AT502825B1

AT502825B1 - Fluidrückgewinnung

Info

Publication number: AT502825B1
Application number: AT0008706A
Authority: AT
Inventors: Mario Bureau
Original assignee: Atlas Copco Mai Gmbh
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-06-15
Also published as: US20100074695A1; NO20082260L; BRPI0613174A2; ES2343652T3; ATE472044T1; SI1974124T1; EP1974124B1; CN101198764A; WO2007082319A1; DK1974124T3; CA2610221A1; JP2009523929A; IL187315A0; IL187315A; CL2007000099A1; PT1974124E; HRP20100381T8; RU2007145054A; RS51379B; AT502825A4

Description

2 AT 502 825 B1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufweiten und/oder Entleeren von Teilen von Ankern, insbesondere von Gebirgsankern der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1. 5 Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entleeren von Teilen von Ankern, insbesondere von Gebirgsankern der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 8.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Setzen von Ankern, insbesondere von io Gebirgsankern der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 16.

Es ist bekannt Anker mit aufweitbaren Teilen zum Festigen bzw. Sichern von Gestein und Boden, beispielsweise beim Tunnelbau oder zur Hangsicherung, in ein Bohrloch einzusetzen. 15 Solche Anker, insbesondere Reibrohranker bzw. aufweitbare Reibrohranker, sind unter der Bezeichnung "Swellex" (Hersteller Atlas Copco MAI GmbH) bekannt. Als aufweitbare Teile weisen diese Anker insbesondere aufweitbare Ankerbolzen auf, deren Außenfläche im aufgeweiteten Zustand an die Bohrlochwand anliegt und den Anker so im Bohrloch festlegt. Das Aufweiten der Bolzen kann mit Wasser erfolgen, das mittels einer Pumpe über einen abnehm-20 baren Adapter mit Druck in den Ankerbolzen eingebracht wird.

Die im Ankerbolzen nach dem Einpressen des aufzuweitenden Mediums, insbesondere von Wasser, komprimierte Luft bewirkt, dass das Wasser nach dem Abnehmen des Adapters wieder aus dem Ankerbolzen hinausgedrückt wird. Es hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, 25 dass Wasser unkontrolliert und nur teilweise wieder aus dem Ankerbolzen austritt. Ein gewisser Restanteil an Wasser verbleibt im Ankerbolzen und begünstigt zusammen mit der im Ankerbolzen enthaltenen Luft Korrosionsvorgänge, welche sich nachteilig auf die Lebensdauer des Ankers, insbesondere Reibrohrankers, auswirken. 30 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, mit welchen die angesprochene Nachteile so weit wie möglich vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Aufweiten und/oder Entleeren von Teilen 35 von Ankern, insbesondere von Gebirgsankern, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Des Weiteren wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Entleeren von Teilen von Ankern, insbesondere von Gebirgsankern, welches die Merkmale des Anspruches 8 aufweist. 40

Darüber hinaus wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Setzen eines Ankers, insbesondere Gebirgsankers, welches die Merkmale des Anspruches 16 aufweist.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen/Ausführungsformen der erfindungsgemäßen 45 Vorrichtung einerseits sowie der erfindungsgemäßen Verfahren andererseits sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei Ankern, insbesondere bei als aufweitbare Reibrohranker ausgeführten Gebirgsankern, mit aufweitbaren Teilen (Anker des Typs "Swellex") und einem abnehmbar am Anker angeordneten so Adapter, der sowohl über wenigstens eine Fluidleitung mit einer Pumpe als auch mit den aufweitbaren Teilen verbunden ist, ist der Adapter erfindungsgemäß mittelbar oder unmittelbar mit einer Gaszufuhr verbunden. Somit können den aufweitbaren Teilen, nachdem sie aufgeweitet (expandiert) worden sind und die wenigstens zum Teil mit Fluid befüllt sind, zum Entleeren Gas unter Druck zugeführt werden. Das Gas expandiert in den aufgeweiteten Teilen und drückt das 55 Fluid zwangsweise aus dem Anker hinaus. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls so oft wieder- 3 AT 502 825 B1 holt werden, bis das Fluid vollständig entfernt ist. Die durch ein Zusammenwirken von Luft und Wasser stattfindenden Korrosionsvorgänge im Ankerbolzen können somit nahezu vollständig unterbunden werden, womit die Lebensdauer des Ankers signifikant erhöht wird. 5 Erfindungsgemäß kann das Einbringen von unter Druck stehendem Gas, insbesondere von Druckluft, sowohl vor als auch nach dem Beaufschlagen des Ankers mit dem aufweitenden Fluid erfolgen. Als Effekt bleibt bei dem künstlich erzeugten Überdruck vor der Beaufschlagung mit Fluid im Gegensatz zu bekannten Methoden, bei denen nur das unter normalen Luftdruck im Anker befindliche Luftvolumen komprimiert wird, nach dem Druckausgleich wesentlich weni-io ger Restwasser im Anker zurück. Das in die aufweitbaren Teile eingebrachte Fluid kann nach dem Aufweiten nahezu vollständig und kontrolliert abgezogen und gegebenenfalls wieder zum Aufweiten von Teilen anderer Anker verwendet werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung einerseits 15 sowie der erfindungsgemäßen Verfahren andererseits ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist.

Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Längsansicht einer Ausführungsform eines Gebirgsankers, 20 Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Gebirgsankers aus Fig. 1, Fig. 3 den Gebirgsanker aus Fig. 1 mit einem aufgesetzten Adapter und Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufweiten und/oder Entleeren von Teilen des Gebirgsankers in schematischer Darstellung. 25 In Fig. 1 ist ein Gebirgsanker 1 dargestellt, bet dem die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Die gezeigte Ausführungsform entspricht einem aufweitbaren Reibrohranker, wie er beispielsweise aus der US 4,459,067 A bekannt ist und auch als "Swellex" bezeichnet wird. Der Gebirgsanker 1 ist dazu vorgesehen, zum Festigen bzw. Sichern von Gestein und Boden in ein Bohrloch eingesetzt und darin festge-30 legt zu werden.

Im Wesentlichen umfasst der Gebirgsanker 1 einen aufweitbaren Teil, der an einem Ende, das dem äußeren Ende des Bohrlochs benachbart ist (in Fig. 1 rechts), eine Hülse 3 aufweist und am anderen Ende durch eine Endhülse 4 geschlossen ist. Der aufweitbare Teil kann insbeson-35 dere ein Ankerbolzen 2 sein, der, wie in Fig. 2 ersichtlich, durch ein in Längsrichtung nach innen gefaltetes Rohr mit einem im Wesentlichen omega-förmigen Profil gebildet ist. Der Ankerbolzen 2 kann durch Erhöhen des Druckes im Inneren des gefalteten Rohres aufgeweitet werden, sodass sich die Außenfläche des Rohres an die Bohrlochwandung anlegt und den Gebirgsanker 1 so im Bohrloch festlegt. 40

In der Hülse 3 ist eine Öffnung, z.B. eine Bohrung 5, angeordnet, deren Funktion im Weiteren noch beschrieben wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, dass statt dem beschriebenen 45 Reibrohranker andere Arten und Ausführungsformen von Ankern, vornehmlich die der eingangs genannten Gattung, herangezogen werden können. Als Beispiel soll eine Ausführungsform genannt werden, die als "Swellex Hybrid" (Hersteller Atlas Copco MAI GmbH) bekannt ist. Dieser Gebirgsanker zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Abschnitte von starren Anker-stangen/-rohren über Kuppelglieder miteinander verbunden sind, und dass an dem (vorderen) so Ende der so gebildeten Ankerstange, das ins Bohrloch eingesetzt wird, lediglich ein kurzer Abschnitt eines aufweitbaren Teils, wie ein oben beschriebener Ankerbolzen 2, angeordnet ist.

Der Gebirgsanker 1 kann an seinem an der Öffnung des Bohrlochs liegenden Ende eine Ankerplatte tragen, die sich Boden- oder Gesteinseitig an der Hülse 3 abstützt. 55 4 AT 502 825 B1

Nachdem der Gebirgsanker 1 mit angebrachter Ankerplatte in das Bohrloch eingesetzt wurde, wird an der Hülse 3, wie in Fig. 3 ersichtlich, ein Adapter 6 angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Adapter 6 als Inflationsadapter auf die Hülse 3 aufgesteckt bzw. aufgeschraubt. Der Adapter 6 ist über eine Fluidleitung, insbesondere eine Expansionsleitung 7, 5 und über eine Fluidleitung, insbesondere eine Haltedruckleitung 8, mit einer Pumpe 9 verbunden. Zum Erhöhen des Druckes im Inneren des Ankerbolzens 2 stellt die Pumpe einen Fluidarbeitsdruck (Inflationsdruck) von vorzugsweise 100 bis 500 bar, insbesondere von 240 bis 300 bar, zur Verfügung. io Das Fluid aus der Haltedruckleitung 8 presst im Inneren des Adapters 6 zwei Dichtringe 10 so zusammen (Haltedruck), das die entstehenden Ausbauchungen der Dichtringe 10 gegen die Hülse 3 drücken und diesen fest und gegen den Inflationsdruck dicht umschließen. Anschließend strömt Fluid aus der Expansionsleitung 7 über eine Zulaufbohrung 11 zur Bohrung 5, die sich im abgedichteten Raum zwischen den beiden Dichtringen 10 befindet, tritt in den Ankerbol-15 zen 2 ein und beginnt diesen zu füllen. Dabei wird das Omega-Profil des Ankerbolzens 2 entfaltet, sodass sich die Außenfläche des Ankerbolzens 2 an die Bohrlochwand anlegt und den Gebirgsanker 1 so im Bohrloch festlegt. Das Ankerbolzenprofil erreicht bei fertiger Entfaltung, bei dem Fluidarbeitsdruck von ca. 240 bis 300 bar, einen annähernd runden Querschnitt. 20 Da das Bohrloch in der Praxis einen kleineren Durchmesser aufweist als ein vollständig aufgeweiteter Ankerbolzen 2, kann sich dieser nicht vollständig entfalten, so dass er sich unter Beibehaltung einer Längsfälte gegen die Bohrlochwandung presst. Der Vorteil der ausgebildeten Längsfalte ist, dass sie durch die entstehende Versteifung stabilitätssteigernd wirkt. Durch Beibehaltung des Arbeitsdruckes über einen Zeitraum von wenigstens sechs Sekunden presst 25 sich der Ankerbolzen 2 auch in Unregelmäßigkeiten der Bohrlochwandung und bildet eine reib-und formschlüssige Verbindung im Bohrloch.

Fig. 4 zeigt, wie der Adapter 6 über die Expansionsleitung 7 und die Haltedruckleitung 8 mit der Pumpe 9 verbunden ist. Die Pumpe 9 ist wiederum mit einer Fluidversorgungsleitung 12 ver-30 bunden. In der Expansionsleitung 7 ist ein Ventil 13 angeordnet, über welches der Zu- bzw. Abfluss von Fluid in den bzw. aus dem Adapter 6 geregelt wird.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Adapter 6 mit einer Gaszufuhr verbunden ist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine weitere Fluidleitung, insbeson-35 dere eine Gasleitung 14, und einem Kompressor 15 gebildet ist. Der Kompressor 15 kann ein Luftkompressor sein oder mit einem Behälter mit komprimierter Luft verbunden sein. In der gezeigten Ausführungsform mündet die Gasleitung 14 ausgehend vom Kompressor 15 nicht direkt in den Adapter 6, sondern endet in der Expansionleitung 7 im Bereich zwischen dem Adapter 6 und dem Ventil 13. In der Gasleitung 14 ist ein Ventil 16 angeordnet, über welches 40 der Gasdurchlass geregelt wird. Die Ventile 13, 16, sowie die Pumpe 9 und der Kompressor 15 werden über eine Steuereinheit 17 gesteuert.

Erfindungsgemäß wirkt die beschriebene Vorrichtung als System zum Rückgewinnen des den Ankerbolzen 2 aufweitenden Mediums, insbesondere als Wasserrückgewinnungssystem. Mit-45 tels des Kompressors 15 kann über den Adapter 6 komprimierte Luft in den Ankerbolzen 2 gepresst werden, welche beim Expandieren restlichen und unerwünschten Fluidanteil aus dem Ankerbolzen 2 in die Expansionsleitung 7 leitet. Das Einbringen von unter Druck stehendem Gas, insbesondere von Druckluft, kann im Rahmen der Erfindung vor und/oder nach dem Beaufschlagen des Ankers 1 mit Fluid erfolgen. 50

Zum Einbringen insbesondere von Druckluft nach dem Aufweiten des Ankerbolzens 2 wird im einzelnen nach dem Aufweiten des Ankerbolzens 2 der Haltedruck, d.h. der Fluiddruck über die Haltedruckleitung 8 zum Zusammenpressen der Dichtungsringe 10, gehalten und der Inflationsdruck, d.h. der Fluidarbeitsdruck von vorzugsweise 240 bis 300 bar, abgesenkt. Zu diesem 55 Verfahrenszeitpunkt ist das Ventil 13 in der Expansionsleitung 7 geöffnet und das Ventil 16 in 5 AT 502 825 B1 der Gasleitung 14 geschlossen.

Wenn das Fluid weitestgehend aus dem Ankerbolzen 2 abgeflossen/herausgedrückt ist, wird in einem nächsten Schritt das Ventil 13 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet, so dass Gas, 5 insbesondere Luft, über die Gasleitung 14 und die Expansionsleitung 7 in den Adapter 6, und damit in den Ankerbolzen 2, geleitet wird. Der Haltedruck ist zu diesem Zeitpunkt immer noch aufrecht.

Im Anschluss daran wird das Ventil 16 wieder geschlossen und das Ventil 13 geöffnet, so dass io das in den Ankerbolzen 2 hineingedrückte Gas über die Expansionsleitung 7 austritt und dabei das restliche Fluid aus dem Ankerbolzen 2 hinausdrückt.

Die beschriebenen Vorgänge können gegebenenfalls so oft wiederholt werden, bis das Fluid (z.B. Wasser) vollständig entfernt ist. Zum Abnehmen des Adapters 6 von der Hülse 3 wird der 15 Haltedruck gesenkt.

Analog zu den bisherigen Ausführungen, insbesondere zu den beschriebenen Ventilstellungen bei der Gas- und Fluidzufuhr in den Ankerbolzen 2, besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit, dass insbesondere Druckluft bereits vor dem Aufweiten des Ankerbolzens 2 in den 20 zunächst noch leeren Anker 1, der in das Bohrloch eingeschoben wurde, eingebracht werden kann.

Anschließend wird der Anker 1 mit aufweitendem Fluid beaufschlagt und durch Druck aufgeweitet. Das Profil entfaltet sich und der Anker 1 legt sich unter Bildung einer reib- und formschlüssi-25 gen Verbindung an die Bohrlochwand an. Während dieses Vorgangs wird die zuvor eingepreßte Luft komprimiert. Nach dem Aufweiten des Ankerbolzens 2 wird der Adapter 6 entfernt. Die komprimierte Luft entspannt sich (Druckausgleich) und leitet das im Ankerbolzen 2 befindliche Fluid aus dem Anker 1 heraus. 30 Im Gegensatz zu Methoden, bei denen das unter normalem Luftdruck im Anker 1 befindliche Luftvolumen komprimiert wird, bleibt bei dem willkürlich erzeugten Überdruck vor der Beaufschlagung mit Fluid nach dem Druckausgleich wesentlich weniger Restwasser im Anker 1 zurück. Das Innere des Ankers 1 ist dann nahezu trocken. 35 Das aus dem Ankerbolzen 2 austretende Fluid kann von der Pumpe 9 entweder über eine Ablaufleitung 18 in einen Behälter geleitet oder direkt in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel zum Setzen eines Gebirgsankers 1 unter 40 Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt beschrieben werden:

Nachdem ein einen Ankerbolzen 2 umfassender Gebirgsanker 1, insbesondere ein aufweitbarer Reibrohranker 1, mit einer Endhülse 4 voran in ein vorher erzeugtes Bohrloch eingesetzt wurde, 45 wird an einer Hülse 3 ein Adapter 6 mit Flüssigkeitszu- bzw. -ablauf angeordnet. Zum einen wird über eine Haltedruckleitung 8 ein Haltedruck erzeugt, der den Adapter 6 an der Hülse 3 festlegt. Zum anderen strömt über eine Expansionsleitung 7 Fluid in den Ankerbolzen 2 ein und beginnt diesen zu füllen. Dabei wird der Ankerbolzen 2 aufgrund der Druckerhöhung (Inflationsdruck) im Bohrloch aufgeweitet, sodass sich dessen Außenfläche an die Bohrlochwand anlegt und den so Gebirgsanker 1 so im Bohrloch festlegt. Über eine mit dem Adapter 6 verbundene Gaszufuhr kann unter Druck stehendes Gas, insbesondere Druckluft, vor und/oder nach dem Aufweiten des Ankerbolzens 2 in diesen eingebracht werden. Das komprimierte Gas entspannt sich nach dem Entfernen des Adapters 6 (Druckaus-55 gleich) und leitet das im Ankerbolzen 2 befindliche Fluid nahezu vollständig aus dem Anker 1

Claims

5 6 AT 502 825 B1 heraus. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Aufweiten und/oder Entleeren von Teilen (2) von Ankern (1), insbesondere von Gebirgsankem (1) der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, mit einem abnehmbar am Anker (1) angeordneten Adapter (6), der sowohl über wenigstens eine Fluidleitung (7, 8) mit einer Pumpe (9) als auch mit den aufweitbaren Teilen (2) verbun- io den ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (6) mittelbar oder unmittelbar mit einer Gaszufuhr verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr durch eine Gasleitung (14) und einem Kompressor (15) gebildet ist. 15
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (15) ein Gaskompressor ist und/oder mit einem Behälter mit komprimierter Luft verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fluid- 20 leitung (7) ein Ventil (13) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasleitung (14) wie an sich bekannt ein Ventil (16) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (13, 16) mit einer Steuereinheit (17) verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (14) in die Fluidleitung (7) im Bereich zwischen dem Ventil (13) und dem Adapter (6) 30 mündet.
8. Verfahren zum Entleeren von mit Fluid befüllten Teilen von Ankern, insbesondere von Gebirgsankem der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, bei dem insbesondere die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingesetzt wird, dadurch ge- 35 kennzeichnet, dass den zu entleerenden Teilen (2) Gas unter Druck zugeführt wird, und dass beim Austreten des Gases aus den zu entleerenden Teilen (2) das Fluid aus diesen geleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Zuführens und 40 des Austretens des Gases ein auf den Adapter (6) wirkender Haltedruck aufrecht erhalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zuführen des Gases in die zu entleerenden Teile (2) das Ventil (13) in der Fluidleitung (7) geschlossen 45 und das Ventil (16) in der Gasleitung (14) geöffnet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zuführen des Gases in die zu entleerenden Teile (2) das Ventil (16) in der Gasleitung (14) geschlossen und das das Ventil (13) in der Fluidleitung (7) geöffnet wird. 50
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aus den zu entleerenden Teilen (2) geleitete Fluid in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ab- 55 nehmen des Adapters (6) der Haltedruck gesenkt wird. 7 AT 502 825 B1
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck stehende Gas den zu entleerenden Teilen (2) vor und/oder nach dem Aufweiten der Teile (2) zugeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das unter Druck stehende Gas in den Teilen (2) durch Druckausgleich entspannt wird und Fluid aus den zu entleerenden Teilen (2) leitet.
16. Verfahren zum Setzen von Ankern, insbesondere von Gebirgsankern mit aufweitbaren io Teilen (2) der Gattung Reibrohranker oder aufweitbarer Reibrohranker, wobei die Teile (2) mittels eines Fluids durch Anwenden von Innendruck aufgeweitet werden, nachdem sie in ein zuvor gebildetes Bohrloch angeordnet worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid unter Gaszufuhr aus den aufweitbaren Teilen (2) geleitet wird. 15 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 20 25 30 35 40 45 50 55