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Versch1ußvorrichtung für Kunststoffinjektionen in Bohrlöcher beim
Sicherungsverbau sowie unter und über Tag und Verfahren zur Herstellung eines Verbundverbaus
als Gebirgssicherung im Unter- und Obertagebau Bekannt sind Verfahren zur Herstellung
eines Verbundverbaus als Gebirgssicherung im Unter- oder Obertagebau, bei denen
in geeigneten Abständen Bohrlöcher in das Gebirge gebohrt werden, deren Wände anschließend
aufgerauht und gegebenenfalls gesdubert werden.
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Derartige Gebirgssicherungen sind beispielsweise im Bergbau, beim
Anlegen von Straßen und Bahnkörpern, im Wasserbau fUr Stollenkavernen, für Industriekavernen,
> für Silolager Untertage und dergleichen, bei denen immer größere Spannweiten
aufgefahren werden, sowie fr die Sicherung von Gebirgsoberflachen erforderlich.
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Es sind bereits Gebirgssicherungen bekannt, bei denen man Verstärkungen
aus Stahl oder Kunststoff mit Hilfe von Zement fest am Gebirge anbringt oder bei
welchen Zement an vorher festgelegten
Stellen in das Gebirge injiziert
wird.
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Diese Sicherungen haben jedoch den Nachteil, daß sie einen großen
Aufwand für das Anbringen und fnstandhalten erfordern und ihre Lebensdauer begrenzt
ist.
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Es ist weiterhin bekannt, zur Verfestigung des anstehenden lelses
Felsnägel zu verwenden, die durch eingepreßten und ausgehärteten Zement mit dem
Gebirge haftend verbunden sind.
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Durch Anziehen einer auf dem aus dem Gebirge ragenden, mit Gewinde
versehenem Ende des Felsnagels sitzenden Mutter, unter der am Gebirge anliegend
eine Platte angeordnet ist, wird auf das Gebirge von außen ein Druck ausgeübt, dessen
Gegenhalt in der Haltekraft des Felsnagels liegt.
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Diese Gebirgssicherung hat jedoch den Nachteil, daß die durch Anziehen
der Mutter auf den Fels auszuübende Vorspannkraft nicht immer erreichbar ist, da
ein sicheres Haften des Felsnagels im Gebirge nur im beschränkten Ausmaße gewährleistet
ist. Weiterhin ist die Oberflächensicherung durch die aufzulegenden Platten aufwendig
und in vielen Fällen unzureichend.
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Gegenstand des Patents ....
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Ist ein Verfahren der Eingangs beschriebenen Art zur Herstellung eines
Verbundverbaus als Gebirgssicherung im Unter- oder Obertagebau, bei dem in geeigneten
Abständen Bohrlöcher in das Gebirge gebohrt werden, deren Wände anschließend aufgerauht.
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und gegebenenfalls gesäubert werden und in die ein aushärtbarer Kunststoff
in flüssiger Form eingebracht wird, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der zu hoher
Festigkeit aushärtende Kunststoff durch eine außen auf dem Gebirge sitzende Schalungshaube
in das Bohrloch eingepreßt wird,und durch die Form der Schalungshaube der Abschlußkopf
der Füllung aus dem Kunststoffmaterial angeformt wird.
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Wie sich gezeigt hat, bereiten das Verfilllen und das dazu notwendige
Verschließen der Bohrlöcher noch Schwierigkeiten. Beim FUllen von Bohrlöchern, die
horizontal und 450 bis 900 Uber Kopf ausgeführt werden, muß die flüssige Kunststoffinasse
unter [)ruck bis zum Bohrlochende befördert werden; hierbei sto es ein besonderes
Problem dar, das Ausrinnen der flüssigen Masse durch einen Verschluß zu verhindern
und gleichzeitig der im Bohrloch befindlichen Luft die Möglichkeit zu verschaffen,
beim Injizieren der flüssigen Masse entweichen zu können. Lufteinschlüsse machen
die r njektion wertlos.
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Den geschilderten Nachteilen hilft die Erfindung ab. Sie betrifft
eine Verschlußvorrichtung für Kunststoffinjektionen in Bohrlöcher beim Sicherungsverbau
sowie unter und über Tag zur Durchführung des Verfahrens nach Patent
.Dfe Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht
1 aus einem teleskopierbarem Anpreßarm, an dessen einem Ende ein aus zwei parallelen
Längsbecken bestehender Bügel angeordnet ist, mit dessen freiem Ende eine mit einer
zentrischen runden Uffnung versehene Anpreßplatte beweglich verbunden ist, während
am anderen Ende des Anpreßarms eine Vorspannfeder und eine Spannvorrichtung zum
Feststellen des Anpreßarms vorgesehen ist, 2. einer Injektionssonde mit einem in
der konisch sich verjüngenden Spitze ausmUndenden zentralen Kanal, > der konzentrisch
von einem Ringkanal umgeben ist, der im Bereich des vorderen Endes der Sonde Uffnungen
nach außen aufweist} wobei die beiden Kanäle jeweils mit Rohrstutzen für die Zufuhr
der flüssigen Kunststoffmasse bzw.
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die Ableitung von Luft, die am hinteren Ende der Sonde angeordnet
sind, in Verbindung stehen, 3. einem pilzförmigen Vers chl ußpfropfen aus einem
elastischen Material > insbesondere Schaumstoff, in dessen Kopf und Schaft zentrische
zylindrische Vertiefungen, die nicht miteinander verbunden sind, vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird in einer beispielsweisen Ausführungsform anhand
der Zeichnung erläutert und gleichzeitig beschrieben, wie man die Vorrichtung gebraucht.
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Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch die Injektionssonde, Figur
2 eine Seitenansicht des Anpreßarms, Figur 3 einen Längsschnitt durch den herschlußpfropfen,
V Figur 4 die Verschlußvorrichtung am Bohrloch und Figur 5 eine Seitenansicht, teilweise
geschnitten, der gesamten Verschlußvorrichtung Nach dem Ausbruch des Untertageraumes
wird zum Ausgleich der gesprengten oder gefrästen Wandung eine verhältnismäßig dünne
Schicht Zementmörtel auf die Wandung aufgetragen, um sie zu glätten. Durch diese
Zementmörtelschicht werden die Bohrlöcher in das Innere des Berges gebohrt; um die
Injektion und Bewehrung des Bohrloches vornehmen zu können. In dieses Bohrloch werden
nun ein, zwei oder mehr Kunstharz-Glasfaserstäbe 1 und Rohr 2 aus dem gleichen Material
als Bewehrung eingeführt; Rohr und Stäbe werden mit Draht zu einem Bündel zusammengehalten
und durch Distanzhalter der Verdrahtung in der Mitte des Bohrloches gehalten, damit
eine gleichmäßige Umhullung dieser Bewehrung durch den Kunststoff gewährleistet
wird. Rohr und Stäbe haben die gleiche Bewehrungswirkung.
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Das Rohr 2 dient bei Injektionen überKopf bis waagerecht dazu, die
Luft aus dem rnneren des Bohrlochs in dem Maß abzuleiten, wie die flüssige Kunststoffmasse
bei der'Injektiton'vom Bohrlochmund bis zu dessen Ende vordringt.
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Bei Injektionen von waagerecht bis senkrecht nach unten hingegen
dient
das Rohr 2 zur Injektion der Kunststoffmasse; in diesem Fall wird durch-die eindringende
Masse mit deren Ansteigen die Luft vom untersten Ende des Bohrlochs aus diesem befördert.
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Beim Arbeiten mit der Verschlußvorrichtung gemäß der Erfindung geht
man folgendermaßen vor: Zunächst wird die Verschlußvorrichtung betriebsfertig gemacht.
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Hierfür werden die drei Teile, also der Anpreßarm 4, die Injektionssonde
3 und der Verschlußpfropfen 7 zusammengesteckt.
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Die Injektionssonde wird hierbei zwischen die beiden Längsbacke 6
des Bügels des Anpreßarms gebracht; dann wird die Injektionssonde mit ihrem vorderen
konisch zulaufenden Ende durch die zentrische Oeffnung der Anpreßplatte 5 bis zum
Anschlag 19 der Sonde gesteckt. Anschließend wird der Verschlußpfropfen 7 mit der
zentrischen zylindrischen Vertiefung 8 auf das konische Ende der Sonde, auf das
eine auf- und absetzbare feine Spitze angebracht ist, aufgesetzt und mit kräftigem
Druck aufgezogen.
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hierbei durchstößt die Spitze der Sonde das elastische Material des
Verschlußpfropfens > da sich zwischen der eben erwähnten zylindrischen Vertiefung
8 im Kopf 7a des Verschlußpfropfens und der zentrischen zylindrischen Vertiefung
9 im Schaft 7b des Pfropfens befindet. Der Verschlußpfropfen wird auf der Sonde
bis zu der Anpreßplatte aufgezogen. Die abnehmbare Spitze wird nun entfernt und
für die nächste Injektion bereitgehalten.
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Zur Vorbereitung der Injektionen wird das Bündel aus den Bewehrungsstäben
1 und dem Rohr 2 in das Bohrloch zunächst so ein geführt, daß die vorderen Enden
der Stäbe und des Rohres noch ein Stück aus dem Bohrloch herausragen. Hierbei ragen
die Stäbe etwas über das Rohr nach vorne hinaus. Das Bündel wird jetzt etwas aus
dem Bohrloch herausgezogen und das Rohr 2 mit seiner vorderen Uffnung auf das konische
Ende der Sonde aufgesteckt; hierbei werden die vorderen Enden der Bewehrungsstäbe
1 neben der Sonde in den dafür noch vorhandenen freien Raum der Vertiefung 9 des
Verschlußpfropfens 7 eingeführt.
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Das Bündel aus den Bewehrungsstäben und dem Rohr wird samt dem Verschlußpfropfen
in das Bohrloch geschoben und der Pfropfen mit Hilfe des teleskopierbaren Anpreßarmes,
der am Boden oder auf der gegenüberliegenden Raumwandung oder einem ausziehbaren
Leichtmetallbogen oder dergleichen als Widerlager unter Wirkung der Vor spannfeder
17 mittels der Spannvorrichtung 18, die nach dem Prinzip eines Wagenhebers arbeitet,
abgestützt wird, in den Bohrlochmund gepreßt. Das Bündel aus den Bewehrungsstäben
und dem Rohr ist jetzt ganz im Bohrloch versenkt. Die Stäbe stecken in der Vertiefung
9 des Schaftes 7b des Verschlußpfropfens 7. Das Rohr 2 ist mit der Injektionssonde
3 verbunden. Der Verschlußpfropfen steckt mit seinem Schaft 7b im Bohrloch; der
Anpreßarm 4 preßt den Pfropfen mit dessen Kopf 7a an den Bohrlochmund. Dadurch wird
das Bohrloch abgedichtet. Jetzt kann damit begonnen werden, die flüssige Kunststoffmasse
mit einem Druck von 5 bis 10 atü vom Bohrlochmund bis zum Bohrlochende vorzunehmen.
Es ist zu beachten, daß man in verschiedener Weise vorzugehen hat, und zwar in Abhängigkeit
davon, ob die Injektion von waagerecht bis 0 90 über Kopf oder von waagerecht bis
senkrecht nach unten durchgeführt werden muß. Im ersteren Fall wird die flüssige
Kunststoffmasse über den Kanal 15 des Rohrstutzens 16 in den Ringkanal 14 der Injektionssonde
3 eingepreßt. Der Ringkanal weist nach außen Uffnungen 10 auf, durch die aus dem
Kanal die Kunststoffmasse austritt. Die beim Vordringen der Masse aus dem Bohrloch
verdrängte Luft entweicht durch das Rohr 2 und den zentralen Kanal 11 der Injektionssonde
3 über den Kanal 12 des Rohrstutzens 13. Wenn das Bohrloch mit der Kunstharzmasse
gefüllt ist, dann wird aus dem Rohr 2 nach der letzten Luft der Kunststoff austreten
und damit anzeigen, daß das Bohrloch gefüllt ist. Außerdem zeigt die rnjektionsmaschine
einen erhöhten Druck an und schaltet nach Erreichung des theoretischen Hohlmaßes
des Bohrloches den Injektionsdruck ab.
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Im zweiten Fall, bei Injektionen von waagerecht bis senkrecht nach
unten, wird die flüssige Kunststoffmasse über den Kanal 12 des Rohrstutzens 13 und
den zentralen Kanal 11 der Injektionssonde in das Rohr 2 eingebracht. Die durch
die Kunststoffmasse aus dem Rohr 2 und dem Bohrloch verdrängte Luft entweicht
über
die Uffnungen 10 des Ringkanals und durch diesen über den Kanal 15 des Rohrstutzens
16 nach außen.
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Nachdem das Bohrloch gemäß den beiden vorstehend beschriebenen Vorgängen
mit Kunststoff gefüllt ist, wird die Injektionssonde aus dem in das Bohrloch gepreßten
Verschlußpfropfen zurückgezogen und der Druck des Anpreßarmes etwas verringert.
Dabei verschließt sich der durch die Spitze der Sonde im Verschlußpfropfen zwischen
den beiden Vertiefungen 8 und 9 geschaffene Durchgang, weil das elastische Material,
aus dem der Verschlußpfropfen hergestellt ist, insbesondere der Schaumstoff, das
Bestreben hat, sich wieder zusammen zu ziehen und die nachdrängende durch die Injektion
eingebrachte flüssige Kunststoffmasse den Durchgang zwischen den erwähnten Vertiefungen
zudrückt.
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Das elastische Material des Verschlußpfropfens kann natürlicher oder
synthetischer Herkunft sein. So kann man natürlichen oder synthetischen Kautschuk
ebenso Kunststoffe verwenden. Als Schaumkunststoffe seien besonders Polyurethanschaumstoffe
erwähnt. Die jeweils gewünschten Eigenschaften für den besonderen Verwendungszweck
des Verschlußpfropfens lassen sich nach bekannten Verfahren einstellen.
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Nach dem Herausziehen der Injektionssonde bleibt der Verschlußpfropfen
noch unter dem Druck des Anpreßarms so lang im Bohrloch .
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bis die Kunststoffmasse ausgehärtet ist. Dann werden der Verschlußpfropfen
und der Anpreßarm entfernt. Bei tixotropem Dübelharz kann nach erfolgter Injektion
die Anpreßvorrichtung sofort entfernt werden und nur der Abschlußpfropfen bis zur
Aushärtung im Bohrloch belassen werden (Tixotropes Kunstharz hat die Eigenschaft,
sich unter Druck zu verflüssigen und bei Aufhebung des Druckes sofort zu gelieren).
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Bei waagerechten und abwärts gerichteten Bohrlöchern kann der Anpreßarm
sofort nach der Injektion abmontiert werden.
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Nach dem Entfernen des Verschlußpfropfens aus dem Bohrlochmund bleibt
in diesem eine künststofffreie Aussparung (Vertiefung), in die die Enden der Bewehrungsstäbe
hineinragen.
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In der zweiten Stufe des Sicherungsverbaus, in der die Rauiwandung
mit Kunststoffmörtel beschichtet wird, wird dicser Mörtel auch in die besagten Aussparungen
der Bohrlöcher mit eingespritzt und dadurch die Beschichtung mit der Kunststoffinjektion
und den darin zur Bewehrung enthaltenen Kunststoffglasfaserstäben chemisch verbunden.
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Mit der Verschlußvorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich auch
flüssige Zementmörtel in die Bohrlöcher mit den geschilderten Vorteilen einbringen.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine weitere Ausbildung des Verfahrens
zur Herstellung eines Verbundverbaus als Gebirgssicherung im Unter- oder Obertagbau,
bei dem in geeigneten Abständen Bohrlöcher in das Gebirge gebohrt werden, deren
Wände anschließend aufgerauht und gegebenenfalls gesäubert werden und in die ein
aushärtbarer Kunststoff in flüssiger Form eingebracht wird, wobei der zu hoher Festigkeit
aushärtende Kunststoff durch eine außen auf dem Gebirge sitzende Schalungshaube
in das Bohrloch eingepreßt wird und durch die Form der Schalungshaube der Abschlußkopf
der Füllung aus dem Kunststoffmaterial angeformt wird nach Patent ....
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,dadurch gekennzeichnet, daß:m'an in das, Bohrloch, ein', Rohr, vorzugsweise
aus glasfaserverstärkten Kunststoff, auf? dem in Längsrichtung Bewehrungsstäbe aus
dem gleichen Material, deren vordere Enden über das vordere Ende des Rohres hinausragen,
angeordnet sind, in das Bohrloch soweit einschiebt, daß die vorderen freien Enden
der Bewehrungsstäbe nach dem Einbringen der Verfüllmasse sich in einer Aussparung
innerhalb des Bohrlochs noch vor dessen Mund befinden.
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Das Verfahren kann mit Hilfe der Verschlußvorrichtung nach der Erfindung
durchgeführt werden. Wie bei deren Beschreibung oben erwähnt, kann bei dem Beschichten
der Raumwandung mit
Kunststoffmörtel dieser in die erwähnte Aussparung
des Bohrlochs eingespritzt und dadurch eine Tiefenwirkung in das Berginnere beim
Verbundverbau erzielt werden.