DE3536359A1

DE3536359A1 - Pfeilerteil

Info

Publication number: DE3536359A1
Application number: DE19853536359
Authority: DE
Inventors: Nicholas Poland Ohio Chlumecky
Original assignee: Commercial Shearing Inc
Current assignee: Commercial Shearing Inc
Priority date: 1984-11-13
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1986-05-22
Also published as: GB2167102B; GB2167102A; DE3536359C2; CH671071A5; CA1235912A; US4565469B1; US4565469A; GB8525583D0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Pfeilerteil zum Schachtausbau, und zwar insbesondere zum Schachtausbau für Bergwerke, Gruben, Tunnel und ähnliche unterirdische Durchgänge, Hohlräume o.dgl.
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Nach dem Stande der Technik wird ein Schachtausbau bzw. eine Verschalung von hangenden Schichten in Bergwerken, Tunneln, und ähnlichen unterirdischen Durchgängen bzw. Hohlräumen derart, daß eine Abstützung der hangenden Schicht erzielt wird, seit langem praktiziert. Ein solcher Schachtausbau bzw. eine solche Verschalung wurde universell dadurch ausgeführt, daß man Pfeiler verwendete, die durch Zusammenfügen von hölzernen Blöcken zu einem offenen oder geschlossenen vertikalen Pfeiler von generell quadratischem Querschnitt, der zwischen dem Boden und der hangenden Schicht bzw. Decke in regelmäßigen Abständen vorgesehen wurde, hergestellt wurden. Für den Schachtausbau mitteils Pfeilern wurde deswegen Holz verwendet, weil es kompressibel und das am üblichsten verfügbare Material ist.

Generell waren Bemühungen, Beton oder andere Materialien zu verwenden, wegen der Brüchigkeit oder der katastrophalen Fehler von anderen Materialien, als es Holz ist, nicht erfolgreich. Obwohl sich Holz scheinbar als das einzige zufriedenstellende Material, das derzeit für den Schachtausbau mittels Pfeilern verfügbar ist, erwiesen hat, hat des den Nachteil einer relativ niedrigen Druckfestigkeit und eines relativ niedrigen Elastizxtätsmoduls, und es hat weiterhin den Nachteil, daß es von Stück zu Stück Holz ungleichförmig ist, und zwar in Abhängigkeit von seiner Quelle bzw. Herkunft, seiner Art, dem Schnitt und der Zusammensetzung, der Entflammbarkeit etc. sowie der Fäule und der Verschlechterung, die mit dem Vergehen der Zeit auftreten.

-A-

Kurz zusammengefaßt wird mit der vorliegenden Erfindung eine Form eines Betonpfeilerteils zur Verfügung gestellt, mit dem alle die Nachteile überwunden werden, die sowohl mit Betonpfeilerteilen als auch Holzpfeilerteilen nach dem Stand der Technik verbunden sind, und diese erfindungsgemäße Betonpfeilerteile ergeben einzigartige Vorteile, die bisher bei keiner Form von Pfeilerteilen verfügbar waren. Das Pfeilerteil nach der Erfindung ergibt eine größere Trag- bzw. Auflagefläche als konventionelle Pfeilerstruktüren. Es verfault nicht und ist nicht entflammbar. Es sind keine scharfen Ecken vorhanden, die in die hangende Schicht bzw. Decke oder den Boden eindringen. Es hat viel weniger Widerstand gegen eine Luftströmung um den Schachtausbau bzw. die damit hergestellten Pfeiler. Es deformiert sich über längere Entfernung unter Druck, während es noch die Belastungskapazität beibehält. Es gibt durch Brechen und Dehnen sowie Komprimieren nach, während es durch seine innere Faserbewehrung wenistens teilweise zusammengehalten wird. In der bevorzugten Ringplattenform haben die Stücke, die beim Brechen losgelöst werden, die Tendenz, in ein Mittelloch zu fallen, und auf diese Weise beeinflußt der Pfeiler selbst dann, wenn er bis zu einem gewissen Grad nachgegeben hat, die Luftströmung nicht nachteilig. Schließlich ist das Pfeilerteil nach der Erfindung kreisförmig und kann in die Position, wo es verwendet werden soll, gerollt bzw. gewälzt werden, wodurch Arbeit und schwere Handhabung vermindert wird, was von großem Vorteil ist, wenn in niedrigen Kohleflözen gearbeitet wird.

In der US-Patentschrift 4 497 597, in der eine frühere Erfindung des Erfinders des vorliegenden Pfeilerteils beschrieben ist, wird ein Pfeilerteil in der Form eines Betonrings vorgeschlagen, der innerhalb von wenigstens einem ringförmigen Metallhalte- bzw. -käfigteil ausgebildet ist, so daß dadurch ein ringplattenförmiges Pfeilerteil ausge-

bildet wird. Der Beton ist vorzugsweise einfacher Beton, aber er kann auch faserbewehrt sein. Es wurde seitdem gefunden, daß das Metallhalte- bzw. -käfigteil ausgeschaltet werden kann, wenn der Beton faserverstärkt ist. Vorzugsweise sollte der Beton etwa 22,68 kg bis 45,36 kg Stahlfasern pro 0,764 6 m³ oder deren Äquivalent enthalten. Der Beton wird vorzugsweise hergestellt, indem man einen leichtgewichtigen Zuschlagstoff hoher Festigkeit verwendet, wie beispielsweise Leichtschiefer, aufgeblähten bzw. geschäumten Schiefer oder porigen Schiefer. Der Pfeilerteil nach der vorliegenden Erfindung kann als ein Ring oder in Ringplattenform oder in Wulstform oder als massiver Kreis bzw. massive Kreisplatte gegossen werden, jedoch wird die Wulstform, insbesondere die Ringplattenform, wegen ihres leichteren Gewichts, der Leichtigkeit der Installation und des Mittellochs zur Aufnahme von Abfall bzw. abbröckelnden Teilchen bevorzugt. Beide Formen werden vorzugsweise mit planarer bzw. ebener Aufeinanderpaß- bzw. Verbindungsfläche auf der Ober- und Unterseite gegossen, jedoch kann gewünschtenfalls auch eine Eingriffszunge bzw. -rippe auf einer Seite und eine Eingriffsnut, insbesondere eine mit der Eingriffszunge bzw. -rippe komplementäre Eingriffsnut, auf der entgegengesetzten Seite vorgesehen sein.

Die Abstützung mittels Pfeilern aus Pfeilerteilen nach der Erfindung hält die hangenden Schichten bzw. die Decken fest, straff und gespannt, weil sie einen frühen Belastungswiderstand ergibt. Ein Bauholzschachtausbau bzw. Bauholzpfeiler muß bis auf etwa 80 % seiner anfänglichen Höhe zusammengedrückt werden, bis er seine maximale Kapazität erreicht. Bei diesem starken Nachgeben brechen die meisten hangenden Schichten bzw. Decken von Bergwerken auf, und übermäßiges Absacken bzw. Senken der hangenden Schichten bzw. Decken vermindert den Querschnitt, der für die Ventilation verfügbar ist. Der Schachtausbau bzw. Pfeiler

nach der Erfindung schrumpft nach der Installation nicht von der hangenden Schicht bzw. Decke des Bergwerks weg. Ein Schachtausbau bzw. Pfeiler, der aus Bauholz hergestellt ist, schrumpft von der hangenden Schicht bzw. Decke des Bergwerks weg und muß oft erneut verkeilt werden, damit seine Wirksamkeit aufrecht erhalten wird. Er übersteigt die Kapazität von typischer Hartholzverschalung bzw. von typischen Hartholzpfeilern. Ergebnisse von Tests hinsichtlich maximaler Belastungen, die in den Anlagen der Abteilung für Bergbau der Vereinigten Staaten für typische Verschalung bzw. für typischen Schachtausbau durch Pfeiler durchgeführt wurden, sind folgende:

Neue 15,24 cm χ 15,24 cm χ 76,20 cm Rubinienhartholzoffenverschalung

bzw. -pfeilerabstützung 143,34 Tonnen

vier Jahre alte 15,24 cm χ 15,24 cm χ 76,20 cm Mischhartholzoffenverschalung bzw. -pfeilerabstützung 70,76 Tonnen Faserbetonringplattenpfeilerabstützung gemäß der vorliegenden Erfindung 43 9,98 Tonnen.

Die Abstützung durch Pfeiler, welche aus Pfeilerteilen gemaß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, fault nicht beim Aufbewahren der Teile oder nach der Installation dieser Teile. Fungizide und bakterielle Aktivitäten bewirken, daß Bauholz seine Festigkeit mit der Zeit verliert.

Die Pfeiler, die aus Pfeilerteilen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, sind wirtschaftlich und vermindern den Betrag an Materialhandhabung im Vergleich mit anderer Pfeilerabstützung durch Betonblöcke. Ein Vergleich für einen 1,82 88 m hohen Pfeiler, der unter Benutzung der Ringplattenform gemäß der Erfindung hergestellt worden war, sei hier nachfolgend gegeben:

Pfeilerblock

Ringplattengewicht pro Stück: Menge, die pro Pfeiler gehandhabt werden muß Gewicht pro Pfeiler

92,075 mm χ 193,675 mm χ 58,42 cm

55#

2200#

55,88 cm äußerer Durchmesser

55#

24

1224#

Bei der Verwendung der Ringplatten-Pfeiler, wie sie aus Ringplattenpfeilerteilen nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, ergibt sich eine Verminderung des zu bewegenden Gewichts um 44 % im Vergleich mit dem Betonblockpfeiler nach dem Stande der Technik.

Die Abstützung durch Pfeiler gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus faserbewehrtem Beton mit enger Qualitätskontrolle hergestellt. Die Gleichförmigkeit der Qualität ist viel größer als diejenige bei typischem Bergwerksbauholz.

Die Pfeiler nach der Erfindung sind keinen Brüchigkeitsfehlern unterworfen bzw. haben keine Brüchigkeitsfehler. Die Stahlfasern im Beton, der für die Pfeiler gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, sind gleichförmig verteilt und ergeben eine Bewehrungswirkung.

Der Pfeiler, der aus Pfeilerteilen nach der Erfindung hergestellt ist, hat einen kreisförmigen Querschnitt, welcher einen verminderten Widerstand gegen Ventilationsluftströmung ergibt. Es ist bekannt, daß ein runder Querschnitt einen geringeren Widerstand gegen Luftströmung hat als ein rechteckiger Querschnitt.

Der Pfeiler nach der Erfindung erfordert nur eine einfache Basisherstellung bzw. -zurichtung, durch die die Benutzung der verfügbaren Auflage- bzw. Abstützungsfläche sichergestellt wird. Jede Schicht des Ringplattenpfeilers besteht aus einer Schicht. Daher ist eine Fehlfluchtung zwischen Schichten unmöglich. Eine Basisherstellung bzw. -zurichtung ist einfach. Man sieht nach einem Niveaupunkt, dreht das erfindungsgemäße Pfeilerteil, insbesondere die erfindungsgemäße Ringplatte, einige Male, bis es bzw. sie fest an Ort und Stelle ist.

Betrachtet man die Bergwerksumgebung bzw. Verhältnisse innerhalb des Bergwerks und verwendet man Pfeiler vom Blocktyp nach dem Stande der Technik, dann kann es schwierig, wenn nicht unmöglich sein, jedes Pfeilerstück exakt parallel auf Basismaterial von gleichförmiger Dichte bzw. Festigkeit niederzusetzen. Wenn die Blöcke nicht parallel abgesetzt werden oder wenn sich das Basismaterial ungleichmäßig setzt, sind die Pfeilerkomponenten vom Blocktyp ei-■ ner anfälligen, ungleichmäßigen Punktbelastung ausgesetzt. Das wird durch die vorliegende Erfindung ausgeschaltet. Schließlich können die Pfeilerteile nach der Erfindung auf ihrem Rand gerollt bzw. gewälzt werden. Das vermindert ein Hinterbrechen bzw. ein Brechen durch Anheben, wenn der Pfeilerteil im Betrieb bzw. bei der Arbeit in niedrigen Kohlengruben manuell bewegt werden muß.

Die vorstehenden sowie weitere Ziele, Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung seien nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Aufsicht von oben auf ein Pfeilerteil gemäß

der Erfindung;
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— ο —

Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1;

Figur 3 eine Seitenansicht einer Abstützung durch Pfeiler, die in einem Bergwerk unter Verwendung der Pfeilerteile nach den Figuren 1 und 2 ausgebildet worden

sind;

Figur 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform

eines Pfeilerteils gemäß der Erfindung; und 10

Figur 5 eine Kurvendarstellung der vertikalen Versetzung in Abhängigkeit von der vertikalen Kraft für einen simulierten Bergwerkstest für die hangende Schicht mit wulstförmigen bzw. ringplattenförmigen Pfeilerteilen nach der Erfindung.

Es sei nun näher auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, und zwar sei zunächst auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein Pfeilerteil 10 aus Beton 11 dargestellt ist, das 36,287 kg Stahlfasern pro 0,7646 m³ enthält, die unter der Handelsbezeichnung "Fibercon" Stahlfasern vertrieben, wobei dieser Beton außerdem mit aufgeblähtem Schiefer als leichtgewichtigem Zuschlagstoff, der unter der Handelsbezeichnung "Staute" vertrieben wird, hergestellt wurde. Das Pfeilerteil 10 hat vorzugsweise Kreisform und eine relativ zum Durchmesser kleine, im wesentlichen gleichförmige Dicke, und es hat außerdem eine Öffnung 13 in seiner Mitte, so daß auf diese Weise ein Ring oder eine Ringplatte aus Beton 11 ausgebildet ist, wie in den Figuren 1 bis 4 veranschaulicht. Eine typische bzw. bevorzugte Betonmischung enthält für je 0,7646 m³ etwa 213,19 kg Zement (Typ III), etwa 100,24 kg Wasser, etwa 680,39 kg Sand, etwa 36,29 kg Stahlfasern, eine kleine Men- _: ge an Beschleuniger und Luftführungs- bzw. -einbrinungslö-

■| 35 sung, und der Rest ist ein leichtgewichtiger Zuschlagstoff.

Diese Ringform oder Ringplattenform ermöglicht das Aufbauen Pfeilern, die allmählich und nachgiebig zusammenfallen bzw. kollabieren, anstatt daß sie katastrophal zusammenfallen bzw. kollabieren. Ein solcher Pfeiler läßt sich leichter installieren, ist stabiler und hat einen verminderten Widerstand gegenüber Luftströmung im Vergleich mit konventionellen Bergbau- und Tunnelpfeilern Im Gebrauch können die Pfeilerteile an Ort und Stelle gerollt bzw. gewälzt und einer auf dem anderen, wie in Figur 3 gezeigt, vom Boden zur Decke bzw. zur hangenden Schicht aufeinandergestapelt werden, um einen hohlen zylindrischen Pfeiler auszubilden. Wenn der Druck der Decke bzw. der hangenden Schicht auf den Pfeiler so groß ist, daß ein Nachgeben auftritt, kommt es beim Beton nicht zu Brüchigkeitsfehlern bzw. nicht zu dem Fehler, daß er brüchig wird, und es kommt auch zu keinem plötzlichen Zusammenbruch, sondern ein solcher Pfeiler nach der Erfindung ermöglicht ein kontrolliertes Nachgeben durch Absplittern, insbesondere in das Mittelloch. Er gestattet es nicht, daß ein plötzliches Brüchig-, Spröde- und Zerbrechlichwerden auftritt oder daß es zu einem katastrophalen Fehler bzw. Versagen kommt, wie das bei den Betonpfeilern aufgetreten ist, die nach dem Stande der Technik aufgrund entsprechender Bemühungen hergestellt worden sind.

In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, die generell auf der Struktur der Figur 1 basiert, so daß gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen, ergänzt durch einen Strich, versehen sind.

In dieser Ausführungsform ist der Betonring II¹ mit einer ringförmigen Nut 15 auf der Oberseite und einer ringförmigen entsprechenden Zunge 16 auf der Unterseite gegossen. Eine mittige öffnung 13' ist vorgesehen, um die Ringplattenform zu vollenden.

In Figur 5 ist eine Kurve der vertikalen Verlagerung in Abhängigkeit von einer Vertikalkraft für eine Ringplattensäule gemäß der Erfindung dargestellt, die in einer hangenden Schicht bzw. Decke eines Bergwerkssimulators getestet und einer maximalen Belastung von 439982 kg (ca. 440 Tonnen) ausgesetzt worden ist. Die vertikale Verlagerung ist in Einheiten von 2,54 cm aufgetragen, während die vertikale Kraft in Einheiten von 453,59 kg angegeben ist, so daß also der höchste Wert von 1000 einer vertikalen Kraft von etwa 454 Tonnen entspricht.

Es wurde gefunden, daß die Anwendung einer Faserbewehrung in dem Betonkörper ein katastrophales oder brüchiges bzw. unter Bruch erfolgendes Zusammenbrechen des Betons verhindert, während die mittige öffnung sowohl eine Verminderung des Gewichts als auch gekoppelt damit die gewünschte Nachgiebigkeit bei der notwendigen Abstützung ergibt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedanken, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg abwandeln und ausführen.

Al

- Leerseite -

Claims

KRAUS WESSERT & PARTNER UND ZUSELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-1NG. DIPL.-ING. ANNEKÄTE WElSERT · DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES THOMAS-WIMMER-RING 15 · D-8O00 MÜNCHEN 22 · TELEFON 089/227377 TELEGRAMM KRAUSPATENT · TELEX 5-212156 kpat d ■ TELEFAX (O89) 22 79 94 5198 JS/SZ COMMERCIAL SHEARING, INC. Youngstown, USA Pfeilerteil PATENTANSPRÜCHE

1. Pfeilerteil, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verwendung in übereinanderliegenden Schichten als Schachtausbau in einem unterirdischen Hohlraum, wie beispielsweise einem Bergwerk, ein kreisförmiges Betonteil (10,1O¹) von kleiner, im wesentlichen gleichförmiger Dicke relativ zu seinem Durchmesser umfaßt oder ist, so daß dadurch jedes solches Teil (10,10') auf seinem äußeren Umfang in die vorgesehene Position gerollt bzw. gewälzt und unter vollem Oberflächenkontakt zwischen aufeinanderfolgenden Teilen (10,1O¹) frei von Randbelastung zwischen Teilen (10,1O¹) aufeinander geschichtet werden kann, und wodurch das untere Teil (10,10') zur

Nivellierung einer unebenen Basisoberfläche um seine Achse gedreht werden kann, und wobei das Teil (10,10') aus faserbewehrtem Beton (11,11") ausgebildet ist, so daß dadurch Fehler durch Brüchigkeit verhindert werden. 5

2. Pfeilerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das kreisförmige Betonteil (10,10') ein Ring ist, der eine mittige öffnung (13,13') hat.

3. Pfeilerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ken nzeichnet, daß die Faserbewehrung aus Stahlfasern besteht.

4. Pfeilerteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß der Beton (11,1I¹) einen leichtgewichtigen Zuschlagstoff enthält.

5. Pfeilerteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der leichtgewichtige Zuschlagstoff Leichtschiefer, aufgeblähter bzw. geschäumter Schiefer oder poriger Schiefer ist.

6. Pfeilerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß entweder die obere oder die untere Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (15) versehen ist, während die andere dieser beiden Oberflächen mit einer sich damit vereinigenden ringförmigen Rippe (16) bzw. mit einer der ringförmigen Nut (15) entsprechenden ringförmigen Rippe (16) versehen ist.