DE1257081B - Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrloechern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

E21d

Deutsche Kl.: 5 c -21/00

Nummer: 1 257 081

Aktenzeichen: B 88067 VI a/5 c

Anmeldetag: 20. Juli 1966

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern durch Verkleben in diesen mittels einer in das Bohrlochtiefste eingebrachten und nach dem Einbringen erhärtenden Kunststoffmasse. Sie ist sowohl auf bekannte Verfahren anwendbar, bei denen die Kunststoffmasse — die Mischung eines Kunstharzes — in der Regel unter Zusatz eines Beschleunigers sowie mit Füllstoffen und einem Härter in das Bohrlochtiefste injiziert wird, wie auch auf solche, bei denen die fertige Mischung in einer durch das Eindringen der Ankerstange zerstörten Patrone in das Bohrlochtiefste eingebracht wird.

Diese bekannten Verfahren bedingen, daß die Kunststoffmischung, um ihr vorzeitiges Erhärten zu verhindern, unmittelbar nach ihrer Bereitung verwendet wird, was näherer Erläuterung nicht bedürfende betriebliche Schwierigkeiten ergibt.

Diese Schwierigkeiten werden durch das unter diesem Namen bekannte »Klebankerverfahren« vermieden, bei welchem die Mischung der Hauptkomponenten, des Kunstharzes, des Beschleunigers und des Füllstoffes einerseits und dem Härter andererseits erst im Bohrlochtiefsten erfolgt, indem diese Komponenten in getrennten Abteilen einer Patrone untergebracht werden, welche durch das drehend erfolgende Eintreiben der Ankerstange, deren Kopfende als Mischschnecke ausgebildet ist, nach hierdurch erfolgendem Zertrümmern der Patrone gemischt werden. Bei diesem Verfahren ist also der Zeitpunkt der Verwendung der Patrone von dem ihrer Herstellung unabhängig. Die hierfür erforderlichen Patronen mit getrennten Abteilen bedingen aber eine bei einem solchen Massenartikel ins Gewicht fallende Verteuerung des Verfahrens.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe, den Zeitpunkt der Bereitung der Mischung von dem ihrer Verwendung unabhängig zu machen, in demgegenüber denkbar vereinfachter Weise dadurch gelöst, daß als Kunststoffkomponente der Mischung eine solche, die erst bei Temperaturen, die oberhalb deren, denen die Mischung während ihrer Lagerung ausgesetzt ist, liegen, nämlich — mit einem gewissen Sicherheitsfaktor — bei Temperaturen oberhalb von etwa 60° C, durch die Einwirkung des Härters härtbar ist, oder in demgegenüber abgewandelter Weise eine katalytisch härtbare Kunststoffkomponente in Mischung mit einem entsprechend wirkenden Härter, der erst bei oberhalb der genannten liegenden Temperaturen wirksam wird, verwendet wird, und die für die Härtung der fertigen Mischung erforderliche Temperatur im Bohrlochtiefsten erzeugt wird.

Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen
in Bohrlöchern

Anmelder:

Bergwerksverband G. m. b. H.,
Essen-Kray, Frillendorfer Str. 351

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Berging. Dr. Fritz Schuermann,
Winz-Niederwenigern;
Dipl.-Chem. Dr. Rudolf Novotny,
Essen-Heisingen

Die hierfür erforderliche Wärmemenge wird gemäß der Erfindung durch die beim drehenden Eintreiben der Ankerstange in die Mischung bzw. die diese enthaltende Patrone erzeugte Reibungswärme geliefert, zu der sich die im Verlauf der chemischen Reaktion zwischen Harz und Härter im Bohrlochtiefsten anfallende Reaktionswärme addiert.

Durch Eintreiben der Ankerstange mit einer hohen Umdrehungszahl von größenordnungsmäßig 300 bis 1000 UpM, vorzugsweise unter einem vergleichsweise hohen Andruck, der größenordnungsmäßig bis zu einer Tonne und mehr betragen kann, wird innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer von beispielsweise nur etwa 10 Sekunden durch die Reibungswärme eine Temperaturerhöhung bis auf größenordnungsmäßig 200° C und damit ein schnelles Wirksamwerden des Härters erzielt, wobei gleichzeitig durch das Vortreiben der Ankerstange bis ins Bohrlochtiefste das Gemisch in den zweckmäßig sehr eng bemessenen Ringspalt zwischen Ankerstange und Innenumfang des Bohrloches verdrängt wird.
Vorzugsweise wird die Menge der in das Bohrlochtiefste eingebrachten Mischung in Relation zu der Breite des Ringraumes so bemessen, daß nach Beendigung des Vorganges die dann erhärtete Mischung den Ringraum bis in den Bereich der Bohrlochmündung ausfüllt, d. h. eine Verklebung der Ankerstange auf ihrer gesamten Länge erfolgt. Da ein Mischvorgang im Bohrloch nicht mehr stattfindet, ist es nicht mehr erforderlich, den Kopf der Ankerstange als Mischschnecke auszubilden. Vielmehr können glatte oder aus Rippenstahl bestehende Ankerstangen verwendet werden, deren Kopf zweckmäßig unsymmetrisch verjüngt, z. B. keilförmig gestaltet ist. Mit fortschreitender Warmhärtung des

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Claims (7)

1 Harzes wird der Widerstand, den die Ankerstange ihrer Drehung entgegensetzt, fortlaufend größer, so daß das infolge der größer werdenden Belastung der sie drehenden Maschine erfolgende Absinken der Tourenzahl derselben einen Indikator für die Beendigung des Wärmehärtevorganges darstellt. Als besonders geeignet für das neue Verfahren erweist sich die Verwendung von solchen Harzen, die nach einem Polyadditionsmechanismus bei den oberhalb von 60° C liegenden Temperaturen im Sinn des neuen Verfahrens mit dem Härter zu reagieren beginnen, als Kunstharzkomponente der Mischung. Typische Vertreter solcher Harze sind Mischungen von Epoxy- und Polyurethanharzen. Als Füllstoffkomponente der Harzmischung wird vorzugsweise ig ein in Relation zu der Breite des Ringspaltes zwischen der Ankerstange und dem Innenumfang des Bohrloches möglichst grobkörniger Füllstoff verwendet, dessen Korngröße bis nahe an die Breite des Ringspaltes gehen kann. Durch die Verwendung eines solchen Füllstoffes wird die Entwicklung der für den Erfolg des Verfahrens notwendigen Reibungswärme beschleunigt. Wenn gemäß seiner vorzugsweisen Ausführungsform das neue Verfahren unter Verwendung von die Mischung enthaltenden Patronen durchgeführt wird, können diese nunmehr denkbar einfach gestaltete zylindrische Behälter z. B. aus Papier oder Pappe sein. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens gegeben. Beispiel In das tiefste eines in einer Sandschieferformation stehenden Bohrloches von 28 bis 30 mm Durchmesser und 1,80 m Länge wird eine die Mischungskomponenten enthaltende Patrone von 24 mm Durchmesser und 750 mm Länge aus Papier eingeführt, die ein Gemisch eines niedrigviskosen warmhärtbaren Polyesterharzes mit 220 Gewichtsteilen eines hinsichtlich seiner Korngröße auf die des Ringspaltes abgestimmten Füllstoffes sowie einen pastösen Härter (50°/oige Benzoylperoxydpaste) in einer Menge von 7 Gewichtsprozent auf reines Polyesterharz bezogen enthält. Durch ein schnellaufendes Bohrgerät wurde die Ankerstange (aus Rippentorstahl von 26 mm Durchmesser) von 1,90 m Länge, die an ihrer Spitze schräg abgeschnitten war, mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 600 UpM und einem Andruck von 800 kg in das Bohrloch eingeführt, hierdurch die Patrone zerstört und deren Inhalt unter schneller Erwärmung in den freien Raum im Bohrlochtiefsten und den Ringraum zwischen Ankerstange und Bohrlochumfang verdrängt. Bereits nach 8 Sekunden war die Temperatur im Bohrlochtiefsten auf 200° C gestiegen. Nach 15 Sekunden begann die Tourenzahl der den Anker drehenden Maschine abzusinken, wodurch angezeigt wurde, daß die Warmhärtung des Harzes beendet war. Das neue Verfahren ist, wie ersichtlich, praktisch völlig von der Lagerzeit der vorher bereiteten Mischung, gleichgültig, ob dieses in das Bohrlochtiefste injiziert oder in einer Patrone in dieses eingebracht wird, unabhängig und stellt daher eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung im Vergleich zu den bekannten Verfahren dar. Seine Anwendung ergibt aber auch, obwohl in diesem Fall der Gesichtspunkt der unbegrenzten Lagerfähigkeit keine Rolle spielt, falls, wie bei dem bekannten Klebankerverfahren, der Härter in einem getrennten Abteil einer Patrone untergebracht ist, gewisse Vorteile hinsichtlich des Verlaufs des Warmhärtevorganges der dann erst im Bohrlochtiefsten hergestellten Mischung. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern durch Verkleben in diesen mittels eines in das Bohrlochtiefste unmittelbar oder in Form einer Patrone aus einem zerstörbaren Material eingebrachten Mischung aus einem härtbaren Kunstharz, einem Füllstoff, einem Beschleuniger und einem Härter, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Kunstharzkomponente, die erst bei einer oberhalb von etwa 6O⁰C liegenden Temperatur warmhärtbar ist, die für die Härtung erforderliche Temperatur im Bohrlochtiefsten im wesentlichen durch die beim drehenden Eintreiben der Ankerstange entstehende Reibungswärme erzeugt wird.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer katalytisch härtbaren Kunstharzkomponente in Mischung mit einem entsprechend wirkenden Härter, der erst bei oberhalb von 6O⁰C liegenden Temperaturen wirksam wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindrehen der Ankerstange mit hoher Tourenzahl von größenordnungsmäßig 300 bis 1000 UpM und einem Andruck von größenordnungsmäßig einer Tonne erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von glatten oder einfach gerippten Ankerstangen ohne als Mischschnecke ausgebildeten Kopf mit vorzugsweise unsymmetrisch profiliertem Ende.

5. Ausführungsform des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharzkomponente nach einem Polyadditionsmechanismus erst bei Temperaturen von oberhalb 6O⁰C miteinander in härtendem Sinne reagierende Harze, vorzugsweise Epoxy- oder Polyurethanharze oder eine Mischung von solchen, verwendet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in einer Korngröße, die nahezu der Breite des Ringspaltes zwischen Ankerstange und Bohrlochinnenwandung entspricht, verwendet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in das Bohrlochtiefste eingebrachten Mischung in Relation zu der Breite des Ringspaltes zwischen Ankerstange und Bohrlochmündung so bemessen wird, daß die durch das Eintreiben der Ankerstange verdrängte Mischung nach Beendigung des Vorganges den Ringspalt im wesentlichen bis zur Bohrlochmündung ausfüllt.

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