DE1145565B

DE1145565B - Closing device for cement pipes for rock consolidation

Info

Publication number: DE1145565B
Application number: DE1959P0023493
Authority: DE
Inventors: Josef Holtmann
Original assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1959-09-07
Filing date: 1959-09-07
Publication date: 1963-03-21

Description

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.Closure device for cement pipes for rock consolidation When sinking shafts in mining or when building foundations or roads in mountainous areas In many areas, mountain consolidation is carried out to prevent the collapse of To prevent rock masses and / or the escape of water. To this end becomes a relatively thin liquid in the crevices and cavities of the mountains Cement paste introduced under pressure. This is done at a suitable point in the mountains first a hole of limited depth is drilled and through a pipe fastened in it lined, at the outer end of which there is a locking device. the Locking device is designed in such a way that it is in the open position both the introduction of a drill used to deepen the borehole and allows the supply of the cement paste. Furthermore, the locking device must be quick and allow tight sealing of the borehole, especially in such cases, in which water veins are drilled, with pressures of in particular in mining of a size that the drill or the introduced cement paste and the water can be thrown out of the borehole with great force. The locking devices known type consist of a cock whose chicks have a sufficient passage width for the drill and the cement paste. But it has been shown that such Faucets have a limited lifespan. The one on the sealing surfaces sliding on each other cement paste or pieces of rock coming from the plug and the tap housing lead to premature destruction of the sealing surfaces of the chick and the straw housing. There is also the risk that the chick and the tap housing by sticking Cement crusts are fixed to each other so that if necessary a Closing the locking device is impossible. Other known locking devices, which are intended for other purposes do not offer the prerequisite as Closure device can be used on cement pipes. This applies to such known locking devices in which the locking piece is on one side mounted pivot arm is arranged, which either only a limited closing force can serve as an abutment or with its free end by time-consuming measures must be determined before the closure piece with a greater closing force, which is taken up by the swivel arm as an abutment by an axial displacement can be brought into the closed position. A violent eruption of mountain water would also have the consequence of such locking devices that the locking piece load-bearing swivel arm and its one-sided mounting experience bending stress, when the mountain water hits the closure piece when it is pivoted in front of the outlet opening flows towards. In a likewise known closure device for trash cans the closure piece is arranged displaceably on a pivotable bracket, which is mounted on both temple ends. The closure piece is here by an additional Pair of links depending on the pivoting movement of the bracket in the closed position guided. This closure device would be unsuitable for cement pipes because at a water outbreak the closure piece while pivoting the bracket from his Seat would be lifted off. In addition, it is relatively large for the closing process Pivoting paths are required that require a correspondingly large amount of time. It would also be difficult or impossible to counter the force of the to bring mountain water emerging from the opening into the closed position. In the end is a. Rotary valve with a locking piece designed as a spherical cap for Closing a pressurized container of staggering machines is known. The closure piece is rotated about an angle to the opening Axis moved in front of his seat. However, it is not possible here to remove the closure piece to press with a closing pressure on his seat; also is the closure piece held by a swivel arm mounted on one side, which consists of the described Reasons for Cement pipes where water outbreaks are possible are to be drawn is not suitable.

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.The invention is based on the object of a closure device for cement pipes for rock consolidation, which is a possibility for the unhindered insertion of the rock drill into the cementing pipe and whose closure piece very quickly and against the pressure of mountain water flowing out in; a closed position sealing the pipe mouth can be brought, wherein also the possibility must be given that with the pipe mouth closed, against the water pressure in the cement pipe-related cement can be introduced.

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.This is done in the case of closure devices with one in the axial direction of the cementing pipe displaceable and transversely to this pivotable closure piece according to the invention achieved in that the closure piece and the pipe mouth in in a manner known per se have spherical caps as sealing surfaces and the closure piece is guided by pivot arms arranged on both sides of the cementing pipe, whose Pivot pin opposite the muzzle in the direction; one at an angle into the cement pipe discharging - cement supply line with inside: `check valve are covered and their axis through the center of the closure piece dome goes.

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.In such a configuration, the water outbreaks on Closing piece resulting impact forces than acting on the dome surface Normal forces., Through the swivel axis of the swivel arms, insofar as they are not mutually exclusive cancel, so that the locking piece with limited pivoting forces in the ready-to-close position can be brought to then pressed by an axial displacement on its seat to become. Transfer the swivel arms on both sides of the cementing pipe while the locking piece a tilt-free guide. The embodiment according to the invention also offers the possibility of introducing cement into the pipe when the muzzle of the pipe is reached is locked. The dome shape of the closure piece and its seat result the possibility of the swivel and displacement paths required for the closing process to keep small; to shorten the time required for closing.

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.A further facilitation of the closing is advantageous Perfection of the invention achieved that on the closure piece or his Swivel members are arranged deflecting surfaces, which when acted upon by water thrown out of the pipe mouth in the direction of the ready-to-close position produce effective reaction forces.

Die Ablenkflächen sind im weiteren Ausbau der Erfindung mit einem das Wasser von der Schwenkeinheit ablenkenden Verlauf angeordnet.The deflection surfaces are in the further development of the invention with a the water from the swivel unit is arranged deflecting course.

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.The subject of the invention is shown in the figure in an exemplary embodiment illustrated. Fig. 1 shows a section through the locking device, Fig. 2 shows a section along the line A-B in FIG. Fig. 3 the muzzle and the plug when swiveling into - the position of readiness for the closing process. The mouth end 1 of the cementing pipe 2 can be closed by a closure piece 3, which to the pin 4 located on both sides of the tube 2 pivotable and also through the spindle 5 is displaceable in the axial direction of the tube 2. For this purpose are on: the pivot 4 pivot lever 6 which hold the spindle nut 7. the in the spindle nut 7 screwable spindle 5 engages rotatably in the closure piece 3, which is guided on the pivot levers 6 in such a way that it is involved in the screwing movement the spindle 5 does not participate.

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.The sealing surfaces of the mouth end 1 and of the closure piece 3 are located on spherical caps (Fig. 1), the common center of which is in the closed position is located on the central axis of the pin 4.

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.During drilling, the closure piece 3 is lifted from the mouth end 1 by turning the spindle 5 and pivoted to the side from the position illustrated in FIG. 1; so that the cementing pipe 2 is freely accessible for the engagement of a drill. If the mouth end 1 is to be closed in the event of a violent outbreak of water, the pivoting of the closure piece 3 into the ready position for the closing process is facilitated by the deflection surfaces 8 present on the closure piece 3, which can be seen in Fig. 3. lets, when the water hurls out of the Münun'gs- end 1 flows against it, a reaction force arises which acts in the pivoting direction. So that the water flowing onto the deflecting surfaces 8 is deflected by the closure device and its operating personnel at the same time, the channels 9 associated with the deflecting surfaces 8 have the course shown in Fig. 2, which causes the water to deflect sideways.

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.To further facilitate the closing process in the event of water outbreaks, a non-return valve 11 is arranged in the line 14 , which is used to feed the cement paste and is connected to the cementing pipe 2 at a distance from the mouth end 1 and transversely thereto, which can be fixed in the open position by the pin 12 and thereby the outflow paths 13 releases so that the mouth end 1 is somewhat relieved. Any cement residues adhering to the check valve 11 are washed away by the water that shoots out of the line 14. After the mouth end 1 has been closed by the closure piece 3 pivoted in front of it and then screwed into the closed position, the inflow paths 13 are also closed by screwing back the pin 12. A complete closure of the cementing pipe 2 is thus created. So that when pivoting the breechblock in. The standby position no special attention has to be paid to aligning the breechblock 3 with respect to the muzzle 1, suitable stops are available which limit the pivoting path.

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.The embodiment shows; that free of the locking device none there are closing surfaces sliding on top of each other, which are caused by bits of cement or rock, which get between the closing surfaces when they slide on each other, are destroyed can. The closure piece 3 can after pivoting into the standby position screwed into the closed position with a short closing path will. Since the swiveling into the standby position can also take place quickly, the To bring about closing process in a short time and with a reliable seal.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Closure device for cement pipes for the Rock consolidation, with a displaceable in the axial direction of the cementing pipe and locking piece pivotable transversely thereto, characterized in that the Closure piece (3) and the pipe mouth (1) in a manner known per se as sealing surfaces Have spherical caps and the closure piece through on both sides of the cementing pipe (2) arranged pivot arms (6) is guided, the pivot pin (4) opposite the Pipe mouth (1) in the direction of an angle opening into the cementing pipe (2) Cement feed line (14) with non-return valve (11) located therein and the axis of which goes through the center of the closure piece dome.

2. Locking device according to claim 1, characterized in that on the closure piece (3) or its pivot links (5 to 7) deflection surfaces (8) are arranged on which, when exposed to from the pipe mouth (1) emerging water in the direction of the ready position effective reaction forces arise.

3. Closure device according to the claims 1 and 2, characterized in that the deflection surfaces (8) associated channels (9) with a distracting water from the closure device and its operating personnel Course are arranged. Publications considered: German patent specification No. 1025 224; U.S. Patent Nos. 2,233,789, 2,668,321, 2,743,034, 2,883,084.