DE2732059A1 - Injection fluid retention system for bore in rock - has springy plate locking device and sealing sleeve combined with injection device - Google Patents
Injection fluid retention system for bore in rock - has springy plate locking device and sealing sleeve combined with injection deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Bohrlochverschluß zumThe invention relates to a borehole closure for
Zurückhalten von Injektionsflüssigkeiten, insbesondere für den Berg- und Tunnelbau, wobei auf einer in das Bohrloch einführbaren, vorzugsweise als Rohr ausgebildeten Achse eine Dichtung, beispielsweise eine Topfdichtung angebracht ist.Retention of injection fluids, especially for mountain and tunneling, with one insertable into the borehole, preferably as a pipe formed axis a seal, for example a cup seal is attached.
Das Einpressen von Injektionsflüssigkeiten kommt vor allem für das Tränken und gegebenenfalls nachfolgende Verfestigen des Gebirges mit Hilfe der Injektionsflüssigkeit oder besonderer Stoffe in Betracht, die in der Injektionsflüssigkeit suspendiert sind. Solche Injektionsflüssigkeiten bestehen deswegen entweder nur aus Wasser, wenn es ausschließlich um die Bindung von Staub geht oder enthalten bestimmte Stoffe, z.B. Zement, welche zur Verfestigung benutzt werden. Neuerdings werden auch flüssige Kunststoffe benutzt, welche aushärten und hierbei häufig eine Volumenvermehrung erfahren. Der Bohrlochverschluß dient bei solchen Techniken dazu, das Bohrloch nach dem Injizieren der Flüssigkeit wieder zu verschliessen, um den Rückfluß der Injektionsflüssigkeit zu verhindern. Wenn die Achse als Rohr ausgebildet ist, kann der Verschluß bereits vor dem Injizieren eingebracht werden, weil die Injektionsflüssigkeit den Verschluß durch das Rohr durchqueren kann.Injecting injection fluids is mainly used for that Soaking and, if necessary, subsequent consolidation of the rock with the help of the injection fluid or special substances that are suspended in the injection liquid are. Such injection liquids therefore consist either only of water, if it is only about binding dust or contain certain substances, e.g. cement, which is used for consolidation. Lately they are also becoming liquid Plastics used, which harden and this often increases in volume Experienced. The borehole closure is used in such techniques to the borehole after the injection of the liquid to close again to the reflux of the injection liquid to prevent. If the axis is designed as a tube, the closure can already before injecting, because the injection fluid closes the seal can traverse through the pipe.
Bekannt sind behelfsmäßige Bohrlochverschlüsse. Sie wurden früher verwendet. Dabei wurde so verfahren, daß z.B. ein in seinem Endbereich unter Druck ausdehnbarer Blähschlauch um ein kurzes Stück, etwa um ca. 1 m in das Bohrloch eingeführt wurde, der sich dann während des Füllvorganges von selbst an die Bohrlochwand preßte.Makeshift borehole closures are known. They were earlier used. The procedure was such that, for example, one under pressure in its end area The expandable inflation hose is inserted into the borehole a short distance, about 1 m which then pressed itself against the borehole wall during the filling process.
Auf diese Weise wurdedas Zurückf ließen der Flüssigkeit während des Injektionsvorganges verhindert. Danach mußte der Schlauch jedoch entspannt werden, wodurch die Abdichtung nach außen verloren ging. Man benutzt Holz- oder Kunststoffstopfen, die nach dem Herausziehen des Schlauches schnell in den Bohrlochmund eingeführt und dort verklemmt wurden.In this way, the liquid was drained back while the injection process prevented. After that, however, the hose had to be relaxed, whereby the seal to the outside was lost. Wooden or plastic stoppers are used which is quickly inserted into the borehole mouth after pulling out the hose and got jammed there.
Nachteilig ist hierbei, daß derartige Stopfen infolge des im Inneren des Gebirges aufgebauten Druckes häufig aus dem Bohrloch herausgeschleudert werden. Dadurch kann sogar Bedienungspersonal in Gefahr gebracht werden. Außerdem ist der beim Herausschleudrn des Stopfens eintretende Verlusts an Injektionsflüssigkeit aus technischen und wirtschaftlichen Gründen mit erheblichen Nachteilen verbunden.The disadvantage here is that such a plug as a result of the inside the pressure built up in the rock is often thrown out of the borehole. This can even put operating personnel at risk. Besides, the Loss of injection fluid when the stopper is thrown out associated with considerable disadvantages for technical and economic reasons.
Bekannt ist ferner ein Bohrlochverschluß, der allerdings nur zum Verschließen des Bohrloches während des Injizierens verwendet werden kann und dessen Merkmale eingangs bezeichnet sind (DT-AS 24 52 552). Bei diesem Verschluß wird eine Topfdichtung verwendet, die ein konisches Hemd aufweist, das zum Teil mit einem weichen Füllkörper ausgefüllt ist.A borehole closure is also known, but it is only used for closing of the borehole can be used during injection and its features are designated at the beginning (DT-AS 24 52 552). A cup seal is used for this closure used, which has a conical shirt, which is partly filled with a soft filler body is filled out.
Die Topfdichtung hat den Vorteil, daß sie sich verschiedenen Bohrlochdurchmessern anpassen kann, so daß in der Praxis auftretende Durchmesser-unterschiede überbrückt werden können. Nachteilig ist bei dem bekannten Bohrlochverschluß, daß bei Zurücknahme des Injektionsdruckes der Bohrlochverschluß verloren geht.The cup seal has the advantage that it can accommodate different borehole diameters can adapt, so that in practice occurring diameter differences bridged can be. The disadvantage of the known borehole closure is that when it is withdrawn of the injection pressure the borehole closure is lost.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrlochverschluß zum Zurückhalten von Injektionsflüssigkeiten zu schaffen, der nach Zurücknahme des Injektionsdruckes im Bohrloch verbleibt, dort absolut zuverlässig festgehalten wird, aber so einfach aufgebaut ist, daß er unter Berücksichtigung der relativ großen Zahl von normalerweise zu stoßenden Injektionsbohrlöchern wirtschaftlich ist.The invention is based on the object of a borehole closure to withhold injection fluids after the withdrawal of the Injection pressure im Borehole remains, there absolutely reliable is recorded, but is so simply constructed that it is under consideration the relatively large number of injection wells that would normally have to be bumped economically is.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtung dem Einführende der Achse zugeordnet ist, auf der unter- oder oberhalb der Dichtung eine elastische Querspreize angebracht ist, die als Federblech ausgebildet ist, dessen Beulsteifigkeit in Einführungsrichtung geringer als in Gegenrichtung ist, wobei in das Rohr ein die Injektionsflüssigkeit in dem mit der Topfdichtung absperrbaren Bohrlochteil zurückhaltendes Rückschlagventil eingebaut ist.According to the invention, this object is achieved in that the seal is assigned to the introducer of the axis, on the below or above the seal an elastic cross brace is attached, which is designed as a spring plate, whose buckling stiffness in the insertion direction is lower than in the opposite direction, whereby in the tube the injection liquid can be shut off in the one with the pot seal Borehole part retaining check valve is installed.
Wenn man diesen BohrlochverschluB nachträglich etwa in der Weise anbringt, wie dies im Zusammenhang mit den behelfsmäßigen Bohrlochverschlüssen vorstehend beschrieben worden ist, wird eine volle Achse verwendet. In diesem Falle fehlt das Rückschlagventil. Bringt man jedoch den Bohrlochverschluß vor dem Injizieren an, so kann die Injektionsflüssigkeit durch das Rohr eingepumpt werden und wird nach Abschluß des Injektionsvorganges mit dem Rückschlagventil zurückgehalten.If this borehole plug is subsequently attached in such a way that as in connection with the makeshift wellbore closures above has been described, a full axis is used. In this case it is missing Check valve. However, if the borehole plug is attached before the injection, so the injection liquid can be pumped in through the tube and is after Completion of the injection process with the check valve held back.
Vorzugsweise wird die Erfindung so verwirklicht, daß bei Ausbildung der Dichtung als Topfdichtung deren Öffnung dem Einsteckende der Achse zugeordnet ist.Preferably, the invention is embodied in that upon training the seal as a cup seal whose opening is assigned to the insertion end of the axle is.
Dadurch, daß man die Öffnung der Topfdichtung dem Einführende der Achse zuordnet, wird die Topfdichtung von innen mit dem im Inneren des Bohrloches herrschenden Druck beaufschlagt und mit ihrer Wandung den Bohrlochstößen angelegt, wodurch eine absolut zuverlässige Dichtung erzielt wird. Diese bleibt so lange erhalten, wie der Injektionsdruck wirkt. Infolge des Dichtdruckes ergibt sich auf diese Weise eine kraftschlüssige Vebindung des erfindungsgemäßen Bohrlochverschlusses mit den Bohrlochstößen.By having the opening of the cup seal the introducer of the Assigning axis, the pot seal is from the inside with the inside of the borehole applied pressure and applied with its wall to the borehole joints, whereby an absolutely reliable seal is achieved. This remains so long like the injection pressure works. As a result of the sealing pressure In this way, a non-positive connection of the borehole closure according to the invention with the drill holes.
Durch die Verwendung einer unter- oder oberhalb der Topfdichtung angeordneten elastischen Querspreize wird zusätzlich eine weitere kraftschlüssige Versperrung des Bohrlochverschlusses erreicht, die bei Eindringen von Teilen der elastischen Querspreize in den Gebirgskörper zu einer Formschlüssigkeit führt. Die elastische Querspreize behindert das Einbringen des Verschlusses in das Bohrloch nicht, weil in dieser Richtung das Federblech mit einer relativ geringen Beulsteifigkeit versehen werden kann.By using a gasket located below or above the cup gasket elastic cross brace is an additional non-positive lock of the borehole closure achieved when parts of the elastic Cross brace in the mountain body leads to a form fit. The elastic Cross brace does not hinder the introduction of the closure into the borehole because in this direction the spring plate is provided with a relatively low buckling resistance can be.
Andererseits verhindert das Federblech das Zurückgleiten des Bohrlochverschlusses , da seine Beulsteifigkeit in dieser Richtung wesentlich größer ist.On the other hand, the spring plate prevents the borehole closure from sliding back , since its buckling resistance is much greater in this direction.
Zwar ist ein Spreizkopf zum Einführen und Festlegen eines in ein Tränkbohrloch einzuzementierenden Hochdrucktränkschlauches bereits bekannt (DT-AS 26 34 944), welcher auf einem stockförmigen Tragteil mehrere elastische Querspreizen aufweist, die vorzugsweise aus Drahtstäben bestehen. Hierbei ist jedoch der erfindungsgemäß erzielbare geringe Einführwiderstand undhohe Widerstand gegen Herausschleudern des Bohrlochverschlusses nicht oder nur schwierig zu erreichen.It is true that an expansion head is used to introduce and fix one in a drinking hole High pressure drinking hose to be cemented already known (DT-AS 26 34 944), which has several elastic transverse struts on a stick-shaped support part, which preferably consist of wire rods. Here, however, is the invention achievable low insertion resistance and high resistance to ejection of the Borehole closure is difficult or impossible to achieve.
Die Erfindung hat den Hauptvorteil, daß die Einzelteile des Bohrlochverschlusses einfache und deswegen billige technische Vorrichtungen darstellen, so daß ohne wirtschaftli de Verluste der Bohrlochverschluß in dem Bohrloch verbleiben kann. Der Verschluß sitzt auch dann fest, wenn der Druck der Injektionsflüssigkeit nachgelassen hat oder ganz verloren gegangen ist.The main advantage of the invention is that the individual parts of the borehole closure represent simple and therefore cheap technical devices, so that without economic de losses of the well plug can remain in the well. The closure is stuck even then, when the pressure of the injection fluid is released or has been completely lost.
Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Federblech auf einem Widerlager abstützbar, welches auf der Achse in Einführrichtung vor dem Federblech befestigt ist. Dieses Widerlager dient dazu, die unterschiedliche Beulsteifigkeit des Federbleches zu bewirken und hat den Vorteil, daß es mit einfachen Mitteln realisiert werden kann. Dazu kommt erfindungsgemäß insbesondere eine Scheibe in Betracht, die auf der mit Außengewinde versehenen Achse mit dem Federblech verspannt ist.Preferably and according to a further feature of the invention that is Spring plate can be supported on an abutment, which is on the axis in the direction of insertion is attached in front of the spring plate. This abutment serves to prevent the different To cause buckling rigidity of the spring plate and has the advantage that it is simple Funds can be realized. In addition, according to the invention, there is in particular a disk into consideration, which braced on the externally threaded axle with the spring steel sheet is.
Das kann durch eine Mutter und eine Gegenmutter erfolgen.This can be done by a nut and a lock nut.
Sofern aus den eingangs bezeichneten Gründen eine rohrförmige Achse verwendet wird, kommt es auch auf eine einfache Ausbildung des Rückschlagventiles in Betracht. Die Ausführung des Rückschlagventiles ist insoweit nicht beliebig. Vorzugsweise wird das Ziel dadurch erreicht, daß die Rohrwand eine oder mehrere Durchbrechungen aufweist, welche mit einem flexiblen Schlauch abgedeckt sind.Provided a tubular axle for the reasons mentioned at the beginning is used, there is also a simple design of the check valve into consideration. In this respect, the design of the check valve is not arbitrary. Preferably, the goal is achieved in that the pipe wall one or more Has openings which are covered with a flexible hose.
Eine zusätzliche Sicherung des Bohrlochverschlusses kann dadurch herbeigeführt werden, daß längs der Achse ein Verschlußkörper verschieblich angeordnet wird, der der Innenwandung der Topfdichtung mit Hilfe des Rückdruckes der Injektionsflüssigkeit anlegbar ist.An additional securing of the borehole closure can thereby be brought about be that a closure body is displaceably arranged along the axis, the the inner wall of the pot seal with the help of the back pressure of the injection liquid can be applied.
Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 in abgebrochener Darstellung einen axialen Schnitt durch ein Injektionsbohrloch mit dem Bohrlochverschluß gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.The details, other features, and other advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments of the figures in the drawing; show it Fig. 1 in aborted Representation of an axial section through an injection borehole with the borehole closure according to the invention in a first embodiment and FIG. 2 in FIG. 1 corresponding Representation of a modified embodiment of the invention.
Der allgemein mit 1 bezeichnete Gebirgskörper ist mit einem Bohrloch 2 durchörtert, dessen Stoß bei 3 bezeichnet ist. Das Bohrloch ist jedoch nicht in seiner vollen Länge wiedergegeben. In unmittelbarer Nähe des Bohrlochmundes 4, d.h. beispielsweise im Abstand von ca. 1 m vom Gebirgsstoß 5 ist in das Bohrloch ein allgemein mit 6 bezeichneter Bohrlochyerschluß eingebracht.The rock body, generally designated 1, has a borehole 2, the joint of which is indicated at 3. However, the borehole is not in reproduced its full length. In the immediate vicinity of the borehole mouth 4, i. for example, at a distance of about 1 m from the rock face 5 is in the borehole Borehole closure generally designated 6 was introduced.
Auf einer rohrförmigen Achse 7 ist eine Topfdichtung befestigt, die allgemein mit 8 bezeichnet ist. Die Topfdichtung hat einen Dichtkörper, in dem ein verstärkter und dem Bohrlochmund 4 zugekehrter Boden 9 mit einem Hemd zeine Baueinheit bildet. Das Hemd ist kegelstumpfförmig ausgebildet, so daß verschiedene Bohrlochdurchmesser D überbrückt werden können. Das Hemd umschließt im übrigen einen Innenraum 11, in dem mehrere Teile des Bohrlochverschlusses ang-ebracht sind.On a tubular axis 7, a cup seal is attached, which is generally designated by 8. The cup seal has a sealing body in which a reinforced and the borehole mouth 4 facing floor 9 with a shirt zeine structural unit forms. The shirt is frustoconical so that different borehole diameters D can be bridged. The shirt also encloses an interior space 11 in to which several parts of the borehole closure are attached.
Die rohrförmige Achse 7 ist auf ihrer Außenseite mit Außengewinde 13, gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf ihrer gesamten Länge versehen. Sie ragt um eine vorgegebene Länge mit einem Teilstück 14 aus dem Bohrlochmund heraus, so daß auf das Teilstück ein nicht dargestellter Schlauch aufgeschraubt werden kann, durch den die Injektionsflüssigkeit zugeführt wird. Ausgehend vom Bohrlochmund befindet sich auf dem Außengewinde 13 der Rohrachse 7 eine Mutter 15, eine Gegenmutter 16 und zwischen den beiden Muttern 15 und 16 eine topfförmige Scheibe 17, sowie ein im Grundriß rechteckiges Federblech 18. Mit Hilfe der beiden Muttern 15 und 16 sind die Teile 17 und 18 miteinander verspannt. Die beschriebene Anordnung wirkt so, daß beim Einschieben des Bohrlochverschlusses win das Bohrloch6gn der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung das Federblech 18, wie dargestellt, eingebeult wird. In der durch den Pfeil B wiedergegebenen Gegenrichtung ist dagegen infolge der Abstützung des Federbleches 18 auf dem von der Topfscheibe 17 gebildeten Widerlager die Beulsteifigkeit erheblich größer. Infolgedessen tritt eine mechanische Versperrung des Bohrlochverschlusses ein, weil sich die Ecken und Kanten des Federbleches in den Bohrlochstoß 3 eingraben.The tubular shaft 7 is externally threaded on its outside 13, according to the illustrated embodiment, provided over its entire length. It protrudes a predetermined length with a section 14 from the borehole mouth, so that a hose (not shown) can be screwed onto the section, through the the injection liquid is supplied. Starting from The mouth of the borehole has a nut 15 on the external thread 13 of the pipe axis 7, a lock nut 16 and between the two nuts 15 and 16 a cup-shaped washer 17, as well as a spring steel sheet 18 with a rectangular plan. With the help of the two nuts 15 and 16, the parts 17 and 18 are clamped together. The arrangement described acts so that when inserting the borehole closure win the borehole 6gn the direction indicated by the arrow A, the spring plate 18, as shown, dented will. In the opposite direction shown by arrow B, however, is due to the support of the spring plate 18 on the abutment formed by the cup disk 17 the buckling rigidity is considerably greater. As a result, a mechanical lock occurs of the borehole closure because the corners and edges of the spring steel sheet are in dig in the joint 3.
Auf die aus den Teilen 15-18 gebildete elastische Querspreize folgen wiederum eine Mutter 20 und eine Gegenmutter 21, die zum Verspannen des Bodens 9 der Topfdichtung S zwischen einer Scheibe 22 und einer Gegenscheibe 23 dienen.Follow the elastic cross brace formed from parts 15-18 again a nut 20 and a lock nut 21, which are used to brace the bottom 9 the cup seal S between a disk 22 and a counter disk 23 are used.
Auf diese zur Befestigung der Topfdichtung 8 benutzte Anordnung folgt ein Rückschlagventit. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht es aus einem elastischen, dünnwandigen Schlauch 25, welcher mehrere radiale Bohrungen 26 bzw. 27 überdeckt, mit denen die Wand des Rohres 7 durchb rochen ist.This arrangement used for fastening the cup seal 8 follows a check valve. According to the illustrated embodiment, it consists of an elastic, thin-walled tube 25, which has several radial bores 26 or 27 covered, with which the wall of the tube 7 is broken through.
Auf diese Rückschlagventilanordnung folgt ein topfförmiger Körper 28. Dieser Körper dient dazu, die Ausdehnung des flexiblen Schlauches 25 zu begrenzen und umgibt daher mit seinem Hemd 29 mindestens denjenigen Teil des Ventilschlauches, der die Durchb rechungen 26 und 27 umgibt.A cup-shaped body follows this check valve arrangement 28. This body serves to limit the expansion of the flexible hose 25 and therefore surrounds with his shirt 29 at least that part of the valve tube, which surrounds the openings 26 and 27.
Das Hemd 29 hat seinerseits Durchbrechungen 30, 31, um der Injektionsflüssigkeit den Weg in das Bohrlochinnere zu eröffnen.The shirt 29 in turn has openings 30, 31 to allow the injection liquid to open the way into the interior of the borehole.
Das innere Ende 32 des Rohres 7 ist mit einer Hutmutter 33 verschlossen. Infolgedessen wird die Injektionsflüssigkeit gezwungen, das Rückschlagventil, das gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aus den Teilen 25-31 besteht, zu durchqueren.The inner end 32 of the tube 7 is closed with a cap nut 33. As a result, the injection liquid is forced to open the check valve, the according to the embodiment of FIG. 1 consists of parts 25-31 to traverse.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unter-scheidt sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen durch die Anordnung der die elastische Querspreize bildenden Teile 15-18. Diese Teile sind im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 unmittelbar hinter der Hutmutter 33 und daher hinter der Topfdichtung 8 angeordnet.The embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to Fig. 1 essentially by the arrangement of the elastic cross brace forming Parts 15-18. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, these parts are direct arranged behind the cap nut 33 and therefore behind the cup seal 8.
Außerdem ist die mit L bezeichnete Länge der Achse 7 ohne Außengewinde. Diese Teillänge ist glatt ausgebildet,um einen besseren Ventilverschluß zu erzielen.In addition, the length of the axis 7, denoted by L, has no external thread. This part length is smooth in order to achieve better valve closure.
Anstelle der dargestellten Topfdichtung kann auch eine reifenförmige Ringdichtung vorgesehen werden, die zwischen zwei Scheiben eingespannt ist.Instead of the pot seal shown, a tire-shaped one can also be used Ring seal can be provided, which is clamped between two discs.
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