DE2426088C3

DE2426088C3 - Measuring anchor and measuring arrangement

Info

Publication number: DE2426088C3
Application number: DE19742426088
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Berging. Dr 4320 Hattingen; Böddicker Horst; Müller Herbert Dipl.-Phys. Dr.; 4300 Essen Schuermann
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Filing date: 1974-05-30
Publication date: 1977-07-14

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßanker aus einem Gestängeteil aus durch Muffen verbundenen Stangenelementen mit im Bohrloch einzementierbarem Ankerkopf mit profilierter Oberfläche und aus einem am Bohrlochmund befestigbaren, mit Widerlagerscheibe als Meßbasis, in dem das freie Ende des Gestängeteils geführt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Meßanordnung unter Verwendung des Meßankers.The invention relates to a measuring anchor made of a rod part of rod elements connected by sleeves with an anchor head that can be cemented in the borehole with a profiled surface and an am Borehole mouth attachable, with an abutment disk as a measuring base, in which the free end of the rod part is led. The invention also relates to a measuring arrangement using the measuring anchor.

Derartige Meßanker sind als Stangenextensometer bekannt, wie sie beispielsweise im Prospektblatt Interfels, Internationale Versuchsanstalt für Fels in Salzburg, Datenblatt Nr. 2.5, Blätter 1, 3, 3a und 3b aus 1970, beschrieben sind. Derartige Stangenextensometer sind insbesondere für Präzisionsmessungen geeignet, bei denen es auf die Ermittlung bereits kleiner Gebirgsbewegungen ankommt. Die für Feinlängenmessungen verwendeten Stangenextensometer sind jedoch auch vergleichsweise komplizierte und aufwendige Geräte und benötigen einen vergleichsweise großen Bohrlochquerschnitt.Such measuring anchors are known as rod extensometers, as they are, for example, in the leaflet Interfels, International Research Institute for Rock in Salzburg, data sheet no. 2.5, sheets 1, 3, 3a and 3b 1970, are described. Such rod extensometers are particularly suitable for precision measurements, where the determination of even small rock movements is important. The one for fine length measurements However, the rod extensometers used are also comparatively complicated and expensive Devices and require a comparatively large borehole cross-section.

Im Steinkohlenbergbau ist eine planmäßige Überwachung des Streckenausbaus erwünscht, insbesondere in den vergleichsweise kurzlebigen und stark durch Gebirgsbewegungen beeinträchtigten Abbaustrecken. Insbesondere für letztere ist es erwünscht, Meßeinrichtungen zur Ermittlung der durch die Gebirgsbewegungen hervorgerufenen Konvergenz verfügbar zu haben, die einfacher aufgebaut, leichter zu handhaben und insgesamt billiger sind als die bekannten für Feinmessungen entwickelten Stangenextensometer.In the hard coal mining there is a regular surveillance the expansion of the route is desirable, especially in the comparatively short-lived and strong through Rock movements impaired mining routes. For the latter in particular, it is desirable to have measuring devices to have available to determine the convergence caused by the rock movements, which are more simply constructed, easier to handle and overall cheaper than the known ones for precision measurements developed rod extensometer.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein solches einfach aufgebautes und vergleichsweise billiges Meß- fts gerät zu entwickeln, das zur planmäßigen Überwachung des Streckenausbaus, insbesondere in Abbaustrecken geeignet ist und nur einen vergleichsweise geringenThe object of the invention is to provide such a simply constructed and comparatively cheap measuring device To develop a device for the scheduled monitoring of the expansion of the route, especially in the dismantling routes is suitable and only a comparatively low one

Bohrlochquerschnitt erfordert.Requires borehole cross-section.

Diese Erfindung wird ausgehend von einem Meßanker der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß der Ankerkopf eine Brechschneide aufweist und die Profilierung der Oberfläche als Gewinde ausgebildet ist. die Stangenelemente aus Rundstabmaterial bestehen und das Anfangselement mit Schlüsselflächen versehen ist sowie das Rohrstück der Meßbasis mit einer aufgesteckten Widerlagerscheibe und einer Führungsmutter mit Führungsöffnung ausgerüstet ist. Ein solcher Meßanker ist vergleichsweise billig herzustellen. Er läßt sich unter Anwendung des Kunstharzankerverfahrens mit Hilfe von Zweikammerpatronen leicht, schnell und fest im Bohrlochtiefsten verankern, wobei die Stangenelemente aus Rundstabmaterial die erforderlichen Drehmomente auch bei größeren Gestängelängen sicher übertragen und das eingeklebte Rohrstück sicherstellt, daß im Meßteilbereich keine Ausbrüche auftreten können und es möglich ist, die erforderliche Ablesung der Größe der Relativbewegung zwischen Meßteil und Gestängeteil auf einfache Weise mittels eines angelegten Meßstabes zu ermitteln.Based on a measuring anchor of the type mentioned at the outset, this invention is achieved by that the anchor head has a cutting edge and the profiling of the surface is designed as a thread. the rod elements consist of round rod material and the starting element is provided with wrench flats and the pipe section of the measuring base is equipped with an attached abutment disk and a guide nut with a guide opening. Such a The measuring anchor is comparatively cheap to manufacture. It can be fixed using the synthetic resin anchor method anchor easily, quickly and firmly in the deepest part of the borehole with the help of two-chamber cartridges, with the rod elements from round rod material the required torques even with larger rod lengths safely transferred and the glued-in piece of pipe ensures that there are no breakouts in the measuring part area may occur and it is possible to take the required reading of the amount of relative movement between Measuring part and rod part can be determined in a simple manner by means of a measuring stick.

Mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Meßankers läßt sich eine Meßanordnung verwirklichen, mit der auf einfachste Weise wichtige Meßwerte für eine planmäßige Überwachung einer Strecke und des in dieser Strecke eingebrachten Ausbaus ermittelt werden können. Diese Meßanordnung kennzeichnet sich dadurch, daß zwei erfindungsgemäße Meßanker auf einer gemeinsamen Achse einander gegenüber in den Wandungen einer Strecke angebracht sind. Mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung können die folgenden Meßwerte auf einfache Weise ermittelt werden:With the help of this measuring anchor according to the invention, a measuring arrangement can be realized with the in the simplest possible way important measured values for a planned monitoring of a route and that in this The extension introduced can be determined. This measuring arrangement is characterized by that two measuring anchor according to the invention on a common axis opposite each other in the Walls of a route are attached. With the measuring arrangement according to the invention, the following can Measured values can be determined in a simple way:

A) nie Gebirgsbewegungen im Streckenmantel zwischen Ankerkopf und Meßteil jedes der beiden Meßanker;A) never rock movements in the section mantle between anchor head and measuring part of each of the two Measuring anchor;

B) die Innenkonvergenz der Strecke, das ist der Abstand zwischen den Meßteilen der Meßankerpaare, undB) the inner convergence of the section, that is the distance between the measuring parts of the measuring armature pairs, and

C) die Außenmantel-Konvergenz, das ist der Abstand zwischen den Ankerköpfen der beiden Meßankerpaare. C) the outer cladding convergence, that is the distance between the anchor heads of the two pairs of measuring anchors.

Mit Hilfe dieser Meßwerte sind beispielsweise Aussagen darüber möglich, wie sich die Strecke und der für die Strecke ausgewählte Ausbau verhalten werden.With the help of these measured values, statements about how the route and the the expansion selected for the route.

Bekanntlich beginnen die Auflockerungsbewegungen, welche die Entspannungsbewegungen des Streckenmantels darstellen, nahe am Hohlraum und dringen in Abhängigkeit von Zeit und Gebirgsaufbau tiefer in den Streckenmantel ein. Die Verformungen können gleichzeitig als Funktion des Überlagerungsdruckes und der Gesteinsfestigkeit elastisch, oder überwiegend elastisch, oder unter Bruchverformung ablaufen. Schließlich ist aus »druckhaftem« Gebirge bekannt, daß die Bruchverformung in eine Faltenbildung übergehen kann, die praktisch den Zusammenbruch der Tragfähigkeit des Streckenmantels darstellt.As is well known, the loosening movements begin, which are the relaxation movements of the track jacket represent, close to the cavity and depending on the time and mountain structure penetrate deeper into the Track coat a. The deformations can simultaneously function as a function of the overlay pressure and the Rock strength is elastic, or predominantly elastic, or with fracture deformation. Finally is known from "pressure-like" mountains that deformation at break can transform into wrinkling, which practically represents the collapse of the load-bearing capacity of the track jacket.

Dieser komplizierte Zusammenhang kann nun mit Hilfe des neuen Meßverfahrens ermittelt werden. Hierbei sind zwei Dinge zu beachten:
1) Die Endpunkte der Meßanker im Tiefsten des Bohrloches sind im Steinkohlenbergbau meist nicht fix. Es gibt zwei Möglichkeiten der Zunahme der Außenmantel-Konvergenz (äußere Konvergenz), d. h. die Annäherung der Endpunkte der Meßstrekke aufeinander zu:This complicated relationship can now be determined with the help of the new measuring method. There are two things to consider here:
1) The end points of the measuring anchors in the deepest part of the borehole are usually not fixed in hard coal mining. There are two ways of increasing the outer jacket convergence (outer convergence), i.e. the approach of the end points of the measuring section to one another:

a) Die Auflockerungszone dehnt sich soweit aus, daß sie über die Enden der Meßankera) The loosening zone expands so far that it extends over the ends of the measuring anchor

hinausreicht. Das bedeutet vollen Übergang des Tunnels oder Grubenraumes in das Stadium der Bruchverformung, b) Der Gebirgsdruck nimmt zu. 2) Die Meßanker zeigen nicht imme· nur die im Tunnelbau übliche anfangs schnellere und dann langsam abnehmende ungleichmäßige Längung als Folge der Gleichgewichtsbildung mit Hilfe des Ausbaus, sondern zusätzlich bei Zunahme des Gebirgsdruckes eine Kürzung und bei Abnahme des Gebirgsdruckes eine Längung. Die Meßwerte der Meßanker und die Meßwerte der inneren und äußeren Konvergenz stehen in folgenden Zusammenhang mit dem Verhalten des Grubenraumes: reaches out. This means full transition of the tunnel or pit to the deformation stage, b) The rock pressure increases. 2) The measuring anchors do not always show the initially faster and then slowly decreasing uneven elongation that is usual in tunnel construction as a result of the equilibrium formation with the help of the expansion, but also a shortening when the rock pressure increases and an elongation when the rock pressure decreases. The measured values of the measuring anchor and the measured values of the inner and outer convergence are related to the behavior of the pit:

Meßanker:
geringe Längung
(d)Measuring anchor:
little elongation
(d)

Äußere Konvergenz:
gleichbleibendOuter convergence:
constant

Innere Konvergenz:Inner convergence:

gering
Meßanker:small amount
Measuring anchor:

größere Längunggreater elongation

Äußere Konvergenz:Outer convergence:

zunehmend
Innere Konvergenz:increasingly
Inner convergence:

größergreater

Meßanker: KürzungMeasuring anchor: shortening

Äußere Konvergenz:
zunehmendOuter convergence:
increasingly

Meßanker: LängungMeasuring anchor: elongation

Äußere Konvergenz:
abnehmendOuter convergence:
decreasing

Normalverhalten des MantelsNormal behavior of the jacket

Stadium 1 nach Lütgendorf, H.O.: Quantitativ. Gebirgsmechanik der Untertagebauten im geklüfteten Gebirge; Fachbuch, Glückauf-Verlag 1971Stage 1 according to Lütgendorf, H.O .: Quantitatively. Rock mechanics of underground structures in fissured mountains; Reference book, Glückauf-Verlag 1971

Bruchverhalten des MantelsBreaking behavior of the jacket

Stadium 2 nach Lütgendorf... s.o.Stage 2 after Lütgendorf ... see above

a) AL< 100 mm = ohne Einfaltunga) AL < 100 mm = without folding

b) AL> 100 mm = mit Einfaltungb) AL> 100 mm = with folding

{AL = Längung des Meßankers [Auflockerung]) {AL = elongation of the measuring anchor [loosening])

Zunahme des Gebirgsdruckes Increase in mountain pressure

Abnahme des Gebirgsdruckes Decrease in mountain pressure

Die Messung der Längenänderungen im Streckenmantel mit Hilfe der Meßanker in Verbindung mit der Überwachung der Außenmantel-Konvergenz gibt erstmalig die Möglichkeit, die durch Gebirgsdruckänderungen bewirkten Verformungen zu trennen von den normalen Entspannungsdeformationen, die als Wechselwirkung von Gebirge und Ausbau auftreten. Das schafft für den Bergbau die Mö^Mchkeit, bisher empirisch einbezogene Unwägbarkeiten durch Meßwerte zu ersetzen.The measurement of the changes in length in the track jacket with the help of the measuring anchor in connection with the For the first time, monitoring of the outer jacket convergence provides the possibility of monitoring changes in rock pressure caused deformations to separate from the normal relaxation deformations, which act as an interaction of mountains and expansion occur. This creates the possibility for the mining industry, so far to replace empirically included imponderables with measured values.

Die Meßeinrichtung läßt schließlich noch die Möglichkeit offen, evtl. Verschiebungen der Endpunkte der gegenüberliegenden Meßanker an der Wandung zu messen, oder die Abstandsänderung auch zwischen den Enden der benachbarten Meßanker zu ermitteln. Dadurch liefert die Meßanordnung ein Höchstmaß an Information bei vergleichsweise niedrigem Aufwand.The measuring device finally leaves open the possibility of shifting the end points the opposite measuring anchor on the wall to measure, or the change in distance between the To determine the ends of the neighboring measuring anchor. As a result, the measuring arrangement delivers the highest possible level Information with comparatively little effort.

Eine Verminderung deu Gebirgsdruckes wird bereits von einer Abnahme der Außenmamel-Konvergenz angezeigt, eine Zunahme als Kürzung der Meßlänge im Streckenmantel bei Zunahme der Außenmantel-Konverganz. Diese Feststellung reicht für den Durchschnittsbetrieb bereits aus, da das Meßergebnis eine eindeutige betriebliche Entscheidung ermöglicht, die bisher nur empirisch und daher meist zu spät erfolgte.
Für die neue Meßanordnung können auch andereA decrease in the mountain pressure is already indicated by a decrease in the outer mamel convergence, an increase as a shortening of the measuring length in the route mantle with an increase in the outer mamel convergence. This determination is already sufficient for the average farm, since the measurement result enables a clear operational decision, which up to now has only been made empirically and therefore mostly too late.
Others can also use the new measuring arrangement

ίο Meßanker verwendet werden, wenn sie die notwendigen Meßinformationen liefern.ίο Mess anchors are used if they have the necessary Provide measurement information.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung in einem Beispiel näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 den erfindungsgemäßen Meßanker in Seitenansicht in einem geschnitten dargestellten Bohrloch,
F i g. 2 eine Ansicht des Meßteils und
F i g. 3 die erfindungsj;emäße Meßanordnung in einer Untertagestrecke.
In der Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Meßanker abgebildet, der aus dem Gestänge 1 besteht, das aus einzelnen Stangenelementen 10 zusammengesetzt ist, die über Muffen 2 verbunden sind, wobei die Verbindung im Beispiel über Haltestifte 20 vorgenommen ist. Das Anfangselement 11 weist ein Vierkantteil 12 (F i g. 2) auf, mit dessen Hilfe Drehmomente auf das Gestänge 1 ausgeübt werden können. Am Gestänge 1 ist über ein muffenartiges Einsteckende 31 ein Ankerkopf 3 befestigt, der ein Gewindeteil 30 aufweist, das im oberen Teil zu einer Brechschneide 32 abgeschrägt ist. Mit Hilfe eines derartig ausgebildeten Ankerkopfes 3 wird der Meßanker nach dem Klebankerverfahren im Bohrlochtiefsten festgeklebt. Bei dem zum Stand der Technik zählenden Klebankerverfahren werden ein oder mehrere mit Kunstharzhärter bzw. Kunstharz und plus Zuschlagstoffen gefüllte Zweikammerpatronen in das Bohrlochtiefste eingeführt, die Patronen durch Eintreiben des Ankerkopfes 3 zerstört und durch Drehbewegungen eine Mischung der Kunstharzkomponenten bewirkt. Die Mischung härtet zu einer Klebschicht 80 aus, die den Ankerkopf 3 formschlüssig mit der Wandung des Bohrlochs 7 verbindet. Am Eingang des Bohrlochs 7 ist ein Rohrstück 4 über eine Klebschicht 8 festgelegt, die zusammen mit einer auf das Rohrstück aufgeschobenen Widerlagerscheibe 5 und einer Führungsmutter 6, die auf das Gewindeteil 44 des Rohrstückes 4 aufgeschraubt ist, das Meßteil des Meßankers bildet. Die Führungsmutter 6 ist einseitig bis auf eine Führungsöffnung 60 verschlossen, in der das freie Ende des Anfangselementes 11 des Gestänges 1 geführt ist. Im Beispiel stützt sich die Widerlagerscheibe 5 gegen den Streckenmantel neben dem Bohrloch 7 ab. Es ist aber auch möglich, die Widerlagerscheibe 5 kleiner auszubilden oder sogar fortfallen zu lassen, so daß das Meßteil vollständig in das Bohrloch hineinverlegt werden kann, um hinderliche hervorstehende Teile zu vermeiden.The invention is described in more detail below with reference to the drawing in an example. It shows Fig. 1 the measuring anchor according to the invention in side view in a drill hole shown in section,
F i g. 2 is a view of the measuring part and
F i g. 3 the measuring arrangement according to the invention in an underground section.
In Fig. 1 the measuring anchor according to the invention is shown, which consists of the rod 1, which is composed of individual rod elements 10 which are connected via sleeves 2, the connection being made via retaining pins 20 in the example. The starting element 11 has a square part 12 (FIG. 2), with the aid of which torques can be exerted on the linkage 1. An anchor head 3, which has a threaded part 30, which is beveled in the upper part to form a breaking cutting edge 32, is fastened to the rod 1 via a sleeve-like insertion end 31. With the help of an anchor head 3 designed in this way, the measuring anchor is glued to the deepest part of the borehole using the glueing method. In the prior art adhesive method, one or more two-chamber cartridges filled with synthetic resin hardener or synthetic resin and plus additives are inserted into the bottom of the borehole, the cartridges are destroyed by driving in the anchor head 3 and the synthetic resin components are mixed by rotating movements. The mixture hardens to form an adhesive layer 80 which connects the anchor head 3 to the wall of the borehole 7 in a form-fitting manner. At the entrance of the borehole 7, a pipe section 4 is fixed by an adhesive layer 8 which, together with an abutment disk 5 pushed onto the pipe section and a guide nut 6 screwed onto the threaded part 44 of the pipe section 4, forms the measuring part of the measuring anchor. The guide nut 6 is closed on one side except for a guide opening 60 in which the free end of the starting element 11 of the rod 1 is guided. In the example, the abutment disk 5 is supported against the track jacket next to the borehole 7. However, it is also possible to make the abutment disk 5 smaller or even to omit it, so that the measuring part can be laid completely into the borehole in order to avoid obstructive protruding parts.

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Meßankers läßt sich eine Meßankeranordnung verwirklichen, die. wie F i g. 3 an einem Beispiel zeigt, jeweils paarweise auf einer gemeinsamen Achse einander gegenüber in die Wandung einer Sirecke eingebracht sind. Mit Hilfe dieser Meßankeranordnung lassen sich die Außenkonvergenz über den Meßwert Κ_Λ, die Innenkonvergenz über den Meßwert K/ und die Bewegung im Streckenmaniel über die Meßwerte Δ Lf und Δ Ls ermitteln. Die Meßwerte dienen dazu, die oben beschriebenen Beurteilungen des Strecken- und Ausbauverhaltens vorzunehmen.Using the measuring anchor according to the invention, a measuring anchor arrangement can be realized which. like F i g. 3 shows an example, are each introduced in pairs on a common axis opposite one another in the wall of a corner. With the aid of this measuring armature arrangement, the outer convergence can be determined via the measured value Κ _Λ , the inner convergence via the measured value K / and the movement in the section manual via the measured values Δ Lf and Δ Ls . The measured values are used to make the assessments of the route and expansion behavior described above.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A measuring anchor from a rod element made of rod elements connected by sleeves with an anchor head which can be cemented in the borehole with a profiled surface and from a pipe section which can be fastened to the borehole mouth with an abutment disk as a measuring base, in which the free end of the rod element is guided, characterized in that the anchor head (3 ) has a cutting edge (32) and the profiling of the surface is designed as a thread (30), the rod elements (tO) are made of round rod material and the starting element (11) is provided with key surfaces (12) and the pipe section (4) of the measuring base an attached abutment washer (5) and a guide nut (6) with a guide opening (60).

2. Measuring arrangement using measuring anchors according to claim 1, characterized in that two measuring anchors according to the invention on a common axis opposite one another in the walls are attached to a route.

3. Measuring arrangement according to claim 2, characterized in that the measuring armature is bank right are attached.

4. Measuring arrangement according to claim 2, characterized in that two measuring armature pairs on two Axes standing perpendicular to one another are arranged in the route jacket.