SE543815C2

SE543815C2 - Adaptive and instantaneous coating of protective barriers on a rock reinforcement element

Info

Publication number: SE543815C2
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: 2021-08-03
Also published as: SE1800051A1

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 these are subjected to forces from the high rock stresses.

Description

_1_ Adaptivt och momentant beläggande av skyddande barriärer på ett bergförstärkningselement 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. 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 with 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.During underground mining, the rock mass is reinforced with various methods suitable for the purpose. A common one involves the casting of various rock reinforcement elements such as rock or cable bolts in the rock mass in order to use them to relieve the rock mass by absorbing the energies acting on the rock mass which the high rock stresses cause. According to the normal procedure, a hole is drilled in the rock mass which is then injected with a casting medium (usually cement) after which the reinforcing element is installed in the borehole. After solidification of casting medium, complete load-bearing capacity is obtained for the reinforcing element. This process is carried out by an operator with either hand-held equipment or, most commonly, with a rock bolting unit which performs the entire cycle by drilling, grouting and feeding the reinforcing element into the borehole filled with grout.

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.In general, there are two categories of rock reinforcement that work after the relief rock mass is either static or dynamic. 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 complete abutment of the reinforcing element against the casting compound and its construction, the rock or cable bolt becomes so tightly fixed that it cannot use its advantageous and complete material properties in the form of elongation. This type of reinforcement is mainly suitable in rock spaces that are not exposed to extensive rock deformation due to. high rock stresses. Ordinary static rock bolts are usually mainly made of comb-type reinforcing steels. The cable bolts consist of strands in the form of steel rods that are twisted around each other, usually 7 in number. This type of wire usually sits 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 bolting unit usually has a cutting function so that any length can be selected based on the length of the boreholes.

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 is most often cut by the reinforcement element in certain selected places having a function that _2_ excludes the adhesion of the grout 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 casting compound. A common and simple solution is that the reinforcing elements have specific zones of, against the casting mass, exposed but smooth steel, or some protective barrier with a smooth surface which thus does not adhere, while they are otherwise parts along the reinforcing element which are firmly anchored.

Zonerna som ej är förankrade i gjutmassan erhåller dynamiska egenskaper sommöjliggör ökad dissipation (energiabsorberande kapacitet). Dissipationen utrycks i att det är ide specifika dynamiska zonerna på förstärkningselementet som stålmaterialet tillåts sträckasig i takt med att bergmassan deformerar sig och frigör enorma krafter och energier mothålrum i berget. Sträckningen av stålet är det kraftupptagande arbete som det dynamiska förstärkningselementet utför för att absorbera dessa energier från de höga bergspänningarna.The zones that are not anchored in the casting mass obtain dynamic properties that enable increased dissipation (energy-absorbing capacity). The dissipation is expressed in the fact that it is the specific dynamic zones on the reinforcing element that the steel material is allowed to stretch as the rock mass deforms and releases enormous forces and energies against cavities in the rock. The stretching of the steel is the force-absorbing work that the dynamic reinforcing element performs to absorb these energies from the high rock stresses.

Detta kan liknas vid en stötdämpare som tar upp krafter.This can be compared to a shock absorber that absorbs forces.

Plötsliga seismiska händelser i bergmassan kan därmed med hjälp av förstärkningenkontrolleras på ett helt annat sätt än om fullständigt ingjuten (statisk) förstärkning används.Sudden seismic events in the rock mass can thus be controlled with the help of the reinforcement in a completely different way than if fully cast (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 Kiruna bolt (SE 535 627 C2) or D-bolt (SE 532 203 C2) which works the aforementioned principles. For cable bolts (wires), the range is more limited, but there are some players who provide cable bolts with fixed and predetermined dynamic zones. A common 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 made adaptable to the nature of the rock mass. In the case of underground mining, the practice is that rock mechanical investigations are carried out before the rock is reinforced, in order to thus assimilate information on how the rock reinforcement is to be carried out. Information obtained from, for example, crack mapping indicates how cracks in the rock relate.

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 ocksådirekt bergförstärkningselementens installation i bergmassan. vara momentant effektiva och kunna användas i samband med Föreliggande uppﬁnning löser dock detta genom att vid den påbörjade inmatningen avbergförstärkningselementet i borrhålet så appliceras momentant en beläggning påbergförstärkningselementet. Denna beläggning kan appliceras på valfria ställen i bergförstärkningselementets längdriktning och de belagda zonernas längd kan även de vara _3_ valfria. Beläggningen kan endera penslas, sprayas, eller som en kombination av bådainnannämnda eller på något annat lämpligt sätt appliceras på bergförstärkningselementet isyfte att täcka önskvärda delar av densamma. Denna applicering kan endera ske för hand aven mänsklig operatör eller med någon form av lämplig mekanisk anordning belägen påbergförstärkningsaggregatet som kontrolleras på önskvärt sätt. Beläggningen kan i förstahand bestå av ett uppvärmt vax, bivax, endera naturligt eller syntetiserat sådant eller enkemikalie med motsvarande egenskaper som vid beläggningen av förstärkningselementetmomentant stelnar och därmed erhåller full funktion innan förstärkningselementets införandei borrhålet. Beläggningen kan också appliceras i dess naturliga form utan uppvärmning ommöjligt.Today, there are no reinforcement methods of an adaptive kind that could cause the dedynamic zones to be chosen to be e.g. where the cracks occur, because it is such wide zones that displacement of the rock mass is expected to take place. Such methods must also directly install the rock reinforcement elements in the rock mass. be momentarily effective and can be used in connection with the present invention, however, this is solved by the fact that when the feed reinforcement element is started in the borehole, a coating is momentarily applied to the rock reinforcement element. This coating can be applied to any places in the longitudinal direction of the rock reinforcement element and the length of the coated zones can also be optional. The coating can either be brushed, sprayed, or as a combination of both mentioned or in some other suitable way applied to the rock reinforcement element for the purpose of covering desirable parts thereof. This application can either be done by hand by a human operator or by some form of suitable mechanical device located on the reinforcement reinforcement unit which is controlled in the desired manner. The coating may primarily consist of a heated wax, beeswax, either natural or synthesized such or a chemical with corresponding properties which during the coating of the reinforcing element momentarily solidifies and thus acquires full function before the reinforcement element enters the borehole. The coating can also be applied in its natural form without heating impossible.

Ovanbeskrivna förfarande gör bergförstärkningselementen momentant dynamiskavart som helst i dess längdriktning och med fördel på ett snabbt och kostnadseffektivt sättadaptiva bergmassans struktur genom att de belagda (dynamiska) zonerna väljs attpositioneras 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 bergmassanökanThe method described above makes the rock reinforcement elements momentarily dynamic anywhere in its longitudinal direction and advantageously on a fast and cost-effective way-adaptive rock mass structure by selecting the coated (dynamic) zones to be positioned where knowledge of deformations is present 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.ex. cable bolts dynamic further into the rock mass is that a considerable relief on the outer rock occurs and the efficiency of an arch-building effect further into the rock mass increase

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 bore hole characterized by the fact that the reinforcement element is adaptively and instantaneously coated with the intended coating along the radial and axial longitudinal direction of the reinforcement element in any positions during its direct installation in the bore hole and lengths thus resulting in the reinforcement element installed in the drill hole in the coated zones receiving a protective barrier against the casting compound, which results in the reinforcement element in said zones being allowed to be completely deformed as adhesion to the casting compound is lacking. Method according to claim 1, wherein the protective barrier is created by coating wax, such as beeswax or synthetic wax in either solid, solidified, cooled, heated or liquid form which sticks to the rock reinforcement element. Method according to claim 1-2, wherein the coating can consist of any other suitable chemical or solution with wax-like properties described in patent claim 2 and which is malleable and water-repellent. Method according to claim 1-3, wherein the coating is applied either continuously or discontinuously around the cross-section of the reinforcing element by spraying, brushing or in another suitable way. Method according to claim 1-4, whereby 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. Method according to claims 1-5, whereby the instantaneous coating function can be applied to all suitable rock bolts, cable bolts, cables or similar reinforcing elements intended to be cast into the rock mass and which can suitably obtain advantageous properties from being coated according to the prescribed procedure. Procedure according to requirements 1-6 which can be carried out by all rock reinforcement units, rock reinforcement rigs or by corresponding hand-held equipment. . Use of a method of the kind specified in patent claim 1 when strengthening the rock mass.