DE19959217A1 - Verfahren und Anordnung zum Betonieren von vertikalen Schächten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Betonieren von vertikalen Schächten mit einer Tiefe von z. B. 500 m und mehr. Der Beton wird dort über eine in einem Fallrohr (30) befindliche Betonsäule zu einer tieferliegenden Applikationsstelle (20) gefördert. Um ein entmischungs- und zerstörungsfreies Betonieren zu gewährleisten, wird der Beton am ausgangsseitigen Ende des Fallrohrs (30) portionsweise aus der nachrückenden Betonsäule entnommen, von der Betonsäule abgetrennt und dabei drucklos gestellt und sodann der Applikationsstelle zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betonieren von tiefen, vertikalen Schächten, bei welchem Beton von übertage über eine in einem Fallrohr befindliche Betonsäule zu einer tieferliegenden Appli­ kationsstelle gefördert wird.

Die im Bergbau vorkommenden Schächte, die mit dem er­ findungsgemäßen Verfahren betoniert werden sollen, ha­ ben eine Tiefe von beispielsweise 500 m und mehr. Wenn der Beton in dem Fallrohr unkontrolliert abstürzt, be­ steht die Gefahr einer Entmischung und einer Stopfer­ bildung. Dies gilt vor allem auch dann, wenn innerhalb des Fallrohrs Umlenkungen vorgesehen sind. Die rein gravimetrische Ausbringung des Betons ist bei so tiefen Schächten mit einem hohen Verschleiß verbunden, selbst wenn entlang der Fallstrecke mehrere Sperrschieber vor­ gesehen werden, die periodisch geschaltet werden. Im übrigen sind die zur Verfügung stehenden Sperrschieber wegen des hohen Schaltverschleißes durch den abrasiven Beton und der Vielzahl der notwendigen Schaltvorgänge für einen zuverlässigen Einsatz nicht verwendbar.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Betonieren von tiefen, vertikalen Schächten zu entwickeln, womit ein zuverlässiger und entmischungsfreier Transport des Betons zu den Applikationsstellen bei größtmöglicher Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1, 9 und 18 angegebenen Merkmalskombinationen vorge­ schlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der verfahrensmäßige Gedanke zugrunde, daß der Beton am ausgangsseitigen En­ de des Fallrohrs portionsweise aus der nachrückenden Betonsäule entnommen, von der Betonsäule abgetrennt und dabei drucklos gestellt und sodann der Applikations­ stelle zugeführt wird. Um dies zu erreichen, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorge­ schlagen, daß die Betonsäule am ausgangsseitigen Ende des Fallrohrs in einen Zylinder geleitet und dort von einem unter Vergrößerung des Zylindervolumens zurück­ weichenden Kolben abgestützt wird, daß der Zylinderin­ halt nach Erreichen einer Kolbenendlage von der übrigen Betonsäule abgetrennt und danach vorzugsweise unter Vorschub des Kolbens aus dem Zylinder unmittelbar oder mittelbar zur Applikationsstelle ausgetragen wird. Beim mittelbaren Austrag wird der Beton zweckmäßig in einen Pufferbehälter geleitet und von dort der Applikations­ stelle zugeführt. Der drucklos gestellte Beton wird vorteilhafterweise über eine weitere Fallstrecke, die kürzer als die Betonsäule ist und beispielsweise durch einen Verteilerschlauch gebildet sein kann, der Appli­ kationsstelle zugeleitet.

Technisch gesehen handelt es sich bei der beschriebenen Zylinderanordnung um eine Dekompressionspumpe, die ein­ gangsseitig mit der unter Druck stehenden nachrückenden Betonsäule beaufschlagt ist, in der der Beton portions­ weise drucklos gestellt wird und sodann der Applikati­ onsstelle zugeführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die nachrückende Betonsäule am austrittsseitigen Ende des Fallrohrs in den nach oben weisenden, nach un­ ten offenen Zylinder umgeleitet, während die von der Betonsäule abgetrennten Betonportionen vom Zylinder aus nach unten ausgetragen werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die nachrückende Betonsäule am aus­ trittsseitigen Ende des Fallrohrs abwechselnd in zwei getrennte Zylinder eingeleitet wird und von diesen im Gegentakt portioniert und drucklos gegebenenfalls über den Pufferbehälter zur Applikationsstelle ausgetragen wird.

Anfänglich muß das Fallrohr so mit Beton gefüllt wer­ den, daß es zu keiner Entmischung und zu keiner Zerstö­ rung entlang der Fallstrecke kommt. Um dies zu errei­ chen, wird das Fallrohr zunächst mit Füllwasser ge­ füllt, bevor der Beton unter Zwischenlage mindestens eines Dichtelements in das Fallrohr eingeleitet wird. Das sodann austrittsseitig anfallende Füllwasser wird über ein am unteren Ende des Fallrohrs angeschlossenes und mit diesem kommunizierendes Rücklaufrohr vorzugs­ weise kleineren Durchmessers unter der Einwirkung der nachgeführten Betonsäule nach oben gefördert oder in den Schacht hinein verworfen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anordnung zum Betonieren von tiefen, vertikalen Schächten vorgesehen, die eine übertage angeordnete Füllpumpe und ein an die Füllpumpe angeschlossenes Fallrohr aufweist, wobei das austrittsseitige Ende des Fallrohrs an eine druckdichte Dekompressionspumpe an­ schließbar ist, deren Auslaß mit der Applikationsstelle verbindbar ist. Vorteilhafterweise ist an den Auslaß ein zur Applikationsstelle führender, von Hand bewegba­ rer Verteilerschlauch anschließbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Dekompressionspumpe eine eintrittsseitig mit dem Fallrohr verbindbare Rohrweiche auf, die austritts­ seitig abwechselnd an einen von zwei Zylindern druck­ dicht anschließbar ist, von denen der jeweils andere Zylinder vorzugsweise über einen gemeinsamen Pufferbe­ hälter in eine Auslaßleitung mündet, wobei in den Zy­ lindern im Gegentakt hin- und herverschiebbare Kolben angeordnet sind. Die Rohrweiche ist im Pufferbehälter unter den nach unten offenen Zylindern angeordnet und weist austrittsseitig in Richtung Zylinderöffnungen nach oben. Andererseits weist die beispielsweise als Verteilerschlauch ausgebildete Anschlußleitung von der Dekompressionspumpe aus nach unten, so daß der drucklos gestellte Beton unter der Einwirkung der Schwerkraft zur Applikationsstelle gefördert werden kann. Um War­ tungsarbeiten an der Dekompressionspumpe ausführen zu können, ohne die Betonsäule aus dem Fallrohr zu entfer­ nen, ist in dem Fallrohr vor der Dekompressionspumpe ein Sperrschieber angeordnet.

Weiter ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung an der tiefsten Stelle des Fallrohrs vor der Dekompressionspumpe eine mit dem Fallrohr kommunizie­ rende absperrbare Rücklaufleitung vorzugsweise mit kleinerem Querschnitt als das Fallrohr angeschlossen. Die Rücklaufleitung dient dazu, das vor dem Befüllen des Fallrohrs mit Beton eingefüllte Wasser unter der Einwirkung der nachrückenden Betonsäule nach oben aus dem Schacht herauszuführen. Die Wasserrückführung er­ folgt dabei nach dem Prinzip der kommunizierenden Röh­ ren.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Dekompressi­ onspumpe zur Förderung von druckbelasteten Dickstoffen insbesondere von Beton zu einer Applikationsstelle, insbesondere für den Einsatz in einer Betonieranordnung der vorbeschriebenen Art. Die Dekompressionspumpe weist erfindungsgemäß eine einseitig mit dem druckbelasteten Dickstoff beaufschlagte Rohrweiche auf, die austritts­ seitig abwechselnd an einen von zwei Zylindern druck­ dicht anschließbar ist, von denen der jeweils andere Zylinder vorzugsweise über einen gemeinsamen Pufferbe­ hälter in einen Auslaß mündet, und wobei in den Zylin­ dern zwei in Gegentakt hin- und herverschiebbare Kolben angeordnet sind. Der Pufferbehälter weist zweckmäßig einen bodenseitigen, vorzugsweise nach unten weisenden Auslaßstutzen auf, an den ein Verteilerschlauch an­ schließbar ist. Weiter ist er zweckmäßig mit einer druckdicht verschließbaren Wartungsöffnung versehen.

Mit vorstehenden Maßnahmen wird gewährleistet, daß die über die Betonsäule erzeugten Drücke in jeder Tiefe des Schachtes beherrscht werden können und der Betoneinbau problemlos erfolgt. Vorteilhafterweise ist zu diesem Zweck eine Steuerungseinrichtung zur synchronen An­ steuerung der Füllpumpe und der Dekompressionspumpe vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Schacht mit einer Schachtbetonieranlage;

Fig. 2 einen Ausschnitt X aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 mit der Dekompressionspumpe in teilweise geschnit­ tener Darstellung.

Die in Zeichnung dargestellte Anordnung ist zum Beto­ nieren der Schachtwände 10 eines Schachts 12 mit einer Tiefe von z. B. 500 m und mehr bestimmt. Der Beton wird von den verschiedenen Plattformen 14 aus, die über eine Leiter 16 erreichbar sind, mit einem von Hand geführten Verteilerschlauch 18 in freiem Fall in die vormontier­ ten Schalungen 20, die am Boden 22 geschlossen sind, eingebracht. Das Ausbringen des Betons über den Vertei­ lerschlauch 18 erfolgt durch den Auslaß 24 einer Dekom­ pressionspumpe 26, die an ihrem Einlaß 28 an ein Fall­ rohr 30 angeschlossen ist. Das Fallrohr 30 führt von übertage (Oberkante 31 des Schachts 12) im wesentlichen senkrecht an einer der Schachtwände 10 nach unten und ist auf der Höhe der Unterkante der Dekompressionspumpe 26 zu dieser hin abgebogen. Das Fallrohr 30 wird ein­ laßseitig über eine Füllpumpe 32 mit Beton beschickt, so daß sich im Fallrohr 30 eine Betonsäule bildet, die am Ende des Fallrohrs 30 unter hohem Druck am Einlaß 28 der Dekompressionspumpe ansteht.

Die Dekompressionspumpe 26 umfaßt eine als S-Rohr aus­ gebildete Rohrweiche 34, die in einem Pufferbehälter 36 um eine zur Einlaßöffnung 28 konzentrische vertikale Achse 38 mit Hilfe eines Hydraulikantriebs 40 schwenk­ bar gelagert ist. An der Oberseite des Pufferbehälters 36 sind zwei Förderzylinder 42 senkrecht angeordnet, die mit ihren nach unten weisende Öffnungen 44 in den Pufferbehälter 36 münden und deren nicht dargestellte Kolben mit Hilfe jeweils eines Hydrozylinders 46, deren Kolben stangenseitig durch einen Wasserkasten 47 hin­ durch, im Gegentakt antreibbar sind. Die Rohrweiche 34 wird über den Hydraulikantrieb 40 synchron mit den Hy­ drozylindern 46 angetrieben, so daß die Austrittsöff­ nung 48 der Rohrweiche 44 abwechselnd vor eine der Zy­ linderöffnungen gelangt, während die jeweils andere Zy­ linderöffnung 44 frei nach unten in den Pufferbehälter weist. Das Hydraulikaggregat 54 zur Speisung des Hy­ draulikantriebs 40 und der Hydrozylinder 46 befindet sich auf einer der Plattformen 14 in der Nähe der De­ kompressionspumpe 26. Die Rohrweiche 34 wird jeweils bei nach unten gefahrenem Kolben in einem der Zylinder 42 vor die betreffende Zylinderöffnung 44 geschaltet, so daß sich die unter Druck stehende Betonsäule durch die Rohrweiche 34 hindurch gegen den betreffenden Kol­ ben abstützt. Beim Rückzug des Kolbens dringt die nach­ rückende Betonsäule in den betreffenden Zylinder 42 ein, bis der Kolben seine obere Endlage erreicht. So­ dann wird die Rohrweiche zum anderen Zylinder umge­ schaltet, dessen Kolben in seiner unteren Endlage be­ findet. Gleichzeitig wird der erste Zylinder zum Puf­ ferbehälter 46 hin geöffnet, so daß die darin befindli­ che Betonportion über den im Pufferbehälter 46 herr­ schenden Atmosphärendruck druckfrei gestellt wird und bei Vorschub des betreffenden Kolbens in den Pufferbe­ hälter 36 gelangt. Vom Pufferbehälter 36 aus fällt der Beton durch den Auslaß 24 in den Verteilerschlauch 18 und wird von dort aus im freien Fall zur Applikations­ stelle in den Schalungen 20 geleitet.

Der Pufferbehälter 36 ist mit einem seitlichen Deckel 50 versehen, der zu Wartungszwecken geöffnet werden kann. Zuvor wird das Fallrohr 30 zweckmäßig durch einen Schieber 52 gesperrt, um die Rohrweiche 34 druckfrei zu stellen.

Um das Fallrohr 30 zerstörungsfrei befüllen zu können, ist zusätzlich eine Wasserleitung 56 vorgesehen, die im Bereich des Schiebers 42 und im unteren Bogenbereich des Fallrohrs 30 mit dem Fallrohr 30 kommuniziert. Zu­ nächst wird bei geschlossenem Schieber 52 das Fallrohr 30 über die Wasserleitung 56 bis oben hin gefüllt. So­ dann wird bei noch geschlossenem Schieber 52 über die Füllpumpe 32 unter Zwischenlage mindestens eines Dich­ telements Beton in das Fallrohr 30 eingefüllt und das dort befindliche Wasser über die Leitung 56 nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren nach oben ver­ drängt. Sobald die Betonsäule in der Nähe des Schiebers 52 angelangt ist, wird dieser geöffnet, so daß das im unteren Bereich befindliche Wasser über die nachrücken­ de Betonsäule über den unteren Abschnitt der Wasserlei­ tung 56 verdrängt werden kann und die Betonsäule schließlich über den Pumpeneinlaß 28 in die Rohrweiche 34 eindringt. Hierzu muß dann die Dekompressionspumpe 26 über den Hydraulikantrieb 40 und die Hydrozylinder 46 in Gang gesetzt werden.

Die Reinigung der Anlage erfolgt über eine Wassersäule, die von übertage aus unter Zwischenlage eines Reini­ gungsmolches bei abgeschalteter Füllpumpe 32 in das Fallrohr eingebracht wird. Es reichen dazu etwa 20 m Wassersäule, die bei fortgesetztem Betrieb der Dekom­ pressionspumpe 26 allmählich bis in den Pufferbehälter 36 hinein nachrückt.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfin­ dung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Betonieren von vertikalen Schächten mit einer Tiefe von z. B. 500 m und mehr. Der Beton wird dort über eine in einem Fallrohr 30 befindliche Betonsäule zu einer tieferliegenden Applikationsstelle 20 gefördert. Um ein entmischungs- und zerstörungsfreies Betonieren zu ge­ währleisten, wird der Beton am ausgangsseitigen Ende des Fallrohrs 30 portionsweise aus der nachrückenden Betonsäule entnommen, von der Betonsäule abgetrennt und dabei drucklos gestellt und sodann der Applikations­ stelle zugeführt.

Claims (20)

1. Verfahren zum Betonieren von tiefen Schächten, bei welchem Beton über eine in einem Fallrohr (30) be­ findliche Betonsäule zu einer tieferliegenden Ap­ plikationsstelle (20) gefördert wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Beton am ausgangsseitigen En­ de des Fallrohrs (30) portionsweise aus der nach­ rückenden Betonsäule entnommen, von der Betonsäule abgetrennt und dabei drucklos gestellt wird und so­ dann der Applikationsstelle (20) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonsäule einer Dekompressionspumpe (26) zugeleitet, dort portionsweise drucklos gestellt und sodann der Applikationsstelle (20) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betonsäule am ausgangsseitigen Ende des Fallrohrs (30) in einen Zylinder (42) ge­ leitet und dort von einem unter Vergrößerung des Zylindervolumens zurückweichenden Kolben abgestützt wird, daß der Zylinderinhalt nach Erreichen einer Kolbenendlage von der übrigen Betonsäule abgetrennt und danach vorzugsweise unter Vorschub des Kolbens aus dem Zylinder (42) mittelbar oder unmittelbar zur Applikationsstelle (20) ausgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton aus dem Zylinder (42) in einen Puf­ ferbehälter (36) geleitet und von dort zur Applika­ tionsstelle (20) ausgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drucklos gestellte Beton über eine weitere Fallstrecke, die kürzer als die Betonsäule ist, der Applikationsstelle zugeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachrückende Betonsäule am austrittsseitigen Ende des Fallrohrs (30) in den nach oben weisenden, nach unten offenen Zylinder (42) geleitet wird und daß die von der Betonsäule abgetrennten Betonportionen vom Zylinder (42) aus nach unten ausgetragen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nachrückende Betonsäule am austrittsseitigen Ende des Fallrohrs (30) abwech­ selnd in zwei getrennte Zylinder eingeleitet, durch diese im Gegentakt portioniert und gegebenenfalls über den Pufferbehälter (36) zur Applikationsstelle ausgetragen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr (30) zunächst mit Füllwasser gefüllt wird, bevor der Beton unter Zwi­ schenlage mindestens eines Dichtelements in das Fallrohr (30) eingeleitet wird und daß das aus­ trittsseitig anfallende Füllwasser über ein mit dem Fallrohr (30) kommunizierendes Rückrohr (56) nach oben zurückgefördert oder in den Schacht verworfen wird.

9. Anordnung zum Betonieren von tiefen Schächten, mit einer Füllpumpe (32) und einem an die Füllpumpe an­ geschlossenen Fallrohr (30), dadurch gekennzeich­ net, daß das austrittsseitige Ende des Fallrohrs (30) an eine druckfeste Dekompressionspumpe (26) anschließbar ist, deren Auslaß (24) mit einer Ap­ plikationsstelle (20) verbindbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auslaß (24) ein zur Applikationsstelle (20) führender Verteilerschlauch (18) anschließbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dekompressionspumpe (26) eine eintrittsseitig mit dem Fallrohr (30) verbindbare Rohrweiche (34) aufweist, die austrittsseitig ab­ wechselnd an einem von zwei Zylindern (42) an­ schließbar ist von denen der jeweils andere Zylin­ der (42) vorzugsweise über einen gemeinsamen Puf­ ferbehälter (36) zum Auslaß (24) führt, wobei in den Zylindern (42) im Gegentakt hin- und herver­ schiebbare Kolben angeordnet sind.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrweiche (34) im Pufferbehälter (36) un­ ter den nach unten offenen Zylindern (42) angeord­ net ist und austrittsseitig in Richtung Zylinder­ öffnungen (44) nach oben weist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Auslaß (24) von der Dekompressionspumpe (24) aus nach unten weist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Fallrohr (30) vor der Dekompressionspumpe (26) ein Sperrschieber (52) angeordnet ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Fallrohr (30) vor der Dekompressionspumpe (26) an eine absperrbare Rück­ laufleitung (56) vorzugsweise mit kleinerem Quer­ schnitt als das Fallrohr (30) angeschlossen ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (56) nach übertage geführt ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, ge­ kennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung zur synchronisierten Ansteuerung der Füllpumpe (32) und der Dekompressionspumpe (26).

18. Dekompressionspumpe zur Förderung von druckbelaste­ ten Dickstoffen, insbesondere von Beton, zu einer Applikationsstelle (20) gekennzeichnet durch eine eintrittsseitig mit dem druckbelasteten Dickstoff beaufschlagbare Rohrweiche (34), die austrittssei­ tig abwechselnd an einen von zwei Zylindern (42) druckdicht anschließbar ist, von denen der jeweils andere Zylinder vorzugsweise über einen gemeinsamen Pufferbehälter (36) zu einem Auslaß (24) führt, wo­ bei in den Zylindern zwei in Gegentakt hin- und herverschiebbare Kolben angeordnet sind.

19. Dekompressionspumpe nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pufferbehälter (36) einen bo­ denseitigen, vorzugsweise nach unten weisenden Aus­ laßstutzen (24) aufweist.

20. Dekompressionspumpe nach Anspruch 18 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (36) eine mit einem Deckel (50) druckdicht verschließba­ re Wartungsöffnung aufweist.