NO336673B1 - Kontrollert ekspansjon av bergbolt - Google Patents

Description

Teknisk område

Denne oppfinnelse gjelder en forbedret fremgangsmåte og et tilhørende apparat for manuell installasjon av bergholter som kan ekspanderes ved hjelp av trykk.

Oppfinnelsens bakgrunn

Tunnelarbeid skjer ofte i smale passasjer hvor det trengs at en arbeider manuelt installerer for eksempel bergholter og andre typer støtteinnretriinger for å holde bergmassene på plass. Manuell installasjon av slike bergholter innbefatter at en arbeider manuelt kopler et installasjonsapparat til en bergbolt, idet dette apparat da gjerne består av en installasjonsarm som er koplet til et pumpesystem ved hjelp av hvilken trykksetting av bergholten finner sted.

Under trykksettingen presses et trykkmedium, for eksempel vann inn i bergholten ved hjelp av pumpesystemet, nærmere bestemt en høytrykkspumpe, hvorved bergholten ekspanderes. Dennes ekspansjon krever en trykksetting opp til et visst trykknivå, og at dette trykk opprettholdes over en tidsperiode som er tilstrekkelig til at bergholten tillates å ekspandere.

Pumpesystemet som brukes for trykksettingen av bergholter omfatter normalt et kontroll/styresystem med "liten intelligens" og som bare søker å holde trykket fra høytrykkspumpen konstant ved et forhåndsbestemt installasjonstrykknivå. Det påkrevde trykk vil være avhengig av typen bergbolt, men er ofte 240-300 bar.

Mellom bergholten og høytrykkspumpen har man en treveisventil som har som funksjon å åpne strømmen av væske til bergholten ved trykksettingen og lukke væske-strømmen fra pumpen når installasjonen er avsluttet og deretter også tømme bolten fra den injiserte væske. Treveisventilen betjenes av operatøren ved hjelp av et håndtak.

Et problem med dagens manuelle installasjon av bergholter er at installasjons-prosedyren er vanskelig å gjennomføre for en operatør. Siden vedkommende tilfører trykket ved å presse inn eller frigjøre en hendel i et installasjonsapparat kan trykket enkelte ganger opphøre, og det er også vanskelig for operatøren å bestemme hvor lang tid et visst trykk har blitt opprettholdt, og derved for hvor lang tid ekspansjonen av bergholten har foregått. Det har vist seg at en operatør ofte overestimeres den tid som har gått når vedkommende installerer bergholter, og han/hun er derfor tilbøyelig til å avbryte installasjonsprosessen for tidlig. Ved bergbolting har det altså vist seg at enkelte av boltene har ekspandert utilstrekkelig, hvilket gir kvalitetsproblemer og utilstrekkelig pålitelighet for støttingen og sikringen av bergveggen i en tunnel.

På denne bakgrunn er det ønskelig å komme frem til et apparat og en fremgangsmåte som både forenkler og forbedrer den manuelle installasjon av slike bergholter.

Av tidligere kjent teknikk nevnes patentdokument EP 0272233 Al som viser en fremgangsmåte og et system for manuell installasjon av trykkekspanderbare bergbolter omfattende manuell tilkopling av en trykkilde til en bergbolt som skal ekspanderes Kort gjennomgåelse av oppfinnelsen

Det er et mål med denne oppfinnelse å komme frem til et apparat og en fremgangsmåte som altså løser de problemer som er skissert ovenfor, særlig å komme en frem til en forbedret fremgangsmåte og et tilhørende apparat for manuell bergbolting hvor installasjonsprosessen for installasjon av bergbolter alltid blir avsluttet på riktig måte. Et annet mål er å komme frem til manuell bergbolting som eliminerer all usikkerhet om en ekspanderbar bergbolt er installert korrekt eller ikke.

Disse og andre mål med oppfinnelsen nås med en fremgangsmåte for manuell installasjon av ekspanderbare bergbolter, slik det fremgår av patentkrav 1 og i samsvar med et kontroll/styresystem slik det fremgår av patentkrav 8.

I samsvar med oppfinnelsen oppnås således målene ved hjelp av en fremgangsmåte for manuell installasjon av trykkekspanderbare bergbolter, omfattende manuell tilkopling av en trykkilde til en bergbolt som skal ekspanderes,karakterisert vedat en operatør starter en sekvens hvor bergholten settes under trykk til et forhåndsbestemt trykk, og hvor det forhåndsbestemte trykk deretter opprettholdes over en forhåndsbestemt tidsperiode, under den installasjon som foregår. Av denne grunn hindres en operatør fra å avbryte en installasjon av en bergbolt for tidlig, ved feiltakelse, slik at kvaliteten av bergoppstøttingen kan garanteres. En operatør kan imidlertid avbryte en installasjon ved og etter valg å presse inn en tilbakestillingsknapp, for eksempel dersom han/hun oppdager en lekkasje eller liknende.

I en annen utførelse av oppfinnelsen genererer et signal når installasjonssekvensen er vellykket gjennomført. På denne måte behøver ikke en operatør selv evaluere hvor lang tid ekspansjonen en bergbolt har foregått, hvorved risikoen for tidlig avbryting av sekvensen elimineres. I en annen utførelse genereres et signal og dessuten fortrinnsvis også en feilmelding når sekvensen ikke er ferdig. På denne måte gjøres operatøren oppmerksom på at installasjonen har sviktet og kan starte opp på ny. En kvalitetssikret installasjon oppnås derved.

I en annen utførelse brukes en timer et annet tidsinstrument som klareres når det forhåndsbestemte trykk i løpet av den gitte tidsperiode kommer under et indikert trykknivå, hvoretter timeren startes opp igjen når dette trykk igjen nås. Derved sikres at trykket som trengs for ekspansjon av en bergbolt fullstendig i virkeligheten blir holdt i løpet av en gitt tidsperiode.

I en annen utførelse brukes en chuck eller spermretning for installasjonen til å gripe bergholten helt til den fastlagte tidsperiode er ferdig. På denne måte har man også en sikker og pålitelig installasjon av bergbolter.

I enda en utførelse krever starten av installasjonen en aksjon av en operatør over en gitt tidsperiode før sekvensen startes, og på denne måte får operatøren en viss tid til rådighet for å se om eventuelle mulige feil finnes i systemet, og samtidig blir det da nok tid til at operatøren kan hindre start av sekvensen.

Oppfinnelsen gjelder også et kontroll-/styresystem for manuell installasjon av en ekspanderbar bergbolt, og fordelene som skissert ovenfor oppnås med dette system. Ytterligere fordeler oppnås innenfor forskjellige aspekter av oppfinnelsen og vil forstås bedre ut fra detaljbeskrivelsen nedenfor, idet denne støtter seg til tegninger.

Kort gjennomgåelse av tegningene

Fig. 1 viser en manuell installasjon av bergbolter,

fig. 2 skjematisk en ekspansjonsprosess for ekspansjon av en bergbolt, og fig. 3 viser et flytskjema over hvordan installasjonssekvensen arter seg, i samsvar med

oppfinnelsen.

Detalj beskrivelse av foretrukne utførelser

Det vises til fig. 1 som illustrerer en manuell installasjon av ekspanderbare bergbolter, i samsvar med oppfinnelsen. Denne installasjon skal nå gjennomgås i nærmere detalj. En operatør 1 har tilgang til et installasjonsapparat for setting bergbolter, omfattende en installasjonsarm 2 med et håndtak 3 i den ene ende og en installasjonsholder 4 (chuck) i den andre. Armen er koplet til en høytrykkspumpe 5 for å presse ut et trykkmedium så som vann, slik at dette medium kan presses inn i bergholten 6 ved et gitt trykk. Ved for eksempel å trykke ned håndtaket 3 starter operatøren 1 en installasjonssekvens som deretter ikke kan avbrytes annet enn ved å trykke på en tilbakestillingsknapp som fortrinnsvis er anordnet på pumpen 5.

I motsetning til det som har vært vanlig innenfor slik installasjon og hvor opera-tøren selv må fastlegge eller gjette på om en installasjon av en bergbolt er avsluttet på riktig måte eller ikke og deretter selv må anslå hvor lenge en slik bergbolt har fått utvide seg, vil vedkommende nå ifølge oppfinnelsen bare behøve å starte installasjonssekvensen og behøver ikke tenke på når den eventuelt skal avsluttes.

Det vises nå til fig. 2 hvor ekspansjonsprosessen for en bergbolt gjennomgås kort for å klargjøre installasjonssekvensen. I løpet av den fase som er merket 1 fylles bergholten 6 med vann eller en annen væske, og trykket behøver ikke være så høyt ved fyllingen. Deretter overskrides trykkgrensen for permanent deformasjon, markert med 2. Når slik deformasjon finner sted, i fase 3 faller trykket noe, og inntanningen av bergholten folder seg da ut og presses i fase 4 til anlegg mot berget. I fase 4 finner også elastisk strekk av bergmassen sted. I den siste fase som er den kritiske fase for installasjonen når trykket den forhåndsgitte grense, og trykket bør opprettholdes ved dette nivå over en viss tid, typisk 6 sekunder for å tillate fullstendig ekspansjon av bergholten inne i borehullet. Ulike bolter krever imidlertid ulik trykk, og selv med bergbolter av samme type kan motstanden variere noe. Et trykk som ligger noe over 300 bar vil imidlertid vanligvis være høyt nok.

Et system 7 er styring/kontroll har i oppfinnelsen en hovedfunksjon for å sikre at syklusen som er illustrert på fig. 2 ikke kan avbrytes manuelt av operatøren 1. Han må altså ikke være i stand til å avbryte installasjonen ved å slippe håndtaket 3, hvorved installasjonssekvensen nå kommer til å fortsette selv om dette håndtak slippes.

Systemet 7 er vist bare skjematisk på fig. 1 som en separat enhet som er forbundet med pumpen 5, men det innses at det kan inngå som en del av denne pumpe, eller det kan for eksempel utgjøre en del som er annet sted i et pumpesystem. Systemet omfatter midler, for eksempel en timer som setter i gang en reléutkopling av pumpen 5 eller viss forhåndsgitt tid. Bergholten 6 bør være satt ved et trykk som er bestemt på forhånd og holde dette trykk over den tid som er indikert i fase 5, for eksempel 6 sekunder som nevnt ovenfor, og chuck 4 skal da ikke løsne sitt grep på bolten før denne tid er utløpt. Dersom trykket ved denne fase skulle synke under det indikerte trykk tilbakestilles timeren og startes om igjen når det indikerte trykk igjen er nådd.

Installasjonen omfatter følgende trinn, illustrerte i flytskjemaet på fig. 3: i trinn 100 forbinder operatøren en trykkilde til en bergbolt som skal ekspanderes, i trinn 102 starter operatøren en sekvens hvor bergholten settes under trykk til et forhåndsbestemt trykk, og i trinn 104 sikres ved systemet 7 at dette forhåndsbestemte trykk holdes over en forhåndsbestemt tidsperiode, og at dette ikke kan påvirkes av operatøren.

Når for eksempel operatøren trykker inn håndtaket 3 i et installasjonsapparat for bergbolter 6, kan en sensor i håndtaket generere et signal til systemet 7, hvorved installasjonssekvensen kan startes. Sensoren er koplet til et slikt system 7 som da styrer pumpen 5 og starter en timer, slik at systemet kan kontrollere at et satt trykk nås i bergholten i løpet av en gitt tid (tiden og trykket tilsvarer fase 5 fig. 2). Når denne tid er utløpt kan et relé som mottar et signal fra timeren når tiden har løpt ut, kople fra trykkilden, for eksempel pumpen. Timeren bør ikke styres av noen mekanisk enhet, men kan naturligvis alternativt være utrustet med programvare. Når tiden har utløpt vet operatøren at installasjonen er avsluttet på riktig måte, og det er da sikkert at bergholten er installert korrekt.

Treveis ventilen som er nevnt innledningsvis her kan således utelates i oppfinnelsens apparat og erstattes med for eksempel en sensor.

Enkelte ganger vil det skje at en bergbolt ikke kan ekspanderes, for eksempel dersom det ikke er noe hull i den. Hvis dette er tilfelle, vil trykket nå den indikerte verdi umiddelbart, og sekvensen avbrytes etter den forhåndsbestemte tid som vanlig. Bergholten vil imidlertid ikke være ekspandert, men det er ingen risiko for at en delvis ekspandert bolt holder seg i borehullet. Derved varsles operatøren ved det faktum at bergholten er defekt, og festet i bergveggen vil derfor alltid kunne garanteres.

Systemet 7 håndterer også den situasjon som kommer opp når det forhåndsbestemte trykk i bergholten ikke kan nås, hvilket for eksempel er tilfelle når bolten er en lekkasjebolt. Operatøren kan da stanse pumpen 5 ved å presse på tilbakestillingsknappen på armens håndtak eller på pumpen selv, eller liknende. Alternativt kan en funksjon im-plementeres hvor for eksempel en timer styrer at sekvensen utføres innenfor en forhåndsbestemt maksimaltid, og i løpet av denne tid bør det forhåndsbestemte trykk være nådd og holdt over den forhåndsbestemte tidsperiode. Timeren settes da til en tidsperiode som gjelder den totale installasjonstid, og dersom denne periode overskrides avbrytes installasjonssekvensen. Det er viktig at den totale installasjonstidsperiode er satt ikke er satt for kort. Siden installasjonen av bergholten da kan brytes for tidlig uten at operatøren er klar over det. Dersom systemet 7 omfatter en slik maksimal installasjonstid, etter hvilken installasjonssekvensen brytes kan et gitt signal genereres for å varsle operatøren om at maksimaltiden er overskredet. Videre kan en feilmelding presenteres for vedkommende, for eksempel "installasjon sviktet". Operatøren må da tilbakestille systemet og starte det om igjen.

Funksjonen ovenfor kan brukes når trykket aldri når det forhåndsbestemte og påkrevde nivå, men også dersom trykket plutselig skulle falle under dette nivå før den påkrevde tid har forløpt. Bolten er da ikke nøyaktig installert, men er bare ekspandert delvis, og systemet 7 bør varsle operatøren. Delvis ekspanderte bolter kan for eksempel forekomme når en bolt får en lekkasje eller hvis det oppstår lekkasje i pumpesystemet. Siden operatøren ifølge oppfinnelsen bare vil bryte en installasjon manuelt ved å presse på en tilbakestillingsknapp og ikke har andre midler, og siden han ellers vil få et feilmeldingssignal eller et annet signal vil vedkommende således alltid være klar over det tilfelle at en bergbolt ikke er installert korrekt.

Dersom en operatør skulle starte en installasjonssekvens ved en misforståelse, for eksempel hvis han starter sekvensen uten at det er satt inn noen bergbolt i chucken vil systemet 7 registrere dette, særlig i en alternativ utførelse av oppfinnelsen. Systemet kontrollerer at økningen av trykk er normal, og dette vil ikke være tilfelle dersom det ikke foreligger noen bergbolt i borehullet. Systemet avbryter deretter sekvensen, hvoretter en umiddelbar omstarting kan utføres. I en alternativ utførelse krever imidlertid starten av installasjonen en aksjon fra operatørens side i løpet av en gitt tidsperiode, for eksempel at vedkommende presser håndtaket ned i løpet av to sekunder, før sekvensen startes, slik at dette gir en låsevkkning som hindrer avbrudd av operatøren selv. Under denne startfase og før sekvensen starter egenhendig, har operatøren tid til å for eksempel se om det foreligger en lekkasje i pumpesystemet, hvoretter starten av sekvensen kan hindres.

I samsvar med en bestemt utførelse av oppfinnelsen kan systemet 7 også omfatte en teller for å registrere antallet korrekt installerte bolter. Dette kan for eksempel være fordelaktig når det er kritisk riktig at et visst antall bergbolter er installert eller dersom man ønsker statistikk.

I samsvar med oppfinnelsen kan ekspansjonen av en bergbolt ikke avbrytes på forhånd ved feil, og således vil man ikke ha noen risiko for forankring av bergholten i berget ved redusert styrke, slik at oppstøttingen eller forankringen av fjellet blir dårlig.

Ved hjelp av oppfinnelsen vil videre all usikkerhet hos operatøren vedrørende om en ekspanderbar bergbolt er installert korrekt eller ikke, kunne elimineres helt. I samsvar med oppfinnelsen vil alltid en operatør vite om en installasjon er vellykket eller ikke.

Kontroll/styresystemet 7 i samsvar med denne oppfinnelse sikrer at bergholten 6 er trykksatt ved et bestemt trykk og at dette trykk blir opprettholdt i løpet av en forhåndsbestemt påkrevd tidsperiode. Dette gir en meget pålitelig manuell installasjon av bergbolter.

Oppfinnelsen gir videre muligheten for lagring av trykk og tid for særskilte bolter, for eventuell senere oppfølging.

Claims (16)

1 En fremgangsmåte for manuell installasjon av med tryldcsetting ekspanderbare bergbolter, innbefattet manuell tilkobling av en trykkilde til en bergbolt som skal ekspanderes, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinnene med - en operatør starter en sekvens hvormed bergholten trykksettes til et forhåndsbestemt trykk, og - å sikre at ved hjelp av denne sekvensen, og med en anordning som omfatter et styringssystem som omfatter midler for å garantere at dette trykket holdes under en forhåndsbestemt tidsperiode, at det forhåndsbestemte trykk holdes for en forhåndsbestemt tidsperiode.

2 Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor et signal avgis når sekvensen er vellykket gjennomført.

3 Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, hvor et signal avgis når sekvensen ikke har blitt vellykket gjennomført.

4 Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-3, hvor en feilmelding avgis når sekvensen har blitt vellykket gjennomført.

5 Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4, hvor en timer nullstilles dersom det forhåndsbestemte trykk under den forhåndsbestemte tidsperioden faller under et fastsatt trykknivå, og videre blir gjenoppstartet når det fast-satte trykknivå igjen er oppnådd.

6 Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av de forutgående krav, hvor en installasjonsholder benyttet til installasjonen ikke frigir sitt grep om en bergbolt før den forhåndsbestemte tidsperioden er gått ut.

7 Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av de forutgående krav, hvor oppstarten av installasjonen krever handling fra en operatør i løpet av en viss bestemt tidsperiode før sekvensen settes i gang.

8 Et styringssystem for tilkobling til en trykkilde for manuell installasjon av med trykksetting ekspanderbare bergbolter, karakterisert vedat styringssystemet (7) omfatter: midler for å garantere at en bergbolt trykksettes til et forhåndsbestemt trykk, og midler for å garantere at dette trykket holdes under en forhåndsbestemt tidsperiode.

9 Styringssystem som angitt i krav 8, hvor midlene for å garantere et trykk omfatter en timer anordnet for å bestemme varigheten av det forhåndsbestemte trykket.

10 Styringssystem som angitt i krav 9, hvor timeren er innrettet til å bli nullstilt dersom det ønskede trykk under en forhåndsbestemt tidsperiode faller under et gitt trykknivå, og videre innrettet til å bli gjenoppstartet når det gitte trykknivå igjen er nådd.

11 Styringssystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-10, hvor styringssystemet (7) omfatter en tilbakestillingsknapp for å gjøre avbrudd av installasjonen mulig.

12 Styringssystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-11, hvor styringssystemet (7) omfatter en teller som teller antallet korrekt installerte bergbolter.

13 Styringssystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-12, hvor styringssystemet (7) omfatter midler innrettet til å avgi et signal når installasjonen er vellykket.

14 Styringssystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-13, hvor styringssystemet (7) omfatter midler innrettet til å avgi et signal når installasjonen ikke ble vellykket.

15 Styringssystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-14, hvor en feilmelding avgis når sekvensen ikke har blitt utført vellykket.

16 En anordning for å installere en med trykksetting ekspanderbar bergbolt som omfatter en trykkilde og midler for manuelt å kobles til en ekspanderbar bergbolt,karakterisert vedat apparatet omfatter et styringssystem (7) som angitt i et hvilket som helst av kravene 8-15.