinkörnigen Mischung aus aktiviertem Bentonit und hydraulischem Bindemittel, vorzugsweise 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 Bohrkleins dient.
Nach dem Abteufen der Bohrung wird durch das noch im Bohrloch befindliche Bohrgestänge eine Sprengpatrone auf der Bohrlochsohle plaziert. Anschließend wird das Gestänge gezogen 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 10-10 m/s. Die erhärtete Masse des Stopfens besteht dabei etwa aus 23 Gew.-% Feststoff und 77 Gew.-% Wasser.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Taufen und Abdichten einer Sprengbohrung für die seismische Erkundung einer Bodenformation, bei dem die Sprengbohrung im direkten Spülbohrverfahran niedergebracht und mit einem dichtenden Material verfüllt wird, dadurch gekennzeichnet, 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 anschließend die Suspension in der Sprangbohrung 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 eingestellt wird, daß nach dem Erhärten ein Durchlässigkeitsbeiwert Kf von 10-8 m/s erreicht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension als Tonmineral 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.
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