DE602004011206T2

DE602004011206T2 - Verfahren und vorrichtung zum setzen von gebirgsankern

Info

Publication number: DE602004011206T2
Application number: DE602004011206T
Authority: DE
Inventors: Fredrik ÖBERG; Morgan Kanflod
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills AB
Current assignee: Epiroc Rock Drills AB
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: EP1623093A1; RU2340775C2; PL1623093T3; ES2297418T3; HRP20080032T3; CN1788139A; SE525765C2; CN1788139B; IL171671A; SI1623093T1; CA2523296A1; AU2004236621B2; CA2523296C; AU2004236621A1; DE602004011206D1; DK1623093T3; ZA200508165B; SE0301376D0; EP1623093B1; SE0301376L

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gesteinsverankerung, gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.
Beschreibung des technischen Hintergrundes
Vorgespannte Seilbolzen zur Gesteinsverstärkung werden durch Vergießen des Seilbolzens in einem Bohrloch in dem zu verstärkenden Gestein installiert. Dabei wird Zementbeton oder irgendein anderes Bindemittel als Zement verwendet.
Nach der Injektion des Bindemittels muss diesem erlaubt werden, sich zu setzen, wobei der Bolzen während der Setzzeit unbelastet bleiben muss. Nach dem Setzen wird eine Oberflächenplatte gegen die Gesteinsoberfläche montiert, woraufhin der Bolzen durch Schraubenmittel oder dergleichen vorgespannt wird.
Aufgrund der Installationsart wird die Vorspannung nur entlang des Teils des Seils auftreten, welches vom gesetzten Bindemittel freigezogen wird. Die Länge des Teiles, der vom Bindemittel freigezogen wird, ist unbestimmt, was ein Problem in Bezug auf die Sicherheit des Befestigungsmittels ist.
Insgesamt ist das bekannte Verfahren der Installation von Kabelbolzen eine langwierige und nicht ganz unumstrittene Prozedur, da die Installation in mehreren Schritten mit dazwischen liegenden Wartezeiten gemacht werden muss.
Auch die Tatsache, dass der Bolzen nicht vor dem Setzen des Bindemittels verwendet werden kann, ist in vielen Fällen ein erheblicher Nachteil. Gemäß dem oben genannten kann die Stärke des vollständig installierten Bolzens auch in Frage gestellt werden.
Es wird Bezug genommen auf die US-4459067 , welche die Basis für den Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche bildet. Auf die US-3226004 und US-3695045 wird ebenfalls Bezug genommen.
Ziel und wichtigste Merkmale der Erfindung
Es ist ein Ziel dieser Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen die Probleme des technischen Hintergrundes vermieden werden. Im Speziellen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die zu schneller, rationeller, ökonomischer und sicherer Installation führen. Dies wird jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 erreicht.
Hiermit wird erreicht, dass Vorspannung auf den Bolzen aufgebracht werden kann bevor das Verpressen mit einem setzbaren Mittel durchgeführt wird, was dazu führt, dass die Vorspannung wohl entlang einer gesamten Länge eines Elements des Bolzens festgelegt wird und dass die Sicherheit der Installation erhöht wird.
Ferner wird es ermöglicht, dass ein Gesteinsbolzen, der durch ein Verfahren gemäß der Erfindung installiert wurde, unmittelbar kurz nachdem der röhrenförmige Bolzen erweitert wurde, um im Bohrloch verankert zu sein, belastet werden kann. Hiermit werden die unerwünschten Wartezeiten, welche im Verfahren gemäß dem technischen Hintergrund notwendig sind, vermieden und insgesamt wird ein weniger langes und ökonomischeres Gesteinsverankerungsverfahren erreicht.
Da der Kanal zur Übertragung des setzbaren Mittels Einrichtungen schafft, die für die Verbindung mit der Außenseite des Spannelements durch Unterdrucksetzung auf ein bestimmtes Druckniveau geöffnet werden, kann der gleiche Kanal zur Übertragung von Erweiterungsmedium und setzbarem Medium verwendet werden. Wenn der gleiche Kanal zur Übertragung von Medium zur Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens sowie für das setzbare Medium verwendet wird, wird das Druckniveau so eingestellt, dass sich der Kanal bei einer Drucksteigerung mit einem bestimmten Δ-Druck oberhalb des Erweiterungsdrucks öffnet.
Es wird bevorzugt, dass das Spannelement für die Übertragung von Medium zur Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens verwendet wird, wozu das Spannelement einen durchgängigen Kanal zur Übertragung von Druckwasser oder dergleichen umfasst. Hiermit wird auch das setzbare Medium durch einen Kanal im Spannelement übertragen, wobei es im Speziellen bevorzugt ist, dass es dieser Kanal ist, welcher sich durch Unterdrucksetzung auf ein bestimmtes Druckniveau, welches einen bestimmten vorherbestimmen Schwellenwert übersteigt, öffnet.
Durch das Ausstatten des Spannelements mit einer Brechplatte, welche bei einem vorherbestimmten Druckniveau bricht, wird diese Funktion in einfacher Weise erreicht.
Im Speziellen kann die Brechplatte ein integraler Bestandteil des Materials im Spannelement sein, z. B. ein ausgebohrter oder ausgefräster Abschnitt mit einer bestimmten verbleibenden Materialdicke, die das Reißen des Materials erlaubt, wenn das Druckniveau erreicht ist.
Weitere Vorteile werden mit den Merkmalen der weiteren unabhängigen Ansprüche erreicht und die entsprechenden Vorteile werden in einer erfinderischen Vorrichtung zur Gesteinsverankerung erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun näher an Hand von Ausführungsformen und mit Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen beschrieben, worin:
1 eine zerlegte perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Gesteinsverankerung gemäß der Erfindung zeigt,
2 teilweise geschnitten die Vorrichtung aus 1 zusammengebaut und in ein Bohrloch eingesetzt zeigt,
3 ein Detail der Vorrichtung aus 1 und 2 mit einer Brechplatte zeigt,
4 schematisch ein Blockdiagramm der Schritte, welche in einem Verfahren gemäß der Erfindung enthalten sind, zeigt,
die 5 und 6 schematisch alternative Vorrichtungen gemäß der Erfindung zeigen.
Beschreibung der Ausführungsformen
In 1 bezeichnet die Nummer 1 im Allgemeinen eine Vorrichtung zur Gesteinsverankerung mit Vorspannen eines Gesteinsbolzens und mit einem röhrenförmigen erweiterbaren Gesteinsbolzen, im Wesentlichen von der Art, wie sie in der US-A-4459067 (Atlas Copco AB) beschrieben ist.
Der röhrenförmige Bolzen beinhaltet im Allgemeinen einen erweiterbaren Abschnitt 5 und einen Befestigungsabschnitt 6, in welchem ein röhrenförmiges Spannelement 3 befestigbar ist, beinhaltend einen inneren Abschnitt 7 mit einem Gewinde zum Zusammenwirken mit dem Befestigungsabschnitt 6 und einem Muttergewinde zum Zusammenwirken mit einem Spannteil 8, welcher wiederum über ein Verbindungselement 9 angeordnet ist, um an einen weiteren Spannteil 8 geschraubt zu werden.
Vorzugsweise sind die Teile, die in dem Spannelement 3 enthalten sind, Standardkomponenten, welche wie gewünscht kombiniert werden können, z. B. zum Anpassen an die Tiefe eines Bohrlochs, in welches beabsichtigt wird, die Vorrichtung 1 einzusetzen.
Ein Angrenzungselement 4 beinhaltet eine Angrenzungsplatte 10 und eine Spannmutter 11, welche mit einem äußeren Spannteil 8 zusammenwirkt, ist außerhalb einer Einsetzöffnung des Bohrlochs angeordnet.
2 zeigt die Vorrichtung aus 1 in einem zusammengebauten Zustand und in ein Bohrloch 12 eingesetzt, welches in eine Gesteinsstruktur 20 gebohrt ist. Das Bohrloch 12 bietet eine Einsetzöffnung 13, einen äußeren Abschnitt 14 und einen inneren Abschnitt 15.
Die Installation einer Vorrichtung zur Gesteinsverankerung ist derart, dass all die Teile, die in 1 gezeigt sind, fest aneinander geschraubt werden, sodass ein dichter Kanal zwischen dem erweiterbaren Abschnitt 5 des röhrenförmigen Bolzens und dem äußeren Ende 29 des äußersten Spannteils 8 geschaffen wird. Dichten kann in einer bereits bekannten Weise durch nicht näher beschriebene Dichtelemente erreicht werden.
Das äußere Ende 29 des äußersten Spannteils 8 ist nach dem Einsetzen der Vorrichtung in das Bohrloch 12 mit einer Druckwasserquelle oder dergleichen zur Übertragung eines Drucks von z. B. 300 Bar auf den erweiterbaren Abschnitt 5, verbunden.
Dieser erweiterbare Abschnitt 5 wird dabei zur festen Verankerung gegen die Innenseite des inneren Abschnitts 15 des Bohrlochs 12 gebracht, sodass bereits in diesem Schritt eine wesentliche Verankerung des kompletten Gesteinsbolzens erfolgt.
Nach der vollständigen Erweiterung kann das Spannelement bestehend aus den Teilen 7, 8 und 9 nun vorgespannt werden, was in solch einer Weise gemacht wird, dass die Angrenzungsplatte 10 gegen die Gesteinsoberfläche 20 um die Einsetzöffnung 13 herum mit der Hilfe der Spannmutter 11, welche auf einen vorherbestimmten Drehmomentwert angezogen wird, gepresst wird.
Nach dem Vorspannen wird die Vorrichtung nun durch das Injizieren eines setzbaren Mediums in den Raum 27 zwischen dem Spannelement und der Wand des Bohrlochs 12 eingegossen, um die Verankerung zu verstärken, sowie zur Unterstützung gegen Korrosion.
Gemäß der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird dies in solch einer Weise erreicht, dass der Kanal innerhalb des Spannelements unter Druck gesetzt wird mit einem Druck, welcher den Druck für das Erweitern des erweiterbaren Abschnitts 5 übersteigt und welcher mit so einem Niveau gewählt wird, dass eine Brechplatte 16, die im inneren Teil 7 des Spannelements positioniert ist, bricht, sodass ein offener Kanal zwischen diesem Kanal 19 und dem Raum 27 gebildet wird.
Daraufhin wird die Vorrichtung an ihrem Endabschnitt 29 mit einer Zementpumpe oder irgendeiner anderen Quelle eines geeigneten setzbaren Mediums verbunden.
3 zeigt ein Detail eines inneren Abschnitts 7 eines Spannelements mit einer Brechplatte 16, welche in diesem Fall in dem Material des Abschnitts 7 integriert ist, indem ein Fräsvorgang 17 gemacht wurde, sodass der umgebende Abschnitt 18 der Brechplatte 6 eine Materialstärke bereitstellt, die an einem bestimmten Druckniveau aufgerissen werden kann.
Das Verfahren zur Gesteinsverankerung gemäß der Erfindung kann mit Bezugnahme auf 4 zusammengefasst werden, worin:
Position 21 den Start der Sequenz bezeichnet, Position 22 den Zusammenbau einer Vorrichtung zur Gesteinsverankerung und ihr Einsetzen in ein Bohrloch betrifft, Position 23 das Erweitern eines röhrenförmigen Bolzens betrifft, Position 24 das Vorspannen eines Spannungselements betrifft, Position 25 das Vergießen eines setzbaren Materials und Position 26 das Ende der Sequenz betrifft.
Die Erfindung kann innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche modifiziert werden, und als ein Beispiel kann eine Vorrichtung zur Gesteinsverankerung verwendet werden, bei der Medium zur Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens, sowie setzbares Medium auf andere Weise übertragen werden als durch das Spannelement, z. B. durch ein separat eingesetztes und entfernbares Element (28 in 5), wobei in diesem Fall das Spannelement homogen gemacht werden kann.
Die Brechplatte kann ein innerhalb des Spannelements eingesetztes separates Element sein und es können auch andere Mittel zur Herstellung eines Kanals zur Übertragung des setzbaren Mediums verwendet werden, z. B. kann ein Element mit einer Ventilfunktion verwendet werden. Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung eines Brechstifts, welcher bei einem bestimmten Druck abgerissen wird und ein potentiell bewegliches Ventilelement fixiert.
Als eine weitere Alternative kann als ein Beispiel das Spannelement in einer Weise verankert werden, die in 6 gezeigt ist, durch Festklemmen eines Spannelements 29 zwischen einem erweiterbaren Bolzen 2 und der Wand des Bohrlochs, wobei das Spannelement in diesem Fall aus einem Seil gebildet sein kann, welches dann vorgespannt und verankert und durch die Injektion von Zement oder irgendeinem anderen Bindungsmittel gemäß den oben genannten gegen Korrosion gesichert werden kann.

Claims

Verfahren zur Gesteinsverankerung mit einer Vorrichtung (1) zur Gesteinsverankerung, wobei ein röhrenförmiger Bolzen (2) mit geschlossenem Querschnitt eingesetzt wird und zur Verankerung innerhalb eines Bohrlochs (12), welches einen inneren (15) und einen äußeren (14) Abschnitt sowie eine Einlassöffnung (13) hat, durch die Anwendung eines Druckmediums auf sein Inneres erweitert wird, und wobei der röhrenförmige Bolzen erweitert wird, um im inneren Abschnitt des Bohrlochs zu kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Spannelement (3, 7, 8, 9), welches im äußeren Abschnitt des Bohrlochs angeordnet ist, mit einem inneren Teil (7) befestigt an dem röhrenförmigen Bolzen (2) vorgespannt ist, – dass ein setzbares Medium in den äußeren Abschnitt des Bohrlochs (14) zwischen (27) dem Spannelement und der Wand des Bohrlochs injiziert wird und es ihm erlaubt wird sich zu setzen, und – dass ein Kanal, welcher in der Vorrichtung (1) zur Gesteinsverankerung, zur Übertragung des setzbaren Mediums enthalten ist, für die Verbindung mit der Außenseite (27) des Spannelements (3) durch Unterdrucksetzung auf ein bestimmtes Druckniveau geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Medium zur Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens durch einen Kanal (19) in das Spannelement (3) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das setzbare Medium durch einen Kanal innerhalb des Spannelements (3) übertragen wird.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal geöffnet wird, wenn eine Brechplatte (16) an dem bestimmten Druckniveau zum Brechen gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das setzbare Medium außerhalb des Spannelements (3) übertragen wird (30).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bohrlochs vorhandene Luft durch einen Kanal im Spannelement (3) abgeführt wird (31), wenn das setzbare Medium injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Medium zum Erweitern des röhrenförmigen Bolzens durch ein getrenntes Bolzeninstallationselement (28) übertragen wird, welches an einem Verbindungsabschnitt des röhrenförmigen Bolzens (2) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) an dem Verbindungsabschnitt nach der Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens (2) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (29) durch Festklemmen zwischen dem röhrenförmigen Bolzen (2) und der Wand des Bohrlochs bei der Erweiterung des ersteren befestigt wird.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (3) zwischen dem röhrenförmigen Bolzen (2) und einem an der Einlassöffnung des Bohrloches angeordneten Angrenzungselement (4) vorgespannt wird.
Vorrichtung (1) zur Gesteinsverankerung, beinhaltend einen röhrenförmigen Bolzen (2) mit einem geschlossenen Querschnitt zum Einbringen in ein Bohrloch und Erweitern durch das Anwenden eines Druckmediums auf seine Innenseite zur Verankerung innerhalb eines Bohrlochs (12), welches einen inneren und einen äußeren Abschnitt und eine Einlassöffnung hat, gekennzeichnet durch, – ein Spannelement (3), welches am äußeren Abschnitt des Bohrlochs mit einem inneren Teil (7) zur Befestigung an dem röhrenförmigen Bolzen angeordnet ist, – Mittel (10, 11) zur Vorspannung des Spannelements (3) in einer Längsrichtung zwischen dem röhrenförmigen Bolzen und der Einlassöffnung, – Mittel zur Übertragung eines setzbaren Mediums zum äußeren Abschnitt des Bohrlochs zwischen (27) dem Spannelement und der Wand des Bohrlochs, und – einen Kanal, welcher in der Vorrichtung (1) zur Gesteinsverankerung inkludiert ist, der zur Übertragung des setzbaren Mediums Mittel (16) bereitstellt, welche zur Verbindung mit der Außenseite des Spannelements durch Unterdrucksetzung auf ein bestimmtes Druckniveau geöffnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zur Übertragung von Medium zur Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens (2).
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übertragung des setzbaren Mediums einen Kanal im Spannelement (3) beinhalten.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel welches sich öffnet eine Brechplatte (16) ist, welche ausgestaltet ist, um an dem bestimmten Druckniveau zu brechen.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das setzbare Medium angeordnet ist, um außerhalb des Spannelements (3) übertragen zu werden (30).
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Abfuhrkanal (31) innerhalb des Spannelements zur Abfuhr von Luft, die innerhalb des Bohrlochs vorhanden ist, wenn das setzbare Medium injiziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein getrenntes Bolzeninstallationselement (28), welches an einem Verbindungsabschnitt auf dem röhrenförmigen Bolzen (2) befestigbar ist, zur Übertragung von Medium zum Erweitern des röhrenförmigen Bolzens.
Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement mit Mitteln zur Befestigung am Verbindungsabschnitt nach der Erweiterung des röhrenförmigen Bolzens ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (29) gebildet ist, um durch Festklemmen zwischen dem röhrenförmigen Bolzen und der Wand des Bohrlochs bei der Erweiterung des ersteren verankert zu sein.