DE8311426U1 - Bohrloch-verschlussstopfen - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Neuerung betrifft einen Bohrloch-Verschlußstopfen zur Verwendung im Untertage-Bergbau beim Betrieb von Schildabbaumaschinen zum vorübergehenden Verfestigen des hängenden Gebirges oberhalb des Abbaubereiches durch Einpressen von Verfestigungsharz in schräg nach oben weit vor Ort vorgetriebene Bohrungen im hängenden Gebirge, der aus einem elastischen, im wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper besteht, welcher einen Gewindeanschluß für eine Einführungslanze zum Einpressen des Verfestigungsharzes aufweist, durch Einschrauben der Lanze zum Verankern und Abdichten im Bohrloch spreiz- und/oder stauchbar ist und eine als Rückschlagventil arbeitende Einrichtung aufweist, um das unter Druck in das Bohrloch eingepreßte Verfestigungsharz nach Lösen der Lanze im Bohrloch zurückzuhalten.

Beim Untertage-Bergbau mit Hilfe moderner Abbaumaschinen muß im Arbeitsbereich dieser Schildabbaumaschinen verhindert werden, daß das oberhalb des abgebauten Flözes - z. B. Kohle hängende Gestein abstürzt und zusammen mit dem abgebauten Material abgefördert wird. Hierzu werden in bekannter Weise von der Schildabbaumaschine aus, also vor Ort, schräg nach oben, ggfs. gefächert, tiefe, weitreichende Bohrungen in das hängende Gebirge oder Gestein eingetrieben und durch Einpressen eines Verfestigungsharzes zumindest vorübergehend so lange verfestigt, bis der übliche nachfolgende

Strebe- oder Stollenausbau die Abstützung durch Eisenplatten, Stempel usw. übernimmt.

Das Verfestigungsharz muß unter hohem Druck eingepreßt werden, denn es soll sich nicht nur im Bohrloch, sondern möglichst auch in Poren und Spalten des Gesteins ausbreiten,, damit eine möglichst innige Verfestigung erzielt wird. Da dieses Verfestigungsharz langsam aushärtet, muß auch dafür gesorgt werden, daß es nach dem Einpressen in das jeweilige Bohrloch nicht wieder herausläuft. Diese Aufgabe übernehmen Bohrloch-Verschlußstopfen der eingangs genannten Art.

Die bisher bekannten Bohrloch-Verschlußstopfen der eingangs genannten Art sind am vorderen Ende spreizdübelartig ausgebildet, d. h., sie haben vor einem durchgehenden Gewinderohr am vorderen Ende einen Ziehkonus, das Gewinderohr trägt an der Spitze ein aus Kugel und Feder bestehendes /aickschlagventil , während der Außenmantel ein hohlzylindrischer Grundkörper ist, der aus Gummi oder ähnlichem Material besteht. Im mittleren Bereich ist ein aufstauchbarer Gummibalg vorgesehen, während im Endstück ein Gewindeanschluß für eine Einführungslanze vorgesehen ist, durch welche das Kunstharz oder Verfestigungsharz eingepreßt wird.

Diese bekannten Bohrloch-Verschlußstopfen sind aufwendig herstellbar, teuer und in der Anwendung nachteilig. Sie müssen, um problemlos maschinell in die Bohrlöcher eingeschoben

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werden zu können, kleiner als deren lichter Durchmesser sein und drehen sich daher sehr häufig leer mit, bevor sie Im Bohrloch Reibschluß erhalten und einen festen Sitz erzielen können. Das Betätigen des zentralen Gewinderohres führt zunächst dazu, dafii ein mechanischer Halt erzielt wird, indem ein kegelförmiger Grundkörper über die Gewindehülse in Richtung Bohrlochende oder -eingang gezogen wird und den Grundkörper aufspreizt. Diese Aufspreizung allein ist es, die die Verankerung des Verschlußstopfens im Bohrloch bewirkt. Die erzielbare Verankerungswirkung ist gering. Zugleich mit dieser Schraubbewegung, die die Verankerung, d. h. die Ziehbewegunq, dies keil- oder kegelförmigen Teiles bewirkt, findet eine Stauchung eines gummibalgartigen Mittelteiles statt, durch welche sich der Grundkörper dichtend gegen die Bohrlochwandung anpressen soll. Die erzielbaren Stauchergebnisse sind außerordentlich unbefriedigende so daß sehr häufig Verfestigungsharz beim Einpressen am Bohrloch-Verschlußstopfen herausspritzt. Das Ergebnis ist voraussehbar, nämlich die Lanze zum Einpressen des Verfestigungsharzes läßt sich nur sehr schwer vom Endsitück des bekannten Bohrloch-Verschlußstopfens lösen, oft ist die Haltewirkung des spreizdübelartigen Kopfes zu gering und der gesamte Stopfen wird wieder herausgerissen oder aber die Gewindeverbindung hat sich, z. B. unter dem Einfluß des Verfestigungsharzes, so stark miteinander verbunden, daß sich die Lanze nicht mehr vom Stopfen trennen läßt. Es ergibt sich also bei hohem mechanischen Aufwand für die Herstellung (Schaffung eines

Kugelrückschlagventiles, Schaffung eines schraubbaren Ziehkeiles usw) ein geringer, unbefriedigender technischer Erfolg, weil das Verfestigungsharz häufig auch bei gutsitzendem Verschlußstopfen an undichten Stellen zwischen Stopfen und Bohrlochwandung heraustritt. Weitere Nachteile sind Wiederherausreißen des Bohrloch-VerschlußStopfens oder nicht mehr lösbare Verbindung zwischen Stopfen und Lanze.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, einen Stopfen der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachster Herstellung besonders funktionssicher ist und insbesondere eine gute Abdichtung sowie ein gutes Einbringen des Harzmaterials erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der eingangs genannte Bohrloch-Verschlußstopfen neuerungsgemäß dadurch, daß der hohlzylindrische Grundkörper an seiner Spitze geschlossen, abgestuft verjüngt, in einem anschließenden Längenabschnitt außen widerhaktenartig quergerillt und im Anschlußbereich der Lanze außen längsgerillt ausgebildet ist und aus einem elastischen, massiven Werkstoff mit hoher Reißfestigkeit besteht, vorzugsweise aus einem massiven oder zelligen Elastomer/ in den der Gewindeanschluß für die Einführungslanze eingeschäumt bzw. eingeformt ist, und daß die als Rückschlagventil arbeitende Einrichtung aus wenigstens zwei von der Stirnseite des Vorderendes schräg zum Hohlraum hin verlaufenden Einschnitten besteht.

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Bei der neuerungsgemäß ausgebildeten Ausgestaltung des Stopfens wird durch die Außenprofilierung des Grundkörpers dafür gesorgt, daß der Stopfen trotz geringerer Außendurchmesser in Bezug auf das Bohrloch infolge der Längsrillen Widerstand findet und maschinell leicht eingeschraubt und festgelegt werden kann. Die sägezahnartige Querrillung des Grundkörpers, die auch widerhakenartig gestaltet sein kann, verhindert einerseits ein Herausreißen des Bohrloch-Verschlußstopfens, weil sie sich dieser Bewegung entgegensetzt und sie steigert die gegen die Bohrlochwandung preßbare Oberfläche und vergrößert damit die Haftreibung, so daß im Zusammenwirken mit Längs- und Querrillung ein enormer Zuwachs an Haltewiderstand im Bohrloch erzielt wird. Die Verwendung des Elastomers als massiver oder zelliger Kunststoff mit hoher Reißfestigkeit sorgt dafür, daß auch die enormen hohen Kräfte, die bei der Belastung des Bohrstopfens sowohl beim Eindringen wie beim Einpressen und Wiederherausziehen der Lanze entstehen können, zerstörungsfrei aufgenommen werden können.

Besonders einfach ist die Gestaltung des Rückschlagventils, das bisher montiert werden mußte. Be.i der neuerungsgemäß ausgebildeten Ausführung wird dieses einfach durch Einstechen von zwei einander gegenüberliegenden Einschnitten erzielt. Diese Einschnitte liegen normalerweise dichtend aneinander, weiten sich aber beim Einpressen des Verfestigungsharzes auf und erlauben dessen Austritt in das Bohrloch.

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Sobald der Einpreßdruck abfällt, ist der Druck des Verfestigungsharzes im Bohrloch höher und preßt diese Einschnitte wieder zusammen, so daß ohne irgendwelche mechanisch Bauteile ein Verschluß nach Art eines Rückschlagventiles erzielt wird, der das Verfestigungsharz zuverlässig im Bohrloch zurückhält.

schon erwähnt, greift der neuerungsgemäß ausgebildete Bohrloch-Verschlußstopfen beim maschinellen Einführen erheblich zuverlässiger und schneller als die bekannte Ausführung und er hält außerdem wesentlich, zuverlässiger im
Bohrloch.

Bei einer ber-onders vorteilhaften Ausgestaltung, die in An-Spruch 2 offenbart ist, besteht der Gewindeanschluß aus einem längs durch den Grundkörper verlaufenden Gewinderohr
mit Außengewinde, welches nahe der Stopfenspitze einen kegelförmigen Kopf aufweist, dessen flache BasLs der Stopfenspitze zugekehrt ist und das ein über den Grundkörper an
der Lanzenanschlußseite hinausragendes Ende aufweist, auf welches eine Lanzenanschlußbuchse aufschraubbar ist, welche an der zur Lanzenanschlußseite des Grundkörpers weisenden Stirnfläche eine sägezahnartige,in das Material des Grundkörpers eindringende, gegen Losdrehen der Lanzenanschlußbuchse sperrende Verzahnung aufweist.

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Diese Ausführung hat den Vorteil, daß der kegelförmige Kopf, der fest mit dem Gewinderohr verbunden und in den Grundkörper eingeschäumt ist, Kräfte, die in Richtung auf das Eintrittsende des Bohrloches wirken, gezogen werden kann und damit eine äußerst intensive Stauchung des Grundkörpers bewirkt, welche bisher unerreichbare Abdichtungswirkungen zu erzielen gestattet. Bei der Erprobung wurde festgestellt, daß sich der Grundkörper im Bereich der quer verlaufenden, widerhakenförmig,m Rippen um 25 % seines Ausgangsdurchmessers aufweiten läßt, wenn das Gewinderohr mittels Lanze betätigt wird.

Zum Anschluß der Lanze dient bei dieser Ausführung eine Lanzenanschlußbuchse, die auf ein über die Lanzenanschlußseite hinausragendes Ende des Gewinderohres aufgeschraubt ist und welche stirnseitig eine Verzahnung hat, deren sägezahnartige Richtung gegen ein Losdrehen der Anschlußbuchse vom Grundkörper sperrt. Im Kormalfall verhindert diese Ausgestaltung der Anschlußbuchse, daß beim Losdrehen der Lanze die zuvor erzielte Stauchung reduziert wird, weil sich diese Anschlußbuchse gegen ein Losdrehen im Grundkörper festkrallt. Sollte aber der Losdrehwiderstand unerwartet über alle Maßen hoch sein und die Gefahr bestehen, daß das Losdrehen der Lanze den Stopfen lockert oder löst, so braucht nur die Anschlußbuchse mittels geeigneten Werkzeugs festgehalten zu werden und die Lanze läßt sich ohne Gefahr des Lösens oder Herausreißens des Stopfens entfernen. Da das Gewinderohr mit dom

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kegelförmigen Kopf in den Grundkörper eingeformt oder eingeschäumt wird, ist die Herstellung besonders einfach und prob^ lemlos. Diese bevorzugte Ausbildung des Stopfens ist daher preisgünstig herstellbar und führt zu einem überaus vorteilhaften Ergebnis.

Für Zwecke, bei denen von vornherein nicht zu erwarten ist, daß die volle Stauchbarkeit der bevorzugten Ausführungsform erforderlich ist, um eine ausreichende Sicherung des Stopfens im Bohrloch zu gewährleisten, läßt sich eine einfachere Variante verwenden, die gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet \ ist, daß der Gewindeanschluß als an der Lanzenanschlußseite ' in den Grundkörper eingeschäumte oder eingeformte Gewindehülse aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist, daß der Hohlraum des Grundkörpers vom Ende der Gewindehülse aus in Richtung Stopfenspitze konisch verjüngt ist und einen an der Spitze angeschrägten, hohlzylindrischen Preßkörper aus Kunststoff oder Metall aufnimmt, welcher beim Einschrauben der Lanze in Richtung Stopfenspitze verschiebbar ist.

Bei dieser einfacheren Ausführung des Stopfens ist die 1-B.nzenanschlußbuchse gewissermaßen in das Ende des Grundkörpers mit eingeschäumt und es fehlt das bis zur Grundkörperspitze verlaufende Gewinderohr. Anstelle des Gewinderohres wird der hohlzylindrische, an seiner Spitze abgeschrägte Preßkörper in das Stopfeninnere eingeführt und beim Einschrauben der Lanze in den konisch verjüngten Innenraum gedrängt. Da-

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durch wird das Material des Grundkörpers nach außen gedrängt und gegen die Bohrlochwandungen gepreßt. Aufgrund der Aussengestaltung mit Längsrillen und widerhakenförmigen Querrillen ergeben sich vergleichbare Vorteile, wenn auch nicht derartig hohe Stauchkräfte und Durchmessererweiterungen wie bei der bevorzugten Ausführungsform. Der Preßkörper ist ein Verlierteil, welches aus Kunststoff oder Metall bestehen kann, das in der Regel im Stopfen verbleibt und nicht wieder verwendet werden kann. Erspart werden bei dieser Ausführung jedoch die Herstellung des kegelförmigen Kopfes und des langen Gewinderohres.

Gemäß Anspruch 4 sieht die Neuerung vor, daß die Gewinde doppelgängig ausgebildet sind und eine große Steigung aufweisen. Durch die Doppelgängigkeit sind die Gewinde hoch belastbar und die hohe Steigung erlaubt bei maschineller Betätigung rasche dynamische Wirkungen der Gewinde auf die Umgebung, so daß hohe Preßkräfte erzielt werden.

Die beiden Ausführungsbeispiele des neuerungsgemäß ausgebildeten Bohrloch-Verschlußstopfens sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 - eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform des Bohioch-Verschlußstopfans,

Fig. 2 - eine Seitenansicht der einfacheren Ausführungsform,

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Fig. 3 - eine teils auseinandergezogene Schnittansicht der Ausführungsform gem. Fig. 2.

Die Figuren zeigen einen Bohrloch-Verschlußstopfen 1, der einen im wesentlichen hohzylindrischen, jedoch an der Spitze verschlossenen und abgestuft verjüngten Rundkörper 2 aufweist, welcher aus einem hoch reißfesten massiven oder zelligen Elastomer gefertigt ist. An der abgestuft verjüngten, jedoch verschlossenen Spitze 3 sind zwei diagonal gegenüberliegende Einschnitte 4 bis in einen inneren Hohlraum 5 des Grundkörpers 2 eingebracht. Diese Einschnitte 4 bilden ein Rückschlagventil, indem sie sich beim Einpressen des Verfestigungsharzes öffnen, den Austritt des Harzes gestatten, jedoch wieder verschließen und ein Rückfließen des Verfestigungsharzes verhindern, wenn der Einpreßdruck des Harzes nachläßt.

Zur sicheren Betätigung und Verankerung des Stopfens 1 im nicht gezeichneten Bohrloch ist der Grundkörper 2 außen im vorderen und mittleren Bereich mit sägezahn- oder widerhakenartigen Querrillen 6 versehen und im anschlußseitigen Bereich mit Längsrillen 7 ausgerüstet. Die Querrillen 6 verhindern ein Herausreißen oder Herausdrücken in Längsrichtung Die Längsrillen 7 verhindern ein Mitdrehen beim Einschrauben oder Herausdrehen.

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Bei der Ausführung gem. Fig. 1 nimmt der innere Hohlraum 5 ein Gewinderohr 8 auf/ das vorzugsweise aus Metall, aber auch aus Kunststoff, bestehen kann, welches an seinem Ende einen kegelförmigen Kopf 9 trägt, dessen flache ebene Basis der Spitze 3 des Stopfens 1 zugekehrt ist. Am anschlußseitigen Ende ragt das Gewinderohr 8 über das Ende des Grundkörpers 2 nach außen. Auf dieses herausragende Ende 10 ist eine Lanzenanschlußbuchse 11 aufschraubbar, deren Stirnfläehe eine sägezahnartige Verzahnung 12 aufweist, deren Zahhung gegen ein Losdrehen der Lanzenanschlußbuchse 11 vom Grundkörper 2 gerichtet ist.

Wenn die Lanzenanschlußbuchse auf das Ende 10 aufgeschraubt wird, wird das Gewinderohr 8 in Richtung Anschlußbuchse 11 gezogen, der kegelförmige Kopf 9 staucht den mittleren Bereich und sorgt für einen absolut sicheren Preß- und Dichtsitz. Die mögliche Durchmesservergrößerung beträgt 25 % oder mehr des Ausgangsdurchmessers. Das Harz zum Verfestigen des Gesteins wird eingepreßt und die in Fig. 1 nicht gezeigte Einführungslanze aus der Lanzenanschlußbuchse herausgedreht, wobei sich infolge der Verzahnung 12 die Sicherheit ergibt, daß die Stauchung des Grundkörpers 2 erhalten bleibt. In extremen Notfällen kann die Buchse 11 mit einem Werkzeug festgehalten werden, um das Lösen der Lanze zu verhindern.

Bei der einfacheren Ausgestaltung gemäß Fig. 2 und 3 ist eine Gewindehülse 13 in das Lanzenanschlußende des Grundkörpers

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eingeschäumt und der von dieser Hülse 13 aus bis zur Spitze 3 verlaufende Hohlraum 5 konisch verjüngt ausgebildet. Die Hülse 13 kann ebenfalls aus Kunststoff oder Metall bestehen. Zur Betätigung dient ein Preßkörper 14, der aus Metall oder Kunststoff bestehen kann, hohlzylindrisch gestaltet ist und an seiner Spitze angeschrägt ist, damit er sich in die kegelförmig verjüngte Innenhohlraumwandung einquetschen kann. Die Einführung des Preßkörpers 14 ist in Fig. 3 im oberen Teil der Darstellung in strichpunktierten Linien dargestellt und ebenfalls in strichpunktierten Linien die Aufweitung des Grundkörpers 2 wiedergegeben.

Vor dem Einführen des Verschlußstopfens 1 dieser Ausführung j· wird der Preßkörper 14 durch die Gewindehülse 13 gesteckt f.

und eine Lanzenspitze 15 in die Gewindehülse 13 eingeschraubt, t Maschinell wird dann bis zu einem Anschlag 16 an der Lanze | 15 eingeschraubt. Der Preßkörper 14 wird vorgeschoben, der V Stopfen aufgeweitet und abgedichtet. Eine Gegendrehung löst die Lanzenspitze 15 vom Verschlußstopfen 1, während der Preßkörper 14 im Stopfen 1 verbleibt.

Alle Gewinde können aus Metall oder geeignetem Kunststoff bestehen, sie können doppelgängig ausgebildet sein und eine geeignete große Steigung aufweisen, damit sich maschinell, dynamisch oder kinetische hohe Kräfte erzielen lassen.

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   PATENTANWÄLTE

   nOIIENZOLLERNSTn. 21 · 5400 KOBLENZ · TEL.: 0201 / 84333 DIFL.-ING. ERICH HiSNTSCHEL (1031-1080) ■ DIPL.-ING. PETER HENTSCHEL

   Schutzansprüche:

   1 . Bohrloch-Verschlußstopfen zur Verwendung im Un tier tage-'Bergbau beim Betrieb von Schildabbaumaschinen zum vorübergehenden Verfestigen des hängenden Gebirges oberhalb des Abbaubereiches durch Einpressen von Verfestigungsharz in schräg nach oben weit vor Ort vorgetriebene Bohrungen im hängenden Gebirge, der aus einem elastischen, im wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper besteht, welcher einen Gewinde;.nschluß für eine Einführungslanze zum Einpressen des Verfestigungsharzes aufweist, durch Einschrauben der Lanze zum Verankern und Abdichten im Bohrloch spreiz- und/oder stauchbar ist und eine als Rückschlagventil arbeitende Einrichtung aufweist, um das unter Druck in das Bohrloch eingepreßte Verfestxgungsharz nach Lösen der Lanze im Bohrloch zurückzuhalten, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrische Grundkörper (2) an seiner Spitze verjüngt, in einem anschließenden Längenabschnitt außen widerhakenartig quergerillt und im Anschlußbereich der Lanze außen längsgerillt ausgebildet ist und aus einem elastischen, massiven Werkstoff mit hoher Reißfestigkeit besteht, vorzugsweise aus einem massiven oder zelligen Elastomer, in den der Gewindeanschluß für die Einführungslanze (15) einge-

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   schäumt bzw. eingeformt ist, und daß die als Rückschlagventil arbeitende Einrichtung aus wenigstens zwei von der Stirnseite des Vorderendes (3) schräg zum Hohlraum (5) hin verlaufenden Einschnitten (4) besteht.
2. 2. Bohrloch-Verschlußstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeanschluß aus einem längs durch

   den Grundkörper (2) verlaufenden Gewinderohr (8) mit Aus-

   sengewinde beste:ht, welches nahe der Stopfenspi^ze (3) ei-

   nen kegelförmigen Kopf (9) aufweist, dessen flache Basis der Stopfenspitze (3) zugekehrt ist und das ein über den Grundkörper (2) an der Lanzenanschlußseite hinausragendes Ende (10) aufweist, auf welches eine Lanzenanschlußbuchse (11) aufschraubbar ist, welche an der zur Lanzenanschlußseite des Grundkörpers weisenden Stirnfläche eine sägezahnartLge, in das Material des Grundkörpers eindringende, gegen Losdrehen der Lanzenanschlußbuchse (11) sperrende Verzahnung

   j (12) aufweist.

   j 3. Bohrloch-Verschlußstopfen nach Anspruch 1, dadurch ge-

   ·; kennzeichnet, daß der Gewindeanschluß als an der Lanzenan

   schlußseite in den Grundkörper (2) eingeschäumte oder eingeformte Gewindehülse (13) aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist, daß der Hohlraum (5) des Grundkörpers (2)

   vom Ende der Gewindehülse (13) aus in Richtung Stopfenspitze (3) konisch verjüngt ist und einen an der Spitze angeschrägten, hohlzylindrischen Preßkörper aus Kunststoff

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   oder Metall aufnimmt/ welcher beim Einschirauben der Lanze (15) in Richtung Stopfenspitze (
3. 3) Verschiebbar ist*
4. 4. Böhrloch-Verschlußstopfen nach Anspruch 3, dadurch ge- i. kennzeichnet/ daß die Gewinde doppelgängig ausgebildet äind und eine große Steigung aufweisen.

   Beschreibung: