DE3615244A1 - Vorrichtung zum benetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Benetzen von hydraulisch bindenden Baustoffen im Untertagebergbau, Tunnelbau oder dergleichen mit einem Rohr, das mehrere Düsen aufweist, die über den Umfang des Rohres zueinander versetzt angeordnet sind und zum Zerstäuben von Flüssigkeit im Rohr dienen.

Derartige Vorrichtungen finden bei der Hinterfüll- und Spritztechnik Anwendung. Das gilt vor allem für pneumatisches Einbringen.

Beim pneumatischen Einbringen von Baustoffen sind zwei Verfahrensarten gebräuchlich.

Die erste und verbreiteste Verfahrensart ist das Einbringen im offenen Austrag aus einer Fernversorgung. Es kommen körnige Baustoffe zum Ein­ satz, die frühtragend sind. Die Baustoffe werden durch Rohrleitungen herangeführt, so daß im Vorortbereich als zusätzliche Betriebsmittel nur die Rohrleitung mit Benetzungs- und Austragseinrichtung einzu­ fügen ist. Die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens wird von der Ent­ fernung zwischen dem Einschleuseaggregat und dem Ortsvortrieb ent­ scheidend beeinflußt.

Das eigentliche Einbringen erfolgt z. B. mit einem Einzelschlauch von 100 mm Durchmesser oder mit einem auf einer Arbeitsbühne angeordneten Mengenteiler und zwei Austragschläuchen von 90 mm Durchmesser. In den meisten Fällen werden die Stöße radial und die Firste axial hinter­ füllt. Die Disposition ist einfach. Der Baustoff kann nach Zeit und Menge abgerufen werden.

Die zweite Verfahrensart ist das Hinterfüllen mit einer mobilen Vor­ ortmaschine, die aus Bunker und Rohr- und Trockenspritzmaschine be­ steht. Hierbei erfolgt das Einbringen des Baustoffes mit handgeführtem Schlauch, der zumeist höchstens 65 mm Durchmesser aufweist. Bei manueller Handhabung des Austragschlauches ist die Leistung des Ein­ bringens begrenzt.

Ein geringer Teil des notwendigerweise zuzugebenden Wassers kann vor Aufgabe in die Spritzmaschine beigemengt werden. Das restliche Anmach­ wasser, zumeist das gesamte Anmachwasser wird am Austrag der Spritz­ düse in dem Maß zugegeben, daß z. B. ein Wasserfeststoffwert von 0,2 bis 0,3 entsteht.

Die Spritztechnik umfaßt das Konsolidieren soeben freigelegter Ge­ birgsflächen, das Sanieren von Streckenausbau durch nachträgliches Auftragen, das Konsolidieren von Hangendausbrüchen im Streb, von Bruchhaufwerk in der geneigten Lagerung und anderem mehr.

Die Spritztechnik kann in Kombinationen mit der Ankertechnik als soge­ nannter Ankerspritzbeton vorkommen. Weitere Anwendungsmöglichkeit hat die Spritztechnik durch die Entwicklung sofort tragender Baustoffe bekommen, die nach einer Stunde Abbindedauer eine Druckfestigkeit von wenigstens 5 N/mm² erreichen und in etwa 3 bis 6 cm Dicke aufge­ tragen werden. Die Durchörterung großer Störungen kann mit Hilfe dieser Baustoffe schnell und kostengünstig erfolgen. An anderen Stellen kann die Auffahrkonvergenz damit vermindert werden.

Besonders bedeutungsvoll ist die Anwendung der Spritztechnik im Streckenvortrieb unmittelbar nach dem Schießen, um in besonderen Problemstrecken eine wirkungsvolle Sicherung gegen Steinfall aus der Firste und aus den Stößen zu erreichen. Auch als Ortsbrustsicherung, Schutz vor Feuchte, Verwitterung und Korrosion hat sich die Spritz­ technik bewährt.

Schließlich finden die Düsen auch Anwendung in der Dammbautechnik, bei Streckenbegleitdämmen.

In jedem Fall ist von höchster Wichtigkeit, daß eine für die ge­ wünschten Wasserfeststoffwerte ausreichende Benetzung erreicht wird. Diese Benetzung ist maßgebend für die Qualität des abgebundenen Bau­ stoffes. Ein weiteres Ziel solcher Vorrichtungen ist die Vermeidung gefährlicher Staubentwicklungen. Der Staubentwicklung wird eine be­ sonders hohe Bedeutung beigemessen.

Die Trockenförderung von Baustoff führt am Ende der Förderleitung zwangsläufig zu erheblichen Belastungen mit den Baustoffstäuben, wenn keine ausreichenden Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Gefährlich sind vor allem die lungengängigen Anteile dieser Stäube, also deren feinste Bestandteile, die u. a. durch den unvermeidlichen Abrieb der Bau­ stoffpartikel entstehen. Bei der Staubniederschlagung kommt es darauf an, zunächst um den aus dem Rohr austretenden Förderstrom herum einen Wassermantel zu bilden, der eine Verwirbelung des Staubes nach außen verhindert. Ferner kommt es darauf an, die mitgerissenen Staubpartikel an der Auftreffstelle niederzuschlagen. Entscheidend für das Nieder­ schlagen der Staubpartikel ist, daß sich an die Staubpartikel Wasser­ tröpfchen anlagern.

Eine bekannte Vorrichtung (Glückauf 1971, Seite 52 bis 55) hat für die Zumischung von Wasser in der Rohrwand ringförmig angeordnete Düsen, wobei der Ring mit der Rohrwand eine einstellbare Ringspalte bildet. Das Wasser wird durch die Ringspalte in das Rohr gedrückt. Da die Ring­ spalte von den Schrägflächen an den Ring und an der Rohrinnenwandung gebildet werden, gelangt das Wasser in Form eines Doppelkegels in das Rohr. Damit läßt sich keine optimale Zumischung erreichen, weil die Flüssigkeit vorwiegend an der Rohrinnenwand entlangläuft. Außerdem können sich die Ringspalte leicht zusetzen, wobei dieser Fehler von außen kaum feststellbar ist.

Eine Vorrichtung zum Berieseln von Versatzgut mit Wasser ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 17 26 829 bekannt. Das Versatzmaterial soll dabei gleichmäßig und vollständig mit der vorgesehenen Flüssigkeits­ menge benetzt werden. Dazu dienen in Stutzen angeordnete Düsen, die hintereinander und über den Umfang des Rohres angeordnet sind, über die das Wasser schräg zur Blasrichtung, d. h. entgegen dieser oder in Richtung dieser eingespritzt wird. Ein Verstopfen der Bohrungen soll aufgrund des hohen Wasserdruckes in der Regel nicht eintreten. Um dennoch auftretende Verstopfungen zu vermeiden, ist vorgesehen, die Stutzen im unteren Rohrteil derartig geneigt anzuordnen, daß das Wasser in Blasrichtung eintritt.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 73 466 ist eine Vorrichtung be­ kannt, mit deren Hilfe ebenfalls Versatzgut durch Einspritzen von Wasser befeuchtet wird. Das Wasser wird dabei über ringförmige Hohl­ körper, die an ihrem inneren Umfang Ringe, Bohrungen, Schlitze oder dergleichen aufweisen, zugesetzt. Diese Vorrichtung sieht keine Ver­ wendung von Düsen vor.

Aus der deutschen Patentschrift 24 04 644 ist darüber hinaus eine Vorrichtung bekannt, bei der die Düsen als Flachstrahldüsen ausgebildet sind, deren gegenseitiger Abstand etwa dem halben Rohrdurchmesser ent­ spricht, wobei sie über den Umfang des Rohres um einem Winkel versetzt sind, der ihrem Strahlwinkel entspricht, wobei jede Flachstrahldüse in der ihr zugeordneten Muffe mit einem Düsenhalter versehen ist, mit dessen Hilfe ihre Strahlebene von außen einrichtbar ist. Mit dieser Vorrichtung soll eine gleichmäßige und vollständige Benetzung der Baustoffe erreicht werden, wobei tote Zonen im Rohr vermieden werden sollen, um damit Voraussetzungen für einen ununterbrochenen Blasbe­ trieb zu schaffen und auch eine ausreichende Qualität des Blasver­ satzes zu gewährleisten.

Nachteilig an den bekannten Düsen ist vor allem der Aufwand zum Reinigen der Düsen, Ringe, Bohrungen und Schlitze.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen wartungsfreundlicher zu gestalten. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß im Gehäuse der Vorrichtung ein Einsatz lösbar angeordnet ist, in dem sich die Düsen befinden. Dieser Einsatz läßt sich leicht demontieren und z. B. gegen einen anderen auswechseln, so daß die Reinigung nicht vor Ort erfolgen muß bzw. sich auf eine Grobreinigung beschränken kann.

Bei zylindrischem Gehäuse der Vorrichtung führt das Einschieben eines Einsatzes zu einer Querschnittsverminderung. Überraschenderweise zeigt das eine Verbesserung der Benetzung. Das wird darauf zurückgeführt, daß die Querschnittsverminderung eine Düsenwirkung entfaltet. Infolge­ dessen nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Partikel im Bereich des Einsatzes sehr stark zu. Das führt zu einer Vereinzelung der Partikel. In der Vereinzelung lassen sich die Partikel sehr viel besser mit Wasser beaufschlagen als in sonst anfallender Masse. Dann ist es naturgemäß schwierig, den Partikelstrom mit dem Wasser zu durch­ dringen, um auch innenliegende Partikel zu netzen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung werden alle Düsen des Einsatzes über einen Ringspalt gemeinsam mit Wasser beaufschlagt. Der Ringspalt wird entweder durch eine Ausnehmung im Gehäuse oder eine Ausnehmung in dem Einsatz gebildet.

Der Ringspalt erlaubt die Zuführung von Wasser mit einer einzigen Zu­ leitung, da sich das Wasser im Ringspalt verteilt und dort allen Düsen zugeführt wird.

Die Düsen sind, wie an sich bekannt, einschraubbar. Nach der Erfindung erfolgt die Verschraubung jedoch von der Außenseite nach innen. Die bekannten Vorrichtungen sehen eine Verschraubung von innen nach außen vor. Dadurch vereinfacht sich die Handhabung, indem insbesondere das Herausschrauben nicht durch Baustoffreste behindert wird.

Zur Abdichtung ist der Einsatz beiderseits des Ringspaltes vorzugs­ weise mit einem Dichtring versehen. Wahlweise können sich die Dicht­ ringe auch an entsprechenden Stellen im Gehäuse befinden.

Der Einsatz wird im Gehäuse nach der Erfindung wahlweise dadurch positioniert, daß er mit einem Ende am Gehäuseabsatz anliegt. Am anderen Ende wird der Einsatz vorzugsweise durch eine Rohrmuffe ge­ halten.

Schließlich finden als Düsen Vollkegeldüsen Verwendung, und zwar mit umgekehrter Durchflußrichtung. Das heißt, der Düsenkegel erweitert sich nicht von der Düse weg in Strömungsrichtung des Wassers, sondern in umgekehrter Richtung. Zusätzlich ist nach der Erfindung ein Drall­ körper in der Düse vorgesehen. Der Drallkörper wird in der Düse durch eine Preßpassung oder in anderer Weise montiert und besteht beispiels­ weise aus einer Scheibe, die am Umfang mit schrägverlaufenden Schlitzen versehen ist, so daß das eintretende Wasser aus der Strömungsrichtung in eine Umlaufbahn gebracht wird. Dieser Drall setzt sich fort über den Austritt des Wassers aus der Düse hinaus und bewirkt eine vorteil­ hafte Verwirbelung des Wassers im Rohr.

Diese Düsen sind unabhängig von der erfindungsgemäßen Verwendung eines Einsatzes von Vorteil.

Die Einsätze selbst können für Vorrichtungen in der Spritztechnik als Vorrichtungen mit einer Benetzungsstelle verwendet werden. In diesem Fall liegen die Düsen vorzugsweise auf einem Kreisring.

Der erfindungsgemäße Einsatz ist auch für Vorrichtungen mit zwei hinter­ einander angeordneten Benetzungsstellen von Vorteil. Dergleichen Vor­ richtungen werden z. B. für das Errichten von Strecken und Gleitdämmen verwendet. Dann sitzen die Düsen eines jeden Einsatzes zugleich in Längsrichtung der Vorrichtung in einem Abstand voneinander.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Benetzungsdüse in einer schematischen Darstellung. Darin ist mit 1 das Gehäuse der Vorrichtung gezeichnet. Das Gehäuse 1 setzt sich in der Zeichnung nach links in einem Austrag­ rohr 6 fort und besitzt in der Zeichnung rechts einen Stutzen 14 als Anschlußstück für eine pneumatische Förderleitung, vorzugsweise eine Schlauchleitung. Im Stutzen 14 sind Feststellschrauben 10 zur Be­ festigung der Schlauchleitung vorgesehen. Zwischen dem Stutzen 14 und dem Austragrohr 6 ist im Gehäuse 1 ein Kunststoffeinsatz 2 vorge­ sehen. Der Kunststoffeinsatz 2 hat eine Ringform und wird von dem Austragrohr 6 gegen einen Absatz des Gehäuses 1 gedrückt. Dabei be­ findet sich zwischen dem Kunststoffeinsatz 2 und dem Austragrohr 6 ein Dichtring 12. Zur Montage ist das Austragrohr 6 im Gehäuse 1 verschraubbar.

Der Einsatz 2 ist überdies mit umlaufenden Nuten versehen, an denen sich als O-Ringe ausgebildete Dichtringe 11 befinden. Die Dichtringe 11 schließen zwischen sich vier am Umfang gleichmäßig verteilt auf einen Kreisring angeordnete Düsen 9 ein. Die Düsen 9 sind in den Dichtring eingeschraubt. Im Bereich der Düsen 9 besitzt das Gehäuse eine um­ laufende Nut 15, die einen Ringspalt bildet, der über eine Wasserzu­ leitung 4 mit Wasser beaufschlagbar ist. Der Wasserzufluß ist mit einem nicht dargestellten Schieber steuerbar.

Das Austragrohr 6 hat für Konsolidierungsmaßnahmen eine Länge zwischen 0,4 und 1 m. Für Hinterfüllmaßnahmen ist ein 3 bis 4 m hoher Schlauch­ anschluß vorgesehen. Der Innendurchmesser der Düse beträgt im Aus­ führungsbeispiel 52 mm und ist für ein 125er Rohr bestimmt. Dement­ sprechend ist die Durchmesserverringerung und die Düsenwirkung des Einsatzes. Diese Düsenwirkung kann vorteilhaft durch eine Ab­ schrägung des Einsatzes in Durchflußrichtung vorn und/oder hinten beeinflußt werden. Die Abschrägung beträgt zwischen 20 und 40°, vor­ zugsweise 30°. Der Innendurchmesser des Einsatzes 2 kann für das 125er Rohr 10 mm nach oben oder unten abweichen. Desgleichen kann die An­ zahl der Düsen um 1 variieren.

Bei einem 150er Rohr sind die Einsätze mit 6 oder 8 Düsen vorgesehen. Die Düsen besitzen gleiche Durchmesser wie bei den Einsätzen für 125er Rohre. Desgleichen sind gleiche Toleranzen für den Innendurchmesser des Einsatzes und für die Anzahl der Düsen vorgesehen.

Für 100er Rohre sind Einsätze mit 38 mm Innendurchmesser und vier Düsen vorgesehen. Es finden wiederum gleiche Düsen Verwendung. Ferner gelten gleiche Toleranzen.

Wahlweise sind auch Einsätze für kleine Düsen mit 38 mm Innendurch­ messer der Einsätze 2 mit acht Düsen vorgesehen. Das gilt für die Verwendung für Trockenmörtel. In einem solchen Fall sind die Düsen auf zwei Kreisringen angeordnet. Auf jedem Kreisring liegen zwei Düsen. Beide Kreisringe haben einen möglichst geringen Abstand von­ einander. Das wird dadurch erreicht, daß die Düsen des einen Kreis­ ringes um 45° am Umfang versetzt zu den Düsen am anderen Kreisring angeordnet sind. Solch ein Einsatz 20 ist in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt einen Einsatz 30 für eine Vorrichtung mit zwei hinter­ einander angeordneten Benetzungsstellen. Bei der zweiten Benetzungs­ stelle findet wieder der gleiche Einsatz 30 Verwendung. Der Einsatz besitzt vier jeweils gleichmäßig am Umfang verteilte Düsen. Diese Düsen haben zugleich in Längsrichtung einen Abstand voneinander, so daß sie auf einer spiralförmig verlaufenden Bahn liegen. Der Ab­ stand zwischen der ersten und letzten Düse beträgt mindestens 150 mm und maximal 250 mm.

Der Innendurchmesser des Einsatzes 30 beträgt 100 mm und ist für eine 125er Rohrleitung bestimmt. Vorzugsweise sind wieder die gleichen Düsen eingesetzt und gelten die gleichen Toleranzen für Innendurch­ messer des Einsatzes und Anzahl der Düsen.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 findet vorzugsweise Anwendung für das Spritzen auf Böschung, z. B. Errichten von Streckenbegleitdämmen.

Nach Fig. 4 besitzen die erfindungsgemäßen Düsen 9 einen in dem jeweiligen Einsatz einschraubbaren Stutzen 40 und einen Sechskant­ kopf 41, ferner einen Einsatz 42. Der Einsatz 42 sitzt in einer zylindrischen Ausdrehung der Düse 9, die austrittseitig in einen 90° Kegel 43 mündet. Der Durchmesser des Einsatzes 42 liegt zwischen 6 und 8 mm. Der Einsatz 42 besitzt am Umfang 3 gleichmäßig ver­ teilte Schlitze mit 0,4 bis 0,8 mm Öffnungsweite - im Ausführungs­ beispiel 0,6 mm Öffnungsweite, die unter einem Winkel von 30 bis 80° zur Mittelachse der Düse verlaufen. Im Ausführungsbeispiel ist die Neigung 45°. Die Schlitze besitzen eine Tiefe von 1,5 bis 4 mm - im Ausführungsbeispiel 3 mm - und verlaufen in der Drauf­ sicht so, daß sie von der Mittelachse der Düse einen Abstand von 2 bis 3 mm aufweist.

Der Kegel 43 beträgt zwischen 80 und 110°, im Ausführungsbeispiel 90°. Das heißt im Ausführungsbeispiel hat der Mantel des Kegels 43 eine Neigung von 45° zur Mittelachse.

Die Gesamtbauhöhe der Düse beträgt 12 mm, mindestens immer 8 mm und maximal immer 16 mm. Die Düse hat eine Bohrung von 10 mm Tiefe, in der sie den Einsatz 42 aufnimmt.

Die Austrittsöffnung der Düse ist 2 bis 4 mm im Durchmesser, im Aus­ führungsbeispiel 3 mm.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Benetzen von hydraulisch bindenden Baustoffen für den Untertagebergbau, Tunnelbau oder dergleichen, mit einem Rohr, das mehrere Düsen aufweist, die über den Umfang des Rohres zuein­ ander versetzt angeordnet sind und zum Zerstäuben von Flüssigkeit im Rohr dienen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einsatz (2, 20, 30) lösbar im Gehäuse (1) angeordnet ist, in dem sich die Düsen (9) befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2, 20, 30) außen mit der Benetzungsflüssigkeit über einen Ringspalt beaufschlagbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einschraubbare Düsen, die von außen lösbar und montiert sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2, 20, 30) beiderseits des Ringspaltes Dichtungsringe (11) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2) zwischen einem Gehäuseabsatz und einer Rohrmuffe gehalten ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (2, 20, 30) einen geringeren Durchmesser als der zuführende Gehäuse­ teil und/oder die Zuführungsleitung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine Vollkegeldüse mit umgekehrter Durchfluß­ richtung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Düse ein Drallkörper (42) eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drallkörper durch einen in einer Bohrung sitzenden zylinderischen Einsatz (42) gebildet wird, der am Umfang geschlitzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schlitze eine Neigung von 30 bis 80° und/oder eine Öffnungsweite von 0,4 bis 0,8 mm und/oder eine Tiefe von 1,5 bis 4 mm besitzen.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bauhöhe des Einsatzes 8 bis 16 mm beträgt und/oder der Düsenkegel 80 bis 110° auf­ weist und/oder die Düsenaustrittsöffnung 2 bis 4 mm Durchmesser auf­ weist.