DE2111782A1

DE2111782A1 - Ankerbolzen und Verfahren fuer deren Installierung

Info

Publication number: DE2111782A1
Application number: DE19712111782
Authority: DE
Inventors: Emlyn Davies
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1969-02-18
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1972-09-28
Also published as: GB1271374A; AU2645471A; AU464620B2; FR2130998A5; BE764965A

Description

Ankerbolzen und Verfahren für deren Installierung

Die Erfindung bezieht*sich auf einen Ankerbolzen und auf ein Verfahren für dessen Installierung mit Hilfe einer Bohrung, die.sich von einer freigelegten oder freien Oberfläche des Materials, in das der Ankerbolzen installiert werden soll, einwärts erstreckt; bei diesem Verfahren werden in der Bohrung im Abstand vom Bohrlochmund Substanzen eingebracht, die von einem unverfestigtem Zustand, in dem sie von dem Ankerbolzen bei dessen.Einsetzen in die Bohrung durchdrungen werden können, in einen verfestigten Zustand bringbar sind, in dem sie eine -Verankerung zwischen dem Bolzen und .dem Material liefern, in dem das Bohrloch vorgesehen ist,

1Ö 9 8 4 0/ 019 8 nie Erfindung ist allgemein anwendbar, hat jedoch insbesondere Vorteile bei der Installierung von Ankerbolzen in ·

Bergwerken; die Erfindung wurde gerade in Verbindung mit den Anforderungen in Bergwerken entwickelt. In diesen Fällen werden Ankerbolzen als Mittel für die Stützung oder Stabilisierung der Oberflächenschicht einer Materialmasse neben einer freien oder exponierten Oberfläche eines Bergwerks, z.B. einer Decke, einer Wand oder eines Bodens benutzt, vTÖb ei sich die Bohrung von dieser Oberfläche in eine innere Region des Materials erstreckt, in dem die Bergarbeit vorgenommen wird und der ausreichend weit von der exponierten Oberfläche liegt, so daß er lagestabil ist. Wird der Ankerbolzen beansprucht, v/irkt er als Mittel für das Verankern der Materialschichten neben der exponierten Oberfläche an dem lagestabilen Material, so daß die Gefahr verhindert oder vermindere wird, daß das Material neben der exponierten Oberfläche vergehoben wird oder in den Ar- - . beitsbereich fällt.

Häufig müssen für diesen Zweck verwendete Ankerbolzen unter Bedingungen schwieriger Zugänglichkeit installiert werden; daher ist es wichtig, daß das Verfahren für das Installieren einfach und bequem durchführbar ist und daß die Wirksamkeit der Verankerung zwischen dem lagestabilen Material und dem Bolzen nicht von der Genauigkeit hoher Erfahrung und Übung abhängig ist, die unter diesen speziellen Bedingungen schwierig anwendbar wären.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Verfahren für das Installieren zu schaffen, das diesen

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besonderen Anforderungen genügt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für das Installieren eines Ankerbolzens in einem Loch vorgeschlagen, in dem härtbare Substanzen im·ungehärteten Zustand durch Drehbewegung des Bolzens gemischt werden, die im gehärteten Zustand den Bolzen in dem Loch verankern.

Die Drehbewegung erfolgt vorzugsweise nur in einer Richtung, jedoch kann man erfindungsgemäß auch den Bolzen abwechselnd in - entgegengesetzte hichtung drehen, d.h. den Bolzen hin- und herbewegen.

Zu dem Verfahren gehört vorzugsweise die Anwendung einer Kraftdrehkomponente um die Achse der Bohrung auf die härtbaren Substanzen, die den Bolzen verankern, sowie ferner eine Kraftaxialkomponente in eine Richtung, um jeglicher Verschiebung entgegenzuwirken, der die härtbaren Substanzen sonst unterliegen könnten. Wo sich die Bohrung oder das Loch von der freien Oberfläche nach oben erstreckt, würde die axiale Kraftkomponente in eine Richtung angewendet werden, in der sie die härtbaren Substanzen von dem Lochmund weg bewegt. Erstreckt sich das Loch von der freien Oberfläche nach unten, kann die axiale Kraftkomponente vorteilhaft in einigen Fällen in einer Richtung ausgeübt werden, in der sie die härtbaren Substanzen in Richtung auf den Lochmund bewegt.

Vorteilhaft werden die härtbaren Substanzen, die den 2O9 8AQ/0 198

Bolzen verankern, nahe dem blinden inneren Ende des Lochs untergebracht, wobei die auf diese Substanzen infolge Drehung des Ankerbolzens ausgeübte axiale Kraftkomponente in eine Richtung ausgeübt wird, in der sie die härtbaren Substanzen in Richtung auf das blinde Ende des Bohrlochs bewegt.

.Durch Anlegen einer axialen Kraftkomponente in richtige Richtung und durch Anlegen einer Drehkraftkomponente wird verhindert, daß die härtbaren Substanzen aus ihrer richtigen Lage entfernt werden, so daß die geeigneten Mengen dieser Substanzen in einer solchen Lage bleiben und in wirksamer Weise miteinander reagieren, damit sie in den gehärteten Zustand übergehen; wird hinsichtlich der Axiallage der härtbaren Substanzen während der gegenseitigen Vermischung keine Kontrolle ausgeübt, könnten sie über eine zu große Strecke entlang dem Bohrloch verteilt, werden, um den Bolzen noch wirksam im gehärteten Zustand zu verankern, während das Mischen der Substanzen an unterschiedlichen Stellen entlang dem Bohrloch mit weniger als den optimalen Anteilen jeder Substanz stattfinden könnte.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Ankerbolzen zu schaffen, der einfach und billig herzustellen ist und der in seiner Anwendung verläßlich ist und wirksame Verankerung zwischen dem Ankerbolzen und härtbaren Substanzen gewährleistet, wenn sich der Bolzen in dem Bohrloch befindet und die Substanzen sich in gehärtetem Zustand befinden.

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Erfindungsgemäß wird ein Ankerbolzen mit einem Abschnitt vorgeschlagen, der so geformt ist, daß bei Drehung des Bolzens um seine Achse dieser Abschnitt sowohl Kraftkomponenten in Drehrichtung als auch in Axialrichtung auf eine Materialmasse ausübt, die in dem Bohrloch enthalten ist, in das sich der Ankerbolzen erstreckt. .

Die bevorzugte Form des Ankerbolzens besitzt an oder nahe seinem inneren Ende (d.h. das Ende, das sich bei benutztem Ankerbolzen neben dem blinden inneren Ende des Bohrlochs befindet) einen Abschnitt, der· als Archimedische Schraube ausgebildet ist.

. Das Drehen des Ankerbolzens beim Installieren wird normalerweise mit Hilfe eines motorbetriebenen Bohrgeräts mit einem Spannfutter oder einer Schafteinrichtung für das Halten des äußeren Endabschnitts des Ankerbolzens bewirkt, wobei sich gewöhnlich das Spannfutter oder die Schafteinrichtung im Uhrzeigersinn dreht (bei Blickrichtung entlang dem Bohrloch von dessen Mund.zu dessen blindem Ende). Daher ist die bevorzugte Ausfuhrungsform der Archimedischen Schraube linksgängig.

Die Archimedische S chraube kann von einem Endabschnitt des Ankerbolzens gebildet werden, der im Querschnitt rechteckige oder langgestreckte Form hat und schraubenförmig um die Achse des Ankerbolzens verdreht ist.

Das Innenande des Ankerbolzens kann mit einer axial

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gerichteten Schneidkante versehen werden, um das Eindringen des vorgenannten Abschnitts des Ankerbolzens in die härtbaren Substanzen zu erleichtern, die in gehärtetem Zustand den Bolzen in dem Bohrloch verankern. Die härtbaren ..Substanzen sind zweckmässig in zugehörigen Abteilen einer zerstörbaren Kartusche enthalten, so daß die Schneidkante am Innenende des Ankerbolzens das Zerstören der Kartusche oder Patrone erleichtert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ankerbolzen vorteilhaft an dem Ende des Abschnitts, der auf die härtbaren Substanzen Drehkräfte und Axialkräfte ausübt, mit einem Verschluß versehen, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß er dicht, jedoch drehbar in das Bohrloch paßt. Dieser Verschluß kann als zusätzliche Sicherheitseinrichtung gegen unerwünschte Versetzung der härtbaren Substanzen aus der richtigen Lage entlang dem Bohrloch dienen. Der Verschluß kann von einem radial vorstehenden Plansch oder Kragen gebildet sein und wird zweckmäßig von einer konstruktionsmäßig separaten Komponente gebildet, die beispielsweise ein Dichtungsring ist, der an den Schaft des Ankerbolzens an geeigneter Stelle angeschweißt oder in anderer Weise angebracht ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ankerbolzens für die 209840/0198

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Fig. 2 "ist eine Teilansicht des inneren Endabschnitts des Ankerbolzens in vergrößertem Maßstab und in Blickrichtung des Pfeils A in Fig. 1.

Der Ankerbolzen nach Fig. 1 besitzt drei Hauptabschnitte, die integral geformt und miteinander verbunden sind; es sind dies ein äußerer Endabschnitt 10, ein Zwischenabschnitt oder Schaft 11 und ein innerer Endabschnitt 12.

Der Ankerbolzen kann beliebige Länge haben; die

Länge reicht üblicherweise von relativ kurzer Länge, z.B. ca. im Bereich von 10 bis 15 cm (4 bis 6 engl. ZoIl)₁, wo der Ankerbolzen die Möglichkeit schaffen soll, ein Element oder ein Zubehör an der freienOberfläche des Materials zu befestigen, in der das den Ankerbolzen aufnehmende Bohrloch gebildet ist, zu Längen von ca. 2,50 m (8 engl. Fuß) oder noch mehr, wo der Ankelbolzen in unterirdischen Gruben als Stütz- oder Stabilisierungseinrichtung zum Stützen und Stabilisieren von Materialschichten an der Deckenden Wänden und dem Boden solcher Gruben dienen soll. - ,

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Die Gesamtlänge des gezeigten Beispiels beträgt etwa 1,50 m (5 engl. Fuß), wobei in diesem Fall der äußere Endabschnitt üblicherweise etwa 20 cm (8 engl. Zoll), der innere Endabschnitt ca. 19,5 cm (7 3/4 engl. Zoll) lang ist und der Rest vom Schaft 11 eingenommen wird. Im Falle eines relativ kurzen Bolzens, wie er zuvor erwähnt wurde, kann sich der innere Endabschnitt bis zum äußeren Endabschnitt erstrecken, wobei kein Zwischenabschnitt vorgesehen ist.

Der Ankerbolzen kann von einem Stahlstab mit Kreisquerschnitt und einem Durchmesser von ca. 1,9 cm (3/4 engl. Zoll) gebildet werden, während der äußere Endabschnitt mit einem Gewinde ersehen werden kann, z.B. einem gewalzten Gewinde 13 zur Aufnahme einer oder mehrerer Muttern sowie mit einer Druckplatte zur Abstützung gegen die freie Oberfläche des Materials, in dem das Bohrloch ausgebildet ist.

. Der innere Endabschnitt 12 ist beispielsweise durch

Prägen oder Schmieden abgeflacht, um ihm langgestreckten Rechteckquerschnitt zu geben, dessen größere Abmessung etwa 3,18 cm ( 1 1/4 engl. Zoll) und dessen kleinere Abmessung etwa 0,64 cm (1/4 engl. Zoll) oder in dieser Größenordnung beträgt, über den Hauptabschnitt seiner Länge, z.B. 17,1 cm (6 3/4 engl. Zoll) ist dieser abgeflachte Abschnitt schraubenförmig verdreht, um eine Archimedische Schraube zu bilden, die ein Paar von entgegengesetzten SchraJaenflächen 14a und 14b liefert. Der unmittelbar neben dem inneren Ende des Ankerbolzens befindliche Ab-

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schnitt ist nicht verdreht und bildet eine Spitze, die entgegengesetzt gerichtete flache Seitenflächen 15a und 15b aufweist und am inneren Ende des Ankerbolzens in einer Schneidkante 16 endet, die in Achsrichtung des Bolzens weist. Wäre der ganze Endabschnitt des Bolzens sdhraubenförnig verdreht, würde die Schneidkante quer zur Achse des Bolzens weisen. Im Bedarfsfall kann der innere Endabschnitt 12 so ausgebildet werden, daß er einen anderen langgestreckten Querschnitt, z.B. einen elliptischen Querschnitt besitzt.

Die axiale Steigung der Archimedischen Schraube kann etwa 6>,35 cm (2 1/2 engl. Zoll) betragen, wobei vorzugsweise diese Schraube ein Linksgewinde gemäß Darstellung besitzt.

Am Außenende des Abschnitts 12 befindet sich ein Verschlußelement 17 in Form eines Kragens oder Dichtungsrings, der an den Schaft 11 des Bolzens angeschweißt oder in sonstiger Weise, befestigt ist und einen Außendurchmesser hat, so daß er als Verschluß für das Bohrloch wirken kann, in das der An-

kerbolzen einzusetzen ist. üblicherweise hat dieser Dichtungsring einen Durchmesser von etwa 3,8 cm (1 1/2 engl. Zoll).

Bei Verwendung des Ankerbolzens zur Ausführung des Verfahrens wird in das Bohrloch eine Patrone mit allgemein zylindrischer Form eingesetzt, die Substanzen enthält, welche zusammen den Bolzen in dem Bohrloch verankern, wobei die Patrone nahe am inneren blinden Ende des Bohrlochs, eingesetzt wird. Das Einsetzen kann dadurch bewirkt werden, daß man die

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- ίο -

Patrone sanft entlang der Bohrung mit Hilfe des inneren Endes des Ankerbolzens verschiebt; alternativ kann die Patrone mit Hilfe einer hierfür vorgesehenen Stoßstange eingesetzt werden, die ein ebenes oder stumpfes Ende hat und die Gefahr ausschließt, daß die Patrone vorzeitig zerstört wird. Der Ankerbolzen wird dann axial in Richtung auf das blinde Ende des Bohrlochs eingesetzt, um die Patrone zu durchdringen, nachdem die Stoßstange, sofern eine solche verwendet worden ist, heraus-

^F gezogen und durch den Bolzen ersetzt worden ist.

Die Patrone oder Kartusche kann drei Substanzen enthalten, von denen zwei Bestandteile eines härtbaren synthetischen Harzes sind, die entweder miteinander vorgemischt sind oder nicht und von denen die dritte ein Katalysator ist. Die ersten beiden Substanzen verfestigen oder härten nach gegenseitiger Vermischung erst dann, wenn sie mit dem Katalysator in Berührung gebracht werden, aus welchem Grunde letzterer; in .-. r k einem Nebenabteil in der Patrone untergebracht ist.

Die Hülle der Patrone kann von jedem geeigneten Kunststoffmaterial gebildet werden, das durch die Schneidkante 16 zerstört werden kann; ist dieses Material zerstört worden, wird der Ankerbolzen im Uhrzeigersinn gedreht, so daß die Flächen 15a, 15b der Bolzenspitze und die Flächen 1^a und I¹Jb der Archimedischen Schraube eine in Umfangsrichtung wirkende Kraft auf die in der Patrone enthaltenen härtbaren Substanzen ausüben, um deren Vermischung zu bewirken. Die Form der Bolzenspitze ist derart, daß letztere als Paddel wirkt und ins-

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besondere wirksam die härtbaren Substanzen vermischt, wenn der Ankerbolzen verdreht und gleichzeitig axial in Richtung auf das blinde Ende des Bohrlochs bewegt wird. Die Flächen l^a und l^Jb drücken ferner diese Substanzen axial in Richtung auf das blinde Ende des Bohrlochs und halten sie daher in richtiger Lage unter gleichzeitigem Vermischen.

Häufigste Anwendung für Ankerbolzen in Grubengebieten besteht in der Stabilisierung von Materialschichten neben der freigelegten Oberfläche der Decke, wobei sich gewöhnlich das Bohrloch vertikal nach oben erstreckt oder in einer stellen Neigung verläuft.

Die Wirkung der Archimedischen Schraube verhindert, daß härtbare Substanzen, sofern sie in flüssiger Form oder in gepulverter Form oder unterteilter Form vorliegen, durch ihre Schwerkraft in Richtung zum äußeren Ende des Bohrlochs wandern, wobei diese Wirkung diese Bestandteile in vorbestimmter axialer Tiefe des Bohrlochs zurückhält, die angenähert mit der Länge des Endabschnitts 12 des Ankerbolzens übereinstimmt. Zur Erreichung dieses Zustande wirkt ferner das Verschlußelement 17, das die Gefahr des Herabsteigens von Substanzen in Richtung auf den Bohrlochmund verhindert oder reduziert.

In Fällen, in denen sich das Bphrloch von der freien Oberfläche nach unten erstreckt, hat das Bohrloch normalerweise dieselbe Länge wie der Ankerbolzen, so daß keine besonderen Probleme im Festhalten der härtbaren Substanzen in einer vor-

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bestimmten Länge des Bohrlochs nahe dem blinden Ende bestehen. . Sollte die Bohrlochlänge die Länge des Ankerbolzens beträchtlich übersteigen, kann die Drehrichtung des Bolzens umgekehrt werden oder die Steigung der Archimedischen Schraube umgedreht werden, um eine axiale Kraftkomponente auf die härtbaren Substanzen zu erzielen, die diese in Richtung auf das Verschlußelement 17 nach oben bewegt und dadurch die härtbaren Substanzen in einem kompakten Körper entlang einer vorbestimmten Länge des Bohrlochs festhält.

In beiden Fällen gewährleistet dies, daß die richtigen Anteile der härtbaren Substanzen miteinander gemischt werden und daß diese nach dem Verfestigen oder Härten einen Pfropfen bilden, der den Endabschnitt 12 des Ankerbolzens dichtet und die Bohrlochoberflächen miteinander verankert.

Infolge der Archimedischen Schraube ergibt sich zwit sehen dem Bolzen und den härtbaren Substanzen eine sehr wirkungsvolle Verankerung, wenn die Substanzen in verfestigten oder gehärteten Zustand gebracht worden sind.

Es ist nicht wichtig, daß der Endabschnitt 12 im Falle einer Archimedischen Schraube durch Abflachen des Endabschnitts des Ankerbolzens und dessen Verdrehung gebildet wird, obwohl dies eine einfache, bequeme und verläßliche Verfahrensweise ist. Ein grobes äußeres Schraubgewinde könnte auf einem allgemein zylindrischen Kern zur Erzielung derselben Funktion ausgebildet werden.

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Die Spiralflächen l4a und I¹Ib müssen nicht notwendig kontinuierliche Flächen sein. In dem abgeflachten und verdrehten Abschnitt können Schlitze vorgesehen werden, um das Verankern oder Verkeilen zwischen diesem Abschnitt und dem verfestigten Material zu unterstützen.

Eine weitere, alternative Ausführungsform des Endabschnitts 12, die benutzbar ist, könnte Paddel- oder Rührelemente besitzen, die radial von einem allgemein zylindrischen Kern wegragen und so ausgebildet sind, daß sie.Flügel oder Paddel eines Propellers bilden, der sowohl die Mischaufgabe übernimmt als auch die erwünschte axiale Kraftkomponente auf die härtbaren Substanzen ausübt, um deren Lage zu steuern.

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Claims

Patentansprüche

1. Ankerbolzen, gekennzeichnet durch einen Abschnitt (12), der so geformt ist, daß er bei Drehen des Bolzens um dessen Achse auf eine in dem Bohrloch, in das sich der Ankerbolzen erstreckt, enthaltene Masse axiale und in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponenten ausübt.

2. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abschnitt (12) als eine Archimedische Schraube oder Schnecke ausgebildet ist,

3. Ankerbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Abschnitt (2), der als eine Archimedische Schraube ausgebildet ist, einstückig mit einem Bolzenschaft (12) geformt ist und rechteckigen oder langgestreckten rechteckigen Querschnitt besitzt und schraubenförmig um die Bolzenachse verdreht ist. ,

*}. Ankerbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schneidkante (16) an einem Ende, das bei Benutzung des Bolzens in ein Bohrloch eingesetzt wird.,

5· Ankerbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (16) des Bolzens axial ausgerichtet ist und an einem flachen Bolzenende ausgebildet ist, das in einer zur Achse des Bolzens parallelen Ebene liegt.

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6. Ankerbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Bolzenabschnitt (12) ein Endabschnitt ist und der Bolzen ferner ein Verschlußelement (17) aufweist, das sich radial von einem Schaft (11) des Bolzens weg erstreckt und.auf dem Schaft nahe dem Endabschnitt (12)sitzt.

7. Ankerbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (17) als ein·vom Schaft (11) getrennter Kragen ausgebildet ist, der an dem Schaft befestigt ist .· ■

8. Verfahren für das Installieren eines Ankerbolzens nach den vorhergehenden Ansprüchen in einem Bohrloch^ in dem sich härtbare Substanzen befinden, die im ausgehärteten Zustand den Bolzen im Bohrloch verankern, dadurch gekennzeichnet, daß diese Substanzen in dem Bohrloch im unverfestigten Zustand durch Drehbewegung des Bolzens vermischt werden.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man durch den Bolzen auf die härtbaren Substanzen sowohl eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung um die Achse des Bohrlochs als auch axial in einer Richtung ausübt, um jeglicher · Versetzung entlang dem Bohrloch in der Richtung entgegenzuwirken, in der sonst sich die härtbaren Substanzen bewegen könnten,

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10. Verfahren nach Anspruch 9 für das Installieren eines Ankerbolzens in einer Blindbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß die axial gerichtete Kraftkomponente in einer derartigen Richtung ausgeübt wird, daß die härtbaren Substanzen in Richtung auf das blinde Ende des Bohrlochs gedrückt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ^ 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch vor dem

Einsetzen des Ankerbolzens eine härtbare Substanzen enthaltende Patrone eingesetzt und diese Patrone nachfolgend durch den Ankerbolzen durchbohrt wird.

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