SE1800051A1

SE1800051A1 - Adaptive and instantaneous coating of protective barriers on a rock reinforcement element

Info

Publication number: SE1800051A1
Application number: SE1800051A
Authority: SE
Inventors: Mattias Määttä; Niklas Pääjärvi; Ulf Sidmalm
Original assignee: Nybergs Mekaniska Verkst Ab
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-06
Also published as: SE543815C2

Abstract

Uppfinningen avser ett förfarande för att på bergförstärkningselement, så som berg- och kabelbultar, i direkt anslutning till dess installation i bergmassan, belägga dessa med en momentant funktionsduglig beläggning i syfte att göra valfria zoner på de nämnda förstärkningselementen skyddade från kontakt med ingjutningsmassa och således medförande att det i bergmassan ingjutna förstärkningselementet i de belagda zonerna kan deformeras plastiskt genom sträckning då dessa utsätts för krafter från de höga bergspänningarna.The invention relates to a method for coating rock reinforcement elements, such as rock and cable bolts, in direct connection with its installation in the rock mass, with a momentarily functional coating in order to make optional zones on the said reinforcement elements protected from contact with grout and thus that the reinforcing element cast into the rock mass in the coated zones can be plastically deformed by stretching as they are subjected to forces from the high rock stresses.

Description

_1_ Adaptivt och momentant beläggande av skyddande barriärer på ettbergförstärkningselement Beskrivning Föreliggande uppﬁnning avser en metod för att belägga ett bergförstärkningselement så somt.ex. berg- och kabelbultar med en direktskyddande barriär på valfria positioner längs efterförstärkningselementet i direkt anslutning till densammas installation i borrhålet ibergmassan. _1_ Adaptive and instantaneous coating of protective barriers on a rock reinforcement element Description The present invention relates to a method for coating a rock reinforcement element such as e.g. rock and cable bolts with a direct protective barrier at optional positions along the post-reinforcement element in direct connection to its installation in the borehole in the rock mass.

Vid underjordsbrytning förstärks bergmassan med olika för ändamålet passandemetoder. En vanlig sådan innefattar ingjutning av olika bergförstärkningselement som tillexempel berg- eller kabelbultar i bergmassan för att med dessa avlasta bergmassan genomatt absorbera de energier verkandes på bergmassan som de höga bergspänningarnaorsakar. Enligt normalt förfarande borras ett hål i bergmassan som sedan injekteras med ettingjutningsmedium (vanligen cement) varefter förstärkningselementet installeras i borrhålet.Efter stelning av ingjutningsmedium erhålls för förstärkningselementet fullständig lastbärandekapacitet. Denna process sker av en operatör med endera handhållen utrustning eller sommest vanligt med ett bergbultningsaggregat som utför hela cykeln med borrning, injekteringoch inmatning av förstärkningselementet, i det av ingjutningsmassa, fyllda borrhålet.In underground mining, the rock mass is reinforced with various methods suitable for the purpose. A common one involves pouring various rock reinforcement elements such as rock or cable bolts into the rock mass to relieve the rock mass with these by absorbing the energies acting on the rock mass caused by the high rock stresses. According to normal procedure, a hole is drilled in the rock mass, which is then injected with a casting medium (usually cement), after which the reinforcement element is installed in the borehole. After solidification of the casting medium, full load-bearing capacity is obtained for the reinforcement element. This process is carried out by an operator with either hand-held equipment or most commonly with a rock bolting assembly that performs the entire cycle of drilling, grouting and feeding the reinforcing element into the grout-filled borehole.

Generellt finns två kategorier av bergförstärkning som arbetar efter att avlastabergmassan endera statiskt eller dynamiskt. Statisk bergförstärkning innebär främst attkonventionella berg- eller kabelbultar gjuts in i bergmassan på sådant sätt att de helt ochhållet täcks av gjutmassan. På grund av förstärkningselementets fullständiga anliggning motgjutmassan samt dess konstruktion så blir berg- eller kabelbulten så hårt ﬁxerad att den ejkan nyttja sina fördelaktiga och fullständiga materialegenskaper i form av töjning. Denna typav förstärkning passar främst i bergrum som inte utsätts för omfattande bergdeformationerpga. höga bergspänningar. Vanliga statiska bergbultar är oftast huvudsakligen tillverkade avarmeringsstål av kamtyp. Kabelbultarna består av kardeler i formen av stålstänger som ärtvinnade runt varandra, oftast 7st till antalet. Denna typ av vajer sitter oftast på en rulle somett tillbehör till kabelaggregatet. Eftersom kabelbulten med fördel kan användas i mycketlängre borrhål än vad vanliga bergbultar kan så har oftast kabelbultningsaggregatet enavklippande funktion så att valfri längd kan väljas utifrån längden på borrhålen.Generally there are two categories of rock reinforcement which work after relieving the rock mass either statically or dynamically. Static rock reinforcement mainly means that conventional rock or cable bolts are cast into the rock mass in such a way that they are completely covered by the casting mass. Due to the reinforcement element's complete contact with the cast mass and its construction, the rock or cable bolt becomes so tightly fixed that it cannot use its beneficial and complete material properties in the form of elongation. This type of reinforcement is mainly suitable for rock rooms that are not exposed to extensive rock deformations. high rock voltages. Common static rock bolts are usually mainly made of cam-type de-arming steel. The cable bolts consist of cords in the form of steel rods that are twisted around each other, usually 7 in number. This type of cable is usually on a roll as an accessory to the cable assembly. Since the cable bolt can advantageously be used in much longer boreholes than ordinary rock bolts can, the cable bolt assembly usually has a cutting function so that any length can be chosen based on the length of the borehole.

Dynamisk bergförstärkning med för ändamålet avsedda berg- eller kabelbultar skeroftast genom att förstärkningselementet på vissa utvalda ställen innehar en funktion som _2_ stänger ute ingjutningsmassans vidhäftning vid förstärkningselementet på vissa ställen. Idessa specifika zoner kan förstärkningselementet, som oftast består av stål, töja sig fritt ifrångjutmassans fasthållande funktion. En vanlig och enkel lösning är att förstärkningselementethar speciﬁka zoner av, mot gjutmassan, exponerat men slätt stål, eller någon skyddandebarriär med en slät yta som därmed ej får vidhäftning, samtidigt som de i övrigt finns delarlängs efter förstärkningselementet som sitter fast förankrade.Dynamic rock reinforcement with rock or cable bolts intended for the purpose usually occurs because the reinforcement element in certain selected places has a function that _2_ excludes the adhesion of the pouring compound to the reinforcement element in certain places. In these specific zones, the reinforcing element, which usually consists of steel, can stretch freely from the retaining function of the cast mass. A common and simple solution is for reinforcement elements to have speciﬁc zones of exposed but smooth steel, against the cast mass, or some protective barrier with a smooth surface that thus does not get adhesion, at the same time that they are otherwise found in parts along the length of the reinforcement element that are firmly anchored.

Zonerna som ej är förankrade i gjutmassan erhåller dynamiska egenskaper sommöjliggör ökad dissipation (energiabsorberande kapacitet). Plötsliga seismiska händelser ibergmassan kan därmed med hjälp av förstärkningen kontrolleras på ett helt annat sätt änom fullständigt ingjuten (statisk) förstärkning används.The zones that are not anchored in the casting mass acquire dynamic properties that enable increased dissipation (energy absorbing capacity). Sudden seismic events the rock mass can thus be controlled with the reinforcement in a completely different way than if completely embedded (static) reinforcement is used.

Några vanliga typer av produkter för dynamisk bergförstärkning är t.ex. s.k.Dynamisk Kirunabult (SE 535 627 C2) eller D-bult (SE 532 203 C2) som fungerar efterinnannämnda principer. För kabelbult (vajer) är utbudet mer begränsat, men det finns vissaaktörer som tillhandahåller kabelbult med fasta och förutbestämda dynamiska zoner. Envanlig lösning är att dessa är överdragna av något slangmaterial med slät yta.Some common types of products for dynamic rock reinforcement are e.g. so-called Dynamic Kirunabolt (SE 535 627 C2) or D-bolt (SE 532 203 C2) which works according to the aforementioned principles. For cable bolt (wire) the supply is more limited, but there are some players who provide cable bolt with fixed and predetermined dynamic zones. A simple solution is that these are covered with some hose material with a smooth surface.

En begränsning med beﬁntlig teknik är att den ej med enkelhet kan görasanpassningsbar efter bergmassans beskaffenhet. Vid underjordsbrytning är det praxis attbergmekaniska undersökningar utförs innan berget förstärks för att således tillgodogöra siginformation om hur bergförstärkningen skall utföras. Information som erhålls från t.ex.sprickkartering anger hur sprickor i berget förhåller sig.A limitation with existing technology is that it cannot easily be adapted to the nature of the rock mass. In underground mining, it is common practice for rock mechanical investigations to be carried out before the rock is reinforced in order to thus assimilate information about how the rock reinforcement is to be carried out. Information obtained from, for example, fracture mapping indicates how cracks in the rock are located.

Idag saknas det förstärkningsmetoder av adaptivt slag som skulle kunna göra att dedynamiska zonerna väljs till att vara t.ex. där sprickorna uppträder, eftersom det är vidsådana zoner som förskjutning av bergmassan förväntas ske. Sådana metoder måste ocksådirektbergförstärkningselementens installation i bergmassan. vara momentant effektiva och kunna användas i samband med Föreliggande uppﬁnning löser dock detta och kan göra bergförstärkningselementenmomentant dynamiska vart som helst i dess längdriktning och med fördel på ett snabbt ochkostnadseffektivt sätt adaptiva bergmassans struktur genom att de dynamiska zonerna väljsatt positioneras där vetskap om deformationer finns i bergmassan. Förstärkningsmetoden blirdärmed mer träffsäker och kan avlasta bergmassan på ett helt annat sätt än vad förstärkningmed godtyckligt placerade dynamiska zoner kan göra. En annan fördel med att kunna görat.ex. kabelbultar dynamiska längre in i bergmassan är att en avsevärd avlastning på det yttrebelägna berget sker och verkningsgraden av en valvbyggande effekt längre in i bergmassan ökar. Uppfinningen åstadkommer detta genom att vid den påbörjade inmatningen av _3- förstärkningselementet i borrhålet, medelst en beläggande anordning (placerad på lämpligtställe på aggregatet), belägga bergförstärkningselementet på valfria ställen i sin längdriktningoch även med valfri längd. Den beläggande anordningen kan endera pensla ut, spraya, enkombination av båda innannämnda eller på något annat lämpligt sätt således täckaförstärkningselementet med avsedd beläggning. Beläggningen kan i första hand bestå av ettuppvärmt vax, bivax, endera naturligt eller syntetiserat sådant eller en kemikalie medmotsvarande egenskaper som vid beläggningen av förstärkningselementet momentantstelnar och därmed erhåller full funktion innan förstärkningselementets införande i borrhålet.Beläggningen kan också appliceras i dess naturliga form utan uppvärmning om möjligt.Anordningen för beläggning som bör placeras i anslutning till aggregatetsinmatningsmekanism eller på annat lämpligt ställe kan bestå av ett kärl eller behållare i vilkenbeläggningen förvaras. Behållaren har även en temperaturreglerande och värmehöjandefunktion som möjliggör att beläggningen kan övergå från fast form till flytande och därmedhållandes detta tillstånd tills värmen sänks eller slås av. Anordningen består vidare av etteller flera munstycken som med sin funktion kan applicera antingen ﬂytande eller fastbeläggning endera på borstar eller penslar eller endera direkt på förstärkningselementetvarefter en utstrykning av beläggningen sker längs efter förstärkningselementet.Today, there is a lack of adaptive reinforcement methods that could cause the dedynamic zones to be chosen to be e.g. where the cracks appear, because it is in such wide zones that displacement of the rock mass is expected to occur. Such methods must also direct the installation of the rock reinforcement elements in the rock mass. be momentarily effective and can be used in conjunction with The present invention solves this, however, and can make the rock reinforcement elements momentarily dynamic anywhere in its longitudinal direction and advantageously adapt the structure of the rock mass in a fast and cost-effective way by selectively positioning the dynamic zones where there is knowledge of deformations in the rock mass . The reinforcement method thus becomes more accurate and can relieve the rock mass in a completely different way than reinforcement with arbitrarily placed dynamic zones can do. Another advantage of being able to do.eg. dynamic cable bolts further into the rock mass is that a considerable relief on the outer rock occurs and the effectiveness of a vault-building effect further into the rock mass increases. The invention accomplishes this by coating the rock reinforcement element in any places in its longitudinal direction and also with any length when the _3 reinforcement element has been fed into the borehole, by means of a coating device (placed in a suitable place on the assembly). The coating device can either brush out, spray, a combination of both of the aforementioned or in some other suitable way, thus covering the reinforcement element with the intended coating. The coating can primarily consist of a heated wax, beeswax, either natural or synthesized, or a chemical with corresponding properties which solidifies momentarily when coating the reinforcement element and thus obtains full function before the reinforcement element is inserted into the borehole. The coating can also be applied in its natural form without heating if possible. The device for coating which should be placed in connection with the aggregate input mechanism or in another suitable place can consist of a vessel or container in which the coating is stored. The container also has a temperature-regulating and heat-raising function that enables the coating to change from solid to liquid and thus maintain this state until the heat is lowered or turned off. The device further consists of one or more nozzles which, with their function, can apply either liquid or solid coating either on brushes or brushes or either directly on reinforcement elements, after which a spreading of the coating takes place along the reinforcement element.

Utstrykningen kan antingen ske genom att anordningen själv väljs att vara rörlig i detframmatade förstärkningselementets längdriktning eller genom att den beläggandeanordningen väljs att vara ﬁxerad vid en fast position och därmed vid aggregatets mekanismför frammatande av förstärkningselementet vid samma rörelsemoment belägga densamma med avsedd anordning.The smearing can either take place by the device itself being chosen to be movable in the longitudinal direction of the advanced reinforcement element or by the coating device being chosen to be ﬁxed at a ﬁxed position and thus by the unit’s mechanism for advancing the reinforcement element at the same moment of movement coat it with the intended device.

Claims

1. Method for coating a rock reinforcement element of the rock bolt or cable bolt type intended for insertion and casting with casting compound in a borehole where the coating takes place with a device comprising a vessel or container in which the coating is stored, the device being placed in connection with a feed unit characterized by the reinforcement element is adaptively and instantaneously during its direct installation in the borehole coated with the intended coating along the radial and axial longitudinal direction of the reinforcement element in arbitrary positions and lengths, thus resulting in the reinforcement element installed in the borehole in the coated zones receiving a protective barrier against the casting mass, which results in the reinforcement element in said zones being allowed to be completely deformed when adhesion to the casting compound is/is missing.

2. Method according to claim 1, wherein the protective barrier is created by coating wax, such as beeswax or synthesized wax in either solid, solidified, cooled, heated or liquid form which adheres to the rock reinforcement element.

3. Method according to claim 1-2, wherein the coating can consist of any other suitable chemical or solution with wax-like properties described in claim 2 and which is malleable and water-repellent.

4. Method according to claim 1-3, whereby the coating is applied either continuously or discontinuously around the cross-section of the reinforcing element by spraying, brushing or in another suitable way.

5. Method according to claim 1-4, wherein the coated zones are adapted to an expected rock deformation pattern along the borehole in order to thereby distribute the strain deformation of the reinforcement element more evenly with the strain deformation in the rock mass.

6. Method according to claims 1-5, whereby the instantaneous coating function can be applied to all suitable rock bolts, cable bolts, wires or similar reinforcement elements intended to be cast into the rock mass and which can suitably retain advantageous properties of being coated according to the prescribed procedure.

7. Use of a method of the kind stated in patent claim 1 when strengthening the rock mass.