WO2006042530A1 - Verfahren zum setzen von gesteinsankern - Google Patents

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WO2006042530A1
WO2006042530A1 PCT/DE2005/001880 DE2005001880W WO2006042530A1 WO 2006042530 A1 WO2006042530 A1 WO 2006042530A1 DE 2005001880 W DE2005001880 W DE 2005001880W WO 2006042530 A1 WO2006042530 A1 WO 2006042530A1
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hardening
borehole
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Archibald Richter
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Minova International Limited
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
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    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods

Definitions

  • the invention relates to a method for setting rock anchors, according to the preamble of claim 1.
  • This method is especially intended for soft and sandy rocks.
  • Sn harder rock as it is found in particular when upgrading the track in underground mining or tunneling, are used instead of concrete primarily curing plastics.
  • These hardening plastics are introduced after drilling the borehole and pulling out the boring bar by a lance in the borehole; then the lance is pulled out of the hole and a rock bolt driven into the well, which is then connected by the hardening plastic with the surrounding rock solid and sustainable.
  • thermosetting plastic leads to contamination of the drill and the environment and wasted in uneconomical ways larger amounts of this plastic become.
  • hardness components z For example, a radical polymerization of unsaturated polyester resins, vinyl esters, epoxyacryiates, silicate resins, e.g. by adding peroxides in a volumetric ratio of 1: 1 to 10: 1 applied.
  • An essential advantage of the invention is that it permits the substantially automatic filling of the borehole, wherein the borehole is substantially completely filled from the tip of the boring bar or rock bolt to the mouth of the borehole and the boring bar or rock bolt is completely filled with the borehole hardened plastic is sheathed. This fulfills an essential safety requirement for mining and tunneling.
  • One of the essential criteria of the invention is that the delivery time F and the curing time H are matched to one another.
  • the curing time H of the plastic is determined by the choice of the hardenable plastic and the hardening plastic and optionally other components and by the mixing ratio of the components, but also by the temperature of the environment, the quantitative main components and the rock.
  • the delivery time F is given as the time required to completely backfill the heat transfer resin. That is, the curing of the thermosetting plastic takes place only after mixing with the curable and the curing plastic.
  • the flow path is therefore the distance between the mixing point and the mouth (outlet) of the borehole. If the mixture of the two components is carried out by a static mixer, the mixing point is at this static mixer.
  • the flow path then includes the further inner channel up to its exit on the outer circumference of the drill, generally up to the drill bit.
  • the flow path further comprises the drill hole surrounding the anchor rod.
  • the delivery time is therefore such that, taking into account the delivery characteristics of the pumps, in particular the pressure dependence of the delivery characteristics sufficient, and the volume of the inner channel and the volume diees the anchor rod surrounding borehole fills.
  • This method has, in addition to the other advantages, the advantage that the drill bit to be used for hard rock, which is expensive, can be used several times.
  • This Borhrstange remains in the borehole and is used according to the invention after drilling as rock anchors. The disadvantage of using only once is the technical advantage over that time-consuming steps omitted.
  • Claim 2 ensures that the hardening mixture does not form any cavities in the borehole and comes into intimate contact with the wall of the boring bar and the wall of the borehole. This measure can be done in addition to the usual during drilling water flushing of the borehole and has the advantage that even water residues are clearlygebiasen out of the well and dried.
  • the drill rod may be provided at its tip with a drill bit, the cutting blades bypass a hole diameter which is greater than the outer diameter of the drill rod.
  • the curing of the curable plastic component means an increase in viscosity beyond the viscous and pasty area.
  • the aim is a viscosity of the curable component of at least 100,000 pa x sec, so that the compound of the plastic mass against the borehole and against the boring bar is so strong that the Borehole at the übiichen operating loads associated with the drilling operation and the injection of the plastic mass, can no longer be pulled out of the well or rotated in the borehole.
  • the drill chuck in which the boring bar is clamped for the purpose of drilling, and / or the injection head (adapter for connecting the plastic leads to the inner channel of the anchor rod / boring bar) without ⁇ u help with a holding the rod boring adhesive device, retaining claw of the boring bar to solve, z. B. by backward rotation of the drill chuck (claim 5 and 6).
  • the plastics after merging and mixing in a very rapid chemical reaction to a - so called here - pasty mass crosslink. This is done by admixing suitable substances such as amines.
  • the handling is facilitated and the reliability increased by the fact that after the merging and mixing of the components and before the onset of leading to curing chemical reaction increased viscosity (greater than 500 pa sec, preferably greater than 1000 pa sec) is reached.
  • This pre-reaction is caused by the fact that one of the components in a small amount of substances with suitable tixotropic properties are mixed in, for example substances from the group of amines.
  • the development according to claim 8 is used. This prevents that not fully cured plastic material from the inner channel of the drill rod expires after the release of the drill chuck or after loosening the plastic feed channel or dripping or swelled out.
  • the pumping characteristics of the pumps through which the hardenable material must flow must be determined Component and the curing component is supplied to the inner channel of the boring bar, to be considered.
  • pumps are selected whose delivery rate per unit time is not dependent on the backpressure. In this respect are particularly suitable
  • the conveying time F by hand or by means of an adjustable clock.
  • the aim is that the curing time and thus the filling time is less than one minute.
  • Claim 13 serves the purpose of avoiding a premature curing of the plastics and contamination of the piping systems by cured plastics, a mixture of the components at the wrong time, ie in particular before the intended mixing point and static mixer. Also claim 14 serves a similar purpose and at the same time ensures the effective cleaning of points of the supply system to which the plastic deposit are disturbing.
  • Figure 1 shows schematically a drill rod with chuck and Zubowadaptern
  • Figure 2 is a conveyor diagram
  • FIGs 3 and 4 schematically a drill rod with chuck and Zubigadaptern
  • the drill rod 1 with a drill bit 2 is drilled through the chuck 3 in a mountain 19 of solid rock.
  • the drill chuck 3 is driven in the direction of feed 4 and direction of rotation 5.
  • the drill rod consists of several - here two pieces - which can be assembled by screwing in a nut 6 to a predetermined length.
  • the drill rods are provided on its outer circumference with a thread which fits into a corresponding thread of the cap nut 6. This thread also serves the purpose of allowing a good connection of the drill rod 1 with the plastic to be filled into the borehole.
  • the drill bit 2 is occupied with 7 clips. This Bohrluppen 7 sweep a borehole cross-section with a diameter Di.
  • This diameter Di is greater than the outer diameter DA of the boring bar 1 and, of course, larger than the inner diameter of the thread. Calculated, the volume of the drill rod with sufficient accuracy by the average diameter Dz ⁇ (DA + D
  • the boring bars 1 or the sections of the boring bar are penetrated centrally by an inner channel 8, which in the drill bit 2 opens into a collecting space 9 and in exit channels 10.
  • the inner channel can be described by the drill chuck 3 via suitable adapters first with water or air as a rinsing agent and then preferably also via the drill chuck, but also via another suitable connecting piece, soft example with reference to FIG 4, with a curable plastic material and a hardening plastic be charged. Only provided for loading with plastic device parts are shown here schematically.
  • the inner channel 12 is connected via hose 27 and feed pump 14 with a reservoir 15 for a curable plastic material.
  • the inner channel 13 is substantially smaller in width than the inner channel 12; its cross-sectional area is about 1/10 of the cross-sectional area of the inner channel 12.
  • the inner channel 13 is connected via hose 25 and a feed pump 16 with a storage container 17 for the curing plastic composition. Since the curable Kunststofftoffmasse and the curing plastic mass in a ratio of 10: 1 or less (to 1: 1, see above) are mixed, the feed pump 16 is designed correspondingly smaller.
  • the inner channels are brought together in the connecting piece / chuck 3 in a collecting chamber 18, which then corresponds to the inner channel 8 of the drill rod.
  • FIG. 1 shows that the first segment of the drill rod has a static mixer 20 at the entrance of its inner channel 8. Such a mixer may also be at the beginning of each segment. If the static mixer is designed as a usable component, it is sufficient if such a static mixer 20 in the réellekana! 8 of the last introduced drill rod 1 is used. In the minor figure, an insert member 21 is shown, in which in addition to the static mixer 20 and a
  • the cap nut 6 is screwed onto the free end and screwed into this another segment of the drill rod 1, in which it - is supplied from behind through the chuck - in a manner not shown , In this case, the well can be rinsed in a manner not shown by water, which is supplied by ⁇ en inner channel of the drill rod.
  • the drilling process is terminated. It is now the collection chamber 18 of the borehole - in a manner not shown - applied through the réellekanai 8 of the boring bar with air and thereby rinsed the cuttings from the well and cleaned the well and dried. Subsequently, the filling of the borehole is carried out with a curable plastic, which is previously mixed with a hardening plastic.
  • the filling volume is on the one hand, the inner channel 8 from mixer 20 and the other the borehole, ie
  • the filling is carried out by the pumps 14 and 16. These are, for. B. Radiaikoibenpumpen, which can provide a pressure-independent flow rate per unit time. However, it may also be gear pumps, since the high viscosities of the promotional plastics is not to be expected inadmissible losses and the funding law is therefore sufficiently accurately determinable.
  • the delivery rate is now set by appropriate pre-setting and speeds of the drive motors 24 and 26 of the pump so that, taking into account the delivery characteristics and the delivery law, the filling quantity of thermosetting plastic and hardening plastic is promoted exactly in those delivery time, which corresponds to the curing time.
  • the curing time of the plastic can be determined on the one hand by the selection of the plastic components, on the other hand also by the mixing ratio and by the temperature.
  • the Temperature can be z. B. be assumed at 30 ° C.
  • Soft hardness of the plastic in the curing time should be determined by practical considerations. In particular, the plastic should not emerge by itself from the mouth of the borehole, but at best appear as pasty mass in the mouth of the borehole.
  • the check valve 22 is provided which opens in äer direction of the Vergilung and prevents the registered plastic mixture in the opposite direction to expedizufl ⁇ e from the inner channel again.
  • the connector / chuck can be rinsed with one of the plastic components or with water.
  • the corresponding devices are not shown.
  • FIG. 2 schematically shows a delivery diagram of the conveyed plastic components, that is to say in particular of the curable plastic component and of the hardening plastic component and possibly of the further admixed substances. Shown is the course of the flow rate per unit time over time and about the corresponding Druckveriauf in the collection chamber 18 or at another point.
  • the delivery rate depends on the one hand on the number of revolutions of the drive motors of the pumps.
  • Ideal would be a constant delivery characteristics, as they have Radialkoibenpumpen example.
  • the aim is in any case, that the pumps start in a steady state, to avoid pressure surges.
  • the inventive method can therefore also be carried out when the curable and the curing plastic during the delivery time F with a variable delivery after vorirnirnmten course of delivery per unit time, in particular with delayed increasing flow rate are promoted at the beginning of the funding period or if the curable and the curing Plastic are promoted during the delivery time F with a pressure-dependent according to a predetermined law flow rate per unit time.
  • a variable delivery after vorirnirnmten course of delivery per unit time in particular with delayed increasing flow rate are promoted at the beginning of the funding period or if the curable and the curing Plastic are promoted during the delivery time F with a pressure-dependent according to a predetermined law flow rate per unit time.
  • the total delivery time is calculated so that the capacity in this Delivery time - in the diagram is the hatched area below the flow rates - curve - the volume of mecanickanai and borehole - as described above - corresponds and that this conveying time corresponds to the curing time.
  • control may also be provided by the print leader 23, through which the shutdown or, as shown, a shutdown circuit occurs when the pressure before the MH device - e.g. in the collection chamber - exceeds a preset limit G to be determined by trial.
  • FIG. 3 is characterized by the following: The chuck is removed after completion of the well.
  • the connection of the anchor rod / boring bar 1 with the injection head / adapter 11 is effected by a connecting piece 3.
  • This consists - as the minor figure to Fig. 4, of two half-shells 31, 32. These have on their length in each case a semicircular recess 33,34 on. These recesses complement each other in the closed state of the half shells in the direction of arrow to a circular cylindrical inner channel with changing diameters.
  • the diameters are designed so that the inner channel in the closed state - as Figure 4 shows - causes a positive fixing of the connector on one side of the injection head 11 and on the other side of the anchor rod / boring bar 1.
  • the injection head therefore has a bead 35, which fits into a corresponding diameter extension of the inner channel 33,34.
  • the inner channel has a coarse internal thread, which corresponds to the external thread of the anchor rod / boring bar 1.
  • the gap 18 between the end of the injection head 11 and the end of the anchor rod / boring bar 1 is bridged by means of an annular seal 30 and radially sealed.
  • the static mixer 20 is also located here at the beginning of the anchor rod / drill rod 1. In the embodiment of Figure 4, however, the static mixer is in the connector 3 with the half-shells 31, 32nd
  • the mixing elements 20 are also here in an insert component / mixer housing 21, which is designed as a circular cylindrical tube.
  • this tube has at its beginning a bead 36 which, in the state of the shafts 31, 32 which has been shot in the direction of the arrow, is positively enclosed by a corresponding recess of the inner channel of the shafts 31, 32 and fixed axially as well as radially.
  • the inner channel of the shark shells 31, 32 encloses the tube of the mixer housing tight fitting.
  • the mixer housing 21 is made of plastic and only by the tight contact with the walls of the firmly pressed half shells is sufficiently pressure resistant. Furthermore, it is particularly important that the mixer housing is also positively supported at its outflow end in the axial direction in order to prevent that a mixer housing made of plastic ruptures or tears axially.
  • This axial fixing is done in the example shown by support on the end face of the facing end of the anchor rod / drill rod 1, which in turn - as stated - is fixed in the half-shells of the connector.
  • the check valve shown and described with reference to FIGS. 1 and 3 is not shown here, but would also be used here with corresponding advantage.
  • the half shells are moved apart (against the arrow direction), so that the anchor rod / boring bar and the injection head are released.
  • the static mixer which - as described - is designed as a unit - be ejected because it is still filled with the thermosetting plastic mixture. If necessary, the injection head and / or connector 3 are cleaned and then a new assembly inserted as a mixer before the attachment to another anchor rod / drill rod and their filling begins.
  • an extended type of control is also used.
  • switch 29 which synchronously actuates the two check valves 38 and 39 in the inner channels 12,13 of the injection head 11 in the sense of flow or in the sense of pressure-proof blocking.
  • the two pumps 24,26 are first put into operation by means of control 28.
  • the check valves 38,39 are opened synchronously by means of switch 29, so that the mixing and Be Glailungsvorgang immediately begins with the presence of both components.
  • the switch 29 is again actuated in the sense of synchronous and abrupt blocking of the check valves 38,39. It is thereby ensured that after blocking on the exit surface 37 on the mixer 20 facing end face none of the components more leak and can lead to contamination. In addition, however, it is provided that the exit surface is cleaned after opening the half-shells 31, 32 with a pressurized water jet. In any case, the exit surface is 37 even and without projections or depressions designed so that it can be easily and effectively cleaned.
  • Control device 28 control

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Abstract

Eine Bohrstange mit Innenkanal wird in das Gestein gebohrt. Durch den Innenkanal der Bohrstange wird eine fließfähige, selbstaushärtende Masse gedrückt und damit das fertige Bohrloch verfüllt, sodass die Masse in dem Bohrloch mit der in dem Bohrloch verbleibenden Bohrstange aushärtet. Die aushärtende Masse ist eine Mischung aus einem aushärtbaren Kunststoff und einem härtenden Kunststoff. Der aushärtende Kunststoff und der härtende Kunststoff werden dem Innenkanal der Bohrstange während einer vorbestimmten Förderzeit F zugeführt, welche der Aushärtzeit entspricht. Die Aushärtzeit wird durch Auswahl der Kunststoffe und ihr Mischverhältnis derart vorgegeben, dass die Förderzeit der Aushärtzeit im Wesentlichen entspricht und im Wesentlichen zu einer vollständigen Verfüllung der Fließstrecke der Härtemischung zwischen dem Mischpunkt und dem Ausgang des Bohrlochs führt.

Description

Verfahren zum Setzen von Gesteinsankern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Setzen von Gesteinsankern, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Dieses Verfahren ist bekannt durch die DE 102 34255 A1. Bei diesem Verfahren wird ein Bohr-Injektionsanker, der als Bohrstange mit einem zentralen Innenkanai ausgebildet ist, in das zu armierende Gebirge getrieben. Dabei erfolgt gleichzeitig die Spülung mit einer Flüssigkeit, durch die das Bohrloch aufgeweitet wird. Nach Erreichen der vorgesehenen Bohrlänge erfolgt durch den Innenkanal der Bohrstange die Injektion einer dickflüssigen Zementmischung, welche das Bohrloch ausfüllt und zu einem Betonkern aushärtet, in welchem die Bohrstange verbleibt.
Dieses Verfahren ist insbesondere bestimmt für weiches und sandiges Gestein. Sn härterem Gestein, wie man es insbesondere beim Streckenausbau im Untertagebergbau oder beim Tunnelbau vorfindet, werden statt Beton vornehmlich aushärtende Kunststoffe verwandt. Diese aushärtenden Kunststoffe werden nach dem Bohren des Bohrlochs und dem Herausziehen der Bohrstange durch eine Lanze in das Bohrloch eingetragen; sodann wird die Lanze aus dem Loch herausgezogen und ein Gesteinsanker in das Bohrloch eingetrieben, der sodann durch den aushärtenden Kunststoff mit dem umgebenden Gestein fest und tragfähig verbunden wird. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, bei dem in einem ununterbrochenen Arbeitsgang eine Ankerstange, bei der es sich auch um die Bohrstange handeln kann, als Gesteinsanker durch Verfüllen des Bohrlochs mit einem aushärtenden Kunststoff gesetzt und dabei gewährleistet wird, dass einerseits das Bohrioch über seine gesamte Länge mit dem Kunststoff verfüllt wird, andererseits aber trotz des üblichen Über-Kopf-Arbeitens kein Kunststoff in wesentlichen Mengen aus dem Bohrloch austritt.
Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1. Dabei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass aushärtende Kunststoffe in einer geringen Aushärtezeit zu einer wesentlich höheren Härte bzw. Viskosität führen als eine Zementinjektion. Andererseits wird vermieden, dass der aushärtenden Kunststoff zu einer Verunreinigung der Bohrmaschine und der Umgebung führt und das in unwirtschaftlicher Weise größere Mengen dieses Kunststoffes vergeudet werden.
Zu einer derartigen Aushärtung wird als Härtekomponenten z. B. eine radikalische Polymerisation ungesättigter Polyesterharze, Vinylester, Epoxyacryiate, Silikatharze, z.B. durch Beigabe von Peroxyden im volumetrischen Verhältnis 1 :1 bis 10:1 angewandt.
Geeignete aushärtende Kunststoffe und härtende Kunststoffe sind z.B. in der DE 103 15610 B4, DE 101 24466 C1, DE 102 18718 C1 beschrieben. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie das im Wesentlichen automatische Befüllen des Bohrlochs erlaubt, wobei das Bohrloch im Wesentlichen vollständig von der Spitze der Bohrstange bzw. des Gesteinsankers bis zur Mündung des Bohrlochs ausgefüllt und die Bohrstange bzw. der Gesteinsanker vollständig mit dem ausgehärteten Kunststoff ummantelt wird. Damit ist einem wesentlichen Sicherheitserfordernis des Bergbaus und des Tunnelbaus genüge getan. Eines des wesentlichen Kriterien der Erfindung besteht darin, dass die Förderzeit F und die Aushärtzeit H aufeinander abgestimmt werden. Die Aushärtzeit H des Kunststoffes wird durch die Auswahl des aushärtbaren Kunststoffes und des härtenden Kunststoffes sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten und durch das Mischungsverhältnis der Komponenten bestimmt, außerdem aber auch durch die Temperatur der Umgebung, der mengenmäßigen Hauptkomponenten sowie des Gesteins. Die Förderzeit F wird als die Zeit vorgegeben, die zur vollständigen Verfüllung der FHeßstrecke der Härtemischung erforderlich ist. D.h., dass die Aushärtung des aushärtenden Kunststoffes erst nach der Mischung mit dem aushärtbaren und dem härtenden Kunststoff erfolgt. Die Fließstrecke ist daher die Strecke zwischen dem Mischpunkt und der Mündung (Ausgang) des Bohrlochs. Sofern die Mischung der beiden Komponenten durch einen statischen Mischer erfolgt, liegt äer Mischpunkt an diesem statischen Mischer. Die Fließstrecke umfasst sodann den weiteren Innenkanai bis zu dessen Austritt auf den Außenumfang des Bohrers, im Allgemeinen also bis zu der Bohrerspitze. Die Fließstrecke umfasst weiterhin das die Ankerstange umgebende Bohrloch. Die Förderzeit ist daher so bemessen, dass sie unter Berücksichtung der Fördercharakteristik der Pumpen, insbesondere der Druckabhängigkeit der Fördercharakteristik ausreicht, und das Volumen des innenkanals und das Volumen άes die Ankerstange umgebenden Bohrlochs ausfüllt.
Die Erfindung kann dadurch ausgeführt werden, daß zunächst mit einer üblichen Bohrstange ein Loch gebohrt und sodann die Bohrstange wieder aus dem Loch herausgezogen und statt dessen eine rohrförmige Ankerstange (=Gesteinsanker) mit einem Innenkanal eingeführt wird. Dieses Verfahren hat neben den sonstigen Vorteilen den Vorzug, daß die für hartes Gestein zu verwendende Bohrspitze, die teuer ist, mehrfach verwendet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, das Loch mit einer mit Innenkanal ausgeführten Bohrstange zu Bohren, die gleichzeitig als geeignete Ankerstange ausgeführt ist. Diese Borhrstange verbleibt in dem Bohrloch und wird nach dem Bohren als Gesteinsanker erfindungsgemäß verwendet. Dem Nachteil der nur einmaligen Verwendung steht der arbeitstechnische Vorteil gegenüber, daß zeitraubende Arbeitsschritte entfallen.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird insbesondere die Verwendung der Bohrstange als Gesteinsanker beschrieben; jedoch gilt die Erfindung auch und ist das Verfahren identisch einsetzbar für ein Verfahren bei dem - wie beschrieben- nicht die Bohrstange sondern eine nachträglich eingeführte Ankerstange mit innenkana! benutzt wird.
Die Anspruch 2 gewährleistet, dass die Härtemischung in dem Bohrloch keine Hohlräume bildet und in innigen Kontakt mit der Wandung der Bohrstange und der Wandung des Bohrloches kommt. Diese Maßnahme kann zusätzlich zu der beim Bohrvorgang üblichen Wasserspülung des Bohrlochs erfolgen und hat den Vorteil, daß auch Wasserreste aus dem Bohrloch herausgebiasen und getrocknet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bohrstange an ihrer Spitze mit einer Bohrkrone versehen sein kann, deren Schneidkluppen einen Bohrlochdurchmesser umfahren, welcher größer ist als der Außendurchmesser der Bohrstange.
Die Aushärtung der aushärtbaren Kunststoffkomponente bedeutet eine Erhöhung der Viskosität über den zähflüssigen und den pastösen Bereich hinaus. Angestrebt wird eine Viskosität der aushärtbaren Komponente von wenigstens 100.000 pa x sec, damit die Verbindung der Kunststoffmasse gegenüber dem Bohrloch und gegenüber der Bohrstange so fest ist, dass die Bohrstange bei den übiichen betrieblichen Belastungen, die mit dem Bohrbetrieb und der Injektion der Kunststoffmasse einhergehen, nicht mehr aus dem Bohrloch herausgezogen oder in dem Bohrloch gedreht werden kann. Es wird damit möglich, das Bohrfutter, in welchem die Bohrstange zum Zwecke des Bohrens eingespannt ist, und/oder den Injektionskopf (Adapter zur Verbindung der Kunststoffzuleitungen mit dem Innenkanal der Ankerstange/ Bohrstange) ohne ∑u Hilfenahme einer die Bohrstange festhaltenden Haftevorrichtung, Halteklaue von der Bohrstange zu lösen, z. B. durch Rückwärtsdrehen des Bohrfutters (Anspruch 5 und 6). In vorteilhafter Weiterbildung nach Anspruch 7 wird vorgesehen, daß die Kunststoffe nach der Zusammenführung und Mischung in einer sehr schnellen chemischen Reaktion sich zu einer - hier so genannten - pastösen Masse vernetzen. Dies geschieht durch eine Beimengung von geeigneten Stoffen wie z.B. Aminen. Bei dem Verfahren nach Anspruch 8 wird die Handhabung erleichtert und die Betriebssicherheit dadurch erhöht, daß nach dem Zusammenführen und Mischen der Komponenten und noch vor dem Einsetzen der zur Aushärtung führenden chemischen Reaktion eine erhöhte Viskosität (größer 500 pa sec, vorzugsweise größer 1000 pa sec) erreicht wird. Diese Vorreaktion wird dadurch hervorgerufen, daß einer der Komponenten in geringer Menge Stoffe mit geeigneten tixotropische Eigenschaften zugemischt werden, z.B. Stoffe aus der Gruppe der Amine.
Durch diese zunächst nur geringe, jedoch sehr schnell erfolgende Erhöhung der Viskosität vor Einsetzen der schließlich gewollten Aushärtung (tixotropischer Effekt) wird erreicht, daß die Härtemischung der Kunststoffe nicht aus dem Bohrloch herausfließt ohne den Druckaufbau zu gestatten, der erforderlich ist, um das Bohrloch insgesamt und mit allen Hohlräumen vollständig und lückenlos auszufüllen.
Zur zeitlichen Kürzung des Bohr- und Injektionsvorganges dient die Weiterbildung nach Anspruch 8. Hierdurch wird verhindert, dass noch nicht vollständig ausgehärtende Kunststoffmasse aus dem Innenkanal der Bohrstange nach dem Lösen des Bohrfutters bzw. nach dem Lösen des Kunststoffzufuhrkanals ausläuft bzw. heraustropft bzw. herausquillt. Bei der Berechnung der Förderzeit und der Anpassung der Aushärtzeit muss die Fördercharakteristik der Pumpen, durch welche die aushärtbare Komponente und die härtende Komponente dem innenkanal der Bohrstange zugeführt wird, in Betracht gezogen werden.
Idealer Weise werden Pumpen ausgesucht, deren Fördermenge pro Zeiteinheit nicht vom Gegendruck abhängig ist. Insofern eignen sich insbesondere
Kolbenpumpen und von diesen insbesondere Radiaikoibenpumpen.
Dies ist insbesondere auch deswegen zweckmäßig, da dadurch eine
Temperaturerhöhung der Kunststoffe, weiche zu einer Veränderung der
Aushärtcharakteristik und insbesondere zu einer Verkürzung der Aushärtzeit führen könnte, vermieden wird.
Um Flüssigkeitsschläge und damit das Platzen von Leitungen zu verhindern wird i sollte in der Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die
Pumpen mit Verzögerung anlaufen können. Auch kurz vor Ende der Förderzeit ist eine Herabsetzung όer Förderdrehzahl zur Vermeidung von Druckspitzen zweckmäßig.
Alternativ können zur Förderung des aushärtbaren Kunststoffes und/oder des härtenden Kunststoffs auch Pumpen mit druckabhängiger Fördercharakteristik verwandt werden. Derartige Pumpen, z.B. Zahnradpumpen haben den Vorteil ihrer einfachen Bauweise., im Übrigen hat die druckabhängige
Fördercharakteristik den Vorteil, dass Druckspitzen vermieden werden.
Andererseits führt die Druckabhängigkeit im Falle des internen Rücklaufs der überschüssigen Fördermengen auch zur Erwärmung; daher ist die
Aushärtcharakteristik und insbesondere die Aushärtzeit entsprechend anzupassen.
In der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 erfolgt eine Abschaltung der Zufuhr des aushärtbaren und/oder des härtenden Kunststoffes, wenn der jeweilige Förderdruck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Es kann hierbei aber auch ein Auslaufprogramm der Antriebsmotoren der Pumpen eingeschaltet werden, durch welches die Drehzahlen der Pumpen stetig oder in
Stufen auf Null zurückgeführt werden. Hierdurch werden Schäden am
Fördersystem und eventuelle Verunreinigungen durch eine der
Kunststoffkomponenten vermieden.
Wenn in diesem Falle der Druckanstieg auf Aushärtung des Kunststoffes vor der vollständigen Befüllung des Bohrlochs zurück zuführen ist, ist allerdings eine neue Bohrung durchzuführen und die Bohrstange ist unter Umständen verloren, in diesem Falle liegt jedoch eine mangelhafte Abstimmung von Füllzeit und Aushärtzeit vor. Wenn Füllzeit und die Aushärtzeit genau aufeinander abgestimmt sind, tritt diese druckabhängige Abschaltung möglichst genau zu dem oder kurz vor dem Zeitpunkt ein, an dem der Kunststoff aus der Bohrlochmündung tritt.
Möglich ist jedoch auch, die Förderzeit F von Hand oder durch eine einstellbare Uhr vorzugeben. Angestrebt wird, dass die Aushärtzeit und damit auch die Füllzeit kleiner als eine Minute ist.
Die Abstimmung von Füllzeit und Aushärtzeit kann durch Versuch erfolgen, wobei allerdings die Fördercharakteristik der Pumpen sowie das Füllvolumen V des Innenkanals und des die Bohrstange umgebenden Bohrlochs wenigstens überschlägig in Betracht zu ziehen ist. Der für die Abstimmung von Füllzeit und Aushärtzeit einzuhaltende Algorithmus ergibt sich aus Anspruch 11. Um den Vorteil der Erfindung, nämlich die schnelle und sichere Einbindung eines Gebirgsankers in einem Bohrloch vollständig nutzbar zu machen, kommt der Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 12ff besondere Bedeutung zu. Anspruch 12 gewährleistet die betriebssichere Verbindung der Kunststoffzuleitungen mit dem Innenkanal der Ankerstange/ Bohrstange und vermeidet unnötige Montage- und Einstellarbeiten, die diesem Zweck dienen. Hierzu wird ein Injektionskopf - in dieser Anmeldung auch Adapter genannt¬ verwandt, der einerseit der Kunststoffleitung, andererseits aber auch als Werkzeug zur Verbindung des Innenkanals der Ankerstange mit den Kunststoffpumpen dient.
Anspruch 13 dient dem Zweck, eine Mischung der Komponenten zur Unzeit, also insbesondere vor dem vorgesehenen Mischpunkt und statischen Mischer unά damit eine vorzeitige Aushärtung der Kunststoffe und Verunreinigung der Leitungssysteme durch ausgehärtete Kunststoffe zu vermeiden. Auch Anspruch 14 dient einem ähnlichen Zweck und gewährleistet gleichzeitig die effektive Reinigung von Stellen des Zuleitungssystems, an denen die Kunststoffablagerung störend sind. im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben: Es zeigen: Figur 1 schematisch eine Bohrstange mit Bohrfutter und Zufuhradaptern
(Injektionskopf).
Figur 2 ein Förderdiagramm
Figur 3 und 4 schematisch eine Bohrstange mit Bohrfutter und Zufuhradaptern
(Injektionskopf).
In den Figuren wird beschrieben, daß eine Bohrstange in dem Bohrloch, das mit ihr gebohrt worden ist, verbieibt und sodann ais Ankerstange/Gesteinsanker im Bohrloch verbleibt und eingegossen wird. Daher wird zu den Figuren auch der Bohrvorgang beschrieben. Wenn die Bohrstange jedoch nach Fertigstellung des Bohrlochs aus dem Loch herausgezogen und statt ihrer eine Ankerstange als Gesteinsanker eingeführt wird, gehört die Herstellung des Bohrlochs nicht mehr in den Rahmen dieser Erfindung; im übrigen gelten jedoch alle Ausführungen, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Befüllung des Snnenkanais der Ankerstange und des Behohrlochs mit einem aushärtenden Kunststoffgemisch {Härtemischung) beschreiben. Die nachfolgenden Ausführungen gelten für alle Figuren, sofern nicht bezüglich einzelner Figuren auf Abweichungen ausdrücklich hingewiesen wird. Die Bohrstange 1 mit einer Bohrkrone 2 wird durch das Bohrfutter 3 in ein Gebirge 19 aus festem Stein eingebohrt. Hierzu ist das Bohrfutter 3 in Richtung Vorschubrichtung 4 und Drehrichtung 5 angetrieben. Die Bohrstange besteht aus mehreren - hier aus zwei - Stücken, die durch Einschrauben in eine Mutter 6 zu einer vorgegebenen Länge zusammengefügt werden können. Zu diesem Zweck sind die Bohrstangen auf ihrem Außenumfang mit einem Gewinde versehen, welches in ein korrespondierendes Gewinde der Überwurfmutter 6 paßt. Dieses Gewinde dient auch dem Zweck, eine gute Verbindung der Bohrstange 1 mit dem in das Bohrloch einzufüllenden Kunststoffes zu ermöglichen. Die Bohrkrone 2 ist mit Kluppen 7 besetzt. Diese Bohrkluppen 7 überstreichen einen Bohrlochquerschnitt mit einem Durchmesser D-i. Dieser Durchmesser Di ist größer als der Außendurchmesser DA der Bohrstange 1 und naturgemäß auch größer als der innendurchmesser des Gewindes Dr. Rechnerisch wird das Volumen der Bohrstange mit hinreichender Genauigkeit durch den mittleren Durchmesser Dz ~ (DA + D|)/2 bestimmt. Die Bohrstangen 1 bzw. die Teilstücke der Bohrstange werden zentral von einem Innenkanai 8 durchdrungen, der in der Bohrkrone 2 in einem Sammelraum 9 und in Austrittskanälen 10 mündet. Der Innenkanal kann durch das Bohrfutter 3 über geeignete Adapter zunächst mit Wasser oder Luft als Spülmittel und sodann vorzugsweise ebenfalls über das Bohrfutter, aber auch über ein sonstiges geeignetes Verbindungsstück, weiches z.B. anhand von Fig 4 besschrieben wird, mit einer aushärtbaren Kunststoffmasse und einem härtenden Kunststoff beschickt werden. Nur die zur Beschickung mit Kunststoff vorgesehenen Vorrichtungsteile sind hier schematisch dargestellt. Es handelt sich um den Injektionskopf/ Adapter 11 , der auf die Stirnseite des Verbindungsstücks, hier Bohrfutters, gesetzt werden kann und der Innenkanäle 12 und 13 aufweist. Der Innenkanal 12 ist über Schlauch 27 und Förderpumpe 14 mit einem Vorratsbehälter 15 für eine aushärtbare Kunststoffmasse verbunden. Der fnnenkanal 13 ist in seiner Weite wesentlich kleiner als der Innenkanai 12; seine Querschnittsfläche beträgt ca. 1/10 der Querschnittsfläche des Innenkanals 12. Der innenkanai 13 ist über Schlauch 25 und eine Förderpumpe 16 mit einem Vorratbehälter 17 für die härtende Kunststoffmasse verbunden. Da die aushärtbare Kunsttoffmasse und die härtende Kunststoff masse im Verhältnis 10:1 oder kleiner (bis 1 :1; siehe oben) gemischt werden, ist die Förderpumpe 16 entsprechend kleiner ausgelegt. Die Innenkanäle werden in dem Verbindungsstück/ Bohrfutter 3 zusammengeführt in einer Sammelkammer 18, weiche sodann mit dem Innenkanal 8 der Bohrstange korrespondiert.
In Fig 1 ist dargestellt, ύaR das erste Segment der Bohrstange am Eingang seines Innenkanals 8 einen statischen Mischer 20 aufweist. Ein solcher Mischer kann auch am Anfang jedes Segments liegen. Sofern der statische Mischer als einsetzbares Bauteil ausgeführt ist, genügt es, wenn ein derartiger statischer Mischer 20 in den Innenkana! 8 der letzten einzubringenden Bohrstange 1 eingesetzt wird. In der Nebenfigur ist ein Einsatzbauteil 21 dargestellt, in welchem neben dem statischen Mischer 20 auch ein
Rückschiagventil/Kugeiventil 22 integriert ist. Das Einsatzbauteil 21 kann in den Innenkanal 8 der letzten einzubringenden Bohrstange vor dem Einbohren z. B. mit Gewinde eingeschraubt werden. Zur Funktion und Betriebsweise:
Zum Einbohren der Bohrstange 1 ist zunächst nur ein Bohrstangenelement in das Bohrfutter eingesetzt. Das Bohrfutter wird mit Drehrichtung 5 in Umdrehung versetzt. Gleichzeit wird - in nicht dargestellter Weise - eine Vorschubkraft 4 auf die Bohrstange ausgeübt. Dadurch wird ein Bohrloch in das Gebirge mit dem Durchmesser D1 der Bohrkrone bzw. der Schneidkluppen 7 auf der Bohrkrone eingebracht. Wenn das Bohrloch die Länge des 1. Segments der Bohrstange erreicht hat, wird auf das freie Ende die Überwurfmutter 6 geschraubt und in diese ein weiteres Segment der Bohrstange 1 eingedreht, in dem es — in nicht dargestellter Weise - von hinten durch das Bohrfutter zugeführt wird. Dabei kann das Bohrloch in nicht dargestellter Weise durch Wasser gespült werden, das durch äen Innenkanal der Bohrstange zugeführt wird.
Wenn die vorgesehene Tiefe des Bohrloches erreicht ist {z.B. bei 2 m bis 2,50 m) wird der Bohrvorgang beendet. Es wird nunmehr die Sammelkammer 18 des Bohrlochs - in nicht dargestellter Weise - durch den Innenkanai 8 der Bohrstange mit Luft beaufschlagt und hierdurch das Bohrklein aus dem Bohrloch ausgespült und das Bohrloch gereinigt und getrocknet. Anschließend erfolgt die Befüllung des Bohrlochs mit einem aushärtbaren Kunststoffs, welcher zuvor mit einem härtenden Kunststoff vermischt wird. Das Füllvolumen ist zum einen die Innenkanal 8 ab Mischer 20 und zum anderen das Bohrloch, also
Vges= Vj + VBohr,och- Vβohπstange = pi/4 (LBX (D1 2 - D2 2)+ Lf X D1-2).
Die Befüllung erfolgt durch die Pumpen 14 und 16. Dabei handelt es sich z. B. um Radiaikoibenpumpen, welche eine druckunabhängige Fördermenge pro Zeiteinheit liefern können. Es kann sich jedoch auch um Zahnradpumpen handeln, da bei den hohen Viskositäten der fördernden Kunststoffe nicht mit unzulässigen Verlusten zu rechnen ist und das Fördergesetz daher hinreichend genau bestimmbar ist.
Die Fördermenge wird durch entsprechende Voreinstellung und Drehzahlen der Antriebsmotoren 24 und 26 der Pumpen nunmehr so festgesetzt, dass unter Berücksichtigung der Fördercharakteristik und des Fördergesetzes die Füllmenge an aushärtbarem Kunststoff und härtendem Kunststoff genau in derjenigen Förderzeit gefördert wird, welche der Aushärtzeit entspricht. Die Aushärtzeit des Kunststoffes kann zum einen durch die Auswahl der Kunststoffkomponenten, zum anderen aber auch durch das Mischungsverhältnis und durch die Temperatur bestimmt werden. Die Temperatur kann z. B. mit 30° C angenommen werden. Weiche Härte des Kunststoff in der Aushärtzeit annehmen soll, wird durch praktische Gesichtspunkte bestimmt. Insbesondere soll der Kunststoff nicht von selbst aus der Mündung des Bohrlochs austreten, sondern in der Mündung des Bohrloches allenfalls als pastöse Masse erscheinen. Es ist für die Geschwindigkeit des gesamten Bohr- und Verfüllungsvorganges außerdem günstig, wenn der Kunststoff an der Mündung des Bohrloches so stark ausgehärtet ist, dass das Bohrfutter von der Bohrstange getrennt werden kann, ohne die Bohrstange mit besonderen Hilfsmitteln festhalten zu müssen oder am Herausfallen aus dem Bohrloch zu hindern. Eine Viskosität von 100.000 pa sec. kann dabei ausreichend sein, wird aber vorzugsweise auch überschritten. Durch geeignete Beimengungen kann eine Vorvernetzung der eingebrachten Kunststoffmäschung mit Erhöhung der Viskosität (s.o.: mehr als 500 pa sec) erfolgen, noch bevor die eigentliche Aushärtreakiion einsetzt bzw. sich auswirkt.
Es ist erstrebenswert, das Bohrfutter möglichst schnell von der Bohrstange zu trennen, und zwar zu einem Zeitpunkt, wo die zuletzt eingetragene Kunststoffmischung die Aushärt∑eit noch nicht beendet hat. Daher ist in Fiießrichtung vor dem statischen Mischer das Rückschlagventil 22 vorgesehen, das in äer Richtung der Verfüilung öffnet und in Gegenrichtung die eingetragene Kunststoffmischung hindert, aus dem Innenkanal wieder herauszuflϊeßen.
Nach dem Abziehen des Bohrfutters von der Bohrstange kann das Verbindungsstück/ Bohrfutter mit einer der Kunststoffkomponenten oder mit Wasser gespült werden. Die entsprechenden Vorrichtungen sind nicht dargestellt.
!n Fig.2 ist schematisch ein Förderdiagramm der geförderten Kunststoffkomponenten, also insbesondere der aushärtbaren Kunststoffkomponente und der härtenden Kunststoffkomponente und evtl. der weiteren zugemischten Stoffe dargestellt. Dargestellt ist der Verlauf der Fördermenge pro Zeiteinheit über die Zeit und darüber der entsprechende Druckveriauf in der Sammelkammer 18 oder an einer sonstigen Stelle. Die Fördermenge hängt zum einen vom Drenzahlveriauf der Antriebsmotoren der Pumpen ab. Darüber hinaus muß bei einigen Pumpentypen auch mit der Druckabhängigkeit der Fördermenge gerechnet werden. Ideal wäre eine konstante Fördercharakteristik, wie sie z.B. Radialkoibenpumpen haben. Angestrebt wird in jedem Falle, daß die Pumpen in einer stetigen Funktion anlaufen, um Druckstöße zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann also auch ausgeführt werden, wenn der aushärtbare und der härtende Kunststoff während der Förderzeit F mit einer variablen Fördermenge nach vorbestirnmten Verlauf der Fördermenge pro Zeiteinheit, insbesondere mit verzögert zunehmender Fördermenge zu Anfang der Förderzeit gefördert werden oder wenn der aushärtbare und der härtende Kunststoff während der Förderzeit F mit einer nach einem vorbestimmten Gesetz druckabhängigen Fördermenge pro Zeiteinheit gefördert werden. In jedem Falle gilt:
Wenn nach Erreichen der maximal eingestellten Drehzahl die Fördermenge pro Zeiteinheit mit dem ansteigenden Druck abnimmt, der sich dadurch ergibt, daß zum einen die Fiießstrecke der Kunststoffmischung länger wird und zum anderen die Viskosität steigt, ist die gesamte Förderzeit so berechnet, daß die Füllmenge in dieser Förderzeit - es handelt sich in dem Diagramm um den schraffierten Flächeninhalt unterhalb der Fördermengen - Kurve - dem Volumen von Innenkanai und Bohrloch - wie oben geschildert - entspricht und daß diese Förderzeit der Aushärtzeit entspricht. Hiermit wird erreicht, daß die an der Bohrlochmündung ankommende Kunststoffmündung so hoch viskos geworden ist, daß sie die Mündung absperrt und den Bohranker so fest umschließt, daß er das beim Lösen des Bohrfutters entstehende Drehmoment aushält und daß er unter seinem Eigengewicht nicht aus dem Bohrloch herausfällt.
Unter dieser Voraussetzung ist es möglich, die Steuereinrichtung 28 von Hand oder durch Voreinstellung einer Betriebszeit für die Pumpenmotoren zu betreiben. Es kann jedoch auch eine Steuerung durch den Druckfühier 23 vorgesehen werden, durch den die Abschaltung oder - wie dargestellt - eine Auslaufschaltung erfolgt, wenn der Druck vor der MHscheinrichtung - z.B. in der Sammelkammer - einen voreingestellten durch Versuch zu ermittelnden Grenzwert G überschreitet.
Fig.3 zeichnet sich demgegenüber durch folgendes aus: Das Bohrfutter wird nach Fertigstellung des Bohrlochs abgezogen. Die Verbindung der Ankerstange/ Bohrstange 1 mit dem Injektionskopf/ Adapter 11 erfolgt durch ein Verbindungsstück 3. Dieses besteht - wie die Nebenfigur zu Fig. 4 zeigt, aus zwei Halbschalen 31 , 32. Diese weisen auf ihre Länge jeweils eine halbkreisförmige Ausnehmung 33,34 auf. Diese Ausnehmungen ergänzen sich im in Pfeilrichtung geschlossenen Zustand der Halbschalen zu einem kreiszylindrischen fnnenkanal mit wechselnden Durchmessern. Die Durchmesser sind so ausgelegt, daß der Innenkanal im geschlossenen Zustand - wie Fig.4 zeigt - eine formschlüssige Festlegung des Verbindungsstücks auf einer Seite an dem Injektionskopf 11 und auf der anderen Seite an der Ankerstange/ Bohrstange 1 bewirkt. Der Injektionskopf weist deshalb einen Wulst 35 auf, der in eine entsprechende Durchmessererweiterung des fnnenkanals 33,34 paßt. Zur Halterung der Ankerstange/ Bohrstange 1 weist der innenkanal ein grobes Innengewinde auf, das dem Außengewinde der Ankerstange/ Bohrstange 1 entspricht. !n Fig.3 ist dargestellt, daß der Zwischenraum 18 zwischen dem Ende des Injektionskopfes 11 und dem Ende der Ankerstange/ Bohrstange 1 mittels einer ringförmigen Dichtung 30 überbrückt und radial abgedichtet wird. Der statische Mischer 20 befindet sich auch hier am Anfang der Ankerstange/ Bohrstange 1. Bei der Ausführung nach Fig.4 liegt der statische Mischer dagegen in dem Verbindungsstück 3 mit den Halbschalen 31 ,32. Dazu liegen die Mischelemente 20 auch hier in einem Einsatzbauteil/ Mischergehäuse 21 , welches als kreiszylindrisches Rohr ausgebildet ist. Außen weist dieses Rohr an seinem Anfang einen Wulst 36 auf, welcher im in Pfeilrichtung geschiossenene Zustand der Haibschaien 31,32 von einer entsrechenden Ausnehmung des Innenkanais der Haibschaien 31 ,32 formschlüssig umschlossen und axial wie auch radial festgelegt wird. Außerdem umschließt der Innenkanals der Haibschaien 31 ,32 das Rohr des Mischergehäuses eng anliegend.
Dies ist deshalb besonders wichtig, weil vorzugsweise das Mischergehäuse 21 aus Kunststoff besteht und erst durch die enge Anlage an den Wänden der fest aufeinander gedrückten Halbschalen ausreichend druckbeständig ist. Ferner ist es besonders wichtig, daß das Mischergehäuse auch an seinem Ausflußende in axialer Richtung formschlüssig abgestützt ist, um zu verhindern, daß ein aus Kunststoff hergestelltes Mischergehäuse axial reißt oder zerreißt. Diese axiale Festlegung geschieht im gezeigten Beispiel durch Abstützung an der Stirnfläche des zugewandten Endes der Ankerstange/ Bohrstange 1, welche ihrerseits - wie gesagt - in den Halbschalen des Verbindungsstücks festgelegt ist. Das zu Fig. 1 und 3 dargestellte und beschriebene Rückschlagventil ist hier nicht dargestellt, würde jedoch auch hier mit entsprechendem Vorteil verwendet.
Nach Ablauf der Füllzeit und Beendigung der Befüllung des Bohrlochs werden die Halbschalen auseinander gefahren (gegen die Pfeilrichtung), so daß die Ankerstange/ Bohrstange und der injektionskopf losgelassen werden. Dabei kann auch der statische Mischer, der — wie beschrieben - als Baueinheit ausgebildet ist - ausgeworfen werden, da er noch mit der aushärtenden Kunststoffmischung gefüllt ist. Notfalls werden Injektionskopf und/ oder Verbindungsstück 3 gereinigt und sodann eine neue Baueinheit als Mischer eingelegt, bevor die Anklammerung an eine andere Ankerstange/ Bohrstange und deren Befüllung beginnt.
Bei dem Verfahren nach Fig.4 wird auch eine erweiterte Art der Steuerung verwandt. Es erfolgt eine Einschaltung und Abschaltung der Anlage zur Befüllung eines Bohrlochs durch Schalter 29, welcher synchron die beiden Sperrventile 38 und 39 in den Innenkanälen 12,13 des lηjektionskopfes 11 im Sinne des Durchflusses oder im Sinne der drucksicheren Sperrung betätigt. Zum Start der Befüllung werden zunächst mittels Steuerung 28 die beiden Pumpen 24,26 in Betrieb gesetzt. Nach Druckaufbau in den Zuleitungen 25,26 werden synchron zueinander die Sperrventile 38,39 mittels Schalter 29 geöffnet, so daß der Misch- und Befüilungsvorgang sofort mit Anwesenheit beider Komponenten beginnt. Nach Ablauf der Betriebszeit/ Aushärtzeit - wie zuvor beschrieben - wird der Schalter 29 wiederum betätigt im Sinne der synchronen und schlagartigen Sperrung der Sperrventile 38,39. Es wird hierdurch gewährleistet, daß nach Sperrung auf der Austrittsfläche 37 auf der dem Mischer 20 zugewandten Stirnfläche keine der Komponenten mehr austreten und zur Verunreinigung führen kann. Zusätzlich ist jedoch vorgesehen, daß die Austrittsfläche nach Öffnen der Halbschalen 31 ,32 mit einem Druckwasserstrahl gereinigt wird. Jedenfalls ist die Austrittsfläche 37 eben und ohne Vorsprünge oder Vertiefungen gestaltet, damit sie leicht und effektiv gereinigt werden kann.
Wenn die Sperrventile in Sperrung geschaltet sind, bauen die beiden Pumpen in den Leitungen 25,27 einen höheren Druck auf. Durch Druckfühier 23 in jeder der Leitungen wird dieser Druck abgefragt und über Leitungen 40, 41 der Steuerung 28 zugeführt. In der Steuereinrichtung ist gespeichert, weicher Grenzdruck in der einen und der anderen Leitung maximal hinterlegt werden darf. Wenn einer dieser Grenzdrücke erreicht wird, erfolgt durch die Steuereinrichtung die Abschaltung des betroffenen Pumpenantriebs, vorzugsweise beider Pumpenantriebe/ Motoren 24,26. Die Ausführung nach Fig.4 weist außerdem die Besonderheit des Verfahrens auf, daß die beiden Kunststoffkomponenten bzw. ihr Zuleitungen 12,13 in dem Injektionskopf Y-förmig oder T_förmig zusammengeführt werden in einem Punkt der kurz vor oder am besten in der Austrittsfläche 37 liegt. Gerade der letzt genannte Fall erleichtert die Reinhaltung bzw. Säuberung der Austrittsfläche.
Bezugszeichen
1. Bohrstange, Ankerstange 1
2. Bohrkrone 2
3. Bohrfutter 3, Verbindungsstück
4. Vorschubrichtung 4
5. Drehrichtung 5
6. Mutter 6 Überwurfmutter 6
7. Kluppen 7 Bohrkluppen 7
8. Innenkanal Zentralkanal 8
9. Samrnelraum 9
10. Austrittskanälen 10
11. Adapter 11 , Snjektionskopf
12. Innenkana! 12
13. Innenkanal 13
14. Förderpumpe 14
15. Vorratsbehälter 15 für eine aushärtbare Kunststoffmasse
16. Förderpumpe 16
17. Vorratbehälter 17 für die härtende Kunststoffmasse
18. Sammelkanal 18, Zwischenraum
19. Gebirge 19
20. statischen Mischer 20, Mischelemente
21. Einsatzbautei! 21 Mischergehäuse
22. Rückschlagventil/Kugelventil 22
23. Druckfühler 23
24. Motor 24, Pumpenantrieb
25. Schlauch 25, Leitung
26. Motor 26, Pumpenantrieb
27. Schlauch 27, Leitung
28. Steuereinrichtung 28, Steuerung
29. Ein/Ausschalter, Schalter 29
30. Dichtring, Dichtung
31. Haibschaie 31
32. Halbschale 32
33. Ausnehmung 33
34. Ausnehmung 34
35. Wulst 35
36. Wulst 36
37. Stirnfläche, Austrittsfläche 37
38. Sperrventil 38, elektromagnetisch
39. Sperrventil 39, elektromagnetisch
40. Leitung 40
41. Leitung 41
Bohrlochquerschnitt mit einem Durchmesser Di. Außendurchmesser DA der Bohrstange 1 Innendurchmesser des Gewindes Dj mittleren Durchmesser D2 = (DA + Di )/2

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Setzen von Gesteinsankern, bei weichem in ein Bohrloch eine Ankerstange mit Innenkanal eingeführt, durch den innenkanal eine fließfähige, selbstaushärtende Masse gedrückt, das fertige Bohrloch mit der Masse verfüllt wird und die Masse in dem Bohrloch mit der in dem Bohrloch verbleibenden Ankerstange aushärtet dadurch gekennzeichnet, dass
> die aushärtende Masse eine Mischung aus einem aushärtbaren Kunststoff und einem härtenden Kunststoff hergestellt wird,
> dass der aushärtende Kunststoff und der härtende Kunststoff dem Innenkana! der Bohrstange während einer vorbestimmten Förderzeit F vermischt zugeführt werden,
> daß die Kunststoffe derart ausgewählt sind und an einem kurz vor oder in dem Innenkanal liegenden Mischpunkt in einem derartigen Mischverhäitnis zusammengeführt und zu der Mischung vermischt werden, dass sich eine definierte Aushärtzeit H ergibt, wobei die Förderzeit F und die Aushärtzeit H aufeinander derart abgestimmt sind, dass die Förderzeit der Aushärtzeit im Wesentlichen entspricht und im Wesentlichen zu einer vollständigen Verfüllung der
Fließstrecke mit der Härtemischung zwischen dem Mischpunkt und dem Ausgang des Bohrlochs führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, der Innenkanai und das Bohrloch während und/oder nach dem Bohren, jedenfalls aber vor Einleiten der Härtemischung mit Luft gespült wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer in dem Innenkanal angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer ein vor dem Innenkanai angeordneter statischer Mischer ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der Härtemischung in der Aushärtzeit wenigstens 100.000 pa sec beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Härtemischung in der Aushärtzeit so stark aushärtet, dass das Drehmoment der Bohrstange in dem Bohrloch größer ist als das Drehmoment. Welches zum Lösen der Bohrstange von dem sie haltendem Bohrfutter erforderlich ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Härtemischung bzw. einer der Komponenten ein Stoff oder Kunststoff beigemischt ist, welcher innerhalb und vorzugsweise zu Beginn der Aushärtzeit zu einer Vorvernetzung der Komponenten mit einer Erhöhung der Viskosität auf mehr als 500 pa sec, vorzugsweise mehr als 1000 pa sec führt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des Innenkanals der Bohrstange durch ein in Einfüllrichtung durchlässiges Rückschlagventil versperrt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der aushärtbare und der härtende Kunststoff während der Förderzeit F mit einer druckunabhängigen Fördermenge pro Zeiteinheit gefördert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr der Kunststoffe und evtl. Beimengungen bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks abgeschaltet oder auf sonstige Weise beendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der Fördercharakteristik für den aushärtenden und den härtenden Kunststoff die Füllzeit für das hinter dem Mischpunkt aufzufüllende Füilvolumen V der Gleichung genügt:
V = k x o/H (qA +c}H)dt; worin bedeuten:
V = Fülivolumen des Innenkanais hinter dem Mischpunkt und des Bohrlochs qA = Fördermenge pro Zeiteinheit des aushärtbaren Kunststoffs qH = Fördermenge pro Zeiteinheit des aushärtenden Kunststoffs dt = Zeitinkrement
H = Aushärtzeit
K = Konstante zur Berücksichtigung ortsabhängiger
Gegebenheiten, insbesondere der Temperatur und der Beschaffenheit des Gebirges.
12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung der Kunststoffkomponenten durch einen Injektionskopf (Adapter 11) erfolgt, > welcher mittels Leitungen mit den auf einem
Transportwagen (Bohrlafette) mitgeführten Förderpumpen der Kunststoffkomponenten dauernd verbunden ist,
> welcher auf der Bohrlafette zwischen einer Ruheposition und einer Betriebsposition bewegbar geführt ist, und
> welcher in der Betriebsposition mit dem aus dem Bohrloch ragenden Ende der Ankerstange über ein Verbindungsstück druckdicht verbindbar ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass
> in dem Injektionskopf in jeder der Zuleitungen der Kunststoffkomponenten ein Sperrventil liegt zum Abschließen bzw. Öffnen der Zuleitung,
> daß beide Sperrventile im Normalbetrieb nur synchron zu einander offenbar und/oder schließbar sind, und
> daß vorzugsweise die Antriebsmotoren der Pumpen über jeweils einen in der jeweiligen Zuleitung Hegenden Drucksensor bei Erreichen eines vorgegebenen Höchstdrucks abschaltbar sind.
14. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Injektionskopf gebildeten Kunststoffieitungen, welche an der Zufuhrseite an Schläuche angeschlossen sind, auf der dem Verbindungsstück zugewandten Seite (Anschlußseite des Verbindungsstücks) in einer glatten, vorzugsweise ebenen Fläche ausmünden, welche nach Abkuppeln des Verbindungsstücks durch einen Hochdruckstrahl, vorzugsweise Wasserstrahl spülbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück aus zwei Halbschalen besteht, welche relativ zueinander senkrecht zur Fließrichtung der im Inneren geführten Kunststoffe bewegbar sind und im zusammengesetzten Zustand den injektionskopf auf der einen Seite und das aus dem Bohrloch ragende Ende der Ankerstange auf der anderen Seite druckdicht umfassen oder in sonstiger Weise veerbinden.
16. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen der Kunststoffe in dem Injektionskopf getrennt von einander geführt sind und daß die Zusammenführung der Kunststoffe in dem Verbindungsstück erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer in dem Innenkanai der Ankerstange angeordnet ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer in dem Verbindungsstück angeordnet ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer rohrförmig mit in seinem Mischrohr liegenden Mischelementen ausgebildet ist und vorzugsweise von einem Kunststoffrohr umgeben wird, daß die Halbschalen des Verbindungsstücks im zusammengesetzten Zustand einen an dem Mischrohr eng anliegenden Führungskanal bilden, in welchem das Mischrohr an seinen beiden Enden zur Abstützung gegen den Eingangsdruck der Kunststoffe in den Mischer vorzugsweise formschlüssig, jedoch leicht lösbar festgelegt ist.
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