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Verschlußeinrichtung für Zementierrohre für die Gebirgsverfestigung
Beim Abteufen von Schächten im Bergbau oder beim Fundament- oder Straßenbau in gebirgigen
Gegenden wird vielfach eine Gebirgsverfestigung vorgenommen, um das Einstürzen von
Gesteinsmassen und/oder den Austritt von Wasser zu verhindern. Zu diesem Zwecke
wird in die Spalten und Hohlräume des Gebirges ein verhältnismäßig dünnflüssiger
Zementbrei unter Druck eingebracht. Hierfür wird an geeigneter Stelle des Gebirges
zunächst ein Loch von begrenzter Tiefe gebohrt und durch ein darin befestigtes Rohr
ausgekleidet, an dessen äußerem Ende eine Verschlußeinrichtung vorhanden ist. Die
Verschlußeinrichtung ist in einer Weise gestaltet, daß sie in geöffneter Stellung
sowohl das Einführen eines der Vertiefung des Bohrloches dienenden Bohrers als auch
das Zuführen des Zementbreies zuläßt. Ferner muß die Verschlußeinrichtung ein schnelles
und dichtes Verschließen des Bohrloches namentlich in solchen Fällen ermöglichen,
in denen Wasseradern angebohrt werden, wobei insbesondere im Bergbau Drücke von
einer Größe auftreten können, daß der Bohrer oder der eingeführte Zementbrei und
das Wasser mit großer Kraft aus dem Bohrloch herausgeschleudert werden. Die Verschlußeinrichtungen
bekannter Art bestehen aus einem Hahn, dessen Küken eine genügende Durchgangsweite
für den Bohrer und den Zementbrei aufweist. Es hat sich aber gezeigt, daß solche
Hähne nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Der an die aufeinandergleitenden Dichtflächen
des Kükens und des Hahngehäuses gelangende Zementbrei oder auch Gesteinsstückchen
führen zu einer vorzeitigen Zerstörung der Dichtflächen des Kükens und des Halmgehäuses.
Es besteht ferner die Gefahr, daß das Küken und das Hahngehäuse durch anhaftende
Zementkrusten unverdrehbar zueinander festgelegt sind, so daß im Bedarfsfalle ein
Schließen der Verschlußeinrichtung unmöglich ist. Weitere bekannte Verschlußeinrichtungen,
die für andersgeartete Zwecke bestimmt sind, bieten nicht die Voraussetzung, als
Verschlußeinrichtung an Zementierrohren verwendet werden zu können. Dies gilt für
solche bekannten Verschlußeinrichtungen, bei denen das Verschlußstück an einem einseitig
gelagerten Schwenkarm angeordnet ist, welcher entweder nur einer begrenzten Schließkraft
als Widerlager dienen kann oder mit seinem freien Ende durch zeitraubende Maßnahmen
festgelegt werden muß, bevor das Verschlußstück mit einer größeren Schließkraft,
welche vom Schwenkarm als Widerlager aufgenommen wird, durch eine axiale Verschiebung
in die Schließstellung gebracht werden kann. Ein heftiger Ausbruch von Gebirgswasser
würde bei solchen Verschlußeinrichtungen zudem zur Folge haben, daß der das Verschlußstück
tragende Schwenkarm und dessen einseitige Lagerung eine Biegungsbeanspruchung erfahren,
wenn das Gebirgswasser das Verschlußstück bei dessen Verschwenken vor die Austrittsöffnung
anströmt. Bei einer ebenfalls bekannten Verschlußeinrichtung für Abfalleimer ist
das Verschlußstück verschiebbar an einem schwenkbaren Bügel angeordnet, welcher
an beiden Bügelenden gelagert ist. Das Verschlußstück wird hierbei durch ein zusätzliches
Lenkerpaar in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung des Bügels in die Schließstellung
geführt. Diese Verschlußeinrichtung wäre für Zementierrohre ungeeignet, weil bei
einem Wasserausbruch das Verschlußstück unter Verschwenken des Bügels von seinem
Sitz abgehoben würde. Hinzu kommt, daß für den Schließvorgang verhältnismäßig große
Schwenkwege erforderlich sind, die einen entsprechend großen Zeitaufwand erfordern.
Es wäre auch nicht oder nur schwer möglich, das Verschlußstück gegen die Kraft des
aus der Öffnung austretenden Gebirgswassers in die Schließlage zu bringen. Schließlich
ist ein. Drehschieber mit einem als Kugelkalotte ausgebildeten Verschlußstück zum
Verschließen eines unter Druck stehenden Behälters von Versatzmaschinen bekannt.
Das Verschlußstück wird durch eine Drehung um eine winklig zur Öffnung liegende
Achse vor seine Sitzfläche bewegt. Es ist hierbei jedoch nicht möglich, das Verschlußstück
mit einem Schließdruck auf seine Sitzfläche zu drücken; ferner ist das Verschlußstück
durch einen einseitig gelagerten Schwenkarm gehalten, der aus den geschilderten
Gründen für
Zementierrohre, bei denen Wasserausbrüche in Betracht
zu ziehen sind, nicht geeignet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschlußeinrichtung
für Zementierrohre für die Gebirgsverfestigung zu schaffen, welche eine Möglichkeit
für das ungehinderte Einführen des Gesteinsbohrers in das Zementierrohr bietet und
deren Verschlußstück sehr schnell und gegen -den Druck ausströmenden Gebirgswassers
in; eine die Rohrmündung abdichtende Schließstellung gebracht- werden kann, wobei
ferner die Möglichkeit gegeben sein muß, daß bei verschlossener Rohrmündung, gegen
den im Zementierrohr-besiehenden Wasserdruck Zement eingebracht werden kann.
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Dies wird bei Verschlußeinrichtungen mit einem in der Achsrichtung
des Zementierrohres verschiebbaren und quer hierzu verschwenkbaren Verschlußstück
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Verschlußstück sowie die Rohrmündung in
an sich bekannter Weise als Dichtflächen Kugelkalotten aufweisen und das Verschlußstück
durch beiderseits des Zementierrohres angeordnete Schwenkarme geführt ist, deren
Schwenkzäpfen gegenüber der Rohrmündung in Richtung; einer winklig in das Zementierrohr
einmündenden - Zement-Zuführungsleitung mit darin befindlichem: ` Rückschlagventil
zurückgelegt sind und deren Achse durch den Mittelpunkt der Verschlußstück-Kalotte
geht.
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Bei einer solchen Ausgestaltung gehen die bei Wasserausbrüchen am
Verschlußstück entstehenden Beaufschlagungskräfte als an der Kalottenfläche wirkende
Normalkräfte., durch die Schwenkachse der Schwenkarme, soweit sie sich nicht gegenseitig
aufheben, so daß das Verschlußstück mit begrenzten Schwenkkräften in die Schließ-Bereitschaftslage
gebracht werden kann, um sodann durch eine axiale Verschiebung auf seinen Sitz gedrückt
zu werden. Die beidseits des Zementierrohres vorhandenen Schwenkarme vermitteln
dabei dem Verschlußstück Eine verkantungsfreie Führung. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung
bietet ferner die Möglichkeit des Einführens von Zement in das Rohr, wenn die Rohrmündung
verschlossen ist. Die Kalottenform des Verschlußstückes und seiner Sitzfläche ergeben
die Möglichkeit, die für den Schließvorgang erforderlichen Schwenk- und Verschiebewege
klein zu halten; um den Zeitaufwand für das Schließen abzukürzen.
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Eine weitere Erleichterung des Verschließens ist in vorteilhafter
Vervollkommnung der Erfindung dadurch erreicht, daß am Verschlußstück oder seinen
Schwenkgliedern Ablenkflächen angeordnet sind, welche bei einer Beaufschlagung mit
aus der Rohrmündung herausgeschleudertem Wasser in Richtung der Schließbereitschaftslage
wirksame Reaktionskräfte hervorrufen.
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Die Ablenkflächen sind im weiteren Ausbau der Erfindung mit einem
das Wasser von der Schwenkeinheit ablenkenden Verlauf angeordnet.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Abbildung in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Es zeigt Abb.1 einen Schnitt durch .die Verschlußeinrichtung, Abb.
2 einen Schnitt nach der Linie A -B der Abb.1. Abb. 3 die Rohrmündung und das Verschlußstück
beim Schwenken in - die Bereitschaftslage für den Schließvorgang. Das Mündungsende
1 des Zementierrohres 2 ist durch ein Verschlußstück 3 verschließbar, welches um
die beiderseits des Rohres 2 befindlichen Zapfen 4 schwenkbar und außerdem durch
die Spindel 5 in Achsrichtung des Rohres 2 verschiebbar ist. Zu diesem Zwecke sind
an: den Zapfen4 Schwenkhebel6 angelenkt, welche die Spindehnutter 7 halten. Die
in der Spindelmutter 7 schraubbare Spindel 5 greift drehbar in das Verschlußstück
3 ein, welches an den Schwenkhebeln 6 derart geführt ist, daß es an der Schraubbewegung
der Spindel 5 nicht teilnimmt.
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Die Dichtflächen des Mündungsendes 1 sowie des Verschlußstückes 3
sind auf Kugelkalotten gelegen (Abb. 1), deren gemeinsamer Mittelpunkt in der Schließstellung
auf der Mittelachse der Zapfen 4 gelegen ist.
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Beim Bohren ist das Verschlußstück 3 durch Drehen der Spindel 5 vom
Mündungsende 1 abgehoben und aus der in Abb. 1 veranschaulichten Stellung seitlich
verschwenkt; so daß das Zementierrohr 2 für den Eingriff eines Bohrers frei zugänglich
ist. Soll das Mündungsende 1 bei einem heftigen Wasserausbruch verschlossen werden,
so wird d'as Schwenken des Verschlußstückes 3 in die Bereitschaftslage für den Schließvorgang
erleichtert durch die am Verschlußstück 3 vorhandenen Ablenkflächen 8, an denen,
wie Abb. 3 erkennen. läßt, bei einer Anströmung durch das aus dem Münun'gs- -ende
1 geschleuderte Wasser eine Reaktionskraft entsteht, welche in der Schwenkrichtung
wirkt. Damit hierbei zugleich das die Ablenkfiächen 8 anströmende Wasser
von der Verschlußeinrichtung und deren Bedienungspersonal abgelenkt wird, weisen
die den Ablenkfiächen 8 zugehörigen Kanäle 9 den aus Abb. 2 ersichtlichen Verlauf
auf, der ein seitliches Ablenken des Wassers verursacht.
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Zur weiteren Erleichterung des Schließvorganges bei Wasserausbrüchen
ist in. der für das Zuführen des Zementbreies dienenden und in einem Abstand vom
Mündungsende 1 und quer hierzu an das Zementierrohr 2 angeschlossenen Leitung
14 ein Rückschlagventil11 angeordnet, welches in der Öffnungsstellung durch
den Stift 12 feststellbar ist und hierdurch die Ausströmwege 13 freigibt,
so daß das Mündungsende 1 etwas entlastet ist. Etwaige am Rückschlagventil11 anhaftende
Zementrückstände werden hierbei durch das aus der Leitung 14 herausschießende
Wasser fortgespült. Nach dem Verschließen des Mündungsendes 1 durch das davor
geschwenkte und sodann in die Verschlußstellung geschraubte Verschlußstück 3 werden
die Anström.#-wege 13 durch Zurückschrauben des Stiftes 12 gleichfalls geschlossen.
Damit ist ein völliger Abschluß des Zementierrohres 2 geschaffen. Damit beim Einschwenken
des Verschlußstückes in. die Bereitschaftslage keine besondere Aufmerksamkeit für
das Ausrichten des Verschlußstückes 3 gegenüber der Rohrmündung 1 aufgewendet werden
muß, sind gei eignete Anschläge vorhanden, welche den Schwenkweg begrenzen.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt; daß frei der Verschlußeinrichtung keine
aufeinandergleitenden Schließflächen vorhanden sind, welche durch Zement-oder Gesteinsstückchen,
die zwischen die Schließflächen bei deren Aufeinandergleiten geraten, zerstört werden
können. Das Verschlußstück 3 kann nach dem Einschwenken in die Bereitschaftslage
mit kleinem Schließweg in die Schließstellung eeschraubt
werden.
Da auch das Einschwenken in die Bereitschaftslage schnell erfolgen kann, ist der
Schließvorgang in kurzer Zeit und mit verläßlichem Dichtschluß zu bewirken.