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VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ERHÖHUNG DER WIRKSAMKEIT DES AUSBAUS
UNTER TAGE, INSBESONDERE BEI STRECKENAUSBAU Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur mechanisierten Verrichtung der Ausbauarbeiten füt untertägige Räume (z. B. Grubenstrecken
und Tunnels), sowie das Verfahren zur Durchführung des damit verbundenen technologischen
Prozesses.
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Als Lösung können afene und geschlossene Ausbauformen zur Sicherung
von Strecken und Hohlräumen mit Kre-is-, Viereck-, Urapez- oder sonstigem Ausbruchsquerschnitt
zur
Anwendung kommen.
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Die bekannten und allgemein benutzten Lösungen für Streckenausbau
haben folgende Nachteile: Nach der Art; und Weise, wie die Streckenausbauelemente
eingebau-t werden, gelangen diese nicht rechtzeitig in ihre endgültig £,wellung.
Deswegen kommt das erwünschte Zusammenarbeiten von Gestein und Ausbau erst nach
einer hochgradigen Gesteisverformung zustande, begleitet von einer zwangsläufigen
Verschlechterung der gemeinsamen Tragfähig keit von Gestein und Ausbau.
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Gestein und Ausbau berühren sich nicht kontinuierlich, deswegen werden
nicht nur verteilte, sondern auch konzentrierte Kräfte übertragen (Hohlraumbildung).
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bei der starken Verformung des Gesteins sind auch die auftretenden
Belastungen ungleichmäßig, so daß in den Ausbauelementen auch Beanspruchungen entstehen,
welche selbst die Grenzen ihrer Tragfähigkeit überschreiten.
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Wegen der obenerwähnten Nachteile haben sich eigentlich alle Jene
bekannten Bemühungen als unwirksam erwiesen, die sich das Bemessen des Ausbaus aufgrund
von geophysikalischen Kenngrößen zum Ziele setzten, so daß die Wusbaurahmen in der
Praxis ohne mechanische Bemessung allein aufgrund örtlicher - hauptsächlich negativer
- Erfahrungen eingebaut werden. Die Erfindung bezweckt die Beseitigung all dieser
Nachteile.
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Die Beobachtungen über das Verhalten von Strecken mit Vierecks- und
Kreisquerschnitt haben erwiesen, daß die längste Lebensdauer der Strecken und die
wirtschaftlichste Ausnützung der Ausbauaustüstung davon abhängig ist, inwieweit
es gelingt das Zusammenspiel von Ausbau und Gestein zu sichern, um das Ausmaß ihrer
gemeinsamen Formänderung in den zulässigen Grenzen zu halten. Dies setzt den aktiven
Einbau der Ausbaurahmen voraus, d.h. das Zustandekommen einer entsprechenden Anfangs-Spannungsverteilung
durch eine Kraft zuführung. Da die Größe der Gesteins spannungen und der
Formänderung
von der seit erfolgtem Ausbruch verstrichenen zeit abhängig ist, kann es auch nicht
gleichgültig sein, wann der aktive Einbau erfolgt Ein früherer Einbau schützt außerdem
auch die vor Ort beschäftigten Werktätigen gegen Steinfall.
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Der ganze technologische Vorgang der Ausbauarbeit erfordert zwei
zusammenarbeitende - doch in gewissen Fällen auch unabhängig voneinander einsetzbare
- mechanische Einrichtungen, nämlich das Einpreßgerät und die Vorpfändevorrichtung.
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Das Wesen des inpreßgerätes gemäß der Erfindung besteht darin, daß
sein hydraulischer Arbeitszylinder mit einem Ubertragungsmechanismue hydraulisch
oder mechanisch verbunden ist und in mindestens zwei Hauptrichtungen gleich oder
entgegengesetzt gesteuert werden kann, ferner mit Verbindungagliedern versehen ist,
die am Umfang des Ausbaurahmens einen nach außen gerichteten Druck ausüben, sich
den Ausbauelementen anpassen, und mit Anschlußstücken versehen sind, die erwünschtenfalls
an sämtlichen, oder nur an einigen bevorzugten Ausbauelementen lösbar angreifen
können.
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Auf diese Weise hat das Einpreßgerät mit mechani scher Übertragung
in seiner als Beispiel empfohlenen busführungsform einen auf dem sohlendruckübertragenden
Ausbau bogenstfick aufgesetzten Grundblock, ferner einen um das um Grundblock exzentrisch
angebrachte Gelenk verschwenkbaren zweiarmigen Hebel, an dessen innerem, nahe zur
Mittellinie des Btreckenquerschnittes entfallendem Ende der zweifach wirkende hydraulische
Arbeitszylinder angreift, während das zweckmäßig mit regulierbarer Hebelarmlänge
ausgeführte andere Ende des ersten zweiarmigen Hebels durch eine Druckstange mit
dem einen Ende des zweiten Winkelhebels verbunden ist, dessen Drehpunkt sich oben
an der rechtsseitigen Druckschwinge befindet, die unten verschwenkbar an dem Grundblock
angeschlossen ist und über die rechtsseitige
Druckbacke den nötigen
Steitendruck auf das rechtsseitige Bogenstück des Ausbaurahmens ausübt, das andere
Ende des zweiten Winkelhebels aber über eine Querstange mit der gleichfalls am Grundblock
gelenkig befestigten linkszeitigen Druckschwinge verbunden ist, die zweckmäßig über
einen Distanzkeil den nötigen Preßdruck auf die linksseitige Druckbacke und damit
auf das linksseitige Bogenstück ausübt Die grundsätzliche Neuertigkeit dieser Lösung
besteht daiin, daß bei dem Einbau der Ausbauteile der angel wendete Krefteffekt
wesentlich größer ist als bei den dblichen Setzkräften. Die Kraft zuführung in der
Ebene des Ausbaurahmens bedeutet einen in zwei Richtungen (meist nofmal zueinander)
beliebig groß einstellbaren Krafteffekt.
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Die Richtungen müssen nicht unbedingt horizontal und vertikal sein,
sie können sich auch nach der Gesteinsachichtung richten, während sich die Größe
bis zur maximalen Tragfähigkeit des Ausbaus erstrecken kann. Das Zustandekommen
dieses aktiven Krafteffektes kann dadurch erzielt werden, daß man die im' Zeit intervall
nach volliger Einspannung des Ausbau zwischen Rahmen und Gestein entstandenen Hohlräume
ausfüllt. Die beste Lösung ist hierfür der Spritzbeton oder ein nach anderem Verfahren
eingebrachtes Versatzmaterial, mit oder ohne Verstärkung durch ein engespanntes
Stahldrahtnetz.
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Das Wesen der Vorpfändevorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin,
daß sie einen an den Firstenkappen der schon eingebauten und eingespannten Ausbaurahmen
befestigbaren, längsgerichteten Firstenträger, eine an diesem in der Längsrichtung
verschiebbare, um das an ihrem rückwärtigen Ende lösbar-fixierbare Gleitgelenk herabklappbare
Vorpfändekappe und einen mit dem Firstenträger gelenkig verbundenen hydraulischen
Arberitszylinder, sowie einen Winkelhebel hat, dessen eines Ende mit dem Arbeitszylinder
gelenkig verbunden ist, während der Winkelhebel um das am
Firstenträger
angebrachte Gelenk verschwenkt werden kann und das andere Ende des Winkelhebels
als Gelenkverbindung eine die Vorpfändekappe unterfangende Tragplatte und eine Vorschubvorrichtung
besitzt, die mit dem gleichfalls am Winkelhebel befestigten Gelenk und dem an der
Vorpfändekappe fixierbaren Gleitgelenk angeschlossen ist.
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Das Vorrücken der Vorpfändekappe erfolgt durch eine spannenweise
Relativbewegung der Vorpfändekappe gegenüber dem Firstenträger.
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Die Vorrichtung wird zweckmäßig an der Ortsbrust auch mit einem Schutz
gegen hereinfallende Gesteinstrümmer versehen. Der Schutz besteht aus einem Schild,
den dazugehörigen Halteträgern und Versteifungen. Wie man sieht ist der kraftübertragende
Teil bei beiden Geräten unabhängig vom Typus der Ausbaukonstruktion. Der Kontakt
wird durch die druckübertragenden Elemente hergestellt, deren mit der Ausbaukonstruktion
lösbar verbundene Teile sich dem Trägerprofil der Ausbaurahmen entsprechend anpassen.
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Die Erfindung soll nun anhand der als beispielsweise Ausführungsformen
des Einpreßgerätes bei kreisförmigem Gleitbogenausbau und einem Ausfahrungsbeispiel
der Vorpfändevorrichtung, sowie der Einsatz des Einpreßgerätes bei Anwendung von
Ankerausbau wie folgt erläutert werden. Die beigefügten einschlägigen Zeichnungen
stellen folgendes dar: Fig. 1: R R=ckansicht des Einbaus eines Firstenbogenstückes
bei Streckenausbau mit daran angreifender Vorpfändekappe und Ortsbrustschild, iig.
2s Beitenansicht des Gerätes in Fig. 1, ergänzt durch die bereits eingebauten Seitenbogen,
Fig. 3: Rückansicht der Einzelvorgänge beim Einsetzen der Seitenbogenstücke, Fig.
4: Rückansicht des Einpreßgerätes bei der Arbeit, Fig. 5 Beitenansicht der ersten
Arbeitsphase der Vorpfändevorrichtung,
Fig. 6: Seitenansicht der
zweiten Phase der Vorpfändungsvorrichtung, Fig. 7: Seitenansicht der dritten Arbeitsphase
der Vorpfändevorrichtung Fig. 8: Querschnitt durch den Oberteil der Vorpfändevorrichtung,
Fig. 9: Oberer Teilschnitt des Einpreßgerätes beim Einsatz zu Ankerausbau.
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Fig. 1 und 2 zeigen als Beispiel den Arbeitsablauf der Vorpfändung,
An den bereits eingebauten und verspannten Firstenbogen 1, Seitenbogen 2 und Sohlenbogen
3 3 ist an den Firstenstücken 1 der Firstenträger 6 angebracht, an welchem entlang
die in Fig. 2 aus der unteren Stellung hochklappe Vorpfändekappe 5 vorgeschoben
werden kann1 und die darauf aufgesetzten Firstenbogen 1 mit Hilfe 4er Stützelemente
4 eben eingesetzt werden. An der VorpfändXappe 5 ist der Ortsbrustschutz angebracht,
der aus den Haltetrigern 22, dem Schutzschild 21 und den Versteifungen 23 besteht.
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Fig. 1 zeigt den Schnitt durch M in Fig. 2. In Fig. 3 i.t der mit
einer Laufkatze an der Vorpfändekappe 5 befestigte Querträger 9 zu sehen, der mit
den Tragseilen 10 die Seitendruckbacken 8 und die von diesen erfaßten Seitenbogen
2 trägt.
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Diese werden durch das Sohlenstück 3 und das dieses haltende Druckübertragungsglied
7 komplettiert. bind alle diese Ausbauteile in die Einbauebene eingebracht und auch
die - Sei tenbogenstücke schon auf ihren Platz gelangt, so tritt das Einpreßgerät
in Aktion.
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Das Einpreßgerät und seine Arbeitsweise ist in Fig. 4 dargestellt.
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Auf dem Sohlendruckübertragungsglied 7 sitzt, der Grundblock 19 auf,
um dessen exzentrisch angeordnetes Gelenk der zweiarmige Hebel 12 verschwenkbar
ist. An dem in die Mittellinie des Kreisquerschnittes entfallenden inneren Gelenk
des zweiarmigen Hebels 12 ist der zweifachwirkende hydraulische Arbeitszylinder
13 angeschlossen, während das
andere Ende des zweiarmigen Hebels
12 mit veränderbarem He.belarmverhältnls über die an beiden Enden gelenkig verbundene
Druckstange 14 einen Druck auf das eine Gelenk des Winkelhebels 15 ausübt. Der Winkelhebel
15 ist um das an der recht86eitigen Druckschwinge 17 ausgebildete Gelenk verdrehbar,
während sich die Schwinge 17 um das gleichfalls am Grundblock 19 angebrachte Gelenk
verschwenken kann.
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Der Winkelhebel 15 preßt mit dem Ende des anderen Hebels mes über
die gelenkig angeschlossene Querstange 18 die linksseitige Druckschwinge 16 samt
dem einsetzbaren Di8tangregulierkeil 20, die linksseitige Druckbacke 8 und mit dieser
den linken Seitenbogen 2 an das Gestein. Dieser Druck wirkt aber in zwei Richtungen,
denn der Winkelhebel 15 wirkt zuich auch über die rechtsseitige Druckschwinge 17
auf die rechtsseitige Druckbacke 8 ein und preßt mit dieser den rechten Seitenbogen
2 an die Auerschnittkontur.
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Die Bedingung für das Entstehen des in den Zeichnungen horizontal
dargestellten lCräftepaares ist, daß der Arbeitszylinder 13 das innere Ende des
zweiarmigen Hebels 12 abwärts drücks. Diese kraft wirkt nach unten auf den Grundblock
19, dann auf das Sohlendruckglied 7 und auf den schlenbogen 3, während aufwärts
auf das Firstendruckglied 4 und den Firstenbogen 1 eine gleichgroße Xrafteinwirkung
erfolgt.
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Das Verhältnis des in den beiden Hauptrichtungen in der Zeichnung
horizontal und vertikal - ausgeübten Druckes kann durch die Anderung des Hebelarmverhältnisses
am zweiarmigen Hebel 12 reguliert werden. Die Verzerrungen der ßtreckenausbruchkontur
werden in vertikaler Richtung durch die Itublänge des Arbeitszylinders 13, in horizontaler
Richtung aber durch die Einstellung des DistanzreguIierkeiles 20 ausgeglichen.
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fn der Endphase des Einpreßvorganges werden die Gleisbogenstücke
des Ausbaus in der üblichen Weise miteinander verbunden, so daß sich der Einpreßdruck
in einen Spannungszustand
stabilisiert.
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Die Vorpfändevorrichtung gemäß der Erfindung ist anknüpfend an die
beschriebene Ausführung des Einpreßgerä tes als beispielsweise Ausführungsform in
den Zeichnungen Fig. 5 - 8 dargestellt. In den Bildern sind auch die einzelnen Arbeitsphasen
der Vorpfändung zu sehen.
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Der Firstenträger 6 schließt über die Gleitelemente 4c an das mit
dem Firstenbogen 1 verbundene Firstendruckglied 4 an. Es behält seine Stellung durch
die vom Gewicht erweckten Reibungskräfte. An dem am Firstenträger 6 vorgesehenen
Gelenk 24 ist der Arbeitszylinder 36, am Gelenk 25 aber der Winkelhebel 32 angeschlossen.
Der Arbeit zylinder 36 und der Winkelhebel 32 sind über das Gelenk 26 miteinander
verbunden. Der Winkelhebel 32 schließt über das Gelenk 27 am Gleitstück 34 an, das
die Vorpfändekappe 5 so unterfängt, daß sie sich in der Längsrichtung frei bewegen
kann. Das an der Unterseite des Firstenträgers 6 vorgesehene und auf der Führungsschiene
33 verschiebbare Gelenk 31 ist am hinteren bunde der Vorpfändekappe 5 angeschlossen.
Die bewegliche Führung 38 an der Vorpfändekappe 5 kann mit dem Handgriff 37 arretiert
werden. Mit dem darauf befindlichen Gleitgelenk 29 ist der Vorschubarm 35 verbunden,
dessen anderes Ende durch das Gelenk 28 am Winkelhebel 32 angeschlossen ist. Eine
am Winkelhebel 32 vorgesehene Aussparung 30 soll den Arretierkeil 39 abstützen.
Dies ist dann nötig, wenn die Vorpfändung unabhängig vom hydraulischen Arbeitszylinder
36 durch eine mechanische Verriegelung gesichert werden soll Der Firstenträger 6
kann sich zwar in dem am Firstendruckglied 4 ausgebildeten Gleitelement 4c verschieben,
doch wird der Anschluß des Arbeitszylinders 13 des Einpreßgerätes in fixer Stellung
durch das an der Vorpfändkappe 5 befindliche Element 4a bestimmt. Die gewunschte
Stellung wird mit Hilfe des Keils 4b gesichert u. zw.
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in der Position des schon vorgepfändeten Firstenbogens 1.
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Aus dem iuerschnitt in Fig. 8 ist zu ersehen, daß
sowohl
der Firstenträger 6, wie auch die Vorpfändekappe 5 als Zwillingsträger gefertigt
sind. In der Symmetrielinie zwischen den beiden Zwillingsträgern liegt auch die
Symmetrielinie des Winkelhebels 32 und des Arbeitszylinders 36. Fig. 5 zeigt die
Vorpfändevorrichtung als Seitenansicht in einer Stellung, bei welcher der Arbeitszylinder
36 eingezogen ist, und sich deshalb der Winkelhebel 32 und die Vorpfändekappe 5
in herabgeklappter Stellung befinden. Bei dieser Stellung können die auf der Vorpfändekappe
5 die von dem Firstendruckglied 4 gehaltenen Firstenbogen 1 aufgesetzt werden. Ist
dies geschehen, so wird durch den Vorschub des Arbeitszylinders 36 der Winkelhebel
um. das Gelenk 25 nach oben geklappt und damit die Vorpfändekappe 5 in die in Fig
6 dargestellte hochgeschwenkte Stellung gebracht. Diese Stellung kann mit dem in
die Öffnung 30 eingesetzten Fixierkeil 39 arretiert werden.
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Am Ende des ganz vollendeten Einbaumzyklus muß nach erfolgtem ausbrechen
des nächsten Streckenabschnittes das Vorwärtsrücken der Vorpfändeeinrichtung dUrchgeführt
werden. Bei diesem Vorgang wird die Vorpfändekappe 5 durch den eingetriebenen Keil
4b starr estgelegt; nach dem Lösen des Fixierkeils 39 kann dann das Gleitlager 37
arretiert und der Arbeitszylinder in die eingeschobene Grundstellung gebracht werden.
Damit ergibt sich die in Zig. 7 dargesteL-te Situation. In der gleichen Weise kann
dann das spannenweise Vorrücken so lange wiederholt werden, als die Weglänge des
Vorschubes dieses erfordert.
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In Fig. 9 ist das obere Detail des Einpreßgerätes für den Fall zu
sehen, wenn als Ausbau und Verspannung der Firste die Gesteinsverankerung angewendet
wird. Hierbei wirkt der hydraulische Arbeitszylinder 13 mit dem Druck element 4a
auf die Spannplatten 41 ein und preßt sie ans Gestein, so daß die über die Bohrungen
der Ankerplatten 41 eingeführten Änkerschrauben 42 mit den Schraubenmuttern 43 gespannt
werden können.
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Mit den beschriebenen Geräten gemäß der Erfindung verfährt die SkaLa
der Ausbauarten bei Streckenvortrieb und Streckenerhaltung im Bergbau, sowie beim
Tunnelbau durch neue Varianten eine wesentliche Erweiterung. Auberdem wird damit
die Effektivität und die Wirtschaftlichkeit der bereits bekannten und allgemein
verwendeten Ausbaukonstruktionen in hohem Maße erhöht.