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Die
Neuerung betrifft einen Bohrlochverschluss für den Einsatz in zu verfestigenden
Gebirgsschichten über-
und untertage, bestehend aus einem Packerrohr mit einem dieses umfassenden
Blähkörper, der
an die Bohrlochwand anpressbar ausgebildet am Packerrohr festgelegt
ist, wobei das Packerrohr im Bereich des Blähkörpers Radialbohrungen, an der
Zugangsseite ein Rückschlagventil
und auf der gegenüberliegenden
Ausgangsseite eine Berstscheibe aufweist.
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Derartige
Bohrlochverschlüsse
werden im untertägigen
Berg- und Tunnelbau, aber auch übertage
eingesetzt, um ein vorher hergestelltes Bohrloch gegenüber der
Atmosphäre
zu verschließen
und dann das das Bohrloch umgebende Gebirge mit dem eingebrachten
Verfestigungs- bzw. Klebmaterial zu beaufschlagen. Dazu wird der
Bohrlochverschluss in das Bohrloch eingeführt und dann mit dem unter
hohem Druck herangeführten
Zwei- oder Mehr-Komponenten-Gemisch
beaufschlagt, sodass er sich gegen die Bohrlochwand festsetzt. In
der Regel werden zwei miteinander reagierende flüssige Kunststoffe getrennt
herangeführt,
die dann in einem so genannten Statikmischer intensiv miteinander
vermischt werden, dann in den aufblähbaren Packer hinein und nach
dessen Festsetzen durch diesen hindurch in das Restbohrloch hineingepresst.
Von diesem Bohrloch aus gelangen die miteinander reagierenden Komponenten
in die Risse und Schlechten, um diese zuzusetzen und so das Gebirge
nach dem Aushärten der
Komponenten zu verfestigen. Wichtig ist dabei, dass die beiden oder
mehreren Komponenten auch sicher vermischt sind, da ansonsten, wenn überhaupt eine
Aushärtung
nur nach übergroßer Zeitspanne
erfolgen kann. Der vor dem Bohrlochverschluss angeordnete Statikmischer
wird nach dem Verpressen, d. h. dem Füllen des Bohrlochverschlusses
und dem Einpressen der gemischten Komponenten in die Gebirgsschichten
gereinigt und kann dann mehrfach eingesetzt werden. Es hat sich
aber herausgestellt, dass die Bedienungsmannschaften aus welchen Gründen auch
immer geneigt sind, den die beiden Komponenten intensiv vermischenden
Statikmischer einfach wegzulassen. Für das Aufblähen und Festsetzen des Bohrlochverschlusses
ist dieses völlig
unerheblich, da der Bohrlochverschluss mit den unter hohem Druck
stehenden Komponenten auf jeden Fall sich aufbläht und im Bohrloch festsetzt,
wobei aber nicht feststellbar ist, was und wie das Gemisch hinter
dem Bohrlochverschluss aussieht und ob es richtig ausreagiert. Bei
Weglassen des Statikmischers spart sich die Bedienungsmannschaft
nicht nur das anschließende
Säubern
des Statikmischers, sondern der gesamte Arbeitsablauf verkürzt sich
und vor allem kann es zwischen Statikmischer und der anschließenden Leitung
bzw. dem Bohrlochverschluss nicht zu Problemen kommen, weil dort
noch nicht vermischtes Fördergut
in der Leitung ansteht, also ein frühzeitiges Aushärten nicht
eintreten kann. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass gerade wegen
der Wichtigkeit des Verfestigungseffekts ein richtiges und intensives
Durchmischen der beiden oder mehreren Kunststoffkomponenten zwingend
notwendig ist. Da durch das Verfestigen gleichzeitig auch ein Abdichten
der Gebirgsschichten erfolgt, kann dieses Vorgehen nicht nur zu
mangelnde Tragkräfte
aufweisenden Schichten, sondern auch zu Wassereinbrüchen führen, was
besonders problematisch ist.
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Der
Neuerung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Bohrlochverschluss
zu schaffen, der sicherstellt, dass nur richtig vermischte Kleberkomponenten
das Packerrohr passieren und ins Gebirge eingepresst werden.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Neuerung
dadurch gelöst,
dass das Packerrohr einen Innendurchmesser und eine Innenwand aufweisend
ausgebildet ist, die mit dem Außendurchmesser
und der Außenwandung
eines Statikmischers korrespondierend geformt sind und dass im Abstand
zur Berstscheibe eine die Bewegung des zwischen Rückschlagventil und
Berstscheibe angeordneten Statikmischers begrenzende Sperre vorgesehen
ist.
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Mit
einer derartigen Ausbildung ist ein Bohrlochverschluss geschaffen,
der einen Statikmischer sicher aufnehmen kann und zwar so, dass
dieser Statikmischer auch seine Funktion voll und sicher erfüllt. Der
Statikmischer sorgt dabei vorteilhaft auch dafür, dass bereits vermischte
Kunststoffkomponenten zum Aufblähen
des Packers mit eingesetzt werden, sodass dieses Material sich in
dem Hohlraum mit festsetzt und dann die Wirkung des Packers bzw. Bohrlochverschlusses
noch vorteilhaft sichert oder gar erhöht. Darüber hinaus ist auf jeden Fall
sichergestellt, dass nur richtig vermischte Komponenten in das Bohrloch
und in die Gebirgsschichten hineingelangen, weil eben der Bohrlochverschluss
für dieses Gesamtverfahren
unbedingt notwendig ist und daher von der Bedienungsmannschaft auf
jeden Fall eingesetzt wird, sodass wenn dieser den Statikmischer
mit enthält
und in einer zweckmäßigen Anordnung
enthält,
eine Zwangsmischung garantiert ist. Durch die Sperre vor der Berstscheibe
ist sichergestellt, dass der Statikmischer als solcher die Wirkung
der Berstscheibe nicht beeinträchtigen
kann. Vielmehr verbleibt ein bestimmter Hohlraum zwischen Berstscheibe
und Ende des Statikmischers, sodass diese genau der Beaufschlagung
unterworfen wird, die notwendig ist, um vor Zerplatzen oder Aufreißen der Berstscheibe
den Bohrlochverschluss vollständig aufzublähen und
im Bohrloch festzusetzen. Die somit gewährleistete und quasi erzwungene
Zwangsmischung wirkt sich für
die gesamten Arbeiten vorteilhaft aus und sichert sowohl der ausführenden
Firma wie dem Kunden die notwendige Sicherheit optimaler Verfahrensausführung.
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Nach
einer zweckmäßigen Ausführung der Neuerung
ist vorgesehen, dass das Packerrohr aus Stahl hergestellt ist und
der Statikmischer ein Kunststoffprodukt ist. Durch diese Materialwahl
ist zunächst
einmal das Einschieben bzw. das Positionieren des Statikmischers
im Packerrohr erleichtert, zumal ein aus Stahl bestehendes Packerrohr
sicherstellt, dass der Bohrlochverschluss seine Funktion voll erreicht
und dann auch während
der gesamten Betriebszeit beibehält.
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Das
Einschieben und genaue Positionieren des Statikmischers im Packerrohr
ist insbesondere dann optimal vorzunehmen, wenn der Innendurchmesser
des Packerrohres 10–15
mm, vorzugsweise 12 mm und der Außendurchmesser des Statikmischers
9,5–14,75
mm, vorzugsweise 11,75 mm aufweist. Der Statikmischer weist keine
durchgehende Außenwandung
vor, vielmehr besteht er aus einem zahlreiche Wände aufweisenden Kunststoffkörper, sodass
ein Einführen
insbesondere dann gut und sicher möglich ist, wenn die vorgesehene Öffnung relativ
eng für
den Gesamtstatikmischer ist.
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Die
ausgangsseitig angeordnete Sperre sorgt wie schon erwähnt dafür, dass
der Statikmischer nicht bis zur Berstscheibe gelangen kann, sondern
vorher fixiert wird. Nach einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass
die Sperre ein in einer in der Innenwand des Packerrohres ausgebildeten
Nut angeordneter Sperrring ist. Dieser Sperrring belässt für die miteinander
vermischten Komponenten einen ausreichenden Durchgangsquerschnitt, sorgt
aber andererseits dafür,
dass der Statikmischer diese Stelle nicht passieren kann. Vorteilhaft
dabei ist, dass der Statikmischer mit dem gesamten Umfang an diesem
Sperrring festgehalten wird.
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In
aller Regel reicht es aber, wenn die Sperre ein in Bohrungen im
Packerrohr eingesetzter Sperrstift ist. Dieser Sperrstift kann leicht
montiert werden und zwar von außerhalb
des Packerrohres und erfüllt dann
ebenso seine Funktion, wie der Sperrring, sodass die Wirkung der
Berstscheibe auf jeden Fall gewährleistet
ist.
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Die
Sperre muss so lange funktionsfähig sein,
bis die Berstscheibe angesprochen hat und dann die miteinander vermischten
Komponenten diese Engstelle in Richtung Bohrloch verlassen. Um den Zwei-
oder Mehr-Komponenten-Strom
möglichst
wenig zu behindern, kann es zweckmäßig sein, wenn die Sperre einem
Druck widerstehend ausgeführt
ist, der mit dem von der Berstscheibe aufzunehmenden korrespondierend
eingestellt ist. Dies bedeutet, dass dann wenn die Berstscheibe
bei dem vorgegebenen Druck, d. h. also nach dem Verfüllen und
Aufblähen zerstört ist,
wird auch die Sperre mit „weggespült", da sie den Statikmischer
nicht mehr unbedingt zurückhalten
muss, wobei er im Bohrlochverschluss verbleibt. Darüber hinaus
kann es eben zweckmäßig sein,
dass der Statikmischer seine zunächst
einmal eingenommene Position zwangsweise verlässt, um den Mischeffekt zu
verbessern oder zu gewährleisten,
was eben dadurch erreicht wird, dass nach dem Zerplatzen der Berstscheibe
die Sperre nicht mehr wirksam ist und der Statikmischer dann um
einige Millimeter oder Zentimeter verschoben werden kann.
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In
aller Regel wird der Statikmischer innerhalb des Packerrohres nur
in Richtung Ausgangsseite durch die Komponenten des Klebemittels
verschoben, doch kann es auch zweckmäßig sein, ihn an einem Zusammenschieben über die
Gesamtlänge
zu hindern, was man gemäß der Neuerung
dadurch erreicht, dass auf der das Rückschlagventil aufnehmenden
Zugangsseite des Packerrohres ein Widerlager für die Feder des Rückschlagventils
vorgesehen ist, das zugleich als Bewegungssperre für den Statikmischer
dienend ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Statikmischer auch
an diesem Ende über die
Bewegungssperre festgelegt ist, sich also nicht zusammendrücken lässt durch
den Druck der anstehenden beiden oder mehreren Komponenten, sondern
immer seine optimale Länge
beibehält.
Durch diese Garantie der Öffnungen
innerhalb des Statikmischers ist ein immer gleich bleibender Mischeffekt
im Statikmischer sichergestellt.
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Die
beschriebene Bewegungssperre ist zweckmäßigerweise ein Sperrstift,
der den Statikmischer mit festlegend ausgebildet ist. Wenn dieser Sperrstift
entsprechend angeordnet ist, kann in aller Regel auf den Sperrstift
auf der gegenüberliegenden Seite,
also vor der Berstscheibe, verzichtet werden. Allerdings ist es
sicherer, wenn der Platz vor der Berstscheibe auf jeden Fall dadurch
freigehalten wird, dass im Abstand dazu der weitere Sperrstift bzw.
die Sperre vorgesehen ist.
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Ein
optimaler Durchfluss des Komponentengemisches ist gemäß einer
weiteren Ausbildung der Neuerung vorteilhaft möglich, wenn die Berstscheibe zwischen
dem Rohrende und dem Innenring einer Anschlussmuffe fixiert angeordnet
ist, wobei der Innenring einen Durchgang aufweist, der mit der Innenwand
des Packerrohres korrespondierend ausgebildet ist. Dieser Innenring
stellt somit für
das durchfließende
Komponentengemisch kein Hindernis dar. Es wird vielmehr nach Verlassen
des Statikmischers bis zur Anschlussmuffe gleichmäßig geführt, um
dann etwas expandieren zu können,
was aber für
das weitere Funktionieren des Verfahrens unwesentlich ist. Auf jeden
Fall ist aber der gleichmäßige und
sichere Durchmischungsvorgang immer gewährleistet.
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Eine
weitere Ausbildung ist die, nach der der Statikmischer zweiteilig
ausgeführt
ist, wobei die Trennwand zwischen beiden Mischerteilen vorgesehen
ist und wobei ein Mischerteil über
die Bewegungssperre und das andere Mischerteil über den Sperrstift bzw. die
Sperre fixiert ist. Bei einer derartigen Ausbildung und der weiter
vorher beschriebenen Ausführung,
nach der die Sperre quasi mit Öffnen bzw.
mit Zerspringen der Berstscheibe ein Weiterrutschen des Statikmischers
erlaubt, bewegt dieser sich bis zum Sitz der ehemaligen Berstscheibe,
wo er dann endgültig
festgehalten wird. Die Stelle, wo die Radialbohrungen sitzen, wird
dadurch quasi erweitert, sodass hier ein etwas geringerer Druck
herrscht, was dazu führt,
dass die Radialbohrungen absolut dicht bleiben, was erforderlich
ist, um sicherzustellen, dass der gesamte Bohrlochverschluss an
seiner Position sicher verbleibt.
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Um
das Verschließen
der Radialbohrungen im Packerrohr nach Abschluss des Aufblähvorganges
sicherzustellen, ist vorgesehen, dass das Packerrohr Radialbohrungen
aufweist, die über
einen flexiblen, in die Außenwand
des Packerrohres eingelassenen Deckring verschließbar sind,
wobei die Radialbohrungen außermittig
des Deckrings angeordnet sind. Ein derartiger Deckring ist zwar
grundsätzlich
bekannt, doch wird durch die bestimmte, außermittige Anordnung der Radialbohrungen
einerseits und seine Anordnung innerhalb der Außenwandung des Packerrohres
andererseits sichergestellt, dass dieser Deckring „leicht" zu öffnen ist,
sich aber auf jeden Fall bei größerem Außendruck
als Innendruck schließt
und zwar genau dort, wo seine Wirkung zum Verschluss der Radialbohrungen
unbedingt erforderlich ist.
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Zwar
ist darauf hingewiesen worden, dass die Sperre unter Umständen nur
einen begrenzten Druck aufnehmend ausgebildet sein kann, doch ist
in der Regel diese Sperre als bleibende Sperre ausgebildet, wobei
vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass die Sperre als nur mit Spezialwerkzeug
zu montierender und entsprechend zu entfernender Sperrstift ausgebildet
ist. Damit wird verhindert, dass ein Dritter aus welchen Gründen auch
immer die Sperre entfernen kann, sodass dann bei Anlegen des entsprechenden
Druckes der integrierte Statikmischer sich vor die Berstscheibe
setzt, deren Wirkung behindert und auch ansonsten Nachteile erzeugt.
Das Entfernen des Sperrstiftes ist eben nur durch befugte Mitarbeiter
möglich.
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Die
Neuerung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Bohrlochverschluss
geschaffen ist, der auf jeden Fall sicherstellt, dass nur optimal vermischte
Komponenten eines gewünschten
Komponentengemisches in den Bereich hinter dem Bohrlochverschluss
gelangt. Dies ist der Bereich, der nach dem Einsetzen und Aufblähen des
Bohrlochverschlusses nicht mehr einsehbar ist, dessen Zustand aber
für die
Wirkung der gesamten Arbeiten ausgesprochen wichtig ist. Dies bedeutet,
mit Hilfe des integrierten Statikmischers und des diesen aufnehmenden
Bohrlochverschluss ist eine Zwangsmischung der eingebrachten Kunststoffkomponenten vor
Einbringen in das eigentliche Bohrloch sichergestellt. Zwar ist
ein derartiger, in den Bohrlochverschluss integrierter Zwangsmischer
ein verlorenes Bauteil, d. h. er kann nach Fertigstellung der Arbeiten in
aller Regel nicht ein zweites Mal eingesetzt werden, doch handelt
es sich um ein relativ preiswertes Produkt, das als Einmalprodukt
auch noch einfacher als bisher herstellbar ist. Selbst wenn man
diese Kosten berücksichtigen
will, bleibt aber der große
Vorteil auf der anderen Seite, dass immer sichergestellt ist, dass
nur ein optimal vermischtes Komponentengemisch ins Gebirge hineingebracht
wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Neuerung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung,
in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
ist. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen Bohrlochverschluss mit einem im Packerrohr angeordneten Statikmischer,
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2 eine
vergrößerte Wiedergabe
der Ausgangsseite,
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3 eine
vergrößerte Wiedergabe
der Zugangsseite,
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4 einen
Schnitt durch ein Packerrohr mit dahinter angeordnetem Sperrring
und
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5 eine
vergrößerte Wiedergabe
des Bereiches der Radialbohrungen.
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1 zeigt
einen Bohrlochverschluss 1 im Querschnitt, wobei deutlich
wird, dass ein durchgehendes Packerrohr 2 von einem Blähkörper 3 umfasst
ist, wobei die Spannringe 4, 5 dafür sorgen, dass über die
Radialbohrungen 6, 7 von der Zugangsseite 11 aus
ein Zwei- oder Mehr-Komponenten-Material in den Hohlraum 9 hineingepresst
wird. Beim Einströmen
von der Zugangsseite 11 aus, wird zunächst einmal das Rückschlagventil 12 geöffnet, indem
die Kugel gegen die durch das Widerlager 14 gesicherten
Feder 13 verschoben wird, sodass das Mehrkomponenten-Material
bis zur Berstscheibe 16 strömen kann. Hier wird dieses
Material aufgehalten bzw. am weiteren Durchströmen gehindert, sodass es die
Ausgangsseite 15 nicht erreichen kann. In der Außenwand 10 ist
ein Deckring 8 angeordnet, der sich aufgrund des hohen
Druckes nunmehr öffnet, sodass
das Mehrkomponenten-Material zunächst einmal
durch die Radialbohrungen 6, 7 in den Hohlraum 9 hineinströmt und dafür sorgt,
dass der Blähkörper 3 sich
aufbläht
und sich gegen die hier nicht dargestellte Bohrlochwandung drückt. Einer
der Spannringe 4, 5 ist so ausgebildet und positioniert, dass
er ein Verschieben des Blähkörpers 3 auf
dem Packerrohr 2 begrenzt zulässt. Ist der Hohlraum 9 ausreichend
ausgefüllt
und der Blähkörper 3 dicht
an die Bohrlochwandung herangepresst, steigt der Druck im Packerrohr 2 wieder
und die Berstscheibe 16 kann dem Druck nicht mehr widerstehen,
sodass nach dem Aufreißender
Berstscheibe 16 nun das Mehrkomponenten-Material in das
Bohrloch hineinströmt.
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Die
optimale Durchmischung des Mehrkomponenten-Materials wird durch
den Statikmischer 20 gewährleistet, der innerhalb des
Packerrohres 2 angeordnet ist. Der Innendurchmesser 17 bzw.
die Innenwand 18 des Packerrohres 2 sowie der
Außendurchmesser 21 bzw.
die Außenwandung 22 des
Statikmischers 20 sind so korrespondierend ausgebildet, dass
dieser Statikmischer 20 sicher in das Packerrohr 2 eingeschoben
werden kann.
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Sowohl 1 wie 2 ist
zu entnehmen, dass das Einschieben des Statikmischers 20 in
das Packerrohr 2 durch die Sperre 23 begrenzt
ist. Dabei zeigt 4 eine Ausführung der Sperre 2 in
Form eines Sperrringes 25, der in einer Nut 24 in
der Innenwand 18 des Packerrohres 2 angeordnet
ist.
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Die 1 und 2 zeigen
nun eine Ausführung,
bei der statt des Sperrrings 25 in einer Bohrung 26 ein
Sperrstift 27 für
das Festlegen des Statikmischers 20 sorgt, sodass der Raum 30 vor
der Berstscheibe 16 auf jeden Fall frei bleibt. Auf der
gegenüberliegenden
Seite ist ebenfalls eine Art Sperre vorgesehen, was in 3 vergrößert wiedergegeben ist.
Hier wird das Widerlager 14, das für die Feder 13 des
Rückschlagventils 12 benötigt wird,
gleichzeitig dazu ausgenutzt, als Bewegungssperre 28 auch
auf dieser Seite die Bewegung des Statikmischers 20 einzuschränken oder
gar ganz zu verhindern. Wenn man die Bewegung verhindern will, müsste der Sperrstift 29,
der als Bewegungssperre 28 dient, die Wandung des Statikmischers 20 durchörtern. Entsprechendes
ist nicht in den Figuren wiedergegeben.
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Die
Ausgangsseite 15 ist nach 1 und 2 mit
einer Anschlussmuffe 34 versehen, die auf das Rohrende 32 des
Packerrohres 2 aufgeschraubt ist. Beide verfügen hierzu über korrespondierende Gewinde 31.
Da auch von der anderen Seite in aller Regel ein Rohr angeschraubt
werden soll, zumindest aber um dies zu ermöglichen, ist diese Anschlussmuffe 34 mit
einem Innenring 33 ausgerüstet, der die Bewegung hier
des Packerrohres 2 beschränkt. Dabei ist die Innenwand 18 des
Packerrohres 2 so ausgebildet, dass sie den gleichen Durchgang 35 aufweist,
wie der Durchgang 35 des Innenringes 33. Diese
Ausbildung sichert außerdem
ein genaues Fixieren der Berstscheibe 16, wobei hier immer
ein Restrand verbleibt, der dafür
sorgt, dass auch dann, wenn der Sperrstift 27 oder der
Sperrring 25 zur Freigabe des Statikmischers 20 zerstörbar ist,
dieser Statikmischer 20 den Innenring 33 nicht
passieren kann. Er wird hier auf jeden Fall festgehalten und sorgt
somit bleibend dafür,
dass die beiden oder mehreren Komponenten des Gemisches immer sicher
miteinander vermischt sind, bevor sie das Packerrohr 2 verlassen.
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5 schließlich zeigt
noch eine Ausführung,
bei der vorgesehen ist, dass der Statikmischer 20 aus zwei
Mischerteilen 37 und 39 besteht, wobei diese im
Bereich der Trennwand 38 aneinander liegen. Die Wendeln 40,
die eigentlich den Statikmischer 20 bilden, geben dem Statikmischer 20 eine ausreichende
Steifigkeit, sodass bei Bedarf auch ein getrenntes Bewegen der beiden
Mischerteile 37, 39 möglich ist.
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Alle
genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden,
werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.