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Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum
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Ausbau vai seigeren bis tonnenlägigen Räumen des Untertagebetriebes,
vorzugsweise von Bohrlöchern mit einem in einem Schalraum erhärtenden Bau stoff
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Ausbau von Bohrlöchern
des Untertagebetriebes, z.B. den zwischen Teilsohlen aufgefahrenen, im allgemeinen
seigeren, aber aueh tonnenlägigen Bohrlöchern, welche in dervRegel einen grösseren
Durchmesser als Zielbohrungen, aber einen geringeren Durchmesser als die Bohrschächte
aufweisen,die als Blind-oder Tagesschächte verwendet werden. Der Durchmesser solcher
Bohrlöcher beträgt dementsprechend z.B. ca. 1,2 m, während ihre Länge z.B. 110 m
betragen kann. Solche Bohrungen dienen unterschiedlichen Zwecken. Sie können beispielsweise
als Vorbohrungen und/oder als Rolldcher verwendet werden. Der erfindungsgemäß eingebaute
Ausbau ist grundsätzlich unabhängig von der Art, wie der Ausbruch des Raumes hereingewonnen
wird, schließt sich aber in der Regel ohne vorläufigen Ausbau Unmittelbar an die
Gebirgsstöße an. Dieser Ausbau hat meistens eine kreisförmige Begrenzung seines
lichten Querschnittes, jedoch sind grundsätzlich auch polygonale Begrenzungslinien
denkbar. Obwohl die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, wird sie im folgenden
bevorzugt anhand des Ausbaus der bezeichneten Bohrlöchr näher beschrieben.
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Der aus einem aushärtenden Baustoff hergestellte Ausbau muß einerseits
eine kontinuierliche Schale bilden, welche eine im Einzelfall zu bestimmende Mindeststärke
nicht unterschreitet. Andererseits müssen die den geforderten lichten
Querschnitt
bestimmenden Abmessungen des Ausbaues auch dann eingehalten werden, wenn z.B. durch
einen zu geringen Querschnitt des Raumes oder mangels durchgehender Bewetterung
bzw. wegen auftretendem Nachfall aus dem Gebirgsstoß kein unmittelbarer Zugang zu
der Stelle besteht, an der der Baustoff in den Schalraum eingebracht werden muß.
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Es ist bekannt, Bohrungen mit den eingangs bezeichneten Abmessungen
unmittelbar nach dem Freilegen des Gebirgsstoßes mit einam für das Aufspritzen auf
das Gebirge geeigneten, aushärtenden Baustoff auszubauen, indem man den Bohrwerkzeugen
eine entsprechende Spritzeinrichtung nachschaltet. Durch diese wird der flüssige
Baustoff im Zuge der Drehung des Bohrgestänges auf die frischen Bohrlochstöße aufgetragen,
auf denen er aushärtet. Bei einem solchen Verfahren kann man die fehlende Schalung
nicht durch eine hinreichend genaue Steuerung ersetzen. Deswegen treten u.a. Materialverluste
und Ungleichmäßigkeiten im fertigen Ausbau auf. Man bedient sich daher auch bei
den bezeichneten Bohrungen im allgemeinen einer Verrohrung, wenn das Gebirge ausgebaut
werden muß.
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Stahlverrohrungen geeigneter Ausbildung sind jedoch erheblich aufwendiger
als ein aus aushärtendem Baustoff bestehender Ausbau. Die Rohre lassen sich in der
Regel auch nur von oben einbringen. Treten im abgebohrten Teil dg Grubenraumes an
den Bohrlochstößen-Verformungen auf, dann ergeben sich beim Einbringen der Verrohrung
erhebliche Schwierigkeiten, die dann noch erheblich zunehmen, wenn es zu Ausbrüchen
aus dem freigelegten Gebirge kommt.
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Für den Ausbau von Schächten mit aushärtenden Baustoffen sind in erster
Linie Schrumpfschalungen bekannt (Glückauf 94
(1958) Heft 1/2, 17,28),
von denen die Erfindung ausgeht.
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Bei diesen Schalungen besteht die Schalhaut aus Blechen, welche am
Umfang geteilter Ringe ausgebildet sind, die sich unabhängig voneinander öffnen
und schließen lassen.
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Die Unterkonstruktion der Schalung besteht aus einem Stahlgerüst,
an dem Schubkolbengetriebe für den Antrieb der beweglichen Schalungsteile untergebracht
sind. Eine solche Schrumpfschalung kann mit Hilfe weiterer Schubkolbengetriebe an
den Schachtstößen entlangklettern. Nachteilig wirkt sich aus, daß die Schalung einen
bereits mit einem Ausbau versehenen Schacht voraussetzt und deswegen grundsätzlich
nicht zur unmittelbaren Sicherung der freigelegten Gebirgsstöße geeignet ist. Bedenklich
ist außerdem, daß eine solche Schalung beim Auftreten von Nachfall in dem noch nicht
ausgebauten Schachtteil blockiert werden kann und sich dann nicht mehr aus dem Schacht
entfernen läßt.
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Dez Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausbau mit einer Schalung
der bezeichneten Art und in einer von den bei Grubenbauen üblichen Abweichungen
der lichten Querschnite unabhängigen Weise derart einzubringen, daß eine vorzeitige
Unterstützung des Gebirges mit dem Ausbau ermöglicht und beim Auftreten von Nachfall
die Schalung genügend weit geschrumpft werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen
der Patentansprüche gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Verwendung eines
Gewebeschlauches einerseits der Aufwand vermieden, der mit einer Stahlschalung notwendigerweise
verbunden ist. Andererseits werden durch die Art der Schlauchfüllung die Forderungen
erfüllt,
die an den Ausbau zu stellen sind. Außerdem entfällt ein durch eine stählerne Unterstützungskonstruktion
bedingter Mindestquerschnitt, bzw. bei auftretendem Nachfall verbleibender Restquerschnitt,
so daß der Nachfall abgezogen und der Bruch mit der Schalung verfüllt werden kann.
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Das zum Füllen des Gewebeeohlauches benutzte Medium läßt sich nach
dem erforderlichen Innendruck wählen, der unter Berücksichtigung der Füllgeschwindigkeit
und der Abbindegeschwindigkeit des aushärtenden Baustoffes stets etwas größer als
der hydraulische Druck aus dem Formraum der Schalung, also insbesondere aufgrund
des eingefüllten, noch flüssigen Baustoffes gehalten wird. Im allgemeinen genügen
aber Drücke von 1,5 bar bei Bohrlöchern mit den eingangs bezeichneten Abmessungen.
Solche Drücke lassen sich mit Druckluft darstellen-und mit geeigneten Schlauchgeweben
aufnehmen.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens richtet
sich der Innendruck des Schlauches nur nach der Füllhöhe des noch flüssigen Baustoffes
und ist somit in allen Höhenbereichen des Schlauches gleich.
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Für höhere Drücke benutzt man eine Flüssigkeit und/oder einen rieselfähigen
Feststoff, z.B. Wasser und/oder Sand. Dabei steuert man gemäß der Erfindung die
jeweilige Füllhöhe des flüssigen Baustoffes in dem Schalraum, so daß der Innendruck
den Außendruck stets um ein bestimmtes Maß übersteigt und dadurch den hydrostatischen
Druck des Baustoffes ausgleicht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat man die Wahl, den Schlauch
ganz oder teilweise wiederzugewinnen oder ihn als verlorene Schalung am Ausbau zu
belassen. In diesem Fall kann man mit Hilfe des Schlauches die Oberfläche des erhärteten
Ausbaus verbessern. Insbesondere beschichtete Gewebeschläuche
haben
die Vorteile eines geringeren Wetterwlderstandes. Der am Ausbau belassene Schlauch
kann aber auch zusätzliche Funktionen im Ausbau erfüllen.
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Nach weiteren Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man
den Schlauch einfach gemäß dem Fortschritt des Ausbaues füllen, bis die gesamte
auszubauende Länge beispielsweise betoniert ist, die man vorher mit dem Schlauch
abgeschalt hat.
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In diesem Falle erhält man auf der Sohle des Bohrloches einen der
Füllhöhe des Schlauches entsprechenden Druck. Das Füllgut kann man nach Beendigung
der Ausbauarbeiten abziehen.
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Bei Verwirklichung eines anderen Merkmales der Erfindung benutzt man
dagegen einen verhältnismäßig kurzen Schlauch als umsetzbare Schalung. Das hat den
Vorteil, daß man die Füllhöhe des Schlauches verkleinert, so daß sich der Druck
eines flüssigen und/oder rieselfähigen Füllgutes auch bei grdßeren Bohrlochdurchmessern
einwandfrei beherrschen läßt.
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Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, d.h. wenn man die Füllung des Schlauches nicht auf dem unteren AbschluS
des Bohrloches, z.B.
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der Bohrlochsohle oder einem oberhalb einer unteren Teilsohle angebrachten
Abzugskasten ständig abstützen. kann, empfiehlt es sich, das untere und gegebenenfalls
auch das obere Ende des Schlauches auf zuspannen, dreh. auf dem vorgegebenen Schlauchdurchmesser
zu halten und die Füllung des Schlauches unter Verwendung eines starren unteren
Schlauchverschlusses abzufangen. Dadurch wird verhindert, daß sich der Schlauch
bei Belastung durch schweres Füllgut unzulässig verformt und dadurch die Abmessungen
des Formraumes verändert werden, in den der Beton eingebracht wird.
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Wird der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzte Gewebeschlauch
mehrfach wiederverwendet,so empfehlen sich Maßnahmen, die darauf abzielen, den mehrfach
zu verwendenden Schlauch gegen Verschleio hder gegen Beschädigungen zu schützen,
die durch den Betonausbau, z.B. aufgrund der Rauhigkeit der Oberfläche oder dem
Haftvermögen des Gewebeschlauches auf der erhärteten Betonoberfläche verursacht
werden können.
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Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, den Schlauch an einem Ende
einzustülpen und an dem eingestülpten Ende unter Ablösung von dem erhärteten Ausbau
wie eine Haut abzuziehen.
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Bei einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet
man für die Schalhaut zusätzlich einen Außenschlauch, den man als verlorene oder
ihrerseits wiedergewinnbare Hülle für einen Innen schlauch benutzt und innen mit
Oberflächeneigenschaften versieht, die den Verschleiß oder Beschädigungen des Innenschlauches
ausschließen.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit
einer umsetzbaren-Schalung zum Betonieren eines zwischen zwei Teilsohlen aufgefahrenen
Großbohrloches im Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Darstellung der Fig.
1, Fig. 3 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 4 und 5 in der Fig. 3 entsprechender Darstellung
weitere Ausführungsformen der Erfindung.
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In der Darstellung der Fig. l ist ein Bohrloch 1 zwischen einer obere
Teilsohle 2 und einer unteren Teilsohle 3 abgeteuft worden. Das kann mit Hilfe einer
Zielbohrung erfolgt sein, die von der unteren Teilsohle 3 bis zur oberen Teilsohle
2 vorgetrieben und nachträglich von der unteren Teilsohle 3 her aufgebohrt worden
ist. Oberhalb der Teilsohle 2 befindet sich ein nicht dargestellter, nach oben aufgebrochener
Grubenraum 4, der eine Umlenkrolle für ein Haspelseil aufnimmt. Das erweiterte Bohrloch
1 ist in der Firste 5 der unteren Teilsohle 3 mit einer Außenmauerung abgefangen
worden.
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Diese bildet einen Mauerfuß, auf dem der schematisch bei 7 angedeutete
Betonausbau abgestützt ist.
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Wie die Darstellung der Fig. 2 erkennen läßt, sind in dem Mauerfuß
mehrere parallel zur Achse des Bohrloches verlaufende Spannseile 8-15 festgelegt,
so daß der Mauerfuß als unteres Spannwiderlager dient. Die Spannseile sind am oberen
Ende des Bohrloches in einem schematisch bei 16 wiedergegebenen Spannrahmen verankert.
Mit Hilfe der Spannseile ist ein Außenschlauch 17 in dem Bohrloch radial aufgespannt,
der seinerseits am Spannrahmen 16 und am Mauerfuß 6 fes.tgelegt ist. Dieser Schlauch
dient als äußert Schalhaut und Führungsschlauch.Er besteht aus einem Chemiefasergewebe,
das . ein- oder beidseitig mit einem plastomeren oder elastomeren Kunst
stoff
beschichtet ist. Er kann jedoch auch aus einer unverstärkten Kunststoffolie bestehen.
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Die allgemein mit 20 bezcj-hnete umsetzbare Schalung weist zur Unterstützung
und weiteren Ausbildung der Schalhaut ihrerseits einen Gewebeschlauch 21, z.B. aus
einem aus Polyäthylentirephthalatfäden rundgewebten Schlauch auf, dessen oberes
Ende 22 ebenso wie sein unteres Ende 23 jeweils an den Bordrand 24 eines starren
Bodens 26 bzw. eines starren Deckels 27 angeschlossen ist. Der Boden 26 besteht
ebenso wie der Deckel 27 aus einer Blechronde, welche gekümpelt ist, so daß eine
nach unten bzw. oben und außen gerichtete Wölbung entsteht. Die beiden Teile 26
und 27 dienen dazu, den Schlauch aufzuspannen und ihn im übrigen zu halten.
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Der Deckel 27 (Fig. 2) weist vier jeweils um 9O0gegeneinander versetzte
ösen 30 für ein viersträngiges Gehänge 31 auf, das über einen Wirbel 32 an eine
oder mehrere Haspelseile 33 angeschlossen ist. Das Haspelseil 33 wird über die engangs
beschriebene Seilumlenkung im Aufbruch 4 geführt.
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Ein Rohrstutzen 34 ist durch den Deckel 27 hindurchgeführt und an
einen Schlauch 36 über Klemmen 37 angeschlossen Dieser Schlauch stellt eine Verbindung
zur oberen Sohle 2 her und kann dort z.B. mit einer Druckluftleitung verbunden oder
an eine nicht dargestellte Wasserpumpe angeschlossen werden. Ein Entlüftungsstutzen
38 dient dazu, das Füllen des Schlauches 21, das im Ausführungsbeispiel mit Hilfe
von Wasser erfolgen soll, zu erleichtern.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Boden 26 ähnlich
wie der Deckel 27 mit ösen für ein viersträhgiges Gehänge 39 versehen, das an ein
Tragseil 40 angeschlossen ist. Das Tragseil 40 sitzt seinerseits an einer Öse 41
an der Unterseite des Deckels 27. Das Tragseil 40 verhindert, daß der Schlauch 21
überdehnt werden kann.
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Im Betrieb wird nach Fertigstellung des Bohrloches zunchst der Außen-
oder Führungsschlauch an den vorher verankerten Seilen 8-15 mit Hilfe von die Seile
umgreifenden Laschen 19 befestigt. Der Führungsschlauch begrenzt dann einen Formraum,
der allgemein mit 43 bezeichnet ist und der außen von den Bohrlochstößen 44 begrenzt
ist. In den freien Querschnitt wird mit Hilfe des Seiles 33 der zunächst leere Gewebeschlauch
21 eingehängt.
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Die im Boden 26 angeordnete Entleerungseinrichtung, die aus einem
Rohrstutzen 45 und einem Absperrorgan 46 besteht, ist geschlossen.
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Die Darstellung der Fig. 1 gibt den Zustand wieder, der nach dem Betonieren
des unteren, d.h. sich an den Mauerfuß 6 anschließenden Abschnittes 42 erreicht
worden ist. In diesem Abschnitt ist der Beton bereits erhärtet, so daß dadurch der
untere Teil des Schlauches 21 mit seinem Boden 26 eine feste Führung erhalten hat.
Daraufhin füllt man den Innenraum 47 der Schalung, die von dem Schlauch 21 und dem
Boden 26 bzw. dem Deckel 27 gebildet wird. Dadurch gewinnt man für die von dem Schlauch
21 gebildete Schalhaut eine Unterstützungskonstruktion, welche die gewünschte geometrische
Form des Ausbaus aufrecht erhält. Man kann die Füllung so einbringen, daß der jeweilige
Füllstand, wie bei 49 in Fig. l
wiedergegeben, kurz oberhalb des
Füllstandes 50 des Betons im Formraum52 steht. Wenn man absatzweise arbeitet, läßt
man den Beton erhärten. Dann wird das Absperrorgan 46 geöffnet, worauf sich der
Innenraum 47 durch den Rohrstutzen 45 nach unten entleert. Handelt es sich bei der
Füllung um einen Feststoff, so kann dieser über einen Füllkasten in Wagen abgefüllt
werden, die auf der unteren Sohle 3 bereitgehalten werden. Nach Entleeren des Gewebeschlauches
kann die umsetzbare Schalung ohne weiteres mit Hilfe des Seiles 33 nach oben gezogen
werden, weil sie sich an der verhältnismäßig glatten Oberfläche des Außen- und Führungsschlauches
17 entlang bewegen läßt.
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Zweckmäßig zieht man den Innen schlauch jeweils so weit nach oben,
daß sein unterer, d.h. unmittelbar an den Boden 26 anschließender Teil noch in dem
erhärteten Betonausbau steht, der allgemein mit 52 bezeichnet ist. Diese Stellung
des Innenschlauches ist in der Fig. 1 wiedergegeben.
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Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 kann man nach Fig. 4 unter
Weglassung des Führungsschlauches 17 und der Spannseile 8-15 einen durchgehenden
Schlauch 21 anwenden, den man am Mauerfuß 6 festlegt und der unten durch den nicht
dargestellten, oben erläuterten Abzugskasten gegen die Teilsohle 3 abgeschlossen
ist. Diesen Schlauch füllt man entsprechend dem Betonierfortschritt, bis die gesamte
Länge des Bohrloches 1 ausgebaut ist und zieht dann die gesamte Füllung nach unten
auf der Sohle 3 ab. Man kann dann den Schlauch nach innen und oben abziehen, was
man insbesondere durch Einstülpen des unteren Endes bewerkstelligt. Andererseits
kann der Schlauch auch als verlorene Schalung auf der Oberfläche des Betonausbaus
52 belassen werden, nachdem seine
Verschlüsse beiseitgt worden
sind.
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Mach Fig. 3 ist das Bohrloch 1 mit seinen Stößen 44 mit Hilfe eines
durchgehenden Schlauches 21 abgeschalt. Im rechten Teil der schematischen Darstellung
ist ein Achsenkreuz wiedergegeben. Auf der nach unten gerichtenAbszisse läßt sich
die Länge des Bohrloche darstellen, während die horizontal verlaufende Ordinate
in Druckeinheiten unterteilt ist.
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Nimmt man an , daß der Innenraum 47 mit einem Druckgas, z.B.
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mit Druckluft gefüllt ist, so herrscht über die gesamte Länge des
Bohrloches und damit auch der Schalung 21 der gleisförmige Druck Pi. Der als Gegendruck
wirkende Druck des Betons Pb wirkt von außen. Die geometrische Konfiguration des
Ausbaus 52 ist von der Aufrechterhaltung des Formraumes abhängig. Diese ist gewährleistet,
wenn, wie dargestellt, der Druck des Betons kleiner als der jeweils herrschende
Innendruck des Schlauches 21 ist.
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Wenn es unvermutet aus den Stößen zu örtlichen Ausbrüchen des Gebirges
kommen sollte, was in den Figuren nicht dargestellt ist, kann man insbesondere bei
einer Schlauchfüllung mit Druckluft den Schlauch so weit verkleinern, daß sich dz
Ausbruch abziehen läßt. Nach erneuter Füllung kann man den Ausbruch sauber ausbetonieren
und wählt dann entsprechend den Innendruck.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 benutzt man auch einen durchgehenden
Schlaucjikörper 21, der im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig.4 mit Wasser
und/oder Sand aufgefüllt wird. Dann ist natürlich die Füllung 80 entsprechend
abzufangen,
was durch eine Platte 81 geschieht, die in der Firste 5 der unteren Sohle entsprechend
fest verankert wird. Aufgrund des hydrostatischen Druckes, der in dem Diagramm mit
Pws angegeben ist, wächst der Innendruck des Schlauches von dem Wasserspiegel 49
nach unten linear an.
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Die Aufrechterhaltung des Formraumes 52 ist gewährleistet, solange
der Druck des Betons Pa als Pws ist.
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Die Verhältnisse bei einer Schalung nach Fig. 1 sind in Fig. 5 wiedergegeben.
Hier ist wiederum angenommen worden, daß der Innenraum jedes Gewebeschlauches 21
mit einem Druckgas gefüllt ist.
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Die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 haben den Vorteile, daß
die Gefährdung beim Platzen des Schlauches 21 gering ist.
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Diese Ausführungsformen haben darüberhinaus den Vorteil des leichteren
Transportes und des geringeren Aufwandes, weil Druckluft zu pumpen ist.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 hat den Vorteil, daß der verlorene
Außenschlauch, der sich natürlich auch gegebenenfalls wiedergewinnen läßt, aus einem
Material bestehen kann, das den bekannten Gewebewetterlutten entspricht. Daher verkürzt
sich der Innenschlauch 21, der aus hochfestem Werkstoff zu bestehen hat, auf eine
vergleichsweise geringe Teillänge des Bohrloches 1. Durch den Außenschlauch wird
der Innenschlauch auch geschützt, so daß er vielfach wiederverwendbar ist.
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Le e r s e i t e