DE3916475A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schachtes, insbesondere fuer den bergbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schachtes, insbesondere für den Bergbau, bei dem mittels einer Abfangvorrichtung zunächst ein mit einem Injektionsgestänge versehener Fundament-Fußschuß auf einem Fundament im standfesten Gebirge abgesenkt, sodann auf ihn, aus Ausbauringen mit einem dazwischen befindlichen Füllmaterial zusammensetzbarer Schachtausbau aufgesetzt und hiernach der zwischen dem Schachtausbau und dem Gebirge befindliche Raum über das zu ziehende Injektionsgestänge mit einem Füllmaterial hinterfüllt wird.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist aus der DE-AS 30 14 027 bekannt. Darin wird der Fundament-Fußschuß mit einem bis zum Bohrlochmund reichenden Injektionsgestänge versehen, welches zugleich als Führungs- und Richtgestänge dient. Auf dieses Injektionsgestänge, welches aus einzelnen, zusammengeschraubten Rohren besteht, werden sodann die einzelnen, an ihrem Außenumfang mit entsprechenden Führungsschellen versehenen Ausbauringe aufgefädelt und mittels einer am Bohrgestänge hängenden Aufspreizvorrichtung Stück für Stück abgesenkt. Dabei sind die einzelnen Ausbauringe an ihrer einen Stirnfläche mit einer Nut und an ihrer anderen Stirnfläche mit einer Feder versehen, von denen jeweils die Feder eines abgesenkten Ausbauringes in die Nut eines darauf zu setzenden Ausbauringes eingreift. In die Nut-Federverbindungen werden zwischen den Ausbauringen dichtende Fugenbänder oder Fugenmassen als Füllmaterial eingebracht. Dieser Schachtausbau ist unter anderem mit dem Nachteil behaftet, daß ein jeder Ausbauring in langwieriger Arbeit mitttels des Bohrgestänges abgesenkt werden muß, was pro Ring bei beispielsweise 1000 m Teufe mehrere Tage in Anspruch nehmen kann. Bei einer Verkantung eines Ausbauringes besteht die Gefahr eines Abknickens des Injektionsgestänges, welches sodann für die Betoninjektion der Hinterfüllung ausfällt und/oder das Aufsetzen nachfolgender Ausbauringe erschwert. Und schließlich soll mit diesem Verfahren ein wasserdichter Ausbau erstellt werden, wodurch die Ausbauringe zur Aufnahme dieses Wasserdruckes und darüber hinaus auch zur Aufnahme von Querkräften infolge von Abbau-Einwirkungen erheblich armiert werden müssen. Insgesamt handelt es sich bei einem derartigen wasserdichten Schachtausbau um ein sehr starres Gebilde, welches unter Abbau-Einwirkungen zu Zerstörungen neigt. Dabei gilt die Faustregel, daß ein Schachtausbau unter Abbau-Einwirkungen einen Krümmungsradius von 3000 m zerstörungsfrei aushalten muß. Dieser Forderung können jedoch die meisten Ausbauschächte aufgrund ihrer starren, wasserdichten Konzeption nicht nachkommen.

Aus der DE-PS 31 24 622 ist ein Verfahren anderer Art bekannt, bei dem die einzelnen Ausbauringe mit zu ihrer Längsachse parallel verlaufenden Kanälen zur Durchführung von Stahlseilen versehen sind, an denen die einzelnen Ausbauringe mittels einer speziellen Abfangvorrichtung gleichfalls Stück für Stück herabgelassen werden. Diese Abfangvorrichtung besteht aus einer komplizierten Vorrichtung, mittels derer mehrere gegen die in der Innenwandung eines Ausbauringes angeordneten Ausnehmungen radial bewegbare Tragarme vor dem Herablassen hineingepreßt und nach dem Aufsetzen des einzubauenden Ausbauringes mittels einer den Kontakt der Tragarme mit letzteren lösenden Einfahrvorrichtung in ihre Ausgangsstellung zurückgezogen werden. Die Handhabung dieser Abfangvorrichtung erfolgt über ein Seil sowie die von den Ausbauringen auf die Abfangvorrichtung ausgeübten Schwerkräfte einerseits und die Schwerkraft der Abfangvorrichtung andererseits. Die Stirnseiten der einzelnen Ausbauringe sind bei diesem Verfahren mit einer keilförmigen Feder und einer keilförmigen Nut versehen, die gleichfalls zur Erstellung eines wasserdichten Ausbaus formschlüssig ineinandergreifen. Diese Abfangvorrichtung weist neben ihrem komplizierten und damit störungsanfälligen Mechanismus den Nachteil auf, daß stets nur ein Ausbauring hinabgefördert werden kann, was bei einer Teufe von 1000 m gleichfalls mit einem erheblichen Zeitaufwand behaftet ist.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im standfesten Gebirge einen nicht wasserdichten Ausbau möglichst rasch und störungsfrei einzubringen, der Stauchungen und Streckungen, insbesondere solchen unter Abbau-Einwirkungen, ohne wesentliche Beschädigungen standhält.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein aus mehreren Ausbauringen am Bohrlochmund zusammengesetzter, nicht wasserdichter, jeweils mit einem eigenen Fußschuß versehener Ausbaustrang im Bohrloch auf einem vorausgehenden aufgesetzt und jeder Ausbaustrang abschnittsweise vor dem Aufsetzen des nächsten unter Ziehung des Injektionsgestänges durch dieses mit dem Füllmaterial hinterfüllt wird, wobei zwischen den Ausbauringen eine, diese auf Abstand haltende sowie als Gelenk wirkende, nachgiebige Distanzschicht sowie ein diese an der Mantelinnen- und/oder Mantelaußenseite übergreifender Stahlblechring vorgesehen wird. Durch diese Verfahrensweise können mittels der Abfangvorrichtung beispielsweise über 30 Ausbauringe zu einem Ausbaustrang am Bohrlochmund zusammengesetzt und sodann in toto im Bohrloch abgesetzt werden, wodurch sich die gesamten Bauzeit zur Herstellung eines solchen Schachtausbaus erheblich verkürzt. Auch werden die Unwägbarkeiten der Verfahren nach dem Stand der Technik beim Stück-um-Stück-Aufsetzen eines jeden Ausbauringes vermieden und nunmehr der Fußschuß eines jeden Ausbaustranges auf dem obenliegenden Ausbauringen des vorausgehenden Ausbaustranges aufgesetzt, wodurch der Einfädelvorgang nur noch von Ausbaustrang zu Ausbaustrang und nicht mehr von Ausbauring zu Ausbauring stattfindet. Auch die Injektionsrohre befinden sich geschützt im Mantel eines jeden Ausbaustranges, der unmittelbar nach seinem Aufsetzen unter Ziehung des Injektionsgestänges mit dem entsprechenden Beton hinterfüllt wird, so daß hiernach das gleiche Injektionsgestänge in den nachfolgenden Ausbaustrang eingezogen werden kann. Außerdem entsteht durch diese Verfahrensweise eine relativ homogene Hinterfüllung eines jeden Ausbaustranges, der dadurch unmittelbar im Gebirge verankert wird. Da jeder Ausbaustrang durch die zwischen den einzelnen Ausbauringen befindliche nachgiebige Distanzschicht nicht wasserdicht ausgebildet ist, entfällt die Belastung von eventuell auftretenden Wassereinbrüchen. Außerdem erfüllt die nachgiebige Distanzschicht, für die vorteilhaft zwischen den einzelnen Ausbauringen Quetschholz, Kunststoff oder dgl. verwendet wird, die Funktion eines Gelenkes, welches die Ausbausäule Abbauwirkungen wie Quetschungen, Stauchungen und Krümmungen ohne nennenswerte Beschädigungen überstehen läßt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die einzelnen Ausbauringe aus Beton und der Fußschuß eines jeden Ausbauringes wird außerdem stark bewehrt sowie mit einer an sich bekannten Ausnehmung zum Angriff der Abfangvorrichtung versehen. Die Ausnehmung im Fußschuß eines jeden Ausbaustranges wird mit Stahlblech ausgekleidet. Diese Stahlblech-Auskleidung wird mit einem in Richtung auf den vorausgehenden Ausbaustrang gerichteten, vorspringenden Stahlblechring versehen, wodurch der jeweils obere Ausbauring eines jeden Ausbaustranges und der Fußschuß des nachfolgenden Ausbaustranges sich gegenseitig zentrierend ineinandergreifen. Die Länge dieses vorspringenden Stahlblechringes ist allerdings so beschaffen, daß er selbst bei völliger Zusammenquetschung oder Fortfall der nachgiebigen Distanzschicht zwischen den beiden vorbeschriebenen, benachbarten Ausbauringen keinen Druckkontakt auf den darunterliegenden Ausbauring ausübt.

Vorteilhaft werden auch sämtliche Ausbauringe eines Ausbaustranges oberhalb des jeweiligen Fußschusses in Höhe der Distanzschicht an ihrer Mantelaußenseite von einem Stahlblechring umgriffen. Dieser bildet in Höhe der nachgiebigen Distanzschicht ein Stahl-Korsett.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird jeder Ausbauring eines Ausbaustranges mit zur Längsachse parallel verlaufenden, gleichmäßig über den Umfang verteilten, rohrförmigen Kanälen für die Führung des Injektionsgestänges versehen, in denen zur Betonhinterfüllung mindestens eine Betonieröffnung zum Ringraum zwischen Außenfläche und Gebirge angeordnet wird. Die Kanäle für das Injektionsgestänge werden vorteilhaft schon bei der Fertigung der Ausbauringe mit Stahl- oder Kunststoffrohren ausgekleidet. Nach dem Aufsetzen eines Ausbaustranges wird das Injektionsgestänge beim separaten Betoniervorgang kontinuierlich gezogen, wodurch der Beton nacheinander aufsteigend aus den jeweiligen Betonieröffnungen der einzelnen Ausbauringe des jeweils letzten Ausbaustranges austritt. Um ein Aufsteigen des Betons in den Kanälen der Ausbauringe zu vermeiden, wird das jeweils unterste Ende eines jeden Injektionsgestänges in den ausgekleideten Kanälen mit einer Lippendichtung versehen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht vom Gegenstand der DE-PS 31 24 622 aus, die mit mehreren gegen die in der Innenwandung eines Ausbauringes angeordneten Ausnehmungen radial bewegbaren Tragarmen versehen ist und eine nach dem Aufsetzen des einzubauenden Ausbauringes den Kontakt der Tragarme mit letzterem lösenden Einfahrvorrichtung aufweist.

Von dieser Vorrichtung ausgehend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abfangvorrichtung aus mehreren an einem Bohrgestänge befestigbaren, vertikalen Trägern besteht, die zur Längsachse in Richtung zum Bohrlochmund geneigt sind und an deren unterem Ende mindestens drei Kastenprofile horizontal angeordnet sind, aus denen hydraulisch betätigbare Tragarme heraus- und hineinbewegbar sind. Diese hydraulisch betätigbare Abfangvorrichtung ist mit dem unvergleichbaren Vorteil einer einfachen Handhabung ohne nennenswerten Aufwand verbunden, da einerseits das Bohrgestänge mit seinem zur Spülung erforderlichen Innenkanal und andererseits die bis zum Bohrlochmund reichende Bohrtrübe ohnehin als hydraulische Medien aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung stehen und mittels dieser Flüssigkeiten auch die Tragarme hydraulisch in die in den Ausbauringen angeordneten Ausnehmungen hinein- und nach dem Aufsetzen des einzubauenden Ausbaustranges wieder herausbewegbar sind.

In Weiterbildung der Erfindung sind die die Tragarme betätigenden Kolben doppeltwirkend ausgebildet und an beiden Kolbenflächen mit einer Kolbenstange versehen.

Vorteilhaft sind die Kolbenstangen mit gleichen Durchmessern versehen, wobei die Tragarme aufgrund ihrer Reibungskräfte mit der Stahlblechauskleidung in den Ausnehmungen des Fußschusses in ihrer Lage verharren können. Diese Ausführungsalternative weist den Vorzug auf, daß in eingefahrener Lage die Tragarme selbsttätig in dieser Position verharren.

Durch diese Ausbildung ist die größere Kolbenfläche beim Absenken eines Ausbaustranges vom statischen Druck der Bohrtrübe beaufschlagbar, wodurch dieser Druck mit zunehmender Tiefe immer größer wird und damit die daraus resultierende Klemmkraft der Tragarme auf die Ausnehmungen in dem betreffenden Fußschuß des Ausbaustranges mit zunehmender Tiefe ansteigt.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, den Durchmesser der Kolbenstange auf der Kolbenfläche, die beim Ausfahren der Tragarme zu beaufschlagen ist, kleiner als den Durchmesser der Kolbenstange auf derjenigen Kolbenfläche auszubilden, die beim Einfahren der Tragarme zu beaufschlagen ist. Dadurch wird zum Lösen der Tragarme und damit zu ihrem Zurückfahren aus den Ausnehmungen im Fußschuß des betreffenden Ausbaustranges nunmehr auch die kleinere Kolbenfläche über das Bohrgestänge und eine zusätzliche Hydraulikleitung unter den Druck der bis zum Bohrlochmund reichenden Spülflüssigkeit gesetzt. Aufgrund der Differenz-Kolbenfläche und des damit verknüpften Differenzdruckes verbleiben in dieser Lage die Tragarme immer noch in ausgefahrener Stellung, weil die ausfahrende Kraft bei gleicher Flüssigkeitssäule der Bohrtrübe und der Spülflüssigkeit aufgrund der größeren Kolbenfläche größer als die Rückholkräfte sind. Wenn nunmehr die Spülflüssigkeit zur Überwindung des vorbeschriebenen Differenzdruckes unter die Wirkung des Druckes einer Druckerhöhungspumpe gesetzt wird, steigt der Druck im Spülkanal des Bohrgestänges derart an, daß der Kolben und damit die Tragarme aus den Ausnehmungen im Fußschuß des betreffenden Ausbaustranges zurückgezogen werden. Nach dem Abschalten der Druckerhöhungspumpe fahren die Tragarme aufgrund der unterschiedlichen Kolbenflächen langsam wieder aus, wodurch beim Zurückziehen der Abfangvorrichtung die Tragarme an der Innenwandung des Ausbaus schleifen können. Diese Friktionskräfte können jedoch durch eine entsprechende geringe Differenzkolbenfläche minimiert werden.

Auch könnte grundsätzlich auf eine zweite Kolbenstange auf der von der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge beaufschlagbaren Kolbenseite verzichtet werden. In diesem Fall beaufschlagt die Bohrtrübe die Kolbenstangenseiten der einzelnen Hydraulikzylinder zum Ausfahren der Tragarme. Zum Einfahren der Tragarme genügt es sodann, das Bohrgestänge unter die Spülflüssigkeit zu setzen und davon die Kolbenseite der einzelnen Hydraulikzylinder beaufschlagen zu lassen. Da die Kolbenfläche aufgrund der fehlenden Kolbenstange größer ist, werden die Hydraulikzylinder aufgrund der daraus resultierenden größeren Kraft gegen die Druckwirkung der Bohrtrübe wieder eingefahren. Diese letztbeschriebene Anordnung ist jedoch mit dem Risiko behaftet, daß während des Ablassens eines Ausbaustranges sich - aus welchen Gründen auch immer - das Bohrgestänge mit Flüssigkeit füllen, die Tragarme eingefahren und dadurch der Ausbaustrang von der Abfangvorrichtung gelöst werden könnte. Zur Vermeidung dieses Risikos erscheinen die beiden erstbeschriebenen Alternativen gegenüber der letzteren vorteilhafter.

Dabei sind die beim Einfahren der Tragarme wirksamen Kolbenstangenseiten der einzelnen Hydraulikzylinder über das Bohrgestänge und hydraulische Leitungen von der außerhalb des Bohrlochmundes angeordneten Druckerhöhungspumpe beaufschlagbar, wobei zwischen den Kolbenstangenseiten der einzelnen Hydraulikzylinder einerseits und der Spülflüssigkeit andererseits jeweils ein Pufferbehälter mit einer sauberen Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist. Auf diese Weise werden die Hydraulikzylinder zur Sicherstellung ihrer einwandfreien Funktion von einer Verschmutzung ferngehalten.

Vorteilhaft sind jeweils die gleichwirkenden Kolbenstangenseiten der einzelnen Hydraulikzylinder untereinander hydraulisch miteinander verbunden, so daß an jeder Kolbenseite nur ein Pufferbehälter und eine Verbindungsleitung zum Bohrgestänge einerseits und zur Bohrtrübe andererseits erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu verwendete Vorrichtung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Bohrschacht mit Abfangvorrichtung, Bohrgestänge und Portalkran,

Fig. 2 die Ausschnittvergrößerung II von Fig. 1,

Fig. 3 die Ausschnittvergrößerung III von Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen oberhalb eines Fußschusses angeordneten Serien-Ausbauring,

Fig. 5 die Draufsicht von Fig. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Fußschuß eines Ausbaustranges,

Fig. 7 die Draufsicht von Fig. 6,

Fig. 8 die Ausschnittvergrößerung VIII von Fig. 2,

Fig. 9 die Ausschnittvergrößerung IX von Fig. 3,

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Schachtausbau im Übergangsbereich zwischen standfestem und nicht standfestem Gebirge,

Fig. 11 eine Prinzipschaltung von drei Hydraulikzylindern zum Ein- und Ausfahren der Tragarme der Abfangvorrichtung und

Fig. 12 eine Schnittansicht in Richtung der Linie XII-XII von Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 ist in der Nähe des Bohrlochmundes (1) eines Schachtes (2) jeweils ein aus mehreren Ausbauringen (3) bestehender, nicht wasserdichter und jeweils mit einem eigenen Fußschuß (4) versehener Ausbaustrang (5) zusammengesetzt und mittels der Abfangvorrichtung (6), die an einem Bohrgestänge (7) und dieses an einer Portalkrananlage (8) hängt, abgelassen. Dabei wird der unterste Ausbaustrang (5) auf einem Fundament (9) im standfesten Gebirge (10) abgesenkt und der nachfolgende Ausbaustrang (5) mit eigenem Fußschuß (4) auf dem obersten Ausbauring (3) des vorausgehenden Ausbaustranges (5) aufgesetzt.

Fig. 2 zeigt das Fundament (9) auf der Bohrlochsohle (11) im standfesten Gebirge (10), auf welchem soeben der unterste Ausbaustrang (5) mit seinem äußerst stark bewehrten Fußring (12) aufgesetzt worden ist. Der Fußring (12) weist in seinem unterem, stark bewehrten Teil mehrere gleichmäßig an seiner Innenmantelfläche (13) angeordnete Ausnehmungen (14) auf, die mit einem Stahlblechring (15) ausgekleidet sind. In diese ausgekleideten Ausnehmungen (14) greifen Tragarme (16) unter der Wirkung von hydraulischen Zylindern (17) ein, die in horizontal verlaufenden Kastenprofilen (18) angeordnet und an mehreren vertikalen Trägern (19) befestigt sind. Diese Träger (19) sind zur Längsachse (20) in Richtung zum Bohrlochmund (1) geneigt und an ihrem oberen, aus Fig. 1 ersichtlichen Ende (21) am Bohrgestänge (7) befestigt. Nach dem Aufsetzen des Fußringes (12) des untersten Ausbaustranges (5) werden die Tragarme (16) über die noch zu den Fig. 11 und 12 zu beschreibenden hydraulischen Zylindern (17) aus den Ausnehmungen (14) in Richtung der Pfeile (22) ausgefahren, so daß die Abfangvorrichtung (6) zum Bohrlochmund (1) zur Aufnahme eines weiteren Ausbaustranges (5) zurückgezogen werden kann.

Wie aus Fig. 2 weiterhin entnommen werden kann, weist sowohl der Fußring (12) als auch die darüber befindlichen Serien-Ausbauringe (3) in ihren Wandungen (23) zur Längsachse (20) parallel verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte, rohrförmige Kanäle (24) auf, die mit Stahl- oder Kunststoffrohren (25) (s. Fig. 8) für die Führung des bis zum Bohrlochmund (1) reichenden Injektionsgestänges (26) (s. Fig. 1) versehen sind. Außerdem sind in den Wandungen (23) mindestens eine Betonieröffnung (27) zum Ringraum (28) zwischen der Außenmantelfläche (29) und dem Gebirge (30) angeordnet. Durch diese Betonieröffnungen (27) wird beim Ziehen des Injektionsgestänges (26) der Beton aus den Kanälen (24) durch die Betonieröffnungen (27) in den Ringraum (28) gefüllt. Um bei diesem Vorgang ein Aufsteigen des Betons in den Kanälen (24) zu unterbinden, ist das Injektionsgestänge (26) an seinem unteren Ende mit einer Lippendichtung versehen, die mit den auskleidenden Stahl- oder Kunststoffrohren (25) den jeweils darüber befindlichen Kanalraum gegenüber aufsteigendem Beton abdichtet.

Sobald der untenliegende Ausbaustrang (5) des etwa zur Höhe seiner Oberkante (31) (s. Fig. 3) mit Beton (32) hinterfüllt ist, kann der nächste Ausbaustrang (5) aufgesetzt werden.

Dieser Vorgang ist in Fig. 3 dargestellt. Darin hängt ein nachfolgender Ausbaustrang (5) an den Tragarmen (16) der Abfangvorrichtung (6). Diese weist unterhalb der in den Kastenprofilen (18) angeordneten Tragarme (16) eine Zentrier- bzw. Einfädelvorrichtung (33) auf, die im wesentlichen aus einem geschlossenen Kreisring (34) - oder mehreren Kreissegmenten - besteht, die an ihrem in Richtung auf die Bohrlochsohle (11) weisenden freien Ende mit einer konischen Abschrägung (35) versehen sind. Der Außendurchmesser (d) dieser Zentrier- bzw. Einfädelvorrichtung (33) ist nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser (D) eines Ausbaustranges (5). Dabei weist das obere Ende des vorausgehenden Ausbaustranges (5) einen kreisringförmigen Rücksprung (36) auf, in welchen ein vorspringender Stahlblechring (37) eingreift, der mit der Stahlblechauskleidung (15) des Fußschusses (4) des aufzusetzenden Ausbaustranges (5) verbunden ist. Auch hier befindet sich zwischen dem oberen Ausbauring (3) des vorausgehenden Ausbaustranges (5) und dem Fußschuß (4) des nachfolgenden Ausbaustranges (5) eine Distanzschicht (39) aus Quetschholz. Diese Distanzschicht (39) kann entweder eine Kreisringform, eine Kreissegmentform oder auch nur aus regelmäßig am Umfang angeordneten Holzklötzchen bestehen. Diese Distanzschicht (39) ist zwischen zwei Ausbausträngen (5) vorteilhaft mit einer konischen Gleitfläche (38) versehen, um ein Einfädeln des Stahlblechringes (37) in den kreisringförmigen Rücksprung (36) zu erleichtern. Die gleiche Funktion kommt der konischen Abschrägung (35) der Zentriervorrichtung (33) zu. Im Einbauzustand ergibt sich Fig. 9 aus der Ausschnittvergrößerung IX von Fig. 3. Darin sind mit der Fig. 3 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie daraus entnommen werden kann, ist die Höhe (h ₁) der aus Quetschholz bestehenden Distanzschicht (39) kleiner als die Höhe (h ₂) zwischen der Unterkante (40) des Stahlblechringes (37) und der Unterkante (41) des kreisringförmigen Rücksprunges (36) im vorausgehenden Ausbaustrang (5). Dadurch wird vermieden, daß selbst bei völlig zusammengequetschter Distanzschicht (39) die Unterkante (40) des Stahlblechringes (37) auf der Unterkante (41) des kreisringförmigen Rücksprunges (36) aufsetzen und sich somit der Stahlblechring (37) verformen kann. Diesem Stahlblechring (37) kommt eine Abdichtungsfunktion - gegenüber dem Beton, nicht jedoch gegenüber Gebirgswasser - in Höhe der Distanzschicht (39) zu.

Nach dem Aufsetzen werden wiederum die Tragarme (16) über die Hydraulikzylinder (17) in Richtung der Pfeile (22) aus den Ausnehmungen (14) herausgefahren und die Abfangvorrichtung (6) zur Aufnahme eines weiteren Ausbaustranges (5) zum Bohrlochmund (1) gezogen.

Hiernach wird erneut über das Injektionsgestänge (26) durch die Betonieröffnungen (27) der Zwischenraum (28) zwischen Außenmantel (29) des Ausbaustranges (5) und dem Gebirge (30) mit Beton (32) ebenso verfüllt wie die Kanäle (24) im Fußschuß (4). Dabei sind die Fußschüsse (4) eines jeden Ausbaustranges (5) untereinander gleich. Abweichend davon ist lediglich der Fußring (12) des ersten, auf dem Fundament (9) aufzusetzenden Ausbaustranges (5) gestaltet, der unterhalb der Ausnehmung (14) mit einem ausgeprägten, stark bewehrten Betonring versehen ist.

Der Fußschuß (4) eines jeden sonstigen Ausbaustranges (5) ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Dabei sind mit den Fig. 3 und 9 übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie insbesondere aus Fig. 7 entommen werden kann, ist der Fußschuß (4) zur besseren Zentrierung sowie zur stärkeren Verankerung mit dem Gebirge (30) nach der Hinterfüllung mit Beton (32) mit drei um jeweils 120° zueinander versetzten Führungskufen (42) versehen, die beidendig in Richtung auf die Außenmantelfläche (29) abgeschrägt sind. Außerdem weist der Fußschuß (4) vier jeweils um 90° zueinander versetzten Kanäle (24) auf, in welche das vorbeschriebene Injektionsgestänge (26) eingesetzt werden kann.

Ein oberhalb eines Fußschusses (4) gemäß den Fig. 6 und 7 angeordneter Serien-Ausbauring (3) ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Auch dieser Serien-Ausbauring (3) ist mit vier um jeweils 90° zueinander versetzten Kanälen (24) für das Injektionsgestänge (26) versehen und weist an seinem Außenmantel (29) gleichfalls drei um jeweils 120° zueinander versetzte Führungskufen (42) auf. Am unteren Ende der Kanäle (24) befinden sich Betonieröffnungen (27), die jedoch auch an anderen Stellen der Kanäle (24) angeordnet werden können.

In Fig. 8 ist die Ausschnittvergrößerung VIII von Fig. 2 in Höhe einer Distanzschicht (43) zwischen zwei Serien-Ausbauringen (3) gemäß Fig. 2 dargestellt. Jeder dieser Ausbauringe (3) weist gemäß den Fig. 4 und 5 mehrere Kanäle (24) auf, die mit Stahl- oder Kunststoffrohren (25) ausgekleidet sind. Von jedem Kanal (24) führt mindestens eine Betonieröffnung (27) zum Austritt des Betons zum Ringraum (28) zwischen der Außenmantelfläche (29) eines jeden Ausbaustranges (5) und dem Gebirge (30). Die Außenmantelfläche (29) ist in Höhe der Distanzschicht (43) von einem Stahlblechring (44) umgriffen, der vorteilhaft in einer kreisringförmigen Ausnehmung (45) der beiden Serien-Ausbauringe (3) eingesetzt ist. Dieser Stahlblechring (44) übt lediglich eine Dichtungsfunktion zum Abdichten des Betons - nicht jedoch eventuell anstehenden Wassers aus dem Gebirge aus.

Aufgrund der nachgiebigen Distanzschichten (39, 43) zwischen den einzelnen Fußschüssen (12, 4) und den Serien-Ausbauringen (3) und letzteren (3) untereinander entstehen an diesen Stellen gelenkige, nicht wasserdichte Verbindungen, welche Krümmungen und Stauchungen ohne nennenswerte Beeinträchtigungen standhalten können.

Der Übergang eines aus mehreren Ausbausträngen (5) bestehenden Schachtausbaus im standfesten Gebirge (10) zu einem Ausbau im nicht standfesten Gebirge (46) ist in Fig. 10 dargestellt. Wie daraus hervorgeht, ist der Durchmesser (D _o ) des Ausbaus (47) im nicht standfesten Gebirge geringfügig größer als der Durchmesser (D) des Ausbaus (48) im standfesten Gebirge (10). In diesem Übergangsbereich (49) wird ein speziell geformter Betonring (50) für eine bessere aerodynamische Gestaltung auf die Oberkante des Ausbaus (48) aufgesetzt.

In den Fig. 11 und 12 ist die spezielle Hydraulikvorrichtung zum Einfahren und Ausfahren der Tragarme (16) dargestellt. Die die Tragarme (16) betätigenden Kolben (51) sind in den Zylindern (17) angeordnet und doppeltwirkend ausgebildet. Sie sind sowohl an der Kolbenfläche (52) als auch an der Kolbenfläche (53) mit je einer Kolbenstange (54, 55) versehen. Der Durchmesser der Kolbenstange (55) ist im dargestellten Fall kleiner als der Durchmesser der Kolbenstange (54) gestaltet. Demzufolge ist auch die Kolbenfläche (53) größer als die Kolbenfläche (52). Die Kolbenflächen (53) sämtlicher Hydraulikzylinder (17) sind untereinander über die Leitungen (56) und (57) sowie gemeinsam über die Leitung (58) mit einem komprimierbaren, in sich geschlossenen Kompressionsbehälter (59) aus einem entropieelastischen Material verbunden, der ebenso wie die Leitung (57) mit einer sauberen Hydraulikflüssigkeit (60) gefüllt ist. Ferner sind die Kolbenflächen (52) mit der kleineren Kolbenfläche über die Leitung (61) und (62) untereinander sowie über die Leitung (63) mit einem weiteren flexiblen, in sich geschlossenen Kompressionsbehälter (64) aus einem entropieelastischen Material mit Hydraulikflüssigkeit (60) verbunden. Der Kompressionsbehälter (59) ist geschützt in einem starren Schutzbehälter (65) und der Kompressionsbehälter (64) in einem Hochdruckgehäuse (66) angeordnet; letzteres, um den von der Druckerhöhungspumpe (70) ausgehenden Überdruck aufnehmen zu können.

Der Kompressionsbehälter (59) befindet sich über die Leitung (67) stets unter der Wirkung des Druckes der Bohrtrübe im Bohrloch (2) in der jeweiligen Höhe des Tragarmes (16) der Abfangvorrichtung (6), wohingegen der Kompressionsbehälter (64) über die Leitung (68) nur und ausschließlich unter der Wirkung der Spülflüssigkeit (69) im Bohrgestänge (7) und/oder des Druckes der Druckerhöhungspumpe (70) steht. Beim Ablassen der Abfangvorrichtung (6) erhöht sich mit zunehmender Teufe in entsprechendem Maße der Druck im Kompressionsbehälter (59), der dementsprechend zusammengedrückt wird und in beispielsweise 1000 m Tiefe einen entsprechenden Innendruck von 100 bar aufweist. Dieser Druck ist auch an der Kolbenfläche (53) wirksam, wodurch die Tragarme (16) in die mit Stahlblech (15) ausgekleideten Ausnehmungen (14) der jeweiligen Fußschüsse (4) der Ausbaustränge (5) eingreifen. Beim Ablassen der Abfangvorrichtung (6) mit einem Ausbaustrang (5) soll der Innenraum des Bohrgestänges (7) möglichst keine Spülflüssigkeit enthalten. Dadurch wirkt auf die Kolbenfläche (52) lediglich der Atmosphärendruck. Wenn durch eine Leckage oder sonstige Umstände das Bohrgestänge (7) unerwünscht mit einer Flüssigkeitssäule gefüllt werden sollte, kann dennoch ein Lösen der Tragarme (16) aus den Ausnehmungen (14) nicht vonstatten gehen, da die Flüssigkeitssäule im Bohrgestänge (7) auf die Kolbenfläche (52) mit gleicher oder kleinerer Kolbenfläche einwirkt und dadurch die auf die Kolbenfläche (53) einwirkende Kraft in dem einen Fall gleich und im anderen Fall entsprechend dieser Differenzdruckfläche zwischen den Kolbenflächen (52, 53) größer bleibt und damit die Tragarme (16) in ihrer Verriegelungsposition gemäß den Fig. 2, 3 und 9 verharren. Hinzu treten die Reibungskräfte aus der Auflast des betreffenden Ausbaustranges (5) auf den Enden der Tragarme (16).

Zum Lösen der Tragarme (16) muß auf den Kolbenflächen (52) ein höherer Druck als auf den Kolbenflächen (53) anstehen. Zu diesem Zweck wird das Ende des Bohrgestänges (7) in der Nähe des Bohrlochmundes (1) mit einer Druckerhöhungspumpe (70) hydraulisch verbunden und darüber der zum Lösen und Zurückfahren der Tragarme (16) erforderliche höhere Druck aufgebracht.

Grundsätzlich könnte auf diese Druckerhöhungspumpe und auch auf die Kolbenstangen (54) verzichtet werden. In diesem Fall müßten jedoch auch die Tragarme (16) von den Kolbenstangen (55) betätigt werden. Da dann die Kolbenfläche (52) größer als die Kolbenfläche (53) auf der Seite der Kolbenstangen (55) ist, brauchte zum Lösen der Tragarme (16) lediglich die Kolbenfläche (52) unter Wirkung einer mit dem Druck der Bohrtrübe gleich großen Flüssigkeitssäule im Bohrgestänge (7) gesetzt werden. In jedem Fall wirkt dann aufgrund der Flächendifferenz in Richtung der Pfeile (71) eine größere Kraft als in umgekehrter Richtung auf die Kolben (51) ein, wodurch die Tragarme (16) problemlos aus den Ausnehmungen (14) der Fußschüsse (4, 12) zurückgefahren werden. Probleme können sich jedoch ergeben, wenn während des Ablassens der Abfangvorrichtung (6) ungewollt Flüssigkeit in das Bohrgestänge (7) gelangt und dieses damit ungewollt unter Druck setzt. Dann könnte der unter allen Umständen zu vermeidende Fall eintreten, daß die Tragarme (16) aus den Ausnehmungen (14) gelöst werden, bevor der Ausbaustrang (5) auf dem vorausgehenden (5) aufgesetzt ist. Aus diesem Grunde sind erfindungsgemäß die erstbeschrieben Alternativen vorzuziehen.

Der besondere Vorteil dieser Abfangvorrichtung (6) beruht in dem einfachen Aufbau und der Funktionsweise der Kolben (51) in den Hydraulikzylindern (17), die selbst bei Störungen, z. B. bei einer Zerstörung eines oder beider entropieelastischer Kompressionsbehälter (59, 64), gleichwohl ein sicheres Ausfahren und Einfahren der Tragarme (16) gestattet. Nach dem Aufsetzen des jeweiligen Ausbaustranges (5), währenddessen die Kompressionsbehälter (59, 64) zerstört wurden, können diese oberhalb des Bohrlochmundes (1) vor der Aufnahme des nachfolgenden Ausbaustranges (5) problemlos repariert oder durch neue ersetzt werden.

Bezugszeichenliste:

 1 Bohrlochmund
 2 Schacht
 3 Ausbauring
 4 Fußschuß
 5 Ausbaustrang
 6 Abfangvorrichtung
 7 Bohrgestänge
 8 Portalkrananlage
 9 Fundament
10 standfestes Gebirge
11 Bohrlochsohle
12 Fußring
13 Innenmantelfläche
14 Ausnehmungen
15 Stahlblechring
16 Tragarme
17 hydraulische Zylinder
18 Kastenprofile der Abfangvorrichtung 6
19 vertikale Träger
20 Längsachse
21 Ende der Träger 19
22 Pfeil
23 Wandungen
24 rohrförmige Kanäle
25 Kunststoffrohre
26 Injektionsgestänge
27 Betonieröffnung
28 Ringraum
29 Außenmantelfläche
30 Gebirge
31 Oberkante des Ausbaustranges 5
32 Beton
33 Zentrier- bzw. Einfädelvorrichtung
34 Kreisring
35 konische Abschrägung des Kreisringes
36 kreisringförmiger Rücksprung
37, 44 Stahlblechring
38 konische Gleitfläche der Distanzschicht 39
39, 43 Distanzschicht
40 Unterkante des Stahlblechringes 37
41 Unterkante des Rücksprunges 36
42 Führungskufen
45 kreisringförmige Ausnehmung
46 nicht standfestes Gebirge
47, 48 Ausbau
49 Übergangsbereich
50 Betonring
51 Kolben
52, 53 Kolbenfläche
54, 55 Kolbenstange
56, 57, 58 Leitungen
59, 64 Kompressionsbehälter
60 Hydraulikflüssigkeit
61, 62, 63, 67, 68 Leitungen
65 Schutzbehälter
66 Hochdruckgehäuse
69 Spülflüssigkeit
70 Druckerhöhungspumpe
71 Pfeil
d, D, D₀ Durchmesser
h₁, h₂ Höhe

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung eines Schachtes, insbesondere für den Bergbau, bei dem mittels einer Abfangvorrichtung zunächst ein mit einem Injektionsgestänge versehener Fundament-Fußschuß auf einem Fundament im standfesten Gebirge abgesenkt, sodann auf ihn, aus Ausbauringen mit einem dazwischen befindlichen Füllmaterial zusammensetzbarer Schachtausbau aufgesetzt und hiernach der zwischem dem Schachtausbau und dem Gebirge befindliche Raum über das zu ziehende Injektionsgestänge mit einem Füllmaterial hinterfüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus mehreren Ausbauringen (3, 4, 12) am Bohrlochmund (1) zusammengesetzter, nicht wasserdichter, jeweils mit einem eigenen Fußschuß (4, 12) versehener Ausbaustrang (5) im Bohrloch (2) auf einem vorausgehenden (5) aufgesetzt und jeder Ausbaustrang (5) abschnittsweise vor dem Aufsetzen des nächsten (5) unter Ziehung des Injektionsgestänges (26) durch dieses mit dem Füllmaterial (32) hinterfüllt wird, wobei zwischen den Ausbauringen (3, 4, 12) eine, diese auf Abstand haltende sowie als Gelenk wirkende, nachgiebige Distanzschicht (39, 43) sowie ein diese an der Mantelinnen- (13) und/oder Mantelaußenseite (29) übergreifender Stahlblechring (37, 44) vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ausbauringe (3, 4, 12) aus Beton bestehen, und der Fußschuß (4, 12) eines jeden Ausbaustranges (5) außerdem stark bewehrt sowie mit einer an sich bekannten Ausnehmung (14) zum Angriff der Abfangvorrichtung (16) versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (14) im Fußschuß (4, 12) eines jeden Ausbaustranges (5) mit einer Stahlblech-Auskleidung (15) versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußschuß (4, 12) eines jeden Ausbaustranges (5) an der Mantelinnenseite (13) mit einem in Richtung auf den vorausgehenden Ausbaustrang (5) gerichteten, vorspringenden Stahlblechring (37) versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ausbauringe (3) eines Ausbaustranges (5) oberhalb des jeweiligen Fußschusses (4, 12) in Höhe der Distanzschicht (43) an ihrer Mantelaußenseite von einem Stahlblechring (44) umgriffen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils obere Ausbauring (3) eines jeden Ausbaustranges (5) und der Fußschuß (4) des nachfolgenden Ausbaustranges (5) sich gegenseitig zentrierend ineinandergreifen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausbauring (3, 4, 12) eines Ausbaustranges (5) mit zur Längsachse (20) parallel verlaufenden, gleichmäßig über den Umfang verteilten, rohrförmigen Kanälen (24) für die Führung des Injektionsgestänges (26) versehen wird, in denen zur Betonhinterfüllung mindestens eine Betonieröffnung (27) zum Ringraum zwischen Außenfläche und Gebirge angeordnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (24) für das Injektionsgestänge (26) mit Stahl- oder Kunststoffrohren (25) ausgekleidet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsgestänge (26) beim separaten Betoniervorgang eines jeden Ausbaustranges (5) kontinuierlich gezogen wird und der Beton (32) nacheinander aufsteigend aus den jeweiligen Betonieröffnungen (27) der Ausbauringe (3, 4,) des jeweils letzten Ausbaustranges (5) austritt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils unterste Ende eines jeden Injektionsgestänges (26) zur Vermeidung eines Aufsteigens des Betons (32) in den ausgekleideten Kanälen (24) mit einer Lippendichtung versehen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Distanzschicht (39, 43) zwischen den einzelnen Ausbauringen (3, 4, 12) Quetschholz, Kunststoff oder dgl. verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit mehreren gegen die in der Innenwandung eines Ausbauringes (3, 4, 12) angeordneten Ausnehmungen (14) radial bewegbaren Tragarmen (16) und einer nach dem Aufsetzen des einzubauenden Ausbauringes (3, 4, 12) den Kontakt der Tragarme (16) mit diesen (3, 4, 12) lösenden Einfahrvorrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfangvorrichtung (6) aus mehreren an einem Bohrgestänge (7) befestigbaren, vertikalen Trägern (19) besteht, die zur Längsachse (20) in Richtung zum Bohrlochmund (1) geneigt sind und an deren unterem Ende mindestens drei Kastenprofile (18) horizontal angeordnet sind, aus denen hydraulisch betätigbare Tragarme (16) heraus- und hineinbewegbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tragarme (16) betätigenden Kolben (51) doppeltwirkend ausgebildet und an beiden Kolbenflächen (52, 53) mit einer Kolbenstange (54, 55) versehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kolbenstange (55) auf der Seite der Kolbenfläche (53), die beim Ausfahren der Tragarme (16) zu beaufschlagen ist, kleiner als der Durchmesser der Kolbenstange (54) auf der Seite der Kolbenfläche (52) ausgebildet ist, die beim Einfahren der Tragarme (16) zu beaufschlagen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolbenstangen (54, 55) den gleichen Durchmesser aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (51) in ausgefahrener Klemmlage der Tragarme (16) mit ihrer größeren Kolbenfläche (53) unter Wirkung des hydraulischen Druckes der bis zum Bohrlochmund (1) reichenden Spülwassersäule stehen und zum Lösen der Klemmlage mit ihrer gleichen oder kleineren Kolbenfläche (52) unter die Wirkung des Druckes der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge (7) zuzüglich eines Druckes einer Druckerhöhungspumpe (70) setzbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Einfahren der Tragarme (16) wirksamen Kolbenflächen (52) der Kolben (51) über das Bohrgestänge (7) und hydraulische Leitungen (62) von der außerhalb des Bohrlochmundes (1) angeordneten Druckerhöhungspumpe (70) beaufschlagbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kolbenflächen (53, 52) der einzelnen Kolben (51) einerseits und der Spülflüssigkeit andererseits jeweils ein Kompressionsbehälter (59, 64) mit einer sauberen Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsbehälter (59, 64) aus einem entropieelastischen Material wie Gummi oder Kunststoff bestehen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gleichwirkenden Kolbenflächen (52, 53) der einzelnen Kolben (51) untereinander hydraulisch miteinander verbunden sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsbehälter (59) in einem Schutzbehälter (65) und der Kompressionsbehälter (64) in einem Hochdruckgehäuse (66) angeordnet ist.