DE2350298C3 - Anordnung zur Befestigung einer Ankerstange in einem Bohrloch mittels einer Mörtelpatrone - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung einer Ankerstange in einem Bohrloch mittels einer Mörtelpatrone, die aus einer geschlossenen Hülse mit einem darin untergebrachten rasch abbindenden Mörtel besteht und einer besonders geeigneten speziell ausgebildeten Ankerstange.

Bekanntlich bestehen beim Auffahren von Strekken die Firste und teilweise die seitlichen Stöße aus entspanntem Gebirge, die man zur Vermeidung von Einbrüchen am intakten Gebirge halten muß. Zu diesem Zweck verwendet man Stahlstangen mit oder ohne Teilgewinde, die mit einem geeigneten Kleber in den in der Wandung der Abbaustrecke angebrachten Bohrlöchern eingeklebt oder einzementiert werden. Die Stangen können - mit oder ohne Stützplatten - beträchtlichen Lasten standhalten und außerdem eine Verformung oder ein Knicken der entspannten Gesteinsschichten in Grenzen halten.

Um einen hohen Abbaufortschritt zu ermöglichen, ist es wichtig, daß der Ausbau der Strecke so schnell wie möglich geschieht, damit die Bergleute in möglichst kurzer Zeit und unter annehmbaren Sicherheitsbedingungen wieder zu dem neuen Streb Zugang haben.

Im wesentlichen gibt es heute zwei Arten des Ankerausbaues. Bei der einen Methode wird Beton, bei der anderen Kunststoff verwendet. Beide Verfahren allerdings schaffen Unzulänglichkeiten, die die Möglichkeiten der Anwendung in der Praxis einengen.

Zu diesen Unzulänglichkeiten zählen bei der Verwendung von Beton die folgenden:

a) die Dosierung, das Anmachen und Mischen müssen am Betriebsort geschehen;

b) häufige und kostspielige Säuberung der Verpreßgeräte ist erforderlich;

c) da man einen Beton mit kurzer Abbindungszeit verwenden möchte, besteht die Gefahr des Verstopfens der Verpreßgeräte, wenn das Verpressen nicht in einer Zeit stattfindet, die geringer als die Abbindungszeit ist;

d) beim Verpressen des Betons in das Bohrloch ist ein Luftablaßrohr anzubringen, wodurch sich die einzelnen Arbeitsgänge schwierig gestalten;

e) selbst bei Verwendung eines Betons mit kürzester Abbindungszeit werden die für die Ankerum > bestimmten Optimalwerte erst nach 12, ja

ι ο sogar 24 Stunden erzielt, was mit der Forderung nach einem raschen Vortrieb unvereinbar ist. - Bei der Verklebung mit Kunststoffen treten folgende Schwierigkeiten auf:

a) da man Patronen verwendet, die den Kleber enthalten, kann man sich nicht davon überzeugen, daß das Bohrloch völlig ausgefüllt ist, zumal es schwierig ist, diese Patronen zu verdammen;

b) es besteht sogar die Gefahr, daß der Patronenmantel durch die Ankerstange überhaupt nicht zerstört wird, was natürlich der Ankerung abträglich ist;

c) da die Bohrlöcher im allgemeinen den Durchmessern von Sprenglöchern entsprechen, benötigt man Mengen an Kunststoff, deren Kosten eine Anwendung des Verfahrens oft nicht gestatten;

d) im allgemeinen ist eine Vorspannung dar Ankerstange r unmittelbar nach dem Einbringen — z. B. für das Anbringen von Mattenverzug an den Stößen — nicht möglich.

Darüber hinaus hat das Kleben mit Harzen dazu geführt, daß man Bohrlöcher mit geringem Durchmesser wählt, um sicherzustellen, daß das Prinzip sowohl in technischer als auch wirtschaf tlicher Hinsicht vertretbar bleibt.

Es ist auch bekannt, Ankerstangen mit Hilfe von mit Anmachwasser und Trockenmörtel gefüllten Patronen, die diese Komponenten in getrennten Abteilen enthalten, in Bohrlöchern zu befestigen. Bei diesem Verfahren besteht die Gefahr, daß bei Zerstörung der Patrone durch die Ankerstange das Anmachwasser im Bohrloch abfließt, bevor es mit dem Mörtel vermischt worden ist, so daß kein wirksamer Mörtel im Bohrlochtiefsten gebildet wird. Weiterhin beansprucht das Wasser verhältnismäßig viel Raum in der Patrone, so daß mit jeder Patrone zu wenig Trockenmörtel in das Bohrloch eingebracht wird. Eine vollständige Füllung des Bohrlochs mit Mörtel wird daher mit diesen Patronen nicht mit Sicherheit erreicht. Demgegenüber erreicht die Erfindung eine vollständige Anfüllung des Bohrlochs mit Mörtel. Ein Abfließen von Anmachwasser ist ausgeschlossen.

Die Erfindung besteht demgemäß aus einer Patrone der eingangs erwähnten Art, bei der in einer geschlossenen Hülse, die mit rasch abbindendem Mörtel gefüllt ist, die besagte Hülse aus einem wasserdurchlässigen Mantel mit einer den Austritt des Mörtels verhindernden Porosität besteht.

Die Erfindung besteht darüber hinaus aus einer Ankerstange mit flachem Profil, das an einem seiner Enden ein Gewinde für die Aufnahme der Bundmutter besitzt, wobei das Profil nach seinen beiden Enden hin in entgegengesetzter Richtung verlaufende Verdrallungen (8 und 9) und zwischen diesen ein verdralltes Stück (11) aufweist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der sich anschließenden Beschreibung.

Auf den Zeichnungen, die ausschließlich Beispiele

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darstellen sollen, stellt Fig. 1 eine Außenansicht mit Teilaufriß der der Erfindung zugrunde liegenden Patrone dar.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Ankerstange in ihrer Gesamtheit und die

Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichen drei Stufen des Verfahrens der Einbringung einer Ankerstange mit den erfindungsgemäßen Patronen.

Die Fig. 6 zeigt ein Kräftediagramm, das die Wirkungsweise der Ankerstange wiedergibt.

Fig. 1 zeigt'iäne Patrone 1 mit einem Mantel 2, der in diesem Beispiel einen runden Querschnitt hat. Jedoch kann der Mantel jede gewünschte Form haben und einen quadratischen, achteckigen oder anderen Querschnitt aufweisen.

Die Patrone 1 besitzt eine einzige Kammer 3, die an einem Ende durch eine Verklebung 4 geschlossen ist. Am anderen Ende, an dem die Füllung vorgenommen wird, ist sie durch einen mit einer Verschlußklammer 6 gehaltenen FaIzS verschlössen.

Die Kammer 3 ist mit Mörtel gefüllt. Vor Verwendung der Patrone sind außer Wasser alle Bestandteile des Mörtels vorhanden. Der Mantel 2 besteht aus einem wasserdurchlässigen Material; doch können durch ihn hindurch weder feuchte noch trockene Bestandteile des Mörtels entweichen. Dieses Material hat aber ebenfalls eine gewisse Fähigkeit, Wasser zu absorbieren. Dadurch wird zum Zeitpunkt der Einbringung der Ankerstange die rasche Abbindung des Mörtels begünstigt. Zum Beispiel ist ein Löschpapier von ausreichender Masse als Material verwendbar. Mit besonderem Erfolg wurde ein Papier mit einer Masse von 170 g/cm² verwendet.

Der Mörtel 7 hat die Eigenschaft einer sehr schnellen Abbindung und enthält vorzugsweise einen oder mehrere der nachstehenden Anteile, die durch Versuche ermittelt werden können:

- Quarzsand von geeignetem Körnungsaufbau,

- geschmolzener und/oder schnell bindender Zement,

- Gips,

- Kalk.

Man gibt Abbindungs- und/oder Härtungsbeschleuniger bei, z. B. NaCl und Li₂CO₃.

Die folgende Zusammensetzung war voll zufriedenstellend:

-50% trockener Quarzsand mit einer Korngröße von 0,6 bis 1,2;

- 30% Schmelzzement;

- 20% schnellbindender Naturzement; so

- beigemischt werden 2 ⁰/_M reines Lithiumkarbonat.

Eine wie vorstehend beschriebene Patrone kann auch mit anderen Typen von Ankerstangen verendet werden, vorausgesetzt diese Stangen haben eine dem Bohrloch angepaßte Länge, somit eine mechanische Festigkeit und eine angemessene Oberflächenstruktur, die beide so beschaffen sind, daß sie der Belastung standhalten, der die Stange ausgesetzt wird.

Allerdings bevorzugt man die nachstehend beschriebene Ankerstange mit der in Fig. 2 dargestellten Form. Diese Ankerstange 8 wird aus einem halbflachen Profil hergestellt und besteht aus zwei unterschiedlich verdrallten Teilen 9 und 10, die durch nach links und rechts, d. h. in entgegengesetzter Riehtung, verlaufende Verdrallungen gekennzeichnet sind. Diese beiden Verdrallungen 9 und 10 sind voneinander durch ein kurzes, gerades Längsteil 11 getrennt.

Gemäß Fig. 2 ist das eine Ende 12 der Stange 8 zylindrisch und hat ein Gewinde, damit es eine oder mehrere Bundmuttern aufnehmen kann. Dieses Ende 12 selbst ist bei Punkt 14 abgeflacht, damit bei Einbringung der Stange ein Antriebswerkzeug angesetzt werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3, 4 und 5 wird nun der Vorgang des Einbringens einer Ankerungsstange beschrieben, zu der die vorstehend dargestellten Patronen verwendet werden.

Zunächst wird ein Bohrloch F in der Wandung P gebohrt, die durch die Ankerungsstange einen Festpunkt erhalten soll. In einen mit Wasser gefüllten Behälter taucht man dann so viele Patronen 1 ein, wie entsprechend der Tiefe des Bohrlochs F erforderlich sind. Dieser Vorgang, der der Anfeuchtung des sich in den Patronen 1 befindlichen trockenen Mörtels 7 dient, ist abgeschlossen, wenn die Entgasung der Patronen aufhört, d. h. wenn sich an der Oberfläche des Wassers im Behälter keine Blasen mehr zeigen.

Aus Fig. 3 sieht man, daß man eine erste mit Wasser durchtränkte Patrone IA in das Bohrloch F einführt. Anschließend wird das Bohrloch mit Hilfe eines bekannten Werkzeugs O verdämmt. Diese Vorgänge werden so oft wie nötig wiederholt, um das Bohrloch F vollständig zu füllen. Bei dem dargestellten Beispiel (Fig. 4) sind nur zwei Patronen IA und Iß vorgesehen. Insbesondere ist festzustellen, daß für diesen Vorgang kein Verpreßgerät benötigt wird und daß die Verwendung des Mantels 2 aus Löschpapier die Gefahr des Einschlusses von Luft im Bohrloch ausschließt.

Nun wird die Ankerstange (Fig. 5) eingebracht. Die mit einer Auflageplatte 15 versehene Ankerstange SA wird mit einem bekannten Werkzeug durch gleichzeitiges Drehen und Schieben in den Mörtel eingeführt. Zu diesem Zweck wird die Stange SA drehend angetrieben in Richtung der schraubenförmigen Windungen 10, die sich nahe dem Antriebsende 14 befinden.

Auf Grund der doppelten Verdrallung der Stange SA erfolgt beim Einführen der Stange in das Bohrloch ein gleichmäßiges Mischen des Mörtels, wobei ein Herausfließen des Mörtels jedoch vermieden wird. Während des Einführens des Teils 9 der Ankerstange in das Bohrloch werden nämlich die Mörtelpartikel der Patrone Iß nach hinten in das tiefste Bohrloch F gedrückt, wodurch in der Patrone Iß ein Hohlraum entsteht, der durch den zurückströmenden überschüssigen Mörtel gefüLlt wird, wenn die Ankerstange in die Patrone IA eindringt.

Auf Grund der guten Abbindungseigenschaften des Mörtels kann man nach diesen Arbeiten praktisch sofort die Vorspannung der Ankerungsstange mit Hilfe der Mutter 13 vornehmen. Daraus ergibt sich ein großer Vorteil, da man fast unmittelbar nach Einbringen der Stange Schutzgitter oder gleichartige Vorrichtungen befestigen kann.

Beispiel

In ein Bohrloch mit einem Innendurchmesser von 32 mm wurde eine Ankerstange eingeführt. Das nahezu senkrecht verlaufende Loch hatte eine Tiefe von 1700 mm, und die Öffnung lief nach unten aus.

Es wurden zwei Patronen verwendet, deren Mantel aus Löschpapier der vorstehend erwähnten Art bestand. Sie hatten einen Durchmesser von 30 mm und eine Füllänge von 950 mm.

Die Ankerstange hatte einen Innendurchmesser von 17 mm und war Flacheisen mit runden Seitenkanten mit den Maßen 19,5 X 8,5 mm. Die Länge betrug 1800 mm, von denen 100 mm auf das Gewinde 12 entfielen. Die Stange bestand aus einem üblichen Baustahl.

Der Gang jeder Verdrallungen hatte eine Länge von 250 mm.

Die Einbringung der Ankerstange wurde wie vorstehend beschrieben vorgenommen, nachdem die Patronen 40 Sekunden lang in Wasser getaucht worden waren.

Die Ankerstange wurde mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 150 U/min, und einer Vortriebsgeschwindigkeit von 3 m/min, eingeführt, wobei das Drehmoment 28 mkg und die Schubkraft etwa 100 kp betrugen.

Anschließend wurde die Vorspannung der Schraube mit Hilfe der Mutter und der Auflageplatte vorgenommen, wobei sofort eine Bruchlast von 2 t und nach einer Stunde von 15 t erzielt wurden.

Zu der Verwendung der Patronen ist folgendes festzustellen:

- Man kann mit einem sehr schnell abbindenden Mörtel arbeiten, was die Vorspannung der Ankerstange unmittelbar nach dem Setzen erlaubt. Das ist vorteilhaft, wenn es sich um das Setzen an den Stoßen, das sofortige Abfangen des Hangenden in Strecken oder um das Setzen von Stahlmatten handelt.

- Die Durchführung des Verfahrens ist deutlich erleichtert worden, da weder kostspielige Geräte noch hochspezialisiertes Personal erforderlich sind.

- Am Ort der Einbringung ist keinerlei Anmachen oder Dosierung erforderlich. Auch entfällt die Säuberung von Verpreß-, Misch- oder Dosierungseinrichtungen .

- Man kann die Patronen vor dem Einbringen der Stange verdammen, um mit Sicherheit die Toleranzen und Unebenheiten der Bohrlöcher auszugleichen und um die Bildung von Lufttaschei. zu verhindern.

- Man kann eine längere Einlagerung der in wasserdichten Plastikbeuteln verpackten Patronen sogar an einem mit Feuchtigkeit gesättigten Ort vornehmen.

Die erfindungsgemäße Ankerstange bietet gewisse Vorteile nach Erhärtung des Mörtels, wenn die Ankerungsstange unter Spannung steht.

Zunächst erlaubt die besondere Verdrallung der Stange unter konstanter Belastung ein gewisses Schlupfen, das erwünscht sein kann. Zum Beispiel ίο verhindert in Abbaustrecken das Schlupfen einen Bruch der Stange, wenn das Gestein in Bewegung gerät. Außerdem kann man diesen Anker nicht nur als Stützbalken verwenden, sondern als Mittel zur kontrollierten Freisetzung der Spannungen in dem Geis stein, in das die Stange eingesetzt wurde.

Darüber hinaus vermindert die Schraubenform der Stange die Scherkräfte im Mörtel, indem die Zugbeanspruchungen in Radialkomponenten umgewandelt werden.

Wenn man nämlich einen Oberflächenabschnitt E (Fig. 6) der Schraube H in Kontakt mit dem entsprechenden Abschnitt des Mörtels betrachtet, so zergliedert sich die Zugkraft / in:

- eine Kraft/,,die dazu neigt, die Stange zu lösen; - eine Kraft R, die die Stange der durch den Mörtel gebildeten Wandung drückt.
Das von allen Kräften /, gebildete Moment wird teilweise durch die Reibungen und teilweise durch das Moment aufgehoben, das in entgegengesetzter Richtung zu dem Teil wirksam wird, das die der Drehrichtung entgegenlaufende Verdrallung hat.

Die rechtwinklig zu den Verdrallungen verlaufenden Radialkomponenten R bewirken eine Kompression des Gebirges, wodurch die Abscherfestigkeit erhöht wird.

Der Gewindegang der Verdrallungen der Ankerstange ist vorzugsweise so gewählt, daß die Radialspannungen recht große Abschnitte des Mörtels arbeiten lassen, um ein Abreißen zu verhindern.
Bei gegebenen Kennwerten kann sich ein und dieselbe Ankerstange für mehrere Bohrlochdurchmesser eignen. Für den Benutzer bedeutet diese Standardisierung eine einfache Lagerhaltung und beseitigt die Gefahr von Irrtümern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Befestigung einer Ankerstange in einem Bohrloch mittels einer aus einer geschlossenen Hülse bestehenden Patrone, in der ein rasch bindender Mörtel untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus einem wasserdurchlässigen Mantel mit einer den Austritt des Mörtels verhindernden Porosität besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mantel aus Löschpapier besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschpapier eine Masse von etwa 170 g pro Quadratmeter aufweist

4. Anordnung zur Befestigung einer Ankerstange nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Ankerstange aus einem flachen Profileisen besteht, das an einem seiner Enden ein Gewinde für die Aufnahme einer Bundmutter besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil nach seinen beiden Enden hin in entgegengesetzter Richtung verlaufende Verdrallungen (8 und 9) und zwischen diesen ein unverdralltes Stück (11) aufweist.