DE2539208C2

DE2539208C2 - Grubenstempel

Info

Publication number: DE2539208C2
Application number: DE2539208A
Authority: DE
Inventors: Rodney Colvin Nooitgedaght Krugersdorp Transvaal Townsend
Original assignee: MINE SUPPORT SYSTEMS Pty Ltd JOHANNESBURG TRANSVAAL ZA; Mine Support Systems Pty Ltd Johannesburg Transvaal
Current assignee: H L & H Timber Products Pty Ltd Braamf
Priority date: 1974-09-05
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1984-11-08
Also published as: JPS5154805A; AU8456475A; CA1027098A; US4052029A; AT341979B; BR7505691A; FI65307C; JPS5925080B2; FI752462A; FR2284024A1; DE2539208A1; SE415503B; FR2284024B1; ZA745649B; GB1502898A; SE7509721L; FI65307B; ATA683175A; ZM13175A1; BE833130A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Grubenstempel mit einem sich zwischen beiden Stempelenden erstreckenden Holzstützelement, welches mindestens über den Hauptteil seiner Länge vollständig von einem Metallmantel umgeben ist und dessen Holzmaserung zur Längsachse des Metallmantels im wesentlichen parallel verläuft.

Grubenstempel sind insbesondere zur Abstützung des Hangenden in hartem Felsgestein in großer Teufe, beispielsweise in den Goldminen von Süd-Afrika, bestimmt. In einfachster Ausbildung bestehen sie aus einem pfahlartigen Holzstützelement, das zwischen dem Hangenden und dem Boden des Abbauortes eingekeilt wird. Derartige Grubenstempel sind jedoch nur zur vorübergehenden Abstützung geeignet, da sie einen stark eingeschränkten Grad an Kompression haben und nach kurzer Zeit zusammenbrechen. Zur Verlängerung der Zeitspanne, während der die volle Tragfähigkeit des Grubenstempels wirksam ist, wurde das Holzstützelement zwischen ein Kopfbrett und/oder ein Fußbrett eingekeilt, das zusammengepreßt wird, bevor die volle Last auf dem Holzstützelement liegt. Der Effekt dieser Maßnahme ist allerdings gering.

Andere bekannte Grubenstempel sind wie eingangs erwähnt aus einem Holzstützelement und einem dieses umgebenden Metallmantel aufgebaut (GB-PS 8 097; DE-PS 5 69 550). Im ersten Falle (GB-PS 8 097) steht das Holzstützelement über beide Enden des Metallmantels vor und mittels Nägeln oder Schrauben soll eine Verschiebung der Teile relativ zueinander verhindert werden. In dem zweiten Falle (DE-PS 5 69 550) ist der Metallmantel mit einer als Holzstützelement dienenden kürzeren Hartholzeinlage gefüllt und in sein einlagenfreies oberes Ende ist ein konischer Weichholzklotz eingesetzt, dessen dickeres Ende aus dem Metallmantel herausragt Es ist vorgesehen, daß die Metallmantel aus Stahl oder Eisen so beschaffen sein sollen, daß sie der Kraft standhalten, die das Holzstützelement ausübt, wenn es sich unter der Wirkung endseitiger Kompression radial ausdehnen whl Der Metallmantel wirkt als starre, nicht plastisch verformbare Holzstützelement-Bandage mit möglichst geringer Streck- und Biegungsfähigkeit. Derartige Grubenstempel haben etwa den gleichen Nachteil wie die erwähnten, nicht ummantelten Holzstützelemente, weil auch sie nur zur vorübergehenden Abstützung des Hangenden geeignet sind, da ihre Kompressionsfähigkeit so gering ist, daß sie dem zunehmenden Druck des Hangenden bei fortgesetzter Abstützung nicht elastisch nachgeben können, sondern plötzlich zusammenbrechen und keine Stützwirkung mehr ausüben.

Ferner ist ein Grubenstempel bekannt, bei dem der Metallmantel aus zwei Halbschalen besteht, die mittels festgekeilter Ringe auf dem Holzstützelement befestigt sind (GB-PS 3 19 091). Da die Halbschalen mehrmals wiederverwendet werden sollen, sind sie starr und unnachgiebig und dieser Grubenstempel hat ebenfalls die erwähnten Nachteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Tragfähigkeit des Grubenstempels der eingangs erwähnten Art zu erhöhen und zu verlängern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Holzstützelement stramm und hohlraumfrei in den Metallmantel eingepaßt ist und daß der Metallmantel aus einem duktilen Stahl besteht, dessen plastischer Verformungsbereich so groß ist, daß er sich bei Belastung quer zur Längsachse des Holzstützelementes seitwärts ausbauchen und während der fortschreitenden Zerdrückung des Holzstützelementes unter der Last im wesentlichen rißfrei ziehharmonikaartig verformen kann.

Durch diese Ausbildung erhält der Grubenstempel langfristige hohe Tragfähigkeit, was darauf zurückzuführen ist, daß eine kontrollierte Zusammendrückung des Holzstützelementes und Verformung des Metallmantels derart ermöglicht werden, daß bei zunehmender Belastung die Länge des Grubenstempels verkürzt wird, ohne daß der Metallmantel platzt und daß in ziehharmonikaartig gefaltetem, stark verkürztem Zustand des Grubenstempels eine Verfestigung dieses verbliebenen Grubenstempelteiles erfolgt, so daß er über praktisch unbegrenzte Zeit eine nahezu feste Stütze bildet. Zwischen der Innenfläche des Metallmantels und der Außenfläche des Holzstütztelementes dürfen keine Hohlräume vorhanden sein. Diese würden nämlich dazu führen, daß das Holzstützelement unter Belastung unverzüglich zusammenbricht, weil die Druckverteilung vom Holzstützelement auf den Metallmantel nicht die erforderliche Gleichmäßigkeit aufweist, sondern Zonen des Holzstützelementes plötzlich aus dem Holzverband nach außen in den Hohlraum hineinbersten können und

den Zusammenbruch des Holzstützelementes auslösen. Damit fände die angestrebte Art der Verformung des Grubenstempels nicht statt und die erwünschte langfristige Tragfähigkeit bliebe aus.

Es sind für den Metallmantel alle duktilen Stähle geeignet, deren plastischer Verformungsbereich so groß ist, daß der Metallmantel sich bei Belastung quer zur Längsachse des Holzstützelementes seitwärts ausbauchen und während der fortschreitenden Zerdrückung des Holzstüt7elementes unter der Last im wesentlichen rißfrei ziehharmonikaartig verformen kann. Wichtiges Kriterium für die Auswahl des duktilen Stahls ist also der hinreichende Abstand zwischen Streckgrenze und Bruchgrenze, der den erforderlichen plastischen Verformungsbereich des duktilen Stahls bestimmt

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Streckgrenze des duktilen Stahls des Metallmantel etwa 207 Mega-Pascal und seine Bruchgrenze etwa 331 Mega-Pascal betragen. Fjrner ist es zweckmäßig, daß das Holzstützelement aus gut getrocknetem Saligna besteht.

Vorzugsweise besteht der Metallmantel aus zwei Rohren, die in Belastungsrichtung des Holzstützelementes teleskopisch ineinandergreifen. Das Holzstützelement kann aus zwei Teilen bestehen und der eine Teil kann sich in dem einen Rohr und der andere Teil kann sich in dem anderen Rohr befinden. Vorteilhafterweise kann das Holzstützelement in jedem Rohr von dem jeweils anderen Holzstützelement durch einen Abstandshalter getrennt sein.

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

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Grubenstempel,

F i g. 2 bis 7 zeigen schematisch Seitenansichten des Grubenstempels nach F i g. 1 während fortlaufender Kompressionszustände unter Last und

F i g. 8 zeigt eine grafische Vergleichsdarstellung der Stützungscharakteristiken des Grubenstempels nach F i g. 1 und eines Schichtstapels unter Last.

Der Metallmantel, des in F i g. 1 dargestellten Grubenstempels weist teleskopische Rohre 10 und 12 auf, von denen jedes an einem Ende mit einer Metallplatte 14 verschlossen ist, die durch Schweißen an dem Rohr 10 bis 12 angebracht ist.

Das Metall, aus dem die Rohre 10 und 12 bestehen, muß ausreichend dehnbar, spannbar oder elastisch sein, um sich quer zur Achsrichtung des Grubenstempels bis zu einem Grad ausbauchen zu können, der ausreicht, um das gegen Belastung widerstandsfähige Material zusammenzuschnüren, während der Grubenstempel unter der Last bis auf einen kleinen Anteil seiner ursprünglichen Länge zusammengedrückt wird.

Jedes der dargestellten Rohre 10 bzw. 12 enthält ein gegen Belastung widerstandsfähiges Holzstützelement 16, das so vorbearbeitet ist, daß es stramm in das Rohr 10 bzw. 12 hineinpaßt. Wenn die Holzstützelemente 16 jedoch nicht fest in die Rohre 10 bzw. 12 hineinpassen, sollte der freie Raum mit einem kompressiblen Füllmaterial, wie z. B. hartem Polyurethanschaumstoff, fest ausgestopft werden.

Für die Belastbarkeit des Grubenstempels ist es wichtig, daß die Fasern der Holzstützelemente 16 wenigstens annähernd parallel zur Achsrichtung des Grubenstempels verlaufen.

Aus der Zeichnung sieht man, daß das Rohr 12 mit dem Holzstützelement 16 gefüllt ist, während das Rohr 10 nur zum Teil gefüllt ist. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, für die Längeneinstellung der Rohre 10 und 12 noch eine Teleskopierfreiheit in Längsrichtung zur Verfügung zu haben. Unmittelbar vor dem Einsatz wird die l-änge des Grubenstempels mittels loser scheibenförmiger Abstandshalter 20 eingestellt, die aus hartem Polyurethanschaumstoff, Holz oder einem ähnlichen lastabstützenden Material bestehen. Auf diese Weise wird die Länge des Grubenstempe's auf die abzustützende Höhe zwischen dem Hangenden und dem Boden abgestimmt

F i g. 2 bis 7 zeigen den Grubenstempel während eines Belastungsversuches. Die Tests wurden mit einer 1000-Tonnen-Presse durchgeführt, und die Zeichnungen sind, soweit sie die Verformung der Rohre 10 und 12 betreffen, nach Fotografien hergestellt, die bei dem Versuch angefertigt worden sind.

Die Rohre 10 und 12 des getesteten Grubenstempels bestanden aus widerstandsgeschweißtem Stahlrohr S.A. B. S. 719A der Zusammensetzung Kohle 0,20% max. Mangan 0,90% max. Phosphor 0,04% max. Schwefel 0,05% max. (S. A. B. S. = South African Bureau of Standards), dessen Streckgrenze bei 207 MegaPascal und dessen Bruchgrenze bei 331 Mega-Pascal liegt.

Die gesamte ursprüngliche Länge des Grubenstempels betrug 1 m. Das Rohr 10 hatte eine Wandstärke von ca. 6 mm und einen Außendurchmesser von etwa 220 mm, und das Rohr 12 hatte eine Wandstärke von etwa 6 mm und einen Außendurchmesser von etwa 200 mm. Die Holzstützelemente 16 bestanden aus gut getrocknetem Holz (Saligna, das in den südafrikanischen Goldminen für Grubenstempel benutzt wird).

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

Aus der Kurve ersieht man, daß der Grubenstempel die Last anfänglich mit geringer Kompression aufnimmt (100 Tonnen bei 1% Kompression). Zwischen den Positionen 2 und 3 der Kurve werden die Holzstützelemente 16 axial zusammengepreßt, wobei die Rohre 10,12 sich mit Ausnahme einer leichten Ausbauchung des Rohres 10 nur wenig verformen. Bei etwa 44% Verschluß entwickelt sich jedoch an oder in der Nähe 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 die Streckgrenze des Metalls von Rohr 12 in die 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 10,12 stattgefunden und der Grubenstempel nimmt nun wieder die Last auf. Der geringe Lastabfall zwischen der Pos. 5 und 6 geht auf die ziehharmonikaartige Faltung der Rohre 10, 12 gemäß F i g. 5 bis 7 zurück. Der Test wurde bei einer Belastung von 500 Tonnen beendet. Nach dieser Zeit war der Grubenstempel bis auf etwas über 20% seiner ursprünglichen Länge zusammengedrückt worden. Bei Belastungen über diesen Punkt hinaus verfestigen sich jedoch die übriggelassenen Teile des Grubenstempels 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 Grubenstem-

pels weitgehend von der Fähigkeit des Metalls der Rohre 10 und 12 abhängt, sich in einem Maße zu verformen, das zur Bildung der Ausbauchungen als Rohrziehharmonika ausreicht, ohne daß das Metall zuvor reißt. In der Praxis reißen die Rohre oft bei dem in F i g. 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 dausübt. Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß dasjenige, was von dem Holz ίο (Fasermaterial) übriggeblieben ist, so in dem deformierten Metall der Rohre gefangen ist, daß es nicht entweichen kann, und obwohl das Rohrmetall gerissen ist, wirken die Reste des Grubenstempels als nahezu feste Stütze.

Bei Grubenstempeln für den Grubenausbau in hartem Gestein in großer Teufe 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 Grubenstempel sowohl während der überwachten Tests als auch in Einsatztests unter Tage hervorragend verhalten. Der Grubenstempel wurde Verschließgeschwindigkeiten von mehr als 1 m/Sek. ausgesetzt, und dabei ergab sich ein Verschluß des Abbauortes von etwa 100 mm entgegen der Grubenstempelabstützung.

Die Kurve A in F i g. 8 zeigt zum Vergleich die Eigenschaften eines Schichtstapels oder Bergekastens, der aus abwechselnden Schienten aus Holz und Betonziegeln hergestellt war. Der Stapel hat eine Höhe von 110 cm und horizontale Abmessungen von 60 ■ 60 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Grubenstempel mit einem sich zwischen beiden Stempelenden erstreckenden Holzstützelement, welches mindestens über den Hauptteil seiner Länge vollständig von einem Metallmantel umgeben ist und dessen Holzmaserung zur- Längsachse des Metallmantels im wesentlichen parallel verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzstütz- to element (16) stramm und hohlraumfrei in den Metallmantel (10,12) eingepaßt ist und daß der Metallmantel (IC, 12) aus einem duktilen Stahl besteht, dessen plastischer Verformungsbereich so groß ist, daß er sich bei Belastung quer zur Längsachse -les Holz-Stützelementes (16) seitwärts ausbauchen und während der fortschreitenden Zerdrückung des Holzstützelementes (16) unter der Last im wesentlichen rißfrei ziehharmonikaartig verformen kann.

2. Grubenstempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streckgrenze des duktilen Stahls des Metallmantels (10, 12) etwa 207 MegaPascal und seine Bruchgrenze etwa 331 Mega-Pascal betragen.

3. Grubenstempel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzstützelement (16) aus gut getrocknetem Saligna besteht.

4. Grubenstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel aus zwei Rohren (10,12) besteht, die in Belastungsrichtung des Holzstützelementes (16) teleskopisch ineinandergreifen.

5. Grubenstempel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzstützelement (16) aus zwei Teilen besteht und daß der eine Teil sich in dem einen Rohr (10) und der andere Teil sich in dem anderen Rohr (12) befindet.

6. Grubenstempel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzstützelement (16) in jedem Rohr (10, 12) von dem jeweils anderen Holzstützelement durch einen Abstandshalter (20) getrennt ist.