DE2158905B2 - MeBanker zum Messen von Veränderungen in einem einen bergmännischen Hohlraum umgebenden Gebirgskörper - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Meßanker zum Messen von Veränderungen in einem einen bergmännischen Hohlraum umgebenden Gebirgskörper in mehreren Ebenen mit Hilfe der mit dem Gebirge durch Klebung fest verbundenen Ankerstange, die Vertiefungen aufweist, in denen zur elektrischen Messung von Dehnungen oder Verkürzungen der Ankerstange dienende Dehnungsmeßstreifen mit der Ankerstange verklebt und mit einer Abdeckung nach außen versehen sind, wobei die Zuleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen in den nutartigen Vertiefungen oder in der hohl ausgebildeten Ankerstange geführt sind, nach Patent 2 062 688.

Mit den Meßankern nach dem Hauptpatent läßt sich die Gebirgsauflockerung in einer oder mehreren winklig zueinander verlaufenden Ebenen messen, <üe eine Folge des Hohlraumes selbst, oder seiner Beeinflussung durch benachbarte Hohlräume, etwa durch den Abbau eines Minerals, beispielsweise von Kohle ist Unter Hohlraum sind dabei bergmännische Hohlräume im weitesten Sinne zu verstehen, so daß dazu nicht nur alle in Bergwerken aufgefahrenen Grubenbaue, sondern auch Tunnel, Stollen, Schächte und andere unterirdische Bauwerke gehören.

Die Verwendung von Dehnungsmeßstreifen ermöglicht die gewünschten Feststellungen mit außerordentlicher Genauigkeit Die hohe Meßempfindlichkeit der Dehnungsmeßstreifen läßt deshalb nur eine frühzeitige Feststellung von Veränderungen des Gebirgskörpers zu, sondern auf der Basis solcher Messungen auch eine sehr genaue Vorhersage des Gebirgsverhaltens. Diese kann unter anderem zur Bestimmung eines optimalen Ausbaues verwendet werden. Dehnungsmeßstreifen mit elektrischen Meßbereichen von 120 bis 600 0hm haben sich bewährt Sie werden in elektrischen Meßbrücken ausgewertet, wobei diese Anordnung weit von der Meßstelle aufgebaut werden kann.

Die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen auf der Ankerstange ermöglicht die qualitative und örtliche Aufklärung des Gebirgsverhaltens, wobei durch die Einführung einer Zeitmessung auch die Geschwindigkeit der Bewegungsabläufe im Gebirgskörper meßbar ist Die Länge der Meßanker gestattet Aussagen, bis zu welcher Tiefe bzw. bis zu welcher Entfernung von dem betreffenden Hohlraum aus solche Veränderungen im Gebirgskörper stattfinden. Die Ankerstange kann zu diesem Zweck Längen von 4 bis 30 m aufweisen.

Die Meßstreifen einer Ebene werden nach dem Hauptpatent z. B. um 180° gegeneinander versetzt angeordnet. Bildet man aus den Dehnungsmeßstreifen einer Ebene das arithmetische Mittel, so erhält man eine recht exakte Wiedergabe der Dehnung, bzw. Verkürzung der Ankerstange. Dabei kann es sich empfehlen, zur Korrektur einen Temperaturgeber zu benutzen. Bildet man die Differenz der beiden Meßstreifen, so ist eine qualitative und eine quantitative Aussage über eine Biegung der Ankerstange möglich. Multipliziert man die gemessenen Dehnungen, bzw. Verkürzungen mit der Teillänge der Ankerstange, die zwischen den durch Meßstreifen bestimmten Ebenen liegt, so läßt sich die Gesamtdehnung der Ankerstange auf diese Teillänge berechnen. Die Gesamtdehnung des Meßankers ergibt sich naturgemäß durch Addition der Dehnungen auf den Teillängen.

Auf diese Weise kann man Verschiebungen im Gebirgskörper messen, die sich als Dehnungen oder Verkürzungen der Meßanker zeigen. Dabei ist außerdem eine Aussage darüber möglich, wo diese Längenänderungen stattfinden. Bildet man den Meßanker im übrigen so aus, wie die zum Ausbau des Gebirges benutzten Ankerstangen, so läßt sich eine Aussage darüber machen, wie sich die Ausbauanker verhalten. In diesem Fall benutzt man in der Regel Nuten zur Unterbringung der beschriebenen elektrischen Meßanordnung.

Will man jedoch allein das Gebirgsverhalten möglichst genau bestimmen, so verwendet man Ankerstangen mit geringem Formänderungswiderstand, beispiels-

weise Rohre. Auf diese Weise lassen sich z. B. die »Durchhänge« zwischen zwei Unterstützungspunkten des Gebirges messen.

Es hat sich indessen gezeigt, daß das im Hauptpatent enthaltene und vorstehend zusammengefaßt beschriebene Meßverfahren bzw. die zu seiner Durchführung bestimmten Meßanker einen verhältnismäßig geringen Meßbereich aufweisen. Die Dehnungsmeßstreifen haben dementsprechend einen Meßbereich, dei etwa einer Dehnung von 3% entspricht Die in einem Gebirgskörper, der mit einem bergmännischen Hohlraum verritzt ist, auftretenden Veränderungen sind jedoch auch dann noch vor Interesse, wenn sie diesen Meßbereich überschreiten. Die Erfindung verfolgt daher den Zweck, die bisherige Grenze des Meßbereiches erheblieh in Richtur._o auf höhere Dehnungswerte hinauszuschieben.

Um dieses Ziel zu erreichen, besteht die Aufgabe darin, eine vorzeitige Zerstörung der Dehnungsmeßstreifen, ihrer Kontakte mit den elektrischen Leitungen und der die Zuleitungen enthaltenden Kabel zu vermeiden, aber auch dafür zu sorgen, daß bei höheren Dehnungen die zum Schutz der elektrischen Meßanordnungen dienenden Abdeckungen nicht undicht werden oder gar verloren gehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dehnungsmeßstreifen einen Meßbereich von mehr als 3% Dehnung bis 30% Dehnung aufweisen, und daß für die eine entsprechende Länge aufweisenden Zuleitungen hinter dem betreffenden Dennungsmeßstreifen eine Befestigung an der Ankerstange vorgesehen ist, wobei zwischen der Abdeckung und dem Dehnungsmeßstreifen eine Schicht eingebracht ist, die aus einem dauerelastischen und wasserabdichtenden Werkstoff besteht und die mindestens bis zu der Kabelbefestigung reicht

Dehnungen des Meßankers, die oberhalb von 2 bis 5% infolge seiner erfindungsgemäßen Ausbildung meßbar sind, lösen bei allen denkbaren Ankerwerkstoffen Querkontraktionen aus, die dazu führen, daß sich der Meßanker von seinem Klebstoff löst, der ihn mit dem Gebirge verbindet Das ist nicht unerwünscht, weil dadurch eine gleichmäßige Dehnung der Ankerstange sichergestellt wird. Andererseits muß dafür gesorgt werden, daß der Anker mit dem Gebirge an den Bezugspunkten verbunden bleibt

Daher ist es zweckmäßig;, den erfindungsgemäßen Meßanker so auszubilden, daß seine Ankerstange zwischen den Meßebenen, in denen die Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind. Rippen oder Gewindegänge zur zusätzlichen Festlegung des Meßankers in dem ihn mit dem Gebirge verbindenden Klebstoff erhält. Dadurch ist es möglich, mindestens die beiden Enden des Meßankers, aber auch die Partien zwischen den Meßebenen durch eine äußere Profilieiung im Klebstoff festzulegen, so daß sich die Bezugspunkte nicht gegeneinander verschieben können, ohne daß die Dehnungsmeßstreifen eine solche Verschiebung anzeigen.

Die Ankerstange, welche die Dehnungsmef? .'.reifen trägt, muß natürlich ihrerseits eine dem Dehnungsmeß- Co streifen entsprechende Dehnung aushalten können, ohne in diesem Bereich eine ungleichmäßige Einschnürung zu erfahren. Dazu eignen sich erfindungsgemäß bestimmte Werkstoffe, nämlich Reinaluminium, Blei oder ein mit Metallpulver gefüllter Kunst- oder Naturkautschuk.

Die Abdeckung, welche die Dehnungsmeßstreifen gegen von außen kommende Einflüsse beim Transport und beim Einbau des Meßankers schützen soll, darf bei dem hohen Meßbereich nicht mit dem Dehnungsmeßstreifen unmittelbar verbunden sein. Darin besteht der Zweck der elastischen Zwischenschicht Da die elektri sehe Meßanordnung wasserempfindlich ist und nach der Auflockerung des Gebirges in stark gedehntem Zustand ist muß die Wasserdichtigkeit insbesondere bei in der Sohle des Hohlraumes eingebrachten Ankern auch dann noch gegeben sein. Als Zwischenschicht eignet sich deshalb besonders ein Silikonkautschuk.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Alisführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 in abgebrochener Darstellung einen Meßanker zur Wiedergabe eines in einer Meßebene angeordneten Dehnungsmeßstreifens mit seinen elektrischen Zuleitungen und

F i g. 2 in kleinerem Maßstab und abgebrochener Darstellung einen Meßanker in einem in dem zu messenden Gebirge hergestellten Bohrloch.

Der Meßanker hat eine Ankerstange 1. In diese ist eine Nut 2 eingeschnitten. Auf dem Boden der Nut ist ein elektrischer Dehnungsmeßstreifen 3 mit Hilfe einer Klebstoff schicht 4 befestigt Von dem Dehnungsmeßstreifen gehen Zuleitungen 5 aus. Diese sind jeweils an einem Lötstützpunkt 6 befestigt Die Zuleitungen 5 zwischen dem Lötstützpunkt und Kabelklemmen 8 sind mit 7 bezeichnet. Sie werden vor den Lötstützpunkten 6 von Kabelklemmen 8 gehalten. Das erfolgt so, daß die Lötstützpunkte von allen Zugbelastungen der Kabel freibleiben.

Die Kabel 7 sind hinter der Kabelklemme 8 in mehreren Windungen oder Spiralen verlegt Dadurch können die Kabel entsprechend der Dehnung der Ankerstange deren Verlängerung mitmachen, ohne beschädigt zu werden.

Die beschriebene Anordnung in der Nut wird mit einer dauerelastischen und gegen Feuchtigkeit isolierenden Zwischenschicht 9 vollständig abgedeckt. Sie erhält außen einen Metallstreifen 10 als Abdeckung. Dieser ist mit dem Rand der Nut seinerseits verbunden. Die dazu benutzten Mittel sind jedoch nicht dargestellt

Nach F i g. 2 ist der durchgezeichnete Abschnitt des Meßankers zum Messen von Dehnungen zwischen 0 bis 30% geeignet. Die Ankerstange ist an ihren Enden jeweils in der Mitte zwischen den Dehnungsmeßstreifen bzw. den um 180° versetzt in Paaren angeordneten Dehnungsmeßstreifen durch Querrillen bei 12, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gewindegänge ausgebildet sind, formschlüssig mit einer Klebstoff-Füllstoff mischung 13 verbunden. Lockert sich das Gebirge zwischen zwei derartig außen gerippten Teilen einer Ankerstange auf, so wird der zwischen diesen Bereichen liegende glatte Teil der Meßankerstange gedehnt.

Dies erfolgt zunächst so, daß die Klebwirkung am Abschnitt 11 der Ankerstange und dem dazugehörigen Abschnitt 13 der Klebstoff schicht nicht verloren geht. Erst bei größerer Dehnung, d. h. bei etwa 2% Dehnung und darüber stellt sich eine Querkontraktion ein. Diese führt bei Dehnungen von mehr als 5% zu einem Ablösen des Abschnittes U der Ankerstange von der Klebstoff-Füllstoffmischung 13. Dann mißt der Dehnungsmeßstreifen 14 mit sehr großer Genauigkeit die mittlere Dehnung auf dem Abschnitt 1 zwischen den durch die äußere Rippung gegebenen Festpunkten.

Die Ankerstange besteht insbesondere aus Aluminium, ein Werkstoff, der bis zu 10% dehnbar ist.

Hierzy 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Meßanker zum Messen von Veränderungen in einem einen bergmännischen Hohlraum umgebenden Gebirgskörper in mehreren Ebenen mit Hilfe der mit dem Gebirge durch Klebung fest verbundenen Ankerstange, die Vertiefungen aufweist, in denen zur elektrischen Messung von Dehnungen oder Verkürzungen der Ankerstange dienende Dehnungsmeßstreifen mit der Ankerstange verklebt und mit einer Abdeckung nach außen versehen sind, wobei die Zuleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen in den nutartigen Vertiefungen oder in der hohl ausgebildeten Ankerstange geführt sind, nach Patent 2062688, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßstreifen (3, 14) einen Meßbereich von mehr als 3% Dehnung bis 30% Dehnung aufweisen, und daß für die eine entsprechende Länge aufweisenden Zuleitungen (5) hinter dem betreffenden Dehnungsmeßstreifen eine Befestigung (8) an der Ankerstange vorgesehen ist, wobei zwischen der Abdeckung (10) und dem Dehnungsmeßstreifen eine Schicht (9) eingebracht ist, die aus einem dauerelastischen und wasserabdichtenden Werkstoff besteht und die mindestens bis zu der Kabelbefestigung reicht.

2. Meßanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstange (1) zwischen den Meßebenen, in denen die Dehnungsmeßstreifen (3, 14) angeordnet sind. Rippen (12) oder Gewindegänge zur zusätzlichen Festlegung des Meßankers in dem ihn mit dem Gebirge verbindenden Klebstoff aufweist.

3. Meßanker nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Ankerstange aus Reinaluminium, Blei oder einem mit Metallpulver gefüllten Kunst- oder Naturkautschuk besteht.

4. Meßanker nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Abdekkung und dem Dehnungsmeßstreifen einzubringende Schicht aus Silikonkautschuk besteht

5. Meßanker nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere Windungen des Zuleitungskabels (7) zwischen dem Dehnungsmeßstreifen und der Kabelbefestigung (8).

6. Meßanker nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dehnungsmeßstreifen und der Kabelklemme die Zuleitungen an Lötstützpunkten (6) befestigt sind.

7. Meßanker nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kabelbefestigung eine mit der Ankerstange verbundene Kabelklemme (8) dient.