DE102005015524B4

DE102005015524B4 - Verfahren zur dauerhaften Sicherung von abgeworfenen Bergwerksschächten

Info

Publication number: DE102005015524B4
Application number: DE200510015524
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Daude; Ingo Ossenbühl
Original assignee: BUM BETON und MONIERBAU GmbH; BUM BETON- und MONIERBAU GmbH
Current assignee: BUM BETON- UND MONIERBAU GMBH, DE
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: DE102005015524A1

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten, bei welchem in die Füllmaterialsäule von oben eine Bohrung eingebracht wird, in die ein radial expandierbares Schachtsicherungselement eingelassen wird, das unter Druck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, dass die Füllmaterialsäule im Längenbereich des Schachtsicherungselementes radial verdichtet und unter eine erhöhte Druckspannung gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Schachtsicherungselement (6) verdichtete Bereich (2A) der Füllmaterialsäule (2) zusätzlich durch Pfähle und/oder Anker (9) abgestützt und/oder aufgehängt wird, welche den Schachtquerschnitt im Bereich der durch das Schachtsicherungselement (6) verdichteten Füllmaterialsäule (2) queren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten, bei welchem in die Füllmaterialsäule von oben eine Bohrung eingebracht wird, in die ein radial expandierbares Schachtsicherungselement eingelassen wird, das unter Druck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, dass die Füllmaterialsäule im Längenbereich des Schachtsicherungselementes radial verdichtet und unter eine erhöhte radiale Druckspannung gesetzt wird.
Dieses Verfahren ist aus der DE 102 58 300 A1 bekannt und hat sich in der Pra- xis gut bewährt. Das unter Druck in das Schachtsicherungselement eingebrachte, abbindende Material bewirkt eine Verdichtung der Füllmaterialsäule im Längenbereich des Schachtsicherungselementes und hält anschließend das Füllmaterial in diesem Bereich unter einer erhöhten, radialen Druckspannung, welche die Füllmaterialsäule stabilisiert und in dem Schacht verspannt, derart, dass sie sich nicht mehr setzen oder abwandern kann. Die radiale Druckspannung kann unter Umständen so groß sein, dass die Schachtwandung bereichsweise radial nach außen aufgeweitet wird, so dass ein weiterer Formschluss zwischen der Schachtwandung und der Füllmaterialsäule entsteht. Diese radiale Aufweitung ist indessen nicht unbedingt notwendig. Im Normalfall reicht die radiale Druckspannung bereits aus, die verdichtete Füllmaterialsäule ausreichend fest an der Schachtwandung zu fixieren.
Probleme kann es bei dieser Art der Festlegung allerdings geben, wenn die aufgebaute Druckspannungen sich im Laufe der Zeit, z. B. durch eine kriechende Verformung der Füllmaterialsäule, der Schachtausmauerung und/oder des umliegenden Gebirges, reduzieren oder gänzlich abbauen.
Weiterhin ist aus der DE 203 10 164 U1 ein Verfahren bekannt, bei welchem die Füllmaterialsäule im oberen Bereich des Schachtes durch eine Hochdruckinjektion von hydraulisch abbindendem Material im Düsenstrahlverfahren (DSV) verfestigt wird, so dass sich in dem Schacht ein zylindrischer Körper bildet, der bis in das tragfähige Festgestein hinabreicht. Damit dieser im Düsenstrahlverfahren (DSV) hergestellte zylindrische Körper nicht schon bei seiner Herstellung nach unten abrutscht, wird in einem vorangehenden Schritt unterhalb des herzustellenden zylindrischen Körpers eine sich über den Schachtquerschnitt erstreckende Auflagerplombe im Niederdruckinjektionsverfahren hergestellt. Diese Auflagerplombe soll stabil genug sein, den zylindrischen Körper zumindest für die Zeit seiner Herstellung zu tragen. Endgültig soll der zylindrische Körper durch eine Vielzahl von Kleinbohrverpresspfählen gehalten werden, die geneigt zur Schachtlängsachse angeordnet sind durch den verfestigten zylindrischen Körper verlaufen und unten bis in den tragfähigen Felsbereich geführt sind.
Diese Art der Schachtverfüllung hat den Nachteil, dass der im Düsenstrahlverfahren (DSV) hergestellte zylindrische Körper wegen der fehlenden radialen Druckspannung keinen ausreichenden Halt an der Schachtwandung hat. Wenn nun unterhalb der als Auflager dienenden Plombe Hohlräume in der Verfüllsäule entstehen, können weder die im Niederdruckinjektionsverfahren hergestellte Plombe noch die Kleinbohrverpresspfähle den zylindrischen Körper daran hindern, nach unten abzuwandern. Die im Niederdruckinjektionsverfahren hergestellte Plombe wird zerdrückt. Die Kleinbohrverpresspfähle haben zwar im standfesten Felsgestein ein ausreichend festes Widerlager. Dennoch treten Probleme auf, weil die Kleinbohrverpresspfähle im Bereich der Schachtwandung starken Scherkräften ausgesetzt werden, für deren Aufnahme solche Kleinbohrverpresspfähle nicht ausgelegt sind. Insbesondere wird durch die auftretenden Scherkräfte der Korrosionsschutz der Kleinbohrverpresspfähle beschädigt, so dass ihre Dauerstandfestigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Aus den genannten Gründen ist diese bekannte Schachtverfüllung nicht ausreichend langzeitstabil.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art im Hinblick auf die Langzeitstabilität entscheidend zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend vom Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass der durch das Schachtsicherungselement verdichtete Bereich der Füllmaterialsäule zusätzlich durch Pfähle und/oder Anker abgestützt bzw. aufgehängt wird, welche den Schachtquerschnitt im Bereich der durch das Schachtsicherungselement verdichteten Füllmaterialsäule queren.
Das Verfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik gemäß DE 203 10 164 U1 insbesondere dadurch, dass die Pfähle und/oder Anker gezielt in dem Bereich der Füllmaterialsäule angeordnet werden, der unter einer stark erhöhten radialen Druckspannung steht und deshalb kraft- und/oder formschlüssig mit der Schachtwandung verbunden ist. Dieser besonders kompakte Bereich der Füllmaterialsäule wird mittels der bevorzugt auf Zug und Druck beanspruchbaren Pfähle und/oder Anker innig mit dem tragfähigen Gestein verbunden, so dass sich eine hohe Langzeitstabilität selbst dann ergibt, wenn sich die Druckspannungen allmählich abbauen. Die Pfähle und/oder Anker halten nämlich aufgrund ihrer Zug- bzw. Druckfestigkeit das verdichtete Füllmaterial einerseits und das standfeste Gebirge andererseits fest zusammen, so dass alle auftretenden Kräfte in das umliegende, stabile Gebirge eingeleitet werden, ohne das Scherkräfte auf die als Aufständerung bzw. Aufhängung wirkenden Pfähle/Anker ausgeübt werden.
Vorzugsweise werden die Pfähle und/oder Anker unmittelbar durch das Schachtsicherungselement geführt. Dadurch wird zusätzlich ein stabiler Verbund des mit abbindendem Material gefüllten Schachtsicherungselementes einerseits und dem tragfähigen Gebirge andererseits hergestellt. Das Schachtsicherungselement seinerseits leitet die Kräfte großflächig in das verdichtete Füllsäulenmaterial ein.
Zweckmäßig verlaufen die Pfähle jeweils in einem spitzen Winkel zur Schachtachse. Hierdurch bilden die Pfähle gemeinsam ein nach oben spitz zulaufendes Ständerwerk, welches den verdichteten Füllsäulenbereich zusätzlich stützt und in Kombination mit den radialen Druckspannungen keinerlei axiale Bewegungen zwischen der Füllmaterialsäule einerseits und der Schachtwandung andererseits zulassen.
Zweckmäßig wird weiterhin die Füllmaterialsäule nach Einbringung des Schachtsicherungselementes im Bereich des Schachtsicherungselementes durch Injektion von hydraulisch abbindenden Füllstoffen verfestigt. Hierdurch erhält dieser Bereich einen noch besseren inneren Zusammenhalt, was sich ebenfalls günstig auf die Langzeitstabilität der Schachtverfüllung auswirkt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch ein Schnitt durch den verfüllten Schacht dargestellt ist.
In der Zeichnung ist die Ausmauerung des Schachtes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der von der Ausmauerung 1 umgebene freie Querschnitt des Schachtes ist mit einer Füllmaterialsäule 2 gefüllt. Oben auf dem Schacht liegt ein Schachtdeckel 3 aus Beton auf. Dieser Schachtdeckel 3 hat in der Mitte eine Inspektionsöffnung 4.
Durch diese Inspektionsöffnung 4 hindurch wird eine großkalibrige Bohrung 5 niedergebracht. In das Bohrlochtiefste dieser Bohrung 5 wird ein Schachtsicherungselement 6 eingesetzt. Dieses Schachtsicherungselement 6 besteht aus einem Gewebeschlauch aus einem hoch reißfesten Geotextil, welches wasserdurchlässig ist, im Wasser mitgeführte Feststoffe, z. B. Zement, aber zurückhält. Das Schachtsicherungselement 6 hat im unbefüllten Zustand einen kleinen Durchmesser und kann deshalb problemlos in die Bohrung 5 eingeführt werden.
Zum Zwecke seiner Befüllung ist das Schachtsicherungselement 6 über eine Rohrleitung 7 mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden, über die das Schachtsicherungselement 6 mit Zementleim befüllt werden kann.
Beim Befüllen mit dem unter Druck stehenden Zementleim weitet sich das Schachtsicherungselement 6 radial auf und versetzt den umliegenden Bereich 2A der Füllmaterialsäule 2 unter eine starke radiale Druckspannung.
Infolge dieser Druckspannung wird das Füllmaterial im Abschnitt 2A intensiv gegen die Schachtausmauerung 1 angepresst, so dass hier in diesem Bereich ein kraft- und/oder formschlüssiger Verbund zwischen der Füllmaterialsäule 2 und der Schachtausmauerung 1 entsteht.
Zur weitere Stabilisierung des durch das Schachtsicherungselement 6 verdichteten Bereiches 2A der Füllsäule 2 können von oben durch den Schachtdeckel 3 hindurch weitere Injektionsbohrungen 8 niedergebracht werden, über die mittels Manschettenrohre in den verdichteten Bereich 2A hinein ein hydraulisch abbindendes Bindemittel injiziert werden kann.
Zur Steigerung der Verklammerung zwischen dem verdichten Bereich 2A der Füllmaterialsäule 2 und dem umliegenden Gebirge werden abschließend von der Tagesoberfläche her Pfähle und/oder Anker 9 eingebohrt und verpresst. Diese Pfähle und oder Anker 9 verlaufen jeweils in einem durch die Lage des Schachtsicherungselementes und der Beschaffenheit des Gebirges bestimmten Winkel zur Achse des Schachtes, queren den Schachtquerschnitt in dem hoch verdichteten, kariert schraffierten Bereich 2A der Füllmaterialsäule 2 und sind mit ihren unteren Enden im tragfähigen Gebirge 10 abgestützt bzw. durch an der Tagesoberfläche rückverlagerten Ankern aufgehängt.
Außerdem verlaufen die Pfähle und/oder Anker 9 unmittelbar durch das Schachtsicherungselement 6 und stellen auf diese Art und Weise eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen dem Schachtsicherungselement 6 dem hochverdichteten Bereich 2A der Füllmaterialsäule 2, der Ausmauerung 1 und dem umliegenden tragfähigen Gebirge 10 her.

Claims

Verfahren zur Stabilisierung von mit Füllmaterial verfüllten, abgeworfenen Bergwerksschächten, bei welchem in die Füllmaterialsäule von oben eine Bohrung eingebracht wird, in die ein radial expandierbares Schachtsicherungselement eingelassen wird, das unter Druck mit abbindendem Material befüllt wird, derart, dass die Füllmaterialsäule im Längenbereich des Schachtsicherungselementes radial verdichtet und unter eine erhöhte Druckspannung gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Schachtsicherungselement (6) verdichtete Bereich (2A) der Füllmaterialsäule (2) zusätzlich durch Pfähle und/oder Anker (9) abgestützt und/oder aufgehängt wird, welche den Schachtquerschnitt im Bereich der durch das Schachtsicherungselement (6) verdichteten Füllmaterialsäule (2) queren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle und/oder Anker (10) unmittelbar durch das Schachsicherungselement (6) geführt sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle und/oder Anker (10) jeweils in einem durch die Lage des Schachtsicherungselementes und durch die Beschaffenheit des Gebirges bestimmten Winkel zur Schachtsäule verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmaterialsäule (2) nach Einbringen des Schachtsicherungselementes (6) im Bereich des Schachtsicherungselementes (6) durch Injektion von hydraulisch abbindenden Füllstoffen zusätzlich verfestigt wird.
Füllmaterialsäule (2) für einen abgeworfenen Bewergwerksschacht, mit einem durch ein radial expandierbares Schachtsicherungelement (6) verdichteten und durch injezierte, hydraulisch abbindende Baustoffe zusätzlich verfestigten Bereich (2A), dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete und zusätzlich verfestigte Bereich (2A) der Füllmaterialsäule (2) durch Pfähle und/oder Anker (10) am Gebirge abgestützt und/oder aufgehängt ist.