DE3536359C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein ringförmiges Pfeilerteil aus faser­ bewehrtem Beton zum Herstellen von untertätigen Pfeilern durch Aufeinanderschichten der Pfeilerteile, wobei das Pfeilerteil als massiver ringförmiger Körper von im wesentlichen gleichförmiger Höhe ausgebildet ist und dessen Höhe kleiner als der Durchmesser ist.

Ein sehr großes Problem bei der Verwendung von Pfeilern in Bergwerken bestand bisher darin, eine gleichförmige Lastab­ stützung mit dem Pfeiler zu erreichen, die frei von Kanten­ belastung und/oder Punktbelastung ist. Diese Kantenbelastungen und/oder Punktbelastungen oder, allgemeiner gesagt, diese ungleichförmigen Belastungen bildeten bei den Pfeilern nach dem Stande der Technik eine ernsthafte Schwierigkeit und haben zu katastrophalen Ausfällen, Brüchen, Zerstörungen und Zusammenbrüchen von Pfeilern in Bergwerken geführt.

So ist aus der GB-PS 13 48 675 ein ringförmiger Pfeilerteil der obengenannten gattungsgemäßen Art bekannt, dessen Ring­ stärke sehr gering ist, d. h. bei dem die Querschnittsfläche des Rings klein im Verhältnis zu der durch den Außenumfang des Rings umschlossenen Fläche ist, so daß nur relativ kleine Auflageflächen vorhanden sind, was an sich schon eine entsprechend hohe Punkt- und Kantenbelastungen sowie Brüchig­ keit zur Folge hat, die jedoch dadurch noch wesentlich ungünstiger werden, daß die Ringflächen mindestens auf der einen Ringseite durch sogenannte Kronierungen einen vertikal- mäanderförmigen Verlauf haben, so daß sich eine Unter­ teilung in höher- und tieferliegende horizontale Ringflächen ergibt, von denen nicht notwendigerweise beide als Auflage­ flächen verwendet werden, wobei die Brüchigkeit durch die zur Bewehrung verwendeten Natur- oder Kunststoffasern ins­ gesamt unbefriedigend vermindert wird.

Es hat sich bei den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, gezeigt, daß es aufgrund der obigen Gestaltung zu katastrophalen Zusammenbrüchen der Pfeiler kommen kann.

Außerdem ist bei den ringförmigen Pfeilerteilen nach der GB-PS 13 48 675 das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser relativ groß, wodurch nicht nur die Handhabbarkeit beim Einbau, insbesondere in Verbindung mit den Kronierungen, verhältnis­ mäßig ungünstig ist, sondern die zu bildenden Pfeiler nur sehr beschränkt an die jeweilige Höhe des abzustützenden untertägigen Hohlraums anpaßbar sind.

Weiter ist aus GB-PS 15 91 388 ein ringförmiges Pfeilerteil bekannt, das aus einem ringförmigen äußeren Gehäuse besteht, welches im Inneren durch Zwischenwände in mehrere Abteilungen unterteilt ist, die mit kompaktiertem teilchenförmigem Material gefüllt sind. Das in mehrere Abteilungen unter­ teilte Gehäuse kann aus jedem geeigneten Material bestehen, und zwar insbesondere aus Kunststoffmaterial, einem gewebten oder geflochtenen Material oder eine Metallegierung oder Metall. Vorzugsweise besteht es aus Metallblech, wie Weich­ stahl. Infolgedessen kann es verhältnismäßig leicht dazu kommen, daß solche Gehäuse deformiert, gestreckt, in ihrer Gestalt verzerrt oder in sonstiger Weise nichtreversiblen Formänderungen unterworfen werden, was bei den im Untertage­ bau auftretenden Kräften mit verhältnismäßig hoher Wahrschein­ lichkeit geschieht, was zur Folge hat, daß dann ein solches Pfeilerteil nicht mehr zum Ausbilden eines Pfeilers geeignet ist. Das bedeutet, daß das in der GB-PS 15 91 388 vorge­ schlagene ringförmige Pfeilerteil unter den Bedingungen des Untertagebaus, für die es vorgesehen ist, nicht formstabil, sondern infolge des relativ "weichen" Gehäuses unter den gegebenen Belastungsbedingungen formmäßig deformierbar und infolge­ dessen nur als mehr oder weniger bald "wegwerfbares" Pfeiler­ teil verwendbar ist, da eine sinnvolle Stapelung solcher deformierter Pfeilerteile zu Pfeilern nicht mehr möglich ist.

Schließlich ist es aus der Zeitschrift TIS 1/1981, Seiten 34 bis 37, allgemein bekannt, stahlfaserverstärkten Beton auf den verschiedensten Gebieten, insbesondere im Tunnelbau und für Stahlbetontragwerke, zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pfeilerteil der gattungsgemäßen Art anzugeben, der eine leichte Anpaß­ barkeit des Pfeilers an die Höhe des abzustützenden unter­ tägigen Hohlraums zuläßt, bei dem keine punktförmigen Belastungen auftreten können, der ein kontrolliertes Nachgeben gestattet und der beim Einbau gut handhabbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Pfeilerteil als Ringplatte ausgebildet ist, deren Faser­ bewehrung aus Stahlfasern besteht, deren Höhe wesentlich kleiner als deren Durchmesser ist und deren Auflageflächen durchgehend und im wesentlichen eben ausgebildet sind.

Auf diese Weise wird ein Pfeilerteil zur Verfügung gestellt, das eine sehr große, breite, ausgedehnte lasttragende obere und untere Oberfläche hat, die punktförmige Belastungen und Kantenbelastungen praktisch ausschließt und ein kontrolliertes Nachgeben gestattet, wobei das Mittelloch abbröckelnde Teilchen aufnehmen kann, ohne zu groß zu sein.

Die Abstützung mittels Pfeilern aus Pfeilerteilen nach der Erfindung hält die hangenden Schichten und die Decken fest, straff und gespannt, weil sie einen frühen Belastungswider­ stand ergibt. Es wurde bei Tests hinsichtlich maximaler Be­ lastungen, die in den Anlagen der Abteilung für Bergbau der Vereinigten Staaten von Amerika für typischen Schachtausbau durch Pfeiler durchgeführt wurden, eine maximale Belastbarkeit von 439,98 Tonnen ermittelt.

Die Abmessungen des Pfeilerteils nach der Erfindung, dessen Höhe wesentlich kleiner als dessen Durchmesser ist (zum Beispiel beträgt das Verhältnis von Höhe H zu Durchmesser D in dem Ausführungsbeispiel gemäß der weiter unten wieder­ gegebenen Tabelle H : D = 1 : 7,33 bei einer Höhe von 7,62 cm und einem Durchmesser von 55,88 cm), ermöglichen eine leichte Anpaßbarkeit des Pfeilers an die Höhe des abzustützenden untertägigen Hohlraums.

Die Pfeilerteile nach der Erfindung sind keinen Brüchigkeits­ fehlers unterworfen und haben keine Brüchigkeitsfehler. Die Stahlfasern im Beton sind gleichförmig verteilt und ergeben eine Bewehrungswirkung.

Die Anwendung einer Stahlfaserbewehrung verhindert ein kata­ strophales oder brüchiges, d. h. unter Bruch erfolgendes Zu­ sammenbrechen des Betons des Pfeilerteils, während die mittige Öffnung sowohl eine Verminderung des Gewichts als auch gekoppelt damit die gewünschte Nachgiebigkeit bei der not­ wendigen Abstützung ergibt. Bei dem Pfeilerteil kommt es nicht zu einem plötzlichen Brüchig-, Spröde- und Zerbrechlich­ werden oder dazu, daß ein katastrophaler Fehler oder ein katastrophales Versagen auftritt, wie das bei Betonpfeilern nach dem Stande der Technik geschehen ist. Wenn der Druck der Decke oder der hangenden Schicht auf den Pfeiler so groß ist, daß ein Nachgeben auftritt, kommt es daher zu keinem plötzlichen Zusammenbrechen, sondern ein solcher Pfeiler aus Pfeilerteilen nach der Erfindung ermöglicht ein kontrolliertes Nachgeben durch Absplittern, insbesondere ins Mittelloch.

Die Ringplattenform des erfindungsgemäßen Pfeilerteils ergibt ein leichtes Gewicht und eine leichte Handhabbarkeit bei der Installation des Pfeilerteils. Betrachtet man die Bergwerksumgebung und die Verhältnisse innerhalb des Berg­ werks 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 und/oder Festigkeit niederzusetzen. Wenn die Blöcke nicht parallel abgesetzt werden oder wenn sich das Basismaterial ungleichmäßig setzt, sind die Pfeiler­ komponenten vom Blocktyp einer anfälligen, ungleichmäßigen Punktbelastung ausgesetzt. Das wird durch die vorliegende Erfindung ausgeschaltet. Auch können die Pfeilerteile nach der Erfindung auf ihrem Rand gerollt werden. Das vermindert ein Hinterbrechen und ein Brechen durch Anheben, wenn das Pfeilerteil im Betrieb und bei der Arbeit in niedrigen Kohlen­ gruben manuell bewegt werden muß.

Das Pfeilerteil nach der Erfindung erfordert für den jeweiligen Pfeiler nur eine einfache Basisherstellung und -zurichtung, durch die die Benutzung der verfügbaren Auf­ lage- und Abstützungsfläche sichergestellt wird. Jede Schicht des Pfeilers besteht aus einem Pfeilerteil. Daher ist eine Fehlfluchtung zwischen Schichten unmöglich. Eine Basisher­ stellung bzw. -zurichtung ist einfach. Man sieht nach einem Niveaupunkt, dreht das als Ringplatte geformte erfindungs­ gemäße Pfeilerteil einige Male, bis es fest an Ort und Stelle ist.

Die Pfeiler, die aus Pfeilerteilen gemäß der Erfindung auf­ gebaut sind, sind wirtschaftlich und vermindern den Betrag an Materialhandhabung im Vergleich mit anderer Pfeilerabstützung durch Betonblöcke. Ein Vergleich für einen 1,8288 m hohen Pfeiler, der unter Benutzung der Ringplattenform gemäß der Erfindung hergestellt worden war, sei in der nachfolgenden Tabelle gegeben:

Bei der Verwendung von Pfeilern, die aus ringplattenförmigen Pfeilerteilen nach der Erfindung hergestellt sind, ergibt sich eine Verminderung des zu bewegenden Gewichts um 44% im Vergleich mit Pfeilern, die aus dem obigen Pfeiler­ block nach dem Stande der Technik aufgebaut sind.

Die Abstützung durch Pfeilerteile gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus stahlfaserbewehrtem Beton mit enger Qualitäts­ kontrolle hergestellt. Die Gleichförmigkeit der Qualität ist groß. Der Beton sollte etwa 22,68 kg bis 45,36 kg Stahlfasern pro 0,7646 m³ oder deren Äquivalent enthalten. Der Beton wird vorzugsweise hergestellt, indem man einen leichtgewichtigen Zuschlagstoff hoher Festigkeit verwendet, wie beispielsweise porigen Schiefer. Die ringplattenförmigen Pfeilerteile werden vorzugsweise mit planarer, ebener Auf­ einanderpaß- und Verbindungsfläche auf der Ober- und Unter­ seite gegossen, jedoch kann gewünschtenfalls auch eine ring­ förmige Rippe auf einer Oberfläche und eine ringförmige Nut, die zu der Rippe komplementär ist, auf der entgegengesetzten Oberfläche vorgesehen sein.

Der Pfeiler, der aus Pfeilerteilen nach der Erfindung her­ gestellt 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 recht­ eckiger Querschnitt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht von oben auf ein Pfeilerteil gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Abstützung durch Pfeiler, die in einem Bergwerk unter Verwendung der Pfeilerteile nach den Fig. 1 und 2 ausgebildet worden sind;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Pfeilerteils gemäß der Erfindung; und

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

Es sei nun näher auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, und zwar sei zunächst auf die Fig. 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, wobei dieser Beton außerdem mit porigem Schiefer als leichtgewichtigem Zuschlagstoff hergestellt wurde. Das Pfeilerteil 10 hat 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 eine Ring­ platte aus Beton 11 ausgebildet ist, wie in den Fig. 1 bis 4 veranschaulicht. Eine typische bevorzugte Betonmischung enthält für je 0,7646 m³ etwa 213,19 kg Zement, etwa 100,24 kg Wasser, etwa 680,39 kg, etwa 36,29 kg Stahlfasern, eine kleine Menge an Beschleuniger und Porenbildner, und der Rest ist ein leichtgewichtiger Zuschlagstoff.

Die Ringplattenform ermöglicht das Aufbauen von Pfeilern, die allmählich nachgeben. Im Gebrauch können die Pfeilerteile an Ort und Stelle gerollt bzw. gewälzt und einer auf dem anderen, wie in Fig. 3 gezeigt, vom Boden zur Decke oder zur hangenden Schicht aufeinandergestapelt werden, um einen hohlen zylindrischen Pfeiler auszubilden.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung ver­ anschaulicht, die generell auf der Struktur der Fig. 1 basiert. In dieser Ausführungsform ist das ringplattenförmige Pfeilerteil 10′ aus Beton 11′ mit einer ringförmigen Nut 15 auf der Oberseite und einer entsprechenden ringförmigen Rippe 16 auf der Unterseite gegossen. Die mittige Öffnung des Pfeilerteils 10′ ist mit 13′ bezeichnet.

In Fig. 5 ist eine Kurve der vertikalen Verlagerung in Ab­ hängigkeit von einer Vertikalkraft für einen Pfeiler aus den ringplattenförmigen Pfeilerteilen dargestellt, die in einer hangenden Schicht oder Decke eines Bergwerkssimulators ge­ testet und einer maximalen Belastung von 439 982 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.

Claims (5)

1. Ringförmiges Pfeilerteil aus faserbewehrtem Beton zum Herstellen von untertägigen Pfeilern durch Aufeinander­ schichten der Pfeilerteile, wobei das Pfeilerteil als massiver ringförmiger Körper von im wesentlichen gleichförmiger Höhe ausgebildet ist und dessen Höhe kleiner als der Durch­ messer ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pfeilerteil (10, 10′) als Ringplatte ausgebildet ist, deren Faserbewehrung aus Stahlfasern besteht, deren Höhe wesentlich kleiner als deren Durchmesser ist und deren Auflageflächen durchgehend und im wesentlichen eben ausgebildet sind.

2. Pfeilerteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beton (11, 11′) einen leicht­ gewichtigen Zuschlagstoff enthält.

3. Pfeilerteil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der leichtgewichtige Zuschlagstoff poriger Schiefer ist.

4. Pfeilerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die obere oder die untere Oberfläche mit einer ringförmigen Nut (15) ver­ sehen ist, während die andere dieser beiden Oberflächen mit einer ringförmigen Nut (15) entsprechenden ring­ förmigen Rippe (16) versehen ist.

5. Pfeilerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Beton (11, 11′) 22,68 bis 45,36 kg Stahlfasern pro 0,7646 m³ enthält.