WO2000075604A1 - Vorrichtung zum messen von verschiebungen im gebirge - Google Patents

Vorrichtung zum messen von verschiebungen im gebirge Download PDF

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    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • E21F17/185—Rock-pressure control devices with or without alarm devices; Alarm devices in case of roof subsidence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring displacements in the mountains and devices suitable therefor.
  • a shear strip device for determining earth movements is known.
  • a shear strip formed into a tube is placed in a borehole.
  • Two lines extend along the tubular shear strip, resistances being arranged at regular intervals between the lines.
  • the shear strip is mortared in the borehole and thus held in its position. The grouting is very complex and leads to great difficulties especially when the borehole is arranged vertically.
  • the invention has for its object a simple and inexpensive To provide methods and devices for measuring displacements in the mountains.
  • a borehole is first drilled in the mountains and an electrically conductive tube, the diameter of which is adapted to the borehole diameter, is placed in this borehole.
  • An insulated electrical conductor is located in the electrically conductive tube. Both the electrically conductive tube and the electrical conductor are connected to an electrical measuring device for continuity measurement.
  • the device according to the invention thus consists of a metal tube, in particular a steel tube, in which an insulated electrical conductor is arranged approximately parallel to the longitudinal extent.
  • the steel pipe is placed in an approximately equally calibrated borehole. Both the steel tube and the electrical conductor are connected to an electrical measuring device for continuity measurement. In this installed state, no continuity between the electrical conductor and the steel pipe can be determined. If the mountain strata or parts of the mountain move in opposite directions in the anchor passage area, the steel pipe is first deformed. With further displacement, the steel pipe destroys the insulation of the electrical conductor and a continuity is measured. If the continuity is measured, the measuring distance covered is:
  • Measuring path (borehole-0) - (2 x pipe wall thickness) - (0 conductor)
  • test results of the basic test according to DIN 21521 form the basis for the determination of measuring paths
  • Figure 1 is a schematic representation of the method and apparatus for measuring displacements in the mountains with an electrical conductor.
  • Fig. 2 shows the measuring principle of the method and the device for measuring displacements in the mountains with two electrical conductors of different lengths
  • Figure 1 shows an electrical conductor 1 with insulation 6.
  • This conductor 1 is located in an electrically conductive tube 2, which is arranged in a borehole 3 of approximately the same diameter in a rock 4.
  • the mountain 4 is shown consisting of the layers 4a and 4b. The forces shown by arrows act on these layers.
  • the conductor 1 and the tube 2 are connected to a measuring device 5 for electrical continuity measurement.
  • Phase 1 corresponds to the built-in state. No continuity between line 1 and pipe 2 can be measured. In phase 2, displacements in the mountains have deformed the tube 2, which has contact with the undamaged insulation 6 of the conductor 1 towards the end of phase 2. No continuity between the conductor 1 and the tube 2 can be measured. In phase 3, the tube 2 has the insulation 6 of the conductor 1 after further displacements in the mountains 4 destroyed. A continuity between the conductor 1 and the tube 2 is measured.
  • FIG. 2 shows the method and the device for measuring the displacements in the mountains with two electrical conductors 1b and 1b of different lengths.
  • the other reference symbols have the same meaning as in FIG. 1. In this way, shifts can be determined for two measurement horizons.

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Abstract

Verfahren zum Messen von Verschiebungen im Gebirge, bei dem in das Gebirge ein Bohrloch gebohrt wird, in das Mittel zum Messen der Verschiebung gesetzt werden, wobei in das Bohrloch (3) mindestens ein elektrisch leitendes Rohr (2) mit mindestens einem isolierten elektrischen Leiter (1) parallel zur Längserstreckung gesetzt wird und an das Rohr (2) und den elektrischen Leiter (1) ein elektrisches Messgerät (5) zur Durchgangsmessung angeschlossen wird.

Description

Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen im Gebirge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Verschiebungen im Gebirge sowie dafür geeignete Vorrichtungen.
Das Messen von Verschiebungen im Gebirge ist insofern sehr wichtig, da Ergeb- nisse von Grundsatzprüfungen nach DIN 21521 zeigen, daß gerade Scherbeanspruchungen die geringste Verformung bis zum Versagen eines Ankers erlauben. Bisher sind derartige Messungen nur durch optische Beobachtung möglich (Bohr- lochendoskopie). Diese Art der Messung ist sehr aufwendig.
Aus der DE-OS 17 73 862 ist eine Scherstreifenvorrichtung zur Ermittlung von Erdbewegungen bekannt. Dabei wird ein zu einem Rohr geformter Scherstreifen in einem Bohrloch angeordnet. Entlang des rohrförmigen Scherstreifens erstrecken sich zwei Leitungen, wobei zwischen den Leitungen in regelmäßigen Abständen Widerstände angeordnet sind. Der Scherstreifen wird in dem Bohrloch vermörtelt und so in seiner Stellung gehalten. Die Vermörtelung ist sehr aufwendig und führt insbesondere dann zu großen Schwierigkeiten, wenn das Bohrloch senkrecht angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren und Vorrichtungen zum Messen von Verschiebungen im Gebirge zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst in das Gebirge ein Bohrloch gebohrt und in dieses Bohrloch ein elektrisch leitendes Rohr, dessen Durchmesser dem Bohrlochdurchmesser angepaßt ist, gesetzt. In dem elektrisch leitenden Rohr befindet sich ein isolierter elektrischer Leiter. Sowohl das elektrisch leitende Rohr als auch der elektrische Leiter werden an ein elektrisches Meßgerät zur Durchgangsmessung angeschlossen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus einem Metall-, insbesondere Stahlrohr, in dem ein isolierter elektrischer Leiter etwa parallel zur Längserstrek- kung angeordnet ist. Das Stahlrohr wird in ein etwa gleichkalibriertes Bohrloch gesetzt. Sowohl das Stahlrohr als auch der elektrische Leiter ist an ein elektrisches Meßgerät zur Durchgangsmessung angeschlossen. In diesem Einbauzustand kann kein Durchgang zwischen dem elektrischen Leiter und dem Stahlrohr festgestellt werden. Verschieben sich nun Gebirgsschichten oder Gebirgsteile im Anker- durchtrittsbereich gegenläufig, wird zunächst das Stahlrohr deformiert. Bei weiterer Verschiebung zerstört das Stahlrohr die Isolierung des elektrischen Leiters und es wird ein Durchgang gemessen. Wird der Durchgang gemessen, so beträgt der zu- rückgelegte Meßweg:
Meßweg = (Bohrloch-0) - (2 x Rohrwandstärke) - (0 Leiter)
Grundlage der Festlegung von Meßwegen sind die Prüfungsergebnisse der Grundsatzprüfung nach DIN 21521. Im Rahmen der Grundsatzprüfung wird das
Trag- und Verformungsverhalten von Gebirgsankern bei Scherbeanspruchung untersucht. Hierzu werden die Anker in ein Modellgebirge (zwei Betonblöcke: Scherebene zwischen beiden Blöcken) eingebaut und anschließend beansprucht. Mit Hilfe einer derartigen Kennlinie kann das Verhalten der eingebauten Anker unter Scherung beschrieben werden. Ausgehend von der maximalen Verformung beim Versagen des Ankers können so verschiedene Meßwege für die Verformungsmessung im Gebirge bestimmt werden.
Mit Hilfe unterschiedlicher Bohrlochdurchmesser und entsprechend angepaßten Vorrichtungen (Metallrohr und isolierter Leiter) können unterschiedliche Meßwege verwirklicht werden.
Beträgt beispielsweise die Stahlrohrwandstärke 1 mm und der Durchmesser des Leiters (ohne Isolierung) 10 mm, ergibt sich für einen Bohrlochdurchmesser von 52 mm folgender Meßweg:
Meßweg 1 = 52 mm - (2 x 1 mm) - 10 mm = 40 mm
Beträgt der Bohrlochdurchmesser 32 mm, ergibt sich:
Meßweg 2 = 32 mm - (2 x 1 mm) - 10 mm = 20 mm
Es ist auch möglich mehrere verschieden lange Leiter in dem Stahlrohr vorzusehen. Auf diese Weise können Verschiebungen für mehrere Meßhorizonte festgestellt werden.
Es ist auch möglich in einem Bohrloch mehrere Stahlrohre ineinander anzuordnen. Auf diese Weise können mehrere Meßwegstufen in einem Bohrloch aufgenommen werden.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen im Gebirge dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen im Gebirge mit einem elektrischen Leiter;
Fig. 2 das Meßprinzip des Verfahrens und der Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen im Gebirge mit zwei elektrischen Leitern unterschiedlicher Länge
Figur 1 zeigt einen elektrischen Leiter 1 mit einer Isolierung 6. Dieser Leiter 1 befindet sich in einem elektrisch leitenden Rohr 2, das in einem Bohrloch 3 etwa gleichen Durchmessers in einem Gebirge 4 angeordnet ist. Das Gebirge 4 ist - um das Prinzip zu verdeutlichen - aus den Schichten 4a und 4b bestehend dargestellt. Auf diese Schichten wirken die mit Pfeilen dargestellten Kräfte ein. Der Leiter 1 und das Rohr 2 sind an ein Meßgerät 5 zur elektrischen Durchgangsmessung angeschlossen.
Auf der rechten Seite der Figur 1 sind drei Phasen der Messungen dargestellt. Die Phase 1 entspricht dem Eiπbauzustand. Es kann kein Durchgang zwischen der Leitung 1 und dem Rohr 2 gemessen werden. In der Phase 2 haben Verschiebungen im Gebirge das Rohr 2 deformiert, das gegen Ende der Phase 2 Kontakt mit der unbeschädigten Isolierung 6 des Leiters 1 hat. Es kann kein Durchgang zwi- sehen dem Leiter 1 und dem Rohr 2 gemessen werden. In der Phase 3 hat das Rohr 2 nach weiteren Verschiebungen im Gebirge 4 die Isolierung 6 des Leiters 1 zerstört. Es wird ein Durchgang zwischen dem Leiter 1 und dem Rohr 2 gemessen.
In der Figur 2 ist das Verfahren und die Vorrichtung zum Messen der Verschiebungen im Gebirge mit zwei unterschiedlich langen elektrischen Leitern 1b und 1b dargestellt. Die anderen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in der Figur 1. Auf diese Weise können Verschiebungen für zwei Meßhorizonte festgestellt werden.
Bezuqszeichenliste
1 elektrischer Leiter
1a elektrischer Leiter
1b elektrischer Leiter
2 Rohr
3 Bohrloch
4 Gebirge
4a Schichten
4b Schichten
5 elektrisches Meßgerät
6 Isolierung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Messen von Verschiebungen im Gebirge, bei dem in das Gebirge ein Bohrloch gebohrt wird, in das Mittel zum Messen der Verschiebung gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bohrloch (3) mindestens ein elektrisch leitendes Rohr (2) mit mindestens einem isolierten elektrischen Leiter (1) parallel zur Längserstreckung gesetzt wird und an das Rohr (2) und den elektrischen Leiter (1 ) ein elektrisches Meßgerät (5) zur Durchgangsmessung angeschlossen wird.
2. Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen im Gebirge mit einem Rohr in einem Bohrloch und einem Mittel zum Messen der Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein isolierter elektrischer Leiter (1 ) in mindestens einem elektrisch leitenden Rohr (2) angeordnet ist, das sich in einem Bohrloch (3) im Gebirge (4) befindet und an das Rohr (2) und dem elektrischen Leiter (1 ) ein elektrisches Meßgerät (5) zur Durchgangsmessung angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere verschieden lange elektrische Leiter (1 ) in dem Rohr (2) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrisch leitende Rohre (2) ineinander angeangeordnet sind.
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