DE2613733A1

DE2613733A1 - Verfahren und vorrichtung zum absichern und verstaerken von gestein

Info

Publication number: DE2613733A1
Application number: DE19762613733
Authority: DE
Inventors: John Michael Murphy
Original assignee: Exchem Holdings Ltd
Current assignee: Exchem Holdings Ltd
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1976-10-14
Also published as: BE839739A; ES446894A1; FR2306330B1; SE7603301L; GB1488294A; FR2306330A1; BR7601933A; ZA761568B; CA1028861A; US3987635A

Description

VON KREISLER SCHONWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

5 Köln ι 30. März I976

DEICHMANNHAUS AM HAUPTGAHNHOF Sff/Κθ

EXCHEM HOLDINGS LIMITED,

30 Cursitor Street, London EC4A IHR / England

Verfahren und Vorrichtung zum Absichern und Verstärken von Gestein

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absichern und Verstärken von Gestein durch Bohren eines Bohrloches in das Gestein, Einsetzen von mindestens einer eine Harzmasse enthaltenden Kapsel in das Bohrloch und Einführen eines Holzdübels in das Bohrloch, wobei die Kapsel am Ende des Bohrloches zerstört wird, und das Harz den Dübel im Bohrloch fixiert, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verstärkungen und Stabilisierungen von Gesteinsschichten werden vorwiegend, jedoch nicht ausschließlich, in unterirdischen Stollen angewandt. Bei

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Telefon: (02 21) 23 4541-4 ■ Telex: 888 2307 dopa d ■ Telegramm: Dompaicnt Köln

ORIGINAL INSPECTEB

den bekannten Verfahren werden gespannte oder voll eingebundene Gesteinsanker aus Stahl verwandt, um die Gesteinsschichten zu verstärken.-In neuerer Zeit werden auch Verstärkungsdübel aus Holz oder Glasfasermaterial verwendet, die mit einem Kunstharz voll in das Gestein eingebettet werden. Dieses zuletzt genannte Verfahren hat insbesondere in solchen Fällen Bedeutung, in denen die Verstärkung nur vorübergehend benötigt wird, bevor das verstärke Gestein anschließend abgebaut wird. Die aus Holz oder Glasfasermaterial bestehenden Verstärkungsdübel werden von modernen Abbaumaschinen leicht und sicher durchgetrennt, wogegen ein stählerner Gesteinsanker nicht durchgeschnitten werden kann und den Abbau des Gesteins wesentlich behindern würde. Durch die Verwendung nicht-metallischer Verstärkungselemente ist es möglich, die Verstärkung an denjenigen Stellen durchzuführen, an denen sie am wirksamsten ist. Solche Stellen liqeen häufig ganz oder teilweise im Schneidweg der Abräumvorrichtung .

Es sind Verfahren zum Injizieren von Harz oder anderen Bindemitteln um die Verstärkungsdübel herum bekannt. Derartige Verfahren werden in beschränktem Umfang angewandt, jedoch kommen vorzugsweise Kapseln zum Einsatz, in denen die Harzmasse untergebracht ist. Für die Installation eines Verstärkungsdübels von 1,80 m Länge wird ein Bohrloch in das Gestein gebohrt. In das Bohrloch werden zwei oder drei Harzkapseln eingesetzt und dann wird der Verstärkungsdübel unter Drehung eingeführt. Beim Einschieben des rotierenden Dübels zerbrechen die Harzkapseln und ihre Inhalte mischen sich. Das Harz härtet schnell aus und bindet den Dübel fest in das Bohrloch ein.

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In der Praxis beträgt die maximale Dübellänge der in dieser Technik anzubringenden Dübel maximal etwa 2,40 m. Dies ist auf die Schwierigkeiten der Bewegung des Dübels in dem engen Bohrloch und auch auf die Kraft zurückzuführen, die erforderlich ist, um die Harzkapseln im Inneren des Bohrloches mit dem Dübel zu durchstoßen. Es gibt Fälle, in denen eine wirksame Gesteinsverstärkung mit Dübeln dieser Länge nicht durchführbar ist. Gesteinsverstärkungen müssen bis zu einer Tiefe von 4,80 m durchgeführt werden können. In neuerer Zeit ist eine als "Tandem-Dübelung" bezeichnete Technik in Großbritannien und Südafrika entwickelt worden, um eine Gesteinsverstärkung auch in derartig großer Tiefe durchführen zu können. Bei dieser Technik werden zwei Verstärkungsdübel in zwei Stufen installiert. Zunächst werden mehrere Harzkapseln in das Bohrloch eingebracht und am inneren Ende des Bohrloches positioniert. Danach wird in der ersten Stufe ein Verstärkungsdübel eingesetzt und mittels eines metallischen Adapters, der an einer normalen metallischen Bohrstange angebracht wird, gedreht. Die Bohrstange und der Adapter werden nach der Installation des inneren Dübels herausgezogen und dann werden weitere Harzkapseln in das Bohrloch eingesetzt, um den zweiten Verstärkungsdübel festzulegen. In der zweiten Stufe wird der zweite Verstärkungsdübel eingesetzt und mittels eines Adapters, der direkt von einer Bohrmaschine angetrieben wird, gedreht. Obwohl diese Technik im wesentlichen zufriedenstellend funktioniert, hat sich herausgestellt, daß die Bohrstange und der Adapter gelegentlich in dem Bohrloch festklemmen und dadurch ein metallisches Hindernis darstellen, das das nachfolgende Zerschneiden der verstärkten Gesteinsschichten behindert.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein modifiziertes Tandem-Dübelungssystem zu schaffen, bei dem keine metallischen Bohrteile in das Bohrloch eingeführt werden, die sich verklemmen könnten und die dann das anschließende Zerschneiden der verstärkten Gesteinsschicht behindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nach Einsetzen der Kapsel in das Bohrloch zunächst ein erster Verstärkungsdübel eingesetzt wird, der über eine nicht-metallische Verbindungseinrichtung lösbar mit einem zweiten Verstärkungsdübel "sa^bunden ist, daß der zweite Verstärkungsdübel in Drehung versetzt wird und diese Drehung auf den tief in dem Bohrloch sitzenden ersten Verstärkungsdübel der In Kontakt mit der Kapsel ist, überträgt, bis der erste Verstärkungsdübel das innere Ende des Bohrloches erreicht hat, daß der zweite Vostärkungsdübel nach der Beendigung der Rotation aus dem Bohrloch herausgezogen wird, während der erste Verstärkungsdübel in der gemischten Harzmasse tief im Bohrloch verbleibt, daß mindestens eine weitere Harzkapsel in den verbleibenden freien Bereich des Bohrloches eingesetzt wird, wonach ein weiterer Verstärkungsdübel unter Drehung eingesetzt und in der Harzmasse im äußeren Bereich des Bohrloches festgelegt wird.

Der erste und der zweite Verstärkungsdübel können vor dem Einsetzen in das Bdrloch lösbar miteinander verbunden werden, jedoch wird normalerweise zunächst der erste Verstärkungsdübel in das Bohrloch eingeführt und dann der zweite Verstärkungsdübel im Inneren des Bohrloches mit dem ersten Verstärkungsdübel verbunden.

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Die nicht-metallische Verbindungseinrichtung, durch die die Verstärkungsdübel lösbar verbunden werden, können aus einem Kunststoffrohr bestehen, das mit festem Sitz über die aneinander angrenzenden Enden der Verstärkungsdübel geschoben wird. Diese Enden sind vorzugsweise abgeschrägt. Alternativ kann die nicht-metallische Verstärkungseinrichtung auch aus einem starken Kunststoffstift bestehen, der in entsprechenden Bohrungen an den aneinander angrenzenden Stirnseiten der Verstärkungsdübel untergebracht wird. Der Stift und die Bohrungen können beliebigen Querschnitt haben, beispielsweise können sie kreisförmig oder viereckig sein. Das Rohr oder der Stift können aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen, wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid, aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, wie Polyester oder Epoxydlaminaten oder aus Laminaten auf Papierbasis aus Phenol-Formaldehydharzen oder aus Harnstoff-Formaldehydharzen. Vorzugsweise besteht die Verbindungseinrichtung aus Polyäthylen hoher Dichte.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsveLse unter Verwendung von Harzkapseln durchgeführt, in denen die aktiven Bestandteile in einer einzigen Patrone angeordnet sind, wie sie z.B. in der GB-PS 1 127 913 beschrieben ist.

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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch zwei lösbar miteinander verbundene Holzdübel, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengesetzt sind;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Holzdübels mit einem nicht-metallischen Befestigungsteil, das an seinem einen Ende angebracht ist;und

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch zwei Holzdübel, die in einer anderen Befestigungsart aneinandergesetzt werden.

Gemäß Fig. 1 ist ein Verstärkungsdübel 1, der an beiden Enden abgeschrägt ist, lösbar mit einem ähnlichen Dübel 2 verbunden, indem ein kurzes Stück aus einem im wesentlichen starren Kunststoffrohr 3 über die Verbindungsstelle der beiden Holzdübel 1 und 2 geschoben ist. Im Einsatz wird eine auf den Dübel 2 (d.h. den Antriebsdübel) durch einen Bohrer ausgeübte Drehung auf den Dübel 1 übertragen, der tief in dem (nicht dargestellten) Bohrloch angeordnet ist. Nachdem der Dübel 1 in dem Bohrloch durch ein Harz, das anfangs in Kapseln enthalten war, die in dem inneren Ende des Bohrloches untergebracht worden sind, im Bohrloch fixiert wurde, wird der Antriebsdübel 2 aus dem Kunststoffrohr 3, das im Bohrloch verbleibt und erforderlichenfalls von einer Abbaumaschine leicht durchgeschnitten werden kann, herausgezogen. Für den Fall, daß der Antriebsdübel 2 sich aus irgendeinem Grunde in dem Bohrloch verklemmt, entstehen später kei-

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ne Schwierigkeiten während des Gesteinsabbaues, da der Holzdübel 2 nötigenfalls von einer Abbaumaschine leicht durchgeschnitten werden kann.

Fig. 2 zeigt einen hölzernen Verstärkungsdübel 1, auf den das Kunststoffrohr 3 im Preßsitz an einem Ende aufgeschoben ist, vor der Anbringung des Dübels 2 (gemäß Fig. 1), der ebenfalls im Preßsitz in das offene Ende des Rohres 3 eingeschoben wird, damit die in Fig. 1 dargestellte Baugruppe entsteht. Die einander zugewandten abgeschrägten Enden der beiden in das Rohr 3 eingesetzten Dübel ermöglichen die Übertragung der dem Dübel 2 mitgeteilten Drehbewegung auf den Dübel 1.

In Fig. 3 ist eine andere Konstruktion dargestellt, mit der zwei hölzerne Verstärkungsdübel lösbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden werden können. In eine Bohrung 5 von im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die indem abgeschrägten Ende des Dübels 1 vorgesehen ist, ist ein starker Kunststoffstift 4 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt eingesetzt und dort befestigt. Der Stift wird anschließend in gleicher Weise in eine Längsbohrung 5 des Dübels 2 eingeschoben. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer Drehung des Dübels 2 auch der Dübel 1 gedreht wird.

Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel
Die Vorwärtsverstärkung der vorderen Gesteinsschichten

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(face and immediate roof strata) in einer Verwerfungszone an einer im Langfrontbau bearbeiteten Kohle-Abbaufront wurde mit einem 3*60 m-Tandem-Dübelungsverstärkungssystem nach der Erfindung durchgeführt. Die Bohrlöcher wurden in Abständen von 90 cm angebracht, und jedes Bohrloch wurde nach dem nachstehend erläuterten Verfahren gedübelt.

Zunächt wurde ein Bohrloch von 43 mm Durchmesser mit einer üblichen Kohle-Bohreinrichtung bis auf eine Tiefe von 3»60 m gebohrt. Dann wurden drei Kapseln, die einen Durchmesser von 40 mm und eine Länge von 330 mm haben und eine Mastixmasse auf Kunstharzbasis sowie einen Katalysator enthalten,am inneren Ende des Bohrloches angeordnet. Ein abgeschrägter Holzdübel von 36 mm Durchmesser mit einer Länge von 1,80 m wird in der in Fig. dargestellten Weise mit einem Kunststoffrohr versehen. Das Kunststoffrohr hat einen Innendurchmesser von 36 mm, einen Außendurchmesser von 39 nun und eine Länge von 120 mm und ist von einem durch Extrusion hergestellten Kunststoffrohr aus Polyäthylen hoher Dichte abgeschnitten. Das Rohr wird auf dem Dübel mit 12 mm-Kupferkrampen befestigt. Der Dübel wird in das Bohrloch eingesetzt, wobei das Ende mit dem aufgeschobenen Rohrstück nach außen weist. Dann wird ein zweiter abgeschrägter Holzdübel in das Rohr eingesetzt, so daß die abgeschrägten Enden der beiden Dübel im Rohr aneinanderliegen. Die so gebildete Baugruppe wird weiter in das Bohrloch hineingestoßen, bis sie an die Harzkapseln anstoßen und werden dann unter Verwendung eines üblichen Kohlebohrers mit einem geeignegten Adapter gedreht. Während des Drehens wird die gesamte Baugruppe voll gegen die

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Rückseite des Bohrloches gedrückt. Nach Beendigung der Rotation wird der äußere Dübel herausgezogen. Der innere Dübel verbleibt zusammen mit dem Rohrstück eingebettet in das gemischte Harz im inneren Teil des Bohrloches,

Danach werden in den äußeren Teil des Bohrloches fünf Harzkapseln und ein Holzdübel mit einem Durchmesser von 36 mm und einer Länge von 1,80 m unter Drehung eingesetzt, um das Bohrloch mit der Verbindungsdübel-Verstärkung voll auszufüllen.

Nach einem derartigen Verfahren wurde die Verwerfungszone an der Abbaufront wirksam verstärkt, so daß der nachfolgende Kohleabbau, der ansonsten unter gefährlichen Umständen hätte erfolgen müssen, sicher und sohneil durchgeführt werden konnte.

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Claims

Ansprüche

Il J Verfahren zum Absichern und Verstärken von Gestein durch Bohren eines Bohrloches in das Gestein, Einsetzen von mindestens einer eine Harzmasse enthaltenden Kapsel in das Bohrloch und Einführen eines Holzdübels in das Bohrloch, wobei die Kapsel am Ende des Bohrloches zerstört wird, und das Harz den Dübel im Bohrloch fixiert, dadurch gekennzeichnet, daßnach dem Einsetzen der Kapsel in das Bohrloch zunächst ein erster Verstärkungsdübel eingesetzt wird, der über eine nicht-metallische Verbindungseinrichtung lösbar mit einem zweiten Verstärkungsdübel verbunden ist, daß der zweite Verstärkungsdübel in Drehung versetzt wird und diese Drehung auf den tief in dem Bohrloch sitzenden ersten Verstärkungsdübel der in Kontakt mit der Kapsel ist, überträgt, bis der erste Verstärkungsdübel das innere Ende des Bohrloches erreicht hat, daß der zweite Verstärkungsdübel nach der Beendigung der Rotation aus dem Bohrloch herausgezogen wird-, während der erste Verstärkungsdübel in der gemischten Harzmasse tief im Bohrloch verbliebt, daß mindestens eine weitere Harzkapsel in den verbleibenden freien Bereich des Bohrloches eingesetzt wird, wonach ein weiterer Verstärkungsdübel unter Drehung eingesetzt und in der Harzmasse im äußeren Bereich des Bohrloches festgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einsetzen des ersten Verstärkungsdübels in das Bohrloch der zweite Verstärkungsdübel lösbar im Inneren des Bohrloches mit dem ersten Verstärkungsdübel verbunden wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Verstärkungsdübel vor dem Einsetzen in das Bohrloch zusammengesetzt und gemeinsam eingeführt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hölzerne Verstärkungsdübel (1, 2) jeweils an ihren Stirnseiten abgeschrägt und gegeneinandergesetzt sind, und daß eine die beiden Verstärkungsdübel miteinander lösbar verbindende Verbindungseinrichtung (3* 4) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung aus einem nicht-metallischen Kunststoffrohr (3) besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungseinrichtung aus einem in ein Längsloch des einen Verstärkungsdübels eingesetzten Stift (4) besteht, der in ein Längsloch des anderen Verstärkungsdübels einsetzbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung aus Polyäthylen hoher Dichte besteht.

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