AT400471B - Hydraulischer selbstbohr-gesteinanker - Google Patents

Description

AT 400 471 B

Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Seibstbohr-Gesteinanker, insbesondere zum Bohren lockerer Gesteine gleichsinniger Druckfestigkeit, zur Gesteinverfestigung durch Injektierung und zur Hohlraumsicherung, bestehend aus einem eine Längseinstülpung enthaltenden verformbaren Rohr, einer an dem einen Ende des Rohres befindlichen, mit einer seitlichen Auffüllöffnung versehenen Kupplungshülse, 5 wobei an der Stirnwand der Kupplungshülse ein Mitnehmerprisma und in diesem sowie in der Kupplungshülse eine mit dem durch die Längseinstülpung gebildeten inneren Hohlraum verbundene zentrale Bohrung vorgesehen ist, sowie einer am anderen Ende des Rohres befindlichen Abschlußhülse, wobei die Abschlußhülse mit einem Bohrfänger versehen ist.

Bekanntlich werden zum Ausbau von Grubenstrecken oder sonstigen Räumen untertage sowie zur io Befestigung von im Bergbau oder im Tiefbau gebräuchlichen Zimmerungen Gesteinanker eingesetzt. Mehrere Arten der zum Ausbau von Grubenräumen gebräuchlichen Gesteinanker sind bekannt. Zum Ausbau in lockerem, niedrige gleichsinnige Druckfestigkeiten aufweisenden Gesteinen können die hydraulischen Gesteinanker gut verwendet werden. Einen derartigen hydraulischen Gesteinanker beschreibt zB. die EP-B 016 742. Diese bezieht sich auf einen Rohranker mit geschlossenem Profil, in dem unter hohem 15 Druck Flüssigkeit eingeführt und der Querschnitt des Rohres ausgeweitet wird, so daß zwischen der Wand des Rohrankers sowie dem auszubauenden Gestein eine die Belastbarkeit des Ankers ermöglichende Reibungsverbindung zustande kommt.

Der Rohranker enthält in seinem Zustand vor der Ausweitung im allgemeinen eine in Längsrichtung entlang laufende Einstülpung, die unter Einwirkung des hydraulischen Druckes im Rohranker an die Wand 20 des vorgebohrten Loches gepreßt wird. Der Werkstoff des Rohrankers ist im allgemeinen ein Stahl mittlerer Zähigkeit, der unter Einwirkung des Flüssigkeitsdruckes von 100 bis 300 bar seine Form bildsam verändert. Das eine Ende des Gesteinankers ist mit einer zur Zuleitung der Druckflüssigkeit geeignet ausgebildeten Kupplungshülse das andere Ende mit einer zur Verhinderung des Aufreissens des Gesteinankers dienenden Abschlußhülse versehen. 25 Zum Einbau des hydraulischen Gesteinankers ist ein Loch in das Gestein zu bohren, dessen Durchmesser den Durchmesser des Gesteinankers um 5 bis 8 mm überschreitet. Nach dem Ausweiten bewirkt der Gesteinanker in seiner ganzen Länge eine sekundäre Spannung im Gesteinmantel. Auf diese Weise kann mit Hilfe von in entsprechender Dichte eingebauten Gesteinankern erreicht werden, daß die Tragfähigkeit eines ursprünglich, eine geringe Festigkeit aufweisenden Gesteinmantels, wesentlich erhöht wird. 30 Wie bereits erwähnt ist der erste Arbeitsschritt des Gesteinausbaus der Bohrarbeitsgang. Dies kann in lockeren, niedrige gleichsinnige Druckfestigkeiten aufweisenden Gesteinen bereits an sich schwierig sein und infolge der durch die geringe Stabilität der Bohrwand zustande kommenden Einbrüche kann das Einsetzen des hydraulischen Ankers nur sehr schwer oder überhaupt nicht durchgeführt werden.

Zur Gesteinverfestigung ist gegebenenfalls auch einen Injektierung erforderlich. Dies erfolgt mittels 35 eines in das in die Gesteinbrust eingebohrte Loch eingesetzten Injektiergerätes auf die Weise, daß das Injektiergerät nach seiner Einführung in das Loch mechanisch oder auf irgendeine andere Weise zur Lochwand gepreßt und ein Zurückfiießen des Injektierstoffes verhindert wird. Das Einführen der Injektierge-räte stößt im Falle von teilweise oder ganz eingebrochenen Lochwandungen auf die gleichen Schwierigkeiten wie dies bereits in Zusammenhang mit den Gesteinankern dargelegt wurde. 40 In der FR-PS 1 590 097 wird ein Gesteinsbohrer beschrieben, der gleichzeitig als Anker verwendet werden kann. Zu diesem Zweck wird zuerst ein Bohrloch hergestellt, dann wird eine Hartkartusche in das Bohrloch geschoben und der Bohrer als Gesteinsanker eingebracht, so daß das Harz den ringförmigen Raum zwischen der Oberfläche des Bohrers und der Wand des Bohrloches ausfüllt.

Ebenso wie in der ebengenannten FR-Patentschrift handelt es sich bei der WO-A1-8 4 02 375 um 45 keinen hydraulischen Gesteinsanker, sondern es wird ein Ankerrohr durch eine Klemmeinrichtung mechanisch vorgespannt und nach Einbringen in das Bohrloch wird die Klemmeinrichtung entfernt, so daß das Ankerrohr expandiert und sich im Bohrloch verspreizt. Auch hier kann das Ankerrohr eine Einwegbohrkrone tragen.

Im Gegensatz dazu beschreiben die DE-0S 3 111 673 und die bereits als Stand der Technik genannte so EP-A1 16 742 beide einen hydraulischen Anker, der jedoch keine Bohrfunktion hat, d.h., diese beiden hydraulischen Gesteinsanker müssen in ein Bohrloch eingebracht werden, das mit einem gesonderten Gesteinebohrer hergestellt wurde.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gesteinankers, der sich sowohl zur Durchführung der Bohr- als auch der lnjektierarbeitsgänge eignet. 55 Erfindungsgemäß wird bei dem eingangs erwähnten Gesteinanker vorgesehen, daß im Bohrfänger eine mit dem durch die Längseinstülpung gebildeten inneren Hohlraum verbundene zentrale Bohrung vorgesehen ist, die die Längseinstülpung des Rohres begrenzende Rohrwand eine bzw. mehrere Einfräsungen enthält, und die Vorrichtung mit einem Zwischenstück versehen ist, an dessen einem Ende eine die 2

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Kupplungshülse aufnehmende Stufenbohrung und an deren Ende eine das Mitnehmerprisma aufnehmende Nut vorgesehen ist, wobei die Stufenbohrung mit einer die Kupplungshülse in axialer Richtung fixierenden Einrichtung versehen ist, an ihrem anderen Ende hingegen ein Einsteckende ausgebildet ist, das mit einer sich an die Bohrung des Mitnehmerprismas anfügenden zentralen zur Zuführung der Spülflüssigkeit diendenden Bohrung versehen ist.

Im allgemeinen ist es zweckdienlich den Bohrfänger an die Abschlußhülse anzuschweissen. Gegebenenfalls kann vor der durch Aufschweissen erfolgenden Befestigung zwischen dem Bohrfänger und der Kupplungshülse in an sich bekannter Weise eine mit einer geringeren Bohrung als der untere Durchmesser der Kupplungshülse versehene Unterlagplatte eingesetzt werden, deren Einbau gewährleistet, daß die Vorrichtung den gesamten Aufgabenkreis des Gesteinankers versehen kann.

Die die Kupplungshülse in der Stufenbohrung des Zwischenstückes in axialer Richtung fixierende Einrichtung ist bei einer zweckdienlichen Ausführungsform eine in die beiden im Mantel der Stufenbohrung des Zwischenstückes befindlichen, in einer zur geometrischen Achslinie der Stufenbohrung senkrechten Ebene angeordnete Bohrung hineingefügte Feststellgabei.

Der erfindungsgemäß ausgeführte Selbstbohr-Gesteinanker kann mit Hilfe des Zwischenstückes an die bekannten Bohrmaschinen angeschlossen werden und ist so für Bohrarbeiten geeignet.

Die am seitlichen Teil der Kupplungshüise vorgesehene bei Gesteinankern übliche Auffüllöffnung gewährleistet, daß die Vorrichtung an bekannte Ankereinbaupumpen angeschlossen als hydraulische Anker aufgeweitet und so die Tragfähigkeit des Gesteinmantels erhöht werden kann.

Im Verlaufe der Aufweitung kommt es bei den Einfräsungen der Einstülpung des Gesteinankers unter Einwirkung des Druckes zu einem Aufreissen des Mantels und die so entstandenen Spalten bieten die Möglichkeit, an das Auffüliende d.h. an die Kupplungshülse eine an sich bekante Injektierpumpe anzuschließen und das Injektiermittel durch die Rohrkonstruktion unter Verwendung der beim Aufweiten entstandenen Spalte in das Gestein zu injektieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Ausführungbeispiele mit Hilfe von Zeichnungen · beschrieben. Fig.1 ist die Seitenansicht einer beispielsweisen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Selbstbohr-und Injektierankers, Fig.2 ist die Ansicht gemäß Pfei II. der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform, Fig.3 ist der Schnitt III. der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform, Fig.4 ist ein Längsschnitt einer beispielsweisen Ausführungsform der Bohrhülse, Fig.5 ist die Seitenansicht, zum Teil im Schnitt einer für Bohrarbeitsgänge zusammengestellten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Selbstbohr-Injektier-Ankers, Fig.6 ist die schematische Seitenansicht einer für Ankeraufweitarbeitsgänge zusammengestellten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Selbstbohr-Injektier-Ankers, Fig.7 ist die schematische Seitenansicht der für Injektierungsarbeitsgänge zusammengestellten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Selbstbohr-Injektier-Ankers, nach Zuleitung der Hochdruckflüssigkeit.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Gesteinankers zu sehen. Die Vorrichtung enthält das mit der Einstülpung 1 versehene Rohr 2, das bei den hydraulischen Gesteinankern wohl bekannt ist. An dem einen Ende des Rohres 2 ist die Abschlußhülse 3 am anderen Ende die Kupplungshüise 4 ausgebildet. Auch deren Ausbildung ist den üblichen Ausführunglösungen ähnlich. Einen grundlegenden Unterschied bedeutet aber, daß an die Abschlußhülse 3 der Bohrfänger 5 aufgeschweisst ist. In dieser ist eine zentrale Bohrung 6 vorgesehen, die sich in der zentralen Bohrung der Abschlußhülse 3 fortsetzt und mit dem durch eine Einstülpung des Rohres 2 gebildeten inneren Hohlraum 7 verbunden ist.

An dem Ende der an dem anderen Ende des Rohres 2 vorgesehenen Kupplungshülse 4 ist das Mitnehmerprisma 8 angeordnet. Dessen zentrale Bohrung 9 ist über die zentrale Bohrung der Kupplungshülse 4 ebenfalls mit dem inneren Hohlraum 7 des Rohres 2 verbunden.

Im Mantel der Kupplungshüle 4 ist eine bekannte Auffüllöffnung 10 vorgesehen, die mit dem Inneren des Rohres 2 verbunden ist.

In Fig.4 ist das zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende Zwischenstück 11 zu sehen, das zum Anschluss des Gesteinankers an die Gesteinbohrmaschine dient. An dem einen Ende desselben ist eine Stufenbohrung 12 vorgesehen, dessen Bodenteil eine Nut 13 ausbildet, in die sich das Mitnehmerprisma 8 der Kupplungshülse 4 einfügt.

Das andere Ende des Zwischenstückes 11 ist als ein normgerechtes Steckende 14 ausgebildet, das an die bekannten Bohrmaschinen angeschlossen werden kann. Das Einsteckende 14 ist mit einer zentralen Bohrung 15 versehen, die bis zur Nut 13 reicht und sich an die Bohrung 9 des an der Kupplungshülse 4 befindlichen Mitnehmerprismas 8 anfügt.

An dem den größten Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Stufenbohrung 12, wo sich bei dem Aufsetzen des Zwischenstückes 11 das Ende des Rohres 2 befindet, sind zwei Bohrungen 16 vorgesehen. Diese Bohrungen 16 sind in einer senkrechten Ebene zur geometrischen Achslinie der Stufenbohrung 12 an 3

Claims (4)

1. AT 400 471 B beiden Seiten des Rohres 2 so angeordnet, daß beim Einsetzen einer Fixiergabel die Kupplungshülse 4 aus dem Zwischenstück 11 in axialer Richtung nicht fortbewegt werden kann. Fig. 5 zeigt den mittels des Zwischenstückes 11 zusammengefügten Selbstbohr-Gesteinbohrer, der an die bekannte Bohrmaschine 17 angeschlossen ist. Die herkömmliche Verbindung zwischen der Bohrmaschine 17 und dem Gesteinanker wird durch das Einsteckende 14 des Zwischenstückes 11 gesichert. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen dem Zwischenstück 11 und der Kupplungshülse 4 erfolgt mittels der Nut 13 des Zwischenstückes 11 und des Mitnehmerprismas 8 der Kupplungshülse 4. Das Bohrmedium gelangt aus der Bohrmaschine 17 durch die Bohrung 15 des Zwischenstückes 11, die Bohrung 9 des Mitnehmerprismas 8, den inneren Hohlraum 7 des Rohres 2 und schließlich durch die Bohrung 6 des Bohrfängers 5 zur Bohrstelle. Die die axiale Bewegung zwischen dem Gesteinanker und dem Zwischenstück 11 verhindernde Fixiergabel ermöglicht im Interesse des schnelleren Entfernens des während des Bohrens anfallenden Bohrgutes sowie der Verhinderung einer Verstopfung der zentralen Bohrungen eine in axialer Richtung hin und zurück erfolgende Bewebung der Vorrichtung. Zu den Fig. 1 und 3 zurückkehrend ist zu sehen, daß bei dem unteren Teil des Rohres 2 an den die Einstülpung 1 begrenzenden Rohrwänden Einfräsungen 18 ausgebildet wurden. Bei diesen Einfräsungen 18 kommt es zu einer Verdünnung der Wand des Rohres 2, und zwar in einem Ausmasse, daß die Wand bei einem zum Aufblähen angewandten Druck von 250 bis 280 bar bricht und das Herausströmen der im Inneren des Rohres 2 befindlichen Flüssigkeit ermöglicht. In Fig. 6 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zu sehen, wie sie sich in dem selbstgebohrten Loch befindet und an die Kupplungshülse 4 der bekannte Anker ein Baukopf 19 angeschlossen ist. Mit dessen Hilfe erfolgt die Zuleitung der Hochdruckflüssigkeit in das Innere des Rohres 2, wobei das Rohr 2 auf die aus Fig. 7 ersichtliche Weise die Bohrung ausfüilt und ihr Mantel an deren Wand gepreßt wird. Im Verlaufe dieses Vorganges reißen die Einfräsungen 18 auf und kommen die in Fig. 7 ersichtlichen Injektieröffnungen 20 zustande. Durch diese kann nach Entfernen des Ankereinbaukopfes 19 und Anschluß des Injektierkopfes 21 das Injektieren vorgenommen werden. Aus Fig. 7 ist weiterhin ersichtlich, daß zwischen der Kupplunghülse 4 und der Gesteinbrust 22 eine Unterlagplatte 23 angeordnet ist. Diese wird durch den unteren Flansch der Kupplungshüisen an die Gesteinbrust 22 gepreßt. Die Unterlagplatte 23 ist vor dem Anschweißen des Bohrfängers 5 auf das Rohr 2 aufzuziehen, da ihr Bohrungsdurchmesser sowohl kleiner als die Breite des Bohrfängers 5, als auch kleiner als der größte Durchmesser der Kupplungshülse 4 sein muß. Die wichtigeren vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen selbstbohrenden, injektierenden, hydraulischen Ankers sind folgende: Die Vorrichtung kann in entscheidendem Maße mit Hilfe der im Bergbau ansonsten bekannten Materialien und Geräten hergestellt werden, sodaß ihr Einsatz keineswegs als fremd empfunden wird. Der Wirkungsgrad der mittels Injektierung erfolgenden Gesteinverfestigung wird durch gleidizeitige Anwendung der Gesteinverankerung in wesentlichem Maße erhöht. Die Gesteinsverankerung kann auch in Gesteinen verwirklicht werden, wo wegen der lockeren Gesteinstruktur das Einführen des Gesteinankers in die Bohung zufolge dessen Bruches schwerfällig bzw. unmöglich ist. Das Bohren, die Gesteinsverankerung und die Injektierung können mit ein und demselben Gerät vorgenommen werden, was zu einer weitgehenden Einsparung an Arbeitszeit führt. Die Anfertigung der Vorrichtung ist unter Berücksichtigung der mehrseitigen Verwendungsmöglichkeiten preiswert. Der allgemeine Einsatz wird durch den Umstand weitergehend gefördert, daß stets der zum Bohren des anstehenden Gesteines am besten entsprechende Bohrfänger und daß für die zur Verfügung stehende Bohrmaschine das entsprechende Einsteckende verwendet werden kann. Patentansprüche 1. Hydraulischer Selbstbohr-Gesteinanker, insbesondere zum Bohren lokkerer Gesteine gleichsinniger Druckfestigkeit, zur Gesteinverfestigung durch Injektierung und zur Hohlraumsicherung, bestehend aus einem eine Längseinstülpung enthaltenden verformbaren Rohr, einer an dem einen Ende des Rohres befindlichen, mit einer seitlichen Auffüllöffnung versehenen Kupplungshülse, wobei an der Stirnwand der Kupplungshülse ein Mitnehmerprisma und in diesem sowie in der Kupplungshülse eine mit dem durch die Längseinstülpung gebildeten inneren Hohlraum verbundene zentrale Bohrung vorgesehen ist, sowie einer am anderen Ende des Rohres befindlichen Abschlußhülse, wobei die Abschlußhülse mit einem Bohrfänger versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrfänger (5) eine mit dem durch 4 AT 400 471 B die Längseinstülpung (1) gebildeten inneren Hohlraum (7) verbundene zentrale Bohrung (6) vorgesehen ist, die die Längseinstülpung (1) des Rohres (2) begrenzende Rohrwand eine bzw. mehrere Einfräsungen (18) enthält, und die Vorrichtung mit einem Zwischenstück (11) versehen ist, an dessen einem Ende eine die Kupplungshülse (4) aufnehmende Stufenbohrung (12) und an deren Ende eine das 5 Mitnehmerprisma (8) aufnehmende Nut (13) vorgesehen ist, wobei die Stufenbohrung (12) mit einer die Kuppiungshülse (4) in axialer Richtung fixierenden Einrichtung versehen ist, an ihrem anderen Ende hingegen ein Einsteckende (14) ausgebildet ist, das mit einer sich an die Bohrung (9) des Mitnehmerprismas (8) anfügenden zentralen zur Zuführung der Spülflüssigkeit dienenden Bohrung (15) versehen ist. 10
2. 2. Gesteinanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrfänger (5) an die Abschlußhülse (3) aufgeschweißt ist.
3. 3. Gesteinanker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bohrfänger (5) und der 15 Kupplungshülse (4) in an sich bekannter Weise eine mit einer den unteren Durchmesser der Kupplungshülse (4) unterschreitenden Bohrung versehene Unterlagplatte (23) angeordnet ist.
4. 4. Gesteinanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kupplungshülse (4) in axialer Richtung fixierende Einrichtung eine in die beiden im Mantel der Stufenbohrung (12) des 20 Zwischenstükkes (11) an einer zur geometrischen Achslinie der Stufenbohrung (12) senkrechten Ebene angeordneten Bohrungen (16) eingeführte Feststellgabel (16a) ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 5 55