DE2539208A1

DE2539208A1 - Grubenstempel

Info

Publication number: DE2539208A1
Application number: DE19752539208
Authority: DE
Inventors: Rodney Colvin Townsend
Original assignee: MINE SUPPORT SYST Pty Ltd; MINE SUPPORT SYSTEMS Pty Ltd
Current assignee: H L & H Timber Products Pty Ltd Braamf
Priority date: 1974-09-05
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1976-03-18
Also published as: AU8456475A; FI65307B; ATA683175A; JPS5925080B2; AT341979B; CA1027098A; SE415503B; US4052029A; ZA745649B; BR7505691A; BE833130A; JPS5154805A; SE7509721L; FI752462A; GB1502898A; ZM13175A1; FI65307C; FR2284024A1; FR2284024B1; DE2539208C2

Description

VON KREISLER SCHDNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seiring, Köln

5 Köln 1 den 2. Sept. 1975

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

S g/in

Mine Support Systems (Proprietary) Limited 7th. Floor, Laveday House, Cnr. Loveday and Marshall Streets, Johannesburg, Süd-Afrika

Grubens tempel.

Die Erfindung betrifft einen Grubenstempel mit einem Holz-Stützelement und einer Einrichtung zur Hemmung - der Querexpansion des Holz-Stützelementes bei Lasteinwirkung in Längsrichtung.

Derartige Grubenstempel eignen sich insbesondere für die Verwendung in hartem Felsgestein in großer Tiefe. In hartem Gestein wird in großer Abbauteufe, wie beispielsweise in den Goldminen von Süd-Afrika, die Abstützung der Dachschichten im allgemeinen mit Stapeln aus kompressiblen Matten oder mit Bergekästen bzw. Bergemauern vorgenommen, die aus schichtweise gestapelten Steinen und Holz bestehen. In bestimmten Gebieten .verwendet man auch hölzerne oder hydraulische Stempel.

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Telefon: (0221) 234541 - 4 · Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

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Der Hauptnachteil derartiger geschichteter Matten oder Bergekästen liegt darin, daß ihr Transport und ihre Konstruktion arbeitsintensiv und daher teuer sind, und daß sie wegen der lockeren Beschaffenheit des Materials aus dem sie hergestellt sind, nur eine geringe Anfangstragfähigkeit haben. Weitere Nachteile liegen darin, daß sie nur über einen kurzen Teil ihrer ursprünglichen Länge angemessen belastbar sind, und daß sie feuergefährlich sind.

Holzstempel bestehen aus einem einzelnen Pfahl, der zwischen dem Hangendenund dem Boden des Abbauortes eingekeilt wird. Derartige Stempel sind nur zur vor-^Jübergehenden Abstützung bestimmt, da sie einen stark eingeschränkten Grad an Kompression haben. Es wurden verschiedene Maßnahmen entwickelt, um die Zeitspanne, während der die Last die volle Tragfähigkeit des Stempels hervorruft, zu verlängern. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, den Stempel zwischen ein Kopfbrett und/oder ein Pußbrett einzukeilen, das zusammengepreßt wird, bevor die volle Last auf dem Stempel liegt.

Eine andere Maßnahme besteht darin, den Stempel entweder als Einzelelement oder in Form mehrerer Pfahlsektionen in ein starres Stahl- oder Eisenrohr einzufassen, wobei der Pfahl über eines oder beide Enden des Rohres hinaus übersteht.

Der Kompressionsbereich dieser Stempel ist der gleiche, wie der von vollen Holzstempeln,und ihr Hauptvorteil besteht darin, daß . Holzstücke,

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die an sich zu kurz gewesen wären, um als Stempel verwendet zu werden, noch benutzt werden konnten. Die Metallrohre bestehen aus hartem Stahl oder Eisen und sind speziell für die Wiederverwendbarkeit konstruiert.

Viele der oben angeschnittenen Schwierigkeiten werden mit Hydraulikstempeln überwunden, jedoch sind diese teuer, und ihr Kompressionsgrad ist begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Grubenstempel zu schaffen, der wesentlich billiger ist als ein Hydraulikstempel,. . eine hohe Tragfähigkeit aufweist und in hohem Maße komprimierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehlagen, daß die Einrichtung zur Hemmung der Querexpansion das Holz-Stützelement in Querrichtung zu seiner Maserung einfaßt.

Der erfindungsgemäße Grubenstempel weist ein Holz-Stützelement auf, sowie eine längenveränderbare Einfassung für das Holz-Stützelement, so daß dessen Querexpansion bei Druckbelastung in Querrichtung zur Faserrichtung eingeschränkt wird.

Die Einfassung kann aus einem Rohr aus spannbarem Material bestehen, dessen Länge vorzugsweise ebenso groß ist wie diejenige des Holz-Stützelementes.

Vorzugsweise besteht die Hülse aus zwei Rohren, die teleskopartig ineinandergreifen, und in Richtung der Lasteinwirkung verschiebbar sind.

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Vorzugsweise ist das Holzelement oder die Holzelemente fest und passend in dem Rohr untergebracht.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Grubenstempel,

Figuren 2 bis 7 zeigen s'chematisch Seitenansichten des Stempels nach Fig. 1 während fortlaufender Kompressionszustände unter Last und

Figur 8 zeigt eine graphische Vergleichsdarstellung der StützungsCharakteristiken des Stempels nach Fig. 1 und eines Schichtstapels unter Last.

Der in Fig. 1 dargestellte Grubenstempel weist teleskopische Metallrohre 10 und 12 auf, von denen jedes an einem Ende mit einer Metallplatte 14, die durch Schweißen an dem Rohr angebracht ist, verschlossen ist.

Das Metall,aus dem die Rohre 10 und 12 bestehen, ist, ebenso wie seine Eigenschaften, von Bedeutung. Das Metall muß ausreichend dehnbar, spannbar oder elastisct sein, um sich quer zur Achsrichtung des Stempels bis zu einem Grad ausbauchen zu können, der ausreicht, um das gegen Belastung widerstandsfähige Material zusammenzuschnüren, während der Stempel unter der Last bis auf einen kleinen Anteil seiner ursprünglichen Länge zusammengedrückt wird.

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Jedes der dargestellten Rohre enthält ein gegen Belastung widerstandsfähiges Material, das aus einem Holzelement 16 besteht, das so vorgearbeitet ist, daß es stramm in das Rohr hineinpaßt. Wenn die Holzelemente jedoch nicht fest in die Rohre hineinpassen, sollte der freie Raum mit einem kompressiblen Füllmaterial, wie z.B. hartem Polyurethanschaumstoff, fest ausgestopft werden.

Für die Belastbarkeit des Stempels ist es wichtig, daß die Fasern der Holzelemente wenigstens annähernd parallel zur Achsrichtung des Stempels verlaufen.

Aus der Zeichnung sieht man, daß das Rohr 12 mit gegen Belastung widerstandsfähigem Material gefüllt ist, während das Rohr 10 nur zum Teil gefüllt ist. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, für die Längeneinstellung der Teleskoprohre noch eine Teleskopfreiheit in Längsrichtung zur Verfügung zu haben. Unmittelbar vor dem Einsatz wird die Länge des Stempels mittels loser Scheiben 20 eingestellt, die aus hartem Polyurethanschaumstoff, Holz oder einem ähnlichen lastabstützendem Material bestehen. Auf diese Weise wird die Länge des Stempels auf die abzustützende Höhe zwischen dem Hangenden und dem Boden abgestimmt.

Figuren 2 bis 7 zeigen den erfindungsgemäßen Grubenstempel während eines Belastungsversuches, Die Tests wurden mit einer 1000-Tonnen-Presse durchgeführt, und die Zeichnungen sind, soweit sie die Verformung der Rohre betreffen, nach Fotografien hergestellt, die bei dem Versuch angefertigt worden sind.

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Die Rohre 10 und 12 des getesteten Stempels bestanden aus widerstandsgeschweißtem Rohr S.A.B.S. 719A (A.P.I. 5L Güte A), dessen Streckgrenze bei 207 Megapascal und dessen Bruchgrenze bei 331 Hega-Pascal liegt.

Die gesamte ursprüngliche Länge des Stempels betrug 1 m. Das Rohr 10 hat eine Wandstärke von ca. 6 mm und einen Außendurchmesser von etwa 220 mm, und das Rohr 11 eine Wandstärke von etwa 6 mm und einen Außendurchmesser von etwa 200 mm. Die Elemente 16 bestanden aus gut getrocknetem Holz (Siligna, das in den süd-afrikanischen Goldminen für Stempel benutzt wird).

Die verschiedenen Kompressionszustände des Stempels sind so, wie sie in den Fig. 3 bis 6 bezeichnet sind, an den entsprechenden Stellen der Kurve B von Fig. 8 angegeben.

Aus der Kurve ersieht man, daß der erfindungsgemaße Stempel die Last anfänglich mit geringer Kompression aufnimmt (100 Tonnen bei 1 % Kompression). Zwischen den Positionen 2 und 3 der Kurve werden die Holzelemente axial zusammengepreßt, wobei die Rohre sich mit Ausnahme einer leichten Ausbauchung des Rohres 10 nur wenig verformen. Bei etwa 44 % Verschluß entwickelt sich jedoch an oder in der Nahe der Basis von Rohr 12 eine deutliche Ausbauchung, die in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet ist. Wenn die Last weiter ansteigt, fährt die Ausbauchung an der Basis von Rohr 12 fort, sich nach außen zu bewegen, bis die axiale Last

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die Streckgrenze des Metalls von Rohr 12 in der Ausbauchung übersteigt. An dieser Stelle fällt die last ab (unmittelbar vor Stelle 4 auf der Kurve), und die nahezu geschlossene Ausbauchung an der Basis bildet einen die Rohrbasis umschnürenden Ring. An der Stelle 4 (entsprechend Fig. 4) hat der vollständige teleskopische Verschluß der Rohre stattgefunden, und der Stempel nimmt nun wieder die Last auf. Der geringe Lastabfall zwischen der Pos. 5 und 6 geht auf die zieharmonikaartige Faltung der Rohre gemäß Fig. 5 bis 7 zurück. Der Test wurde bei einer Belastung von Tonnen beendet. Nach dieser Zeit war der Stempel bis auf etwas über 20 % seiner ursprünglichen Länge zusammengedrückt worden. Bei Belastungen über diesen Punkt hinaus verfestigen sich jedoch die übriggelassenen Teile des Stempels zu einer festen Masse, und die Kurve nimmt den in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Verlauf an.

Aus der obigen Beschreibung und der Zeichnung geht hervor, daß ein erfolgreicher Betrieb des Stempels weitgehend von der Fähigkeit des Metalls der Rohre 10 und 12 abhängt, sich in einem Maße zu verformen, das zur Bildung der Ausbauchungen als Rohrzieharmonilc; ausreicht, ohne daß das Metall zuvor reißt. In der Praxis reißen die Rohre oft bei dem in Fig. 7 dargestellten Zustand oder danach. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß ein Reißen in diesem Zustand nur eine geringe oder überhaupt keine Auswirkung auf den gestrichelten Bereich der Kurve B ausübt. Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß dasjenige, was von dem Holz (Fasermaterial) übriggeblieben ist, so in dem deformierten Metall der Rohre gefangen ist,

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daß es nicht entweichen kann, und selbst, obwohl das Rohrmetall gerissen ist, wirken die Reste des Stempels als nahezu feste Stütze.

Bei Stempeln für den Grubenausbau in hartem Gestein in großer Tiefe sollten die entsprechenden Formänderungen auch dann auftreten, wenn die Absenkung des Hangenden mit großer Geschwindigkeit erfolgt, wie es bei Felsbrüchen oder anderen seismischen Störungen der Fall ist. In dieser Hinsicht hat sich der erfindungsgemäße Grubenstempel sowohl während der überwachten Tests als auch in Einsatztests unter Tage hervorragend verhalten. Der Stempel wurde Verschließgeschwindigkeiten von mehr als 1 m/Sek. ausgesetzt, und dabei ergab sich ein Verschluß des Abbauortes von etwa 100 mm entgegen der Stempelabstützung.

Die Kurve A in Fig. 8 zeigt zum Vergleich die Eigenschaften eines Schichtstapels oder Bergekastens, der aus abwechselnden Schichten aus Holz und Betonziegeln hergestellt war. Der Stapel hat eine Höhe von 110 cm und horizontale Abmessungen von 60 χ 6θ cm. Wie man aus A erkennt, nimmt der Stapel relativ langsam die Last auf und erreicht seine größte Tragfähigkeit bei etwa 35 % Kompression. Oberhalb dieses Punktes versagt der Beton der Ziegel, und daher hört auch die Belastbarkeit des Stapels auf.

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Claims

Ansprüche

1. Grubenstempel mit einem Holz-Stützelement und einer Einrichtung zur Hemmung der Querexpansion des Holz-Stützelementes bei Lasteinwirkung in Längsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Hemmung der Querexpansion das Holz-Stützelement (16) in Querrichtung zu seiner Maserung einfaßt.

2. Grubenstempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz-Stützelement (16) von einer Hülse (10, 12) aus spannbarem Material eingefaßt ist.

J). Grubenstempel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10, 12) die gleiche Länge aufweist wie das Holz-Stützelement (16).

k. Grubenstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus zwei Rohren (10, 12) besteht, die in Belastungsrichtung teleskopisch ineinandergreifen.

5. Grubenstempel nach Anspruch 4, dadurch gekennzei ohne t, daß jedes Rohr ein Holz-Stützelement (16) enthält.

6. Grubenstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Holz-Stützelement fest in das Rohr (10, 12) eingepaßt ist.

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7. Grubenstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Holz-Stützelement (16) durch ein Füllmaterial (20) in axialer Richtung in der Hülse (10, 12) festgelegt ist.

8. Grubenstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spannbare Material der Hülse (10, 12) ein Metall ist.

9. Grubenstempel nach Anspruch 7, dadurch ge· kennzeichnet, daß das Metall der Hülse (10, 12) eine Streckgrenze von 207 lega ascal und eine Bruchgrenze von 331 >ega ,ascal aufweist.

10. Grubenstempel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Holz-Stützelement (16) in jedem Rohr von dem jeweils anderen Holz-Stützelement durch einen Abstandhalter (20) getrennt ist.

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