DE2749110A1

DE2749110A1 - Vorrichtung zum verschliessen von gebirgshohlraeumen

Info

Publication number: DE2749110A1
Application number: DE19772749110
Authority: DE
Inventors: Robert R Holman
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2372358B1; GB1553339A; FR2372358A1; JPS5363703A; JPS5952800B2; DE2749110C2; US4136524A

Description

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Augsburg, den 26. Oktober 1977

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung findet insbesondere zum Verschließen der Zugangsöffnungen zu unterirdischen Kammern durch Herstellen eines mit dem Gebirge bzw. dem Gestein einstückig verschmolzenen Schmelzverschlusses Anwendung.

Tiefe Öffnungen in der Erdoberfläche und natürliche Salzstöcke haben sich als am besten geeignete Lager-

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statten für radioaktiven Abfall erwiesen. Diese Nutzung erfordert jedoch die Herstellung eines einwandfreien Verschlusses der Lagerstätte. Es sollte sichergestellt werden, daß das Durchsickern von Wasser und eine Beschädigung des Verschlusses nach dem Verschließen der Lagerstätte genauso wirksam verhindert wird wie vor dem öffnen der Lagerstätte. Die beste Möglichkeit hierzu wäre die Auffüllung mit einer überdeckenden Gesteins-/Erdschicht, die mit der vor dem Durchbruch durch Bohren oder dergl. vorhandenen überdeckung identisch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung einer mit der ursprünglichen Gesteins-7Erdformation nahezu äquivalenten, den betreffenden Hohlraum verschließenden überdeckung zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Demgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen ein langgestrecktes Mantelrohr, das in den zu verschließenden Hohlraum einführbar ist, und ein darin verlaufendes Innenrohr auf, wobei der zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr gebildete Ringraum an dem

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in den Hohlraum einzuführenden Vorrichtungsende hermetisch abgeschlossen und an seinem anderen Ende offen ist. Eine Zuführeinrichtung dient zum Zuführen von Kies unter Druck durch das Innenrohr hindurch zu dem in den Hohlraum eingeführten Vorrichtungsende, und eine Heizeinrichtung erhitzt den Kies und das Gesteinsmaterial im Bereich des in den Hohlraum eingeführten Vorrichtungsendes zum Zwecke des Verschmelzens des Kieses und des Gesteinsmaterials.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine in Betrieb

befindliche Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Halbschnitt durch eine weitere

Ausführungsform einer in Betrieb befindlichen Vorrichtung nach der Erfindung.

Wie oben erläutert, besteht die beste Methode zum Verschluß von als Lagerstätten genutzten Gebirgekammern in der Herstellung einer mit der ursprünglichen Gebirgs-

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überdeckung identischen Gesteins-ZErdüberdeckungsformation. Eine der ursprünglichen Gebirgsüberdeckung nahezu äquivalente überdeckung läßt sich herstellen, indem das Gestein in mit der Umgebung verschmelzbarem geschmolzenem Zustand abgelagert und folglich vollständig integriert wird. Die dadurch erzielbaren Eigenschaften hinsichtlich der Undurchlässigkeit und der Verschmelzung mit dem umgebenden Originalgestein sind gleich oder sogar noch besser als im Ursprungszustand.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Ablagerung von geschmolzenem Gestein bzw. geschmolzener Erde in Form von Gesteinsglas, das mit dem umgebenden Originalgesteinsmaterial vollständig verschmilzt. Die Eigenschaften des sich ergebenden Gesteinsglases, die experimentell ermittelt worden sind, zeigen, daß nahezu äquivalente Dichtewerte und geringere Durchlässigkeiten als beim gewachsenen Gestein möglich sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Schweißvorrichtung vergleichbar und verschließt die Zugangsöffnung einer als Lagerstätte dienenden Gebirgskammer durch Druckverfüllung und Verschmelzung der öffnung. Die Vorrichtung ermöglicht eine Gesteinsneubildung mit nahezu identischen Grundbestandteilen und eine Gestaltung der Verschmelzung je nach Bedarf zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften des hergestellten Verschlußstopfens. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen

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Verschlußmethoden, gemäß welchen lediglich ein Verschließen mit Gesteins- und Erdmaterial oder mit abbindenden Massen Anwendung findet.

Die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Fig. 1 dargestellt, die einen Vertikalschnitt durch eine Verfüllungs- und Verschmelzungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die elektrische Energie über ein zur Positionierung und Führung dienendes Mantelrohr zu einer Widerstandsheizeinrichtung 14 zugeführt, und ein innerhalb des Mantelrohres verlaufendes Innenrohr dient als Rückleitung. Die Heizeinrichtung I¹J ist innerhalb eines das Mantelrohr mit dem Innenrohr verbindenden Endstückes 16 angeordnet, welches das am arbeitsseitigen Vorrichtungsende befindliche Ende des zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Innenrohr 12 gebildeten Ringraumes 18 hermetisch abschließt. Der Ringraum 18 dient als Kühlgaskanal, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert wird.

Die von der Heizeinrichtung lh erzeugte Wärme wird auf die eine Düse 20 bildende Innenwand des Endstückes und von dieser auf das zu schmelzende Material und auf die Schmelze übertragen. Die Schmelze wird durch die Düsenöffnung 22 in den unterhalb der Vorrichtung gelegenen Raum ausgepreßt, wobei ein Zuführkolben 2k den

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dazu erforderlichen Druck erzeugt« Die Vorrichtung wird in dem Maße zurückgezogen, in welchem die Schmelze am unteren Vorrichtungsende ausgepreßt wird. Das Zurückziehen der Vorrichtung erfolgt sowohl unter Ausnützung des von der Schmelze ausgeübten Druckes als auch durch Steuerung der Verschiebung des Mantelrohres 10. Kühlmittel- und andere Versorgungseinrichtungen, beispielsweise Inertgaszuleitungen, Steuerkabel und die Instrumentierung, sind im Ringraum 18 zwischen dem Mantelrohr 10 und dem als Zuführrohr dienenden Innenrohr 12 angeordnet. Die Umgebung der Heizeinrichtung innerhalb des Endstückes 16 wird unter Inertgas gehalten, das unter einem so großen Druck steht, daß keine Kühlluft und keine Schmelze eindringen kann. Oberhalb des Heizbereiches ist eine Isolation 26 angeordnet, die ein Schmelzen außerhalb des Verschmelzungsbereiches verhindert.

Die Korngrößenverteilung des Verfüllungsmaterials ist so gewählt, daß seine Oberfläche ausreichend groß ist, um ein Schmelzen des Materials innerhalb des Heizbereiches ohne übermäßigen Durchtritt von Material in nichtgeschmolzenem Zustand durch die Düsenöffnung 22 erreicht wird. An seinem Umfang ist der Heizbereich so kalibriert, daß das Umgebungsgestein zur Bildung einer einstückigen Verbindung mit dem Verfüllungsmaterial ebenfalls geschmolzen

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wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also mit einer Schweißeinrichtung verglichen werden, wobei der Zuführteil einer Schweißdraht führung und der äußere Teil des Endstückes 16 einem Wolfram-Schweißbrenner entspricht.

Das Endstück 16 sollte in nächster Nähe der Wandung der zu verschließenden öffnung gehalten werden, um sicherzustellen, daß das gewachsene Gestein ordnungsgemäß mit dem Verfüllungsmaterial verschmilzt. Außerdem ist eine Kühlung des Mantelrohres oberhalb des Heizbereiches wünschenswert, um sicherzustellen, daß die durch gewachsenes Gestein gebildete Wandung der zu verschließenden Öffnung in der Nähe der Mantelrohraußenfläche beim Zurückziehen des Mantelrohres nicht schon außerhalb des Heizbereiches schmilzt. Zu diesem Zweck wird ein inertes Kühlgas durch den Ringraum 18 hindurchgeleitet. Außerdem kann das Endstück l6 zur Wandung der zu verschließenden Öffnung hin elastisch vorgespannt sein, um eine ausreichende Wärmeübertragung zur Öffnungswand sicherzustellen.

Bei kleinen Zugangs öffnungen ist eine Kühlung nur an einigen wichtigen Teilen der Vorrichtung oberhalb der Schmelzzone erforderlich. Bei größeren zu verschließenden öffnungen ist auch eine Kühlung des jeweils

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hergestellten Glaspfropfens wünschenswert, um eine einwandfreie Abdeckung sicherzustellen. Ebenso wie beim Zuschweißen großer Nuten, bei welchem eine Anzahl von Schweißgängen zur Füllung der Nut erforderlich ist, wird der Gesteinsglaspfropfen bei größeren zu verschließenden öffnungen schichtweise hergestellt, wobei ein gekühlter Kern Anwendung findet, der sich durch die Verfüllungs- und Verschmelzvorrichtung hindurcherstreckt. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zur schichtweisen Verfüllung von öffnungen. Für entsprechende Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, um den Vergleich zwischen beiden Ausführungsbeispielen zu erleichtern. Die Ausführungsform nach Fig. 2 kann teilweise als Vergrößerung der in Fig. gezeigten Ausführungsform betrachtet werden, wobei zusätzlich noch zwei konzentrische innere Rohre 32 und konzentrisch zu den beiden anderen Rohren 10 und 12 und mit der gleichen Längenausdehnung wie diese angeordnet sind. Ähnlich wie der Ringraum 18 zwischen den Rohren und 12 bildet der Ringraum 44 zwischen den zusätzlichen inneren Rohren 32 und 34 einen Kühlkanal. Dieser Kühlkanal 44 steht mit einem weiteren Ringkanal 38 in Ver bindung, der das Kühlgas über die verlängerte Wand des inneren Rohres 34 leitet. Die Verlängerung 36 des

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Rohres 3^ dient zur Kühlung der jeweils abgelagerten Schmelzschicht. In einem dem Endstück 16 zwischen den Rohren 10 und 12 ähnlichen Verbindungsstück H2 zwischen den Rohren 32 und 3^ ist eine Heizeinrichtung ^O untergebracht. Der Zuführkolben für das Verfüllungsmaterial hat bei diesem Ausführungsbeispiel die Form eines Ringes.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung arbeitet in der gleichen Weise wie die Anordnung nach Fig. 1. Zur Herstellung eines Verschlußpfropfens wird eine Reihe von Vorrichtungen nach Fig. 2 nacheinander zum Einsatz gebracht, bis die Größe der Öffnung so weit verringert ist, daß die Restöffnung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 ohne wesentliche Probleme hinsichtlich der Wärmeabfuhr zur Umgebung in einem Durchgang vollständig gefüllt werden kann.

Natürliche Salzstöcke haben sich als günstigste Möglichkeit zur Endlagerung radioaktiver Abfälle erwiesen, vorausgesetzt, daß nach dem Aufbruch eines Salzstockes durch Bohren zur Herstellung des Lagerraumes ein Eindringen von Wasser in die Salzbereiche verhindert wird. Der Grund liegt hauptsächlich darin, daß die Salzablagerungen seit Millionen Jahren in ungestörtem Zustand sind, da sie sich in Tiefen befinden, in welche Oberflächenwirkungen

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und an der Erdoberfläche auftretende Naturkräfte nicht vordringen. Außerdem haben Salzablagerungen die Form stabiler geschichteter Zonen, die typischerweise langsamen, allmählichen Deformationen unterliegen und keinen Erdbeben usw. ausgesetzt sind, welche die darüberliegende schützende Sedimentgesteinsschicht aufbrechen könnten. Außerdem ist Salz ein natürliches Material, das zu einer schnellen plastischen Verformung in der Lage ist und seine Integrität behält, indem möglicherweise auftretende Brüche wieder "geheilt" werden. Sehr wesentlich ist, daß Salzablagerungen groß und beständig gegen Wärmeeinwirkung, Strahlung und viele andere Faktoren mit Ausnahme von Wasser sind. Deshalb ist es von erheblicher Bedeutung, daß ein Einsickern von Wasser nach der Zugänglichmachung der Salzkammern ebenso wirksam wie vorher verhindert wird. Zu diesem Zweck ermöglicht die Erfindung die Wiederherstellung einer mit dem Ursprungszustand im wesentlichen identischen Gesteinsüberdeckung. Falls besondere Eigenschaften bei bestimmten Verschlußpfropfen gewünscht werden, kann das Verfüllungsmaterial mit Zusätzen zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften versehen werden, beispielsweise durch Zugabe von Wasser. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Zugangsöffnungen zu Gebirgehohlräumen mit mindestens der gleichen Integrität wie die Originalüberdeckung verschlossen werden.

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^ · eerseite

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Verschließen von Gebirgshohlräumen, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes, in den betreffenden Hohlraum einführbares Mantelrohr (10), ein innerhalb dieses Mantelrohres verlaufendes Innenrohr (12), das einen zwischen ihm und dem Mantelrohr gebildeten Ringraum begrenzt, der an dem in den Hohlraum einführbaren Ende der Vorrichtung hermetisch abgeschlossen und am anderen Ende offen ist, weiter durch eine Zuführeinrichtung (24) zum Zuführen von Kies unter Druck durch das Innenrohr hindurch zu dem in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsende, und durch eine Heizeinrichtung (14) zum Erhitzen des Kieses und des Gebirgsmaterials im Bereich des in den Hohlraum eingeführten Vorrichtungsendes zum Zwecke des Verschmelzens des Kieses und des Gebirgsmaterials

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) so angeordnet ist, daß sie das Innere des Innenrohres (12) im Bereich des in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsendes beheizt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung des von der Heizeinrichtung entfernt liegenden Teils des Mantelrohres (10).

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) im Ringraum zwischen dem Mantelrohr (10) und dem Innenrohr (12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Heizeinrichtung (14) beherbergende Teil des genannten Ringraums hermetisch abgeschlossen und mit einem Inertgas gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein drittes Rohr, das innerhalb des Innenrohres mit Abstand von diesem angeordnet ist und mit dem Innenrohr einen zum Zuführen des Kieses dienenden Ringraum begrenzt, und durch ein viertes Rohr, das innerhalb des dritten Rohres angeordnet ist und mit dem letzteren zusammen einen offenen, jedoch an dem in den Hohlraum einzuführenden Vorrichtungsende hermetisch abgeschlossenen Ringraum begrenzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung so angeordnet ist, daß sie den Innenraum des dritten Rohres beheizt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung des vierten Rohres.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

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dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Rohr axial über das dritte Rohr hinausragt, um die jeweils abgelagerte geschmolzene Gesteinsmaterialschicht zu kühlen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (12) an dem in den Hohlraum einführbaren Vorrichtungsende konisch nach innen zuläuft und eine im Sinne einer gesteuerten Kies zufuhr und einer Schmelzung des Kieses innerhalb des Innenrohres bemessene Durchtrittsöffnung bildet.

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