DE2256388A1 - Verfahren zur verankerung von bolzen oder staeben - Google Patents

Verfahren zur verankerung von bolzen oder staeben

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DE2256388A
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Peter Brocklehurst
Arthur Machin
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STRATA MINING PATENTS Ltd
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E21D20/025Grouting with organic components, e.g. resin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16B13/00Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose
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Description

Verfahren zur Verankerung von Bolzen oder Stäben. ,
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verankerung von Bolzen oder anderen Stäben in Löchern im Boden oder in anderen Massen, wie Beton. Eine besondere Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist auf dem Gebiet der Gesteinsverb öl zung gegeben, einer Technik, die allgemein im Bergbau benutzt wird, um eine Anzahl von schwachen Gesteinsschichten zu stärken, und zwar entweder durch'das Zusammenbinden der Gesteinsschichten , um eine zusammengesetzte feste Gesteinsschicht zu geben, oder durch das Binden einer schwachen Gesteinsschicht an eine feste, lasttragende Gesteinsformation.
In der gegenwärtigen Technik der Gesteinsverbölzung wird in ein Loch durch die zu verstärkenden Gesteinsschichten eine Anzahl Behälter mit verschiedenen Bestandsteilen hineingepackt, die nach Vermischung in "dem Loch einen gehärteten Kunstharz bilden. Die meistverwendeten Bestandteile sind ein Polyesterharz in flüssiger Form und ein Härter für den Polyesterharz. Nachdem die Behälter.mit ihrem Inhalt in das Loch eingesetzt wurden sind, wird ein Bolzen oder ein Stab, der aus Holz, Stahl, oder in Abhängigkeit von Punktion auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen kann, in das Loch eingesetzt, wobei er die Be-
hälter zerbricht und dadurch die Vermischung ihres Inhaltes verursacht. Zwecks Unterstützung der Vermischung wird der Bolzen beim Einsetzen gewöhnlich in eine Drehbewegung versetzt .
Die Verbolzung von Gesteinsschichten kann am Dach eines Stollens oder einer anderen im Untergrund vorgenommenen Ausgrabung bewerkstelligt werden; es ist deshalb notwendig zu verhindern, daß die zu vermischenden Kunstharze oder anderen flüssigen Komponenten aus dem Loch herauslaufen, wenn die Behälter zerbrochen werden. Hierfür und auch zur wirtschaftlicheren Verwendung des zur Ausfüllung des Loches benutzten Harzes wird gewöhnlich der Harz oder die anderen flüssigen Komponenten mit einem inerten Füllstoff, z.B. mit Sand vermischt, um eine viscose Masse mit einer genügend steifen Konsistenz zu bilden, die in dem Loch bis zur Härtung verbleibt.
Nach der Beendigung der Verbolzung der Gesteinsschichten muß der Spielraum in dem Loch um den Bolzen herum vollständig mit gehärtetem Kunstharz ausgefüllt sein. Um dies zu ermöglichen, muß ein sehr erheblicher Teil des Loches vor Einsetzen des Bolzens mit den Behältern gefüllt werden. Um die Behälter bequem handhaben zu können, ist das Verhältnis von Länge und Breite ihrer Ausmaße begrenzt. Es ist im allgemeinen notwendig, fünf oder sechs Behälter mit jeweils zwei Komponenten in getrennten Abschnitten einzuführen, um die notwendige Menge an Komponenten in das Loch einzubringen. Das Einbringen dieser Behälter ist eine zeitraubende Operation, und infolge der Viscosekonsistenz der Komponenten ist es schwierig, den Bolzen durch die Viscosemasse in das Loch einzusetzen. Ähnliche Schwierigkeiten treten bei der Verankerung von Bolzen oder anderen Stäben in Löchern in anderen festen Massen auf, z.B. bei Benutzung von Beton, bei der eine der eben beschriebenen Gesteinsschichtverbolzung entsprechende Technik an-
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gewandt wird. ' . ' -
Gemäß der Erfindung wird eine derartige Verankerung dadurch bewirkt, daß man in das Loch Stoffe einbringt,- die nach Vermischung zu einem festen Kunstharz aushärten sowie einen Schaumbildner, der bei der Vermischung den Harz vor der Aushärtung aufschäumt, daß man den Bolzen oder Stab in das Loch einsetzt und mit ihm die Stoffe und'den Schaumbildner zur Bildung eines geschäumten Kunstharzes vermischt, worauf man den geschäumten Kunstharz aushärten und eine Verbindung zwischen Bolzen oder Stab und der Wandung des Loches herstellen läßt. ;
Durch die Einbeziehung eines Schaumbildners in die in dem loch zu vermischenden Stoffe ist es nicht mehr nötig, irgendeinen Füllstoff in die flüssigen Stoffe einzubeziehen, die in das Loch eingebracht werden; infolgedessen wird das Einbringen des Bolzens oder Stabes in das Loch und seine-Drehbewegung zur Förderung des Misehens stark erleichtert. Noch wichtiger ist es, ·daß infolge des Schäumens des Harzes nur ein kleiner Teil des Loches mit den flüssigen Stoffen'gefüllt werden muß, um genügend geschäumtes Material für die Ausfüllung des Raumes zu erzeugen, der in dem Loch nicht von dem Bolzen oder . Stab eingenommen wird. Dies kann mit sehr viel weniger Behältern geschehen, als für die konventionelle Technik des Verbölzens mit Harzen nötig sind. Die Zeit für die Ausfüllung des Loches mit den Stoffen wird-daher sehr stark verringert, und darüber hinaus wird das Volumen der Stoffe sehr stark verringert, die zu dem Loch transportiert werden müssen.Dies"ist im Kohlenbergbau von beträchtlicher Bedeutung, wo viele Gesteinsschichtbolzen während einer einzigen Arbeitsschicht verwendet werden und das ganze Material für die Verankerung der Bolzen in die Grube transportiert werden muß.
Da ferner wegen des Schäumens des Harzes sichergestellt wird, daß der ganze Raum zwischen dem Bolzen oder dem Stab und der
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Wandung des Loches vollständig aufgefüllt wird, kann man den Durchmesser des Bolzens oder Stabes bezüglich desjenigen des Loches freier verändern, als dies früher möglich war. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der geschäumte Harz vor dem Aushärten in alle Fugen eindringt und diese Fugen in den Gesteinsschichten sehr viel wirksamer verfestigt als ein flüssiger Harz, der durch Mischung mit einem Füllstoff zäher gemacht wurde.
Die Dichte des erzeugten Schaumes hängt von der Menge des· eingebrachten Schaumbildners im Verhältnis zur Menge der anderen Stoffe ab und kann über einen weiten Bereich in Abhängigkeit von der Funktion des Bolzens oder Stabes für die Verankerung und bei der Gesteinsverbolzung nach Maßgabe der erwünschten Stärke der verbolzten Gesteinsschichten verändert werden. Im allgemeinen können die Stoffe mit dem Schaumbildner billiger sein, als das Polyesterharz mit dem inerten Füllstoff. Infolge des viel kleineren Volumens der verwendeten Stoffe werden auch die Kosten für die Herstellung der Behälter erheblich verringert, in denen die Stoffe gewöhnlich in das Loch eingebracht werden. Durch die Benutzung eines schäumenden Harzes wird daher die Wirtschaftlichkeit auf verschiedene Weisen verbessert .
Die in das Loch eingebrachten Stoffe können ein Polyesterharz und ein Härter sein, wie diese schon früher benutzt wurden, und in diesem Falle kann der Schaumbildner z.B. ein Bikarbonat sein, welches bei der Vermischung der Stoffe mit dem sauren Härter reagiert und Kohlendj-oxyd freigibt. Wenn also ein Bikarbonat benutzt wird, so muß dieses bis zur Vermischung getrennt von dem Härter gehalten werden, und man bringt es bequemerweise vermischt mit dem Harz in das Loch ein.
Anstelle der Verwendung eines Polyesterharzes mit einem Härter kann man vorzugsweise Polyurethan verwenden oder andere Harze. Um das Polyurethan im Loch selbst zu bilden, werden ein Diisozyanat und ein Polyol in das Loch eingebracht, wobei
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das Polyol mit dem Diisozyanat reagiert und die Polymerisation herbeiführt. In diesem Fall ist Wasser ein geeigneter Schaumbildner, das mit dem Isozyanat unter Bildung- von Kohlendioxyd reagiert und daher normalerweise mit dem Polyol vermischt in das Loch eingebracht wird.
Wie schon bei der bekannten Technik der Verwendung eines mit einem inerten Füllstoff vermischten Polyesterharzes werden die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Stoffe vorzugsweise in zerstörbaren Behältern in das Loch.eingebracht, die getrennt sein können oder auch getrennte Abteilungen eines gemeinsamen Gefäßes bilden können. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Packung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung' verwendet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem zusammengehaltenen Behälterpaar besteht, wobei jeder Behälter einen der beiden Stoffe enthält, die bei Vermischung zu einem festen Kunstharz aushärten, und wobei einer der Behälter den Schaumbildner zum Aufschäumen des Kunstharzes enthält, und daß die Behälter aus einem Material hergestellt sind, das bei Ausübung eines vorbestimmten, äußeren Druckes auf die Behälter zerbricht und den Inhalt' der Behälter freigibt.
Beide Behälter können aus dünnen, biegsamen Plastikhäuten hergestellt .sein, oder beide Behälter können aus festem Material wie z.B. Polystyrol ohne Weichmacher bestehen, das bei Ausübung eines äußeren Druckes vorbestimmter Stärke zerbricht oder aufspringt. Die Behälter werden vorzugsweise Seite an Seite angeordnet oder derart, daß sich einer innerhalb des anderen befindet. Einer der Behälter kann aus einer dünnen, biegsamen Plastikhaut bestehen, und der andere Behälter kann aus festem Material bsbehen, aber in diesem Falle ist der biegsame Behälter vorzugsweise innerhalb des festen Behälters angeordnet.
Im Folgenden werden zwei Beispiele einer Packung und eines Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.
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Beispiel 1:
Ein heißverschlossenes, biegsames Rohr von etwa 30 cm Länge wurde aus Poythen niedriger Dichte 250 gauge flachem Rohrmaterial von 3 cm Breite gebildet, Wobei das Rohr eine Mischung aus 100 gr Daltocast 2 enthielt, einem von der Firma I.C.I, vertriebenen Polyol mit einem Wassergehalt von etwa 0,1 %, sowie 1,5 gr Dabco 33LV, einem Katalysator der Firma I.C.I, sowie 1 gr Wasser. Eine gleiche Röhre enthielt 105 gr Suprasec DN, nämlich ein Diisozyanatdiphenylmethan der Firma I.C.I., und die beiden Rohre wurden Seite an Seite zur Bildung einer Packung .zusammengebunden. Zwei derartige Packungen wurden nacheinander in ein 1,8 m tiefes Loch mit 43 mm 0 eingebracht, und ein hölzerner Dübel mit 30 mm Durchmesser und einer Spitze im Winkel von etwa 60 Grad zur Achse des Dübels wurde bis zum Ende des Loches eingebracht, wobei die Packungen aufgerissen wurden. Der Dübel wurde um seine Längsachse beim Einbringen mit 450 Umdrehungen pro Minute gedreht und die Drehbewegung wurde 15 Sekunden lang fortgesetzt, um die Vermischung des Inhalts der rohrförmigen Behälter der Packungen sicherzustellen. Der Dübel wurde voll in das Loch eingesetzt etwa 60 Sekunden lang unter Druck gehalten, während das PoIy- -urethanharz der Mischung schäumte infolge der Reaktion des Wassers mit dem Diisozyanat; der Dübel wurde dann 2 Stunden lang zur Härtung des geschäumten Harzes in Ruhe gelassen. Der Schaum hatte die Hohlräume zwischen dem Dübel und der Wandung des Loches vollständig ausgefüllt und sich auf etwa das 3,5~fache des Volumens der ursprünglichen Stoffe ausgedehnt. Nach zwei Stunden betrug die zur Entfernung des Dübels notwendige Kraft etwa zwei Tonnen pro 30 cm.
Beispiel 2:
Eine Packung wurde gebildet durch Zusammenbinden Seite an Seite von drei gleichen heißverschlossenen, biegsamen Rohren von etwa 30 cm Länge, die ausPolythen niedriger Dichte
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bestehendem Rohrmaterial in flacher Form von 3 cm Breite gebildet waren, wobei ein Rohr eine Mischung von 3Ö gr Daltolac 61 und 90. gr Daltolac 91 enthielt, beide fertig gemischte Polyöle der Firma I.C.I, mit einer geringen Menge Wasser ( Daltolac 61 enthält etwa I9 75 % Wasser ), und wobei die anderen beiden Rohre je 120 gr Suprasee DN enthielten. Zwei solche Packungen wurden in ein 1,8 m tiefes Loch von 43 mm Durchmesser eingebracht, und ein hölzerner Dübel mit 36 mm Durchmesser und einer Spitze mit einem Winkel von 60 bezüglich seiner Längsachse wurde bis zum Ende, des Loches in dieses eingebracht, wobei die Packungen aufgerissen wurden. Der Dübel wurde mit 450 Umdrehungen pro Minute um seine Längsachse rotiert beim Einsetzen in das Loch, und die Drehbewegung wurde 30 Sekunden lang fortgesetzt, um die Vermischung des Inhalts der Packungen sicherzustellen. Der Dübel wurde dann 90 Sekunden lang ruhig gehalten, während das aus der Mischung gebildete Polyurethanharz schäumte infolge der Reaktion des Wassers mit dem Diisozyanat; danach wurde der Dübel bis zur Härtung ruhig gehalten.Der Schaum dehnte sich auf etwa das 2,75-fache des ursprünglichen Volumens des Inhalts der Packungen aus, und nach 15 Minuten wurde eine Kraft von 1,5 Tonnen pro 30 cm zum Herausziehen des Dübels benötigt.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur Verankerung eines Bolzens oder eines anderen Stabes in einem Loch im Boden oder in einer anderen festen Masse, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Loch Stoffe einbringt, die nach Vermischung zu einem festen Kunstharz aushärten, sowie einen Schaumbildner, der bei der Vermischung den Harz vor der Aushärtung aufschäumt, daß man den Bolzen oder Stab in das Loch einsetzt und mit ihm die Stoffe und den Schaumbildner zur Bildung eines geschäumten Kunstharzes vermischt, worauf man den geschäumten Kunstharz aushärten und eine Verbindung zwischen Bolzen oder Stab und der Wandung des Loches herstellen läßt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen oder Stab zur Vermischung der Stoffe in eine Drehbewegung versetzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die verwendeten Stoffe ein Polyesterharz und ein geeigneter Härter sind.
    H. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Schaumbildner ein Bikarbonat ist und mit dem Kunstharz vermischt in das Loch eingebracht wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Stoffe ein Diisozyanat und ein Polyol sind, die in Reaktion miteinander ein Polyurethan bilden.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Schaumbildner Wasser ist und mit dem Polyol vermischt in das Loeh eingebracht wird.
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    7. Verfahren nach Anspruch 1· bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe in das Loch in zerstörbaren Behältern eingebracht werden, die entweder voneinander getrennt sind oder getrennte Abteilungen eines gemeinsamen Behälters bilden, wobei jeder Behälter beim Einbringen des Bolzens oder Stabes zerstört wird.
    8. Packung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch dadurch gekennzeichnet 3 daß sie aus einem zusammengehaltenen Behälterpaar besteht, wobei jeder Behälter einen der beiden Stoffe enthält, die bei Vermischung zu einem festen Kunstharz aushärten, und wobei einer der Behälter den Schaumbildner zum_ Auf s chäumen des Kunstharzes enthält, und daß die Behälter aus einem Material hergestellt sind, das-bei Ausübung eines vorbestimmten, äußeren Druckes auf die Behälter zerbricht und den Inhalt der Behälter freigibt.
    9. Packung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Behälter aus dünnen, biegsamen Häuten aus Plastik hergestellt sind.
    10. Packung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Behälter aus festem Material hergestellt sind, das zerbricht bzw. aufspringt, wenn es einem vorbestimmten äußeren Druck ausgesetzt wird.
    11. Packung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter Seite an Seite angeordnet sind.
    12. Packung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter derart angeordnet sind, daß einer sich in dem anderen befindet.
    13... Packung nach Anspruch' 8 und 12.,. dadurch gekennzeichnet.,, daß der äußere Behälter aus einem festen Material hergestellt ist, das bei Ausübung eines vorbestimmten
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    äußeren Drucks zerbricht oder aufspringt, und daß der innere Behälter aus einer dünnen, biegsamen Plastikhaut besteht.
    lh. Packung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter aus Abteilungen eines Gefäßes bestehen,
    15· Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe in einer Packung oder in Packungen nach Anspruch 8 bis 14 in das Loch eingebracht werden.
    vl6. Verfahren nach Anspruch 1 im wesentlichen wie in Beispiel 1 oder 2 beschrieben.
    17. Packung nach Anspruch 8 im wesentlichen wie in Beispiel 1 oder 2 beschrieben.
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DE2256388A 1971-11-24 1972-11-17 Verfahren zur verankerung von bolzen oder staeben Pending DE2256388A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0065755A1 (de) * 1981-05-27 1982-12-01 Kremo Werke Hermanns GmbH & Co. Kommanditgesellschaft Einkomponentenkleber für Klebepatronen und Dübelmassen
EP0085826A1 (de) * 1982-01-07 1983-08-17 Bergwerksverband GmbH Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern
CN102003194A (zh) * 2010-10-30 2011-04-06 中国矿业大学 树脂锚杆快速安装工艺及其装置

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ZA727881B (en) 1973-08-29
FR2162909A5 (en) 1973-07-20

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