DE2408081A1 - Verfahren zur ermittlung und laufenden ueberwachung von am rande bergmaennischer hohlraeume auftretenden zonen erhoehter, insbesondere gebirgsschlaggefahr hervorrufender spannungen sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Ermittlung und laufenden Überwachung von am Rande bergmännischer Hohlräume auftretenden Zonen erhöhter, insbesondere Gebirgsschlaggefahr hervorrufender Spannungen sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung Zusatz zum Patent .......... (Patentanmeldung P 24 02 058.4) Däs Hauptpatent betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung und laufenden Überwachung von am Rande bergmännischer Hohlräume auftretenden Zonen erhöhter, insbesondere Gebirgsschlaggefahr hervorrufender Spannungen, bei welchen in das am Stoß anstehende, geschichtete Gebirge oder Mineral mindestens angenähert schichtenparallel oder in der Flözebene verlaufende Bohrlöcher eingebracht werden und die als Folge erhöhter Gebirgsspannung auftretende Verformung bzw. Querschnittsveränderung der Bohrlöcher gemessen wird.
• Dieses schon gegenüber dem Hauptpatent vorbekannte Verfahren (DT-PS 1 207 323) besteht im wesentlichen darin, die sich als Folge erhöhter Gebirgsspannung einstellende Einwanderung der Bohrlochstöße in den freien Querschnitt der Bohrlöcher nach Erreichen einer vorgewählten Längeneinheit der Bohrlöcher anhand der Menge des je Längeneinheit des Bohrloches anfallenden Bohrkleins zu bestimmen. Sind die Voraussetzungen für Gebirgsschlaggefahr bei der Planung erkannt worden, oder ist nach den bisherigen Erfahrungen mit Gebirgsschlägen zu rechnen, werden solche Testbohrungen insbesondere, aber nicht ausschließlich, in den Abbaubetriebs- und an Streckenvortriebspunkten durchgeführt, wobei die Bohrungen möglichst in der Mitte des Flözes verlaufen und in einem Abstand zueinander angeordnet sein sollen, der 10 m nicht überschreiten darf. Die Bohrlochtiefe beträgt dabei etwa die dreifache Flözmächtigkeit, mindestens jedoch 5 in.
• Oberschreitet der Bohrmehlanfall mehrerer benachbarter Testbohrungen einen bestimmten kritischen Wert von z.B. 6 bis 8 l/m, besteht in erhöhtem Maße Gebirgsschlaggefahr. Die frühzeitige Ermittlung solcher Zonen erhöhter Gebirgsspannung ermöglicht die rechtzeitige Durchführung geeigneter Maßnahmen zur Entspannung des Gebirges und damit zur Beseitigung der Gebirgsschlaggefahr.
• Obschon mit diesen Bohrtesten gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren in den weitaus meisten Fällen zu Gebirgsschlägen führende Spannungserhöhungen rechtzeitig ermittelt werden konnten, sind doch auch Fälle bekanntgeworden, in denen Gebirgsschläge aufgetreten sind, ohne daß sich diese gelegentlich der einige Zeit vorher durchgeführten Bohrteste durch entsprechend höhere Gebirgsspannungen angezeigt hätten.
• Dies beruht offenbar darauf, daß sich der Gebirgsdruck dort erst nach der Durchführung der Bohrteste und dann sehr schnell auf das hier kritische Spannungsniveau erhöht hat.
• Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt mithin darin, daß es zwar die zuverlässige Ermittlung von bei der Herstellung der Testbohrungen bereits bestehenden erhöhten Spannungszuständen des Gebirgskörpers -ermöglicht, es dagegen nicht gestattet, auch solche gefährlichen Spannungserhöhungen zu erfassen, die sich erst nach der Herstellung der Testbohrungen einstellen bzw. aufbauen.
• Ausgehend von dieser Erkenntnis liegt der Erfindung gemäß dem Hauptpatent die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, das es mit den hier gebotenen einfachen Mitteln gestattet, nicht nur gebirgsschlagträchtige Spannungszustände rechtzeitig zu ermitteln, sondern mittels der zu diesem Zweck in bekannter Weise eingebrachten Testbohrungen auch das unter Umständen erst später erfolgende Ansteigen des Gebirgsdruckes bis zum kritischen Spannungszustand hin mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit laufend zu beobachten, d.h. im Sinne rechtzeitiger Einleitung geeigneter Entspannungsmaßnahmen ständig zu überwachen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich das Verfahren nach dem Hauptpatent dadurch, daß in die Bohrlöcher Prüfsonden eingebracht und die Verformung des Bohrlochquerschnittes sowie deren vom Bohrlochtiefsten zur Bohrlochmündung hin fortschreitende Verlagerung meßbar auf die Prüfsonden übertragen werden.
• Ausgehend von der bekannten Tatsache, daß die als Folge erhöhter Gebirgsspannung auftretende Verformung der Bohrlöcher vom unverritzten Felde, d.h. vom Bohrlochtiefsten her zum Stoß, d.h. zur Bohrlochmündung hin wandert, beruht das Verfahren nach dem Hauptpatent auf der Erkenntnis, daß es auf ebenso einfache wie zuverlässige Weise möglich ist, diese zum Stoß hin wandernde Verlagerung einer kritischen Bohrlochverformung auf zu diesem Zweck in den Bohrlöchern belassene Prüfsonden meßbar zu übertragen und mit deren Hilfe nicht nur -rechtzeitig festzustellen, sondern auch laufend zu überwachen.
• Der besondere Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mit seiner Hilfe gefährlich anwachsende Spannungszustände im Gebirge auch noch zuverlässig ermittelt werden können, wenn die eigentlichen Bohrteste nach dem bekannten Verfahren bereits mit negativem Ergebnis abgeschlossen sind.
• Obschon sich das Verfahren daher bevorzugt zur Ergänzung des bekannten Bohrtest-Verfahrens eignet, ist es darauf doch nicht beschränkt, weil es ebensogut in Verbindung mit solchen Vorsorgebohrungen angewendet werden kann, bei denen der bekannte Bohrtest nicht ausgeführt worden ist.
• Bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent kann das erste Auftreten wesentlicher Bohrlochverformungen leicht an der Beweglichkeit der bis zum Bohrlochtiefsten in das Bohrloch eingeführten Prüfsonde ermittelt werden, indem die Prüfsonde lediglich von Zeit zu Zeit innerhalb des Bohrlochs um ein geringes Maß vor- und zurückgeschoben wird, um festzustellen, ob sie infolge eines entsprechend angestiegenen Gebirgsdruckes bereits festgeklemmt ist oder nicht. Erweist sich, daß die Prüfsonde im Bohrloch festgeklemmt ist, ist erhöhte Aufmerksamkeit geboten, wobei der weitere Grad sowie die Verlagerung zunehmender Verformung des Bohrloches zur Bohrlochmündung bzw. zum Stoß hin laufend mindestens mittelbar an der entsprechenden Verformung der Prüfsonde abgelesen und gegebenenfalls gemessen werden können.
• Dazu ist es nicht unbedingt erforderlich, die Prüfsonde in gewissen Zeitabständen jedesmals aus dem Bohrloch herauszuziehen. Um dies zu vermeiden, besteht eine zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent darin, daß mindestens der einen als gefährlich bekannten Grenzwert überschreitende Grad sowie die jeweilige Lage der zur Bohrlochmündung hin fortschreitenden Bohrlochverformung mittelbar über die entsprechende Verformung einer im Bohrloch befindlichen hohlen Prüfsonde durch in diese axial einführbare Fühlorgane, insbesondere in Form von Fühlstäben, ermittelt werden.
• Dazu dient gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine aus Metall, z.B. Stahl, oder Kunststoff bestehende rohrförmige Prüfsonde, die dem Bohrlochquerschnitt angepaßt und länger als das Bohrloch bemessen ist und die zweckmäßig mit einer Längeneinteilung versehen sein kann. Die rohrförmige Prüfsonde ist an ihrem dem Bohrlochtiefsten zugekehrten Ende geschlossen ausgebildet und bevorzugt verjüngt ausgebildet, um sie leichter in das Bohrloch einführen zu können. Die in die rohrförmigen Prüfsonden zum Zwecke des Abtastens und Lokalisierens des Grades sowie der Lage der Verformung axial einführbaren Fühlstäbe weisen ebenfalls eine Längeneinteilung auf und sind unter Umständen, ebenso wie die rohrförmigen Prüfsonden, aus lösbar miteinander verbundenen Längenabschnitten zusammengesetzt. Sie können aus Holz oder Kunststoff, jedoch auch aus jedem anderen bekannten und geeigneten Material bestehen, wobei sie bevorzugt Vollquerschnitt aufweisen.
• Die vorliegende Weiterbildung geht von der zuletzt beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent aus und kennzeichnet sich dadurch, daß in Verbindung mit der Verwendung von rohrförmigen Prüfsonden mit über deren Länge differenziertem Verformungswiderstand zugleich die Größe sowie der Größenzuwachs des zur Bohrlochmündung hin fortschreitenden von der Gebirgsspannung ausgehenden Verformungsdruckes gemessen wird.
• Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es mit dem Verfahren und den Mitteln gemäß dem Hauptpatent zwar mit für die Praxis befriedigender Genauigkeit möglich ist, kritische Erhöhungen der Gebirgsspannung über die entsprechende Verformung der Prüfsonde rechtzeitig zu erkennen und in Verbindung mit den Fühlstäben auch deren Lageveränderung zur Bohrlochmündung hin zu verfolgen, daß es damit aber nicht möglich ist, auch die Größe und vor allem den Größenzuwachs des zur Bohrlochmündung hin fortschreitenden Verformungsdruckes zu bestimmen, die aber in manchen Fällen erst wirklich zuverlässigen Aufschluß über die akut drohende Gebirgsschlaggefahr vermitteln.
• Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht auch dies mit zwar grober aber für die Praxis ausreichender Annäherung, ohne daß es dazu besonders aufwendiger Mittel bedarf . Vielmehr reicht es dazu aus, eine rohrförmige Prüfsonde zu verwenden, deren Verformungswiderstand über die Länge derart differenziert ist, daß der dem Bohrlochtiefsten zugekehrte Längenabschnitt den kleinsten und der der Bohrlochlnündung zugekehrte lingenab.;chnitt den größten Verformungswiderst;ad aufweisen. Der Verforrnnngs-Widerstand ist an dem dem Bohrlochtiefsten zugekehrten Ende o gew?hlt, daR sich die rohrformige Snnde bereits nei einem verhlltnismSißig niedrigen Druck von z.B. 300 t;g/CL'" verformen läßt, während der Verformungswiderstand an dem der Bohrlochmündung zugekehrten Längenabschnitt der rohrförmigen Prüfsonde entsprechend höher gewählt, nämlich etwa auf den kritischen Druck von z.B. 1000 kg/cm² abgestellt wird. Auf diese Weise läßt sich in Verbindung mit einer entsprechenden Abstufung in den Zwischenbereichen mittels der in die Prüfsonden von Zeit zu Zeit eingeführten Fühlstäbe nicht nur das Auftreten des ersten Druckes und dessen Herannahen an den Grubenraum erkennen, sondern zugleich in grober Annäherung sowohl die Größe als auch der GröRenzuwachs des Gebirgsdruckes messen und daraus zuverlässig ableiten, wie akut die drohende Gebirgsschlaggefahr tatsächlich ist.
• Der Verformungswiderstand der rohrförmigen Prüfsonde läßt sich in Verbindung mit der jeweiligen Werkstoffqualität am einfachsten durch die Wandstärke differenzieren. Um hinreichend eindeutigen Aufschluß über den jeweils herrschenden Gebirgsdruck zu erlangen, ist es selbstverständlich notwendig, Werkstoffqualität und Wandstärke auf dem Wege der Eichung so aufeinander abzustimmen, daß sie den jeweils maßgeblichen Druck, bei dem die Verformung, d.h. das Zusammendrücken oder der Bruch, des jeweiligen Längenabschnittes der rohrförmigen Prüfsonde eintritt, möglichst genau anzeigen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht die rohrförmige Prüfsonde daher aus Längenabschnitten mit vom Bohrlochtiefsten zur Bohrlochmündung hin zunehmender Wandstärke.
• Zweckmäßig ist die Prüfsonde im Außendurchmesser über ihre Länge gleich groß ausgebildet und aus Längenabschnitten zusammengesetzt, die einen vom Bohrlochtiefsten zur Bohrlochmündung hin stufenweise abnehmenden Innendurchmesser aufweisen. Die einzelnen Längenabschnitte unterschiedlich großer Wandstärke können dabei, z.B. durch Schweißen, fest miteinander verbunden sein, doch ist es in manchen Fällen zweckmäßig, die einzelnen Längenabschnitte in an sich bekannter Weise lösbar, d.B. durch Verschrauben, miteinander zu verbinden, um sie in Anbetracht der gewöhnlich benötigten großen Länge leichter transportieren und gegebenenfalls mit verschiedener Wandstärkenabstufung unterschiedlich zusammensetzen zu können.
• Obschon es häufig genügt, nur zwei oder drei Längenabschnitte entsprechend unterschiedlich großer Wandstärke an dem dem Bohrlochtiefsten zugekehrten Längenabschnitt der rohrförmigen Prüfsonde vorzusehen, steht der Erfindung selbstverständlich nicht entgegen, die rohrförmige Prüfsonde auf ihrer ganzen Länge in hinsichtlich ihrer Wandstärke zueinander abgestufte Längenabschnitte zu untergliedern.
• Die einzelnen Längenabschnitte unterschiedlich großer Wandstärke können je nach dem bekannten Verhalten des Gebirges gleich oder unterschiedlich lang bemeseen sein, wobei sie zweckmäßig eine Länge von mindestens 30 cm bis etwa 50 cm aufweisen.
• Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, die dem Bohrlochtiefsten zugekehrten Längenabschnitte der rohrförmigen Prüfsonde untereinander gleich lang auszubilden und den der Bohrlochmündung zugekehrten #xxxxxHxxx Längenabschnitt mit der größten Wandstärke mindestens gleich lang oder größer als die geaamte Länge der übrigen in der Wandstärke zueinander differenzierten Längenab-'Schnitte zu bemessen.
• Der in die rohrförmige Prüfsonde einführbare Fühlstab kann ebenfalls aus Kunststoff oder Metall bestehen, ist jedoch in jedem Falle mit einer Längeneinteilung versehen und zweckmäßig ebenfalls aus lösbar miteinander verbundenen Längenabschnitten zusammengesetzt, um seinen Transport sowie die Lagerung zu erleichtern.
• In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Einsatz einer rohrförmigen Prüfsonde in einem Streb anhand eines bohrlochparallelen Querschnitts durch den Streb und Fig. 2 die im Bereich des Bohrlochtiefsten bereits in der Verformung befindliche Prüfsonde mit darin eingeführtem Prüfstab.
• In Fig. 1 bezeichnen 1 den Strebraum, 2 den anstehenden Kohlenstoß, 3 das Hangende und 4 das Liegende.
• Das Bohrloch ist mit 5 und die darin bis zum Bohrlochtiefsten 5a eingeschobene rohrförmige Prüfsonde mit 7 bezeichnet.
• Die aus Metall, insbesondere Stahl, oder Kunststoff bestehende rohrförmige Prüfsonde 7 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in vier Längenabschnitte a, b, c und d unterteilt, die sämtlich den gleichen Außendurchmesser aber stufenweise unterschiedliche Wandstärke aufweisen, wobei der dem Bohrlochtiefsten 5a zugekehrte Längenabschnitt a die kleinste Wandstärke, d.h. den größten Innendurchmesser, und der wesentlich größer bemessene, der Bohrlochmündung zugekehrte Längenabschnitt d die größte Wandstärke, d.h.
• den kleinsten Innendurchmesser, aufweist.Die einzelnen Längenabschnitte a, b, c und d sind durch Schweißen stumpf miteinander verbunden.
• Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wand stärke der einzelnen Längenabschnitte in Verbindung mit der Werkstoffestigkeit des Materials derart abgestuft, daß der Verformungswiderstand des Längenabschnittes a etwa 2 300 kg/cm , der Verformungswiderstand des Längenabschnittes b etwa 500 kg/cm² und der Verformungswiderstand des Längen-2 abschnittes c etwa 700 kg/cm beträgt. Der wesentlich länger bemessene Längenabschnitt d hat die größte Wandstärke und ist auf eine Druckfestigkeit eingestellt, die dem für akute Gebirgsschlaggefahr kritischen Druck angepaßt ist, z.B.
• auf 1000 kg/cm².
• Wenn die Gebirgsspannung zunimmt, verformt sich als erstes der dem Bohrlochtiefsten 5a zugekehrte Längenabschnitt mit der kleinsten Wandstärke bzw. dem kleinsten Verformungswiderstand gegen Zusammendrücken bzw. Bruch, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Der nächstfolgende Längenabschnitt b wird erst dann ebenfalls verformt, wenn der Druck nicht nur bis dahin gewandert, sondern auch entsprechend gewachsen ist und folglich der Verformungswiderstand des Längenabschnittes b durch ihn überwunden wird. Wird schließlich auch der der Bohrlochmündung zugekehrte größte Längenabschnitt d mit der größten Wandstärke verformt, steht fest, daß der seinem Verformungswiderstand entsprechende kritische Druck von z.B. 1000 kg/cm² erreicht ist und folglich akut Gebirgsschlaggefahr besteht.
• Mit 8 ist ein aus Holz oder Kunststoff bestehender Fühlstab bezeichnet, der eine Längeneinteilung aufweist und der es beim axialen Einführen in die rohrförmige Prüf sonde 7 gestattet, genau abzutasten, bis zu welchem Grade bzw.
• bis zu welchem Längenabschnitt sich die Verformung bereits dem Strebraum genähert hat und auf welche Größe der Gebirgsdruck dabei folglich angewachsen ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung und laufenden Überwachung von am Rande bergmännischer Hohlräume auftretenden Zonen erhöhter, insbesondere Gebirgsschlaggefahr hervorrufender Spannungen, bei welchem in das am Stoß anstehende, geschichtete Gebirge oder Mineral mindestens angenähert schichtenparallel oder in der Flözebene verlaufende Bohrlöcher eingebracht, in diese rohrförmige Prüfsonden eingeführt und mindestens der einen als gefährlich bekannten Grenzwert überschreitende Grad sowie die jeweilige Lage der vom Bohrlochtiefsten zur Bohrlochmündung hin fortschreitenden Verformung des Bohrlochquerschnittes mittelbar über die entsprechende Verformung der Prüfsonden durch in diese axial einführbare Fühlorgane, insbesondere Fühlstäbe, ermittelt werden, nach Patent .........

(Patentanmeldung P 24 02 058.4) , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß in Verbindung mit der Verwendung von rohrförmigen Prüfsonden (7) mit über deren Länge differenziertem Verformungswiderstand zugleich die Größe sowie derGrößenzuwachs des zur Bohrlochmündung hin fortschreitenden von der Gebirgsspannung ausgehenden Verformungsdruckes gemessen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die rohrförmige Prüfsonde (7) aus Längenabschnitten (a, b, c, d) mit vom Bohrlochtiefsten (5a) zur Bohrlochmündung hin zunehmender Wandstärke besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die über wehre Länge im AuRendurchmesser gleich große rohrförmige Prüfsonde (7) aus Längenabschnitten (a, b, c, d) zusammengesetzt ist, die einen vom Bohrlochtiefsten zur Bohrlochmündung hin stufenweise abnehmenden Innendurchmesser aufweisen.

4. Vorrichtung nach nspruch 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die rohrförmige Prüfsonde (7) aus mindestens drei Längenabschnitten mit untersthiedlich groß bemessener Wandstärke zusammengesetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die zylindrischen und mit unterschiedlich großer Wandstärke versehenen Längenabschnitte (a, b, c, d) der rohrförmigen Prüf sonde (7) lösbar miteinander verbunden, z.-B.

miteinander verschraubt, sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4 , d a -d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die zylindrischen, in der Wandstärke unterschiedlich groß bemessenen Längenabschnitte (a, b, c, d) der rohrförmigen Prüfsonde (7) miteinander verschweißt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dem Bohrlochtiefsten (5a) zugekehrten Längenabschnitte (a, b, c) der rohrförmigen Prüfsonde (7) untereinander gleiche Länge aufweisen und der der Bohrlochmündung zugekehrte flängenabschnitt (d) mit der größten Wandstärke mindestens gleich lang oder größer als die Gesamtlänge der übrigen in der Wandstärke zueinander differenierten Längenabschnitte bemessen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden , d a d ulr c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Wandstärke des dem Bohrlochtiefsten zugekehrten, stirnseitig geschlossenen und gegebenenfalls verjüngten Endabschnitbed (a) der Prüfsonde in Verbindung mit der Werkstoffqualität entsprechend einer Druckfestigkeit in einer Größenordnung von mindestens angenähert 300 kg/cm2 ausgelegt ist, während die Druckfestigkeit des der Bohrlochmündung zugekehrten Längenabschnittes (d) auf den jeweiligen für Gebirgsschlaggefahr kritischen Druck, z B. auf etwa 2 1000 kg/cm , zugeschnitten istt

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der in die rohrförmige Prüfsonde (7) einführbare Fühlstab (8) aus Kunststoff oder Metall zum Abtasten desGrades und/oder zum Lokalisieren der Lage der Prüfsondenverformung mit einer Längeneinteilung versehen und gegebenenfalls aus lösbar miteinander verbundenen Längenabschnitten zusammengesetzt ist.