DE1257081B

DE1257081B - Method of fastening anchor rods in boreholes

Info

Publication number: DE1257081B
Application number: DEB88067A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Berging Dr Fri Schuermann; Dipl-Chem Dr Rudolf Novotny
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1966-07-20
Filing date: 1966-07-20
Publication date: 1967-12-28

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

E21dE21d

Deutsche Kl.: 5 c -21/00German class: 5 c -21/00

Nummer: 1 257 081Number: 1 257 081

Aktenzeichen: B 88067 VI a/5 cFile number: B 88067 VI a / 5 c

Anmeldetag: 20. Juli 1966Filing date: July 20, 1966

Auslegetag: 28. Dezember 1967Open date: December 28, 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern durch Verkleben in diesen mittels einer in das Bohrlochtiefste eingebrachten und nach dem Einbringen erhärtenden Kunststoffmasse. Sie ist sowohl auf bekannte Verfahren anwendbar, bei denen die Kunststoffmasse — die Mischung eines Kunstharzes — in der Regel unter Zusatz eines Beschleunigers sowie mit Füllstoffen und einem Härter in das Bohrlochtiefste injiziert wird, wie auch auf solche, bei denen die fertige Mischung in einer durch das Eindringen der Ankerstange zerstörten Patrone in das Bohrlochtiefste eingebracht wird.The invention relates to a method for fastening anchor rods in boreholes by gluing in this by means of one which is introduced into the deepest part of the borehole and which hardens after the introduction Plastic compound. It is applicable to both known processes in which the plastic compound - the Mixture of a synthetic resin - usually with the addition of an accelerator and fillers and a hardener is injected into the depth of the borehole, as well as those in which the finished mixture placed in a cartridge destroyed by the penetration of the anchor rod into the deepest part of the borehole will.

Diese bekannten Verfahren bedingen, daß die Kunststoffmischung, um ihr vorzeitiges Erhärten zu verhindern, unmittelbar nach ihrer Bereitung verwendet wird, was näherer Erläuterung nicht bedürfende betriebliche Schwierigkeiten ergibt.These known methods require the plastic mixture to harden prematurely prevent it from being used immediately after its preparation, which does not require further explanation operational difficulties.

Diese Schwierigkeiten werden durch das unter diesem Namen bekannte »Klebankerverfahren« vermieden, bei welchem die Mischung der Hauptkomponenten, des Kunstharzes, des Beschleunigers und des Füllstoffes einerseits und dem Härter andererseits erst im Bohrlochtiefsten erfolgt, indem diese Komponenten in getrennten Abteilen einer Patrone untergebracht werden, welche durch das drehend erfolgende Eintreiben der Ankerstange, deren Kopfende als Mischschnecke ausgebildet ist, nach hierdurch erfolgendem Zertrümmern der Patrone gemischt werden. Bei diesem Verfahren ist also der Zeitpunkt der Verwendung der Patrone von dem ihrer Herstellung unabhängig. Die hierfür erforderlichen Patronen mit getrennten Abteilen bedingen aber eine bei einem solchen Massenartikel ins Gewicht fallende Verteuerung des Verfahrens.These difficulties are avoided by the "Klebanker method" known under this name, in which the mixture of the main components, the synthetic resin, the accelerator and of the filler on the one hand and the hardener on the other hand only takes place in the deepest part of the borehole by this Components are housed in separate compartments of a cartridge, which is carried out by the rotating Driving in the anchor rod, the head end of which is designed as a mixing screw, according to this subsequent shattering of the cartridge. So in this procedure is the Time of use of the cartridge regardless of that of its manufacture. The necessary Cartridges with separate compartments, however, require a weight in such a mass-produced article falling price of the procedure.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe, den Zeitpunkt der Bereitung der Mischung von dem ihrer Verwendung unabhängig zu machen, in demgegenüber denkbar vereinfachter Weise dadurch gelöst, daß als Kunststoffkomponente der Mischung eine solche, die erst bei Temperaturen, die oberhalb deren, denen die Mischung während ihrer Lagerung ausgesetzt ist, liegen, nämlich — mit einem gewissen Sicherheitsfaktor — bei Temperaturen oberhalb von etwa 60° C, durch die Einwirkung des Härters härtbar ist, oder in demgegenüber abgewandelter Weise eine katalytisch härtbare Kunststoffkomponente in Mischung mit einem entsprechend wirkenden Härter, der erst bei oberhalb der genannten liegenden Temperaturen wirksam wird, verwendet wird, und die für die Härtung der fertigen Mischung erforderliche Temperatur im Bohrlochtiefsten erzeugt wird.The invention sets the task of determining the time of preparation of the mixture from that of its To make use independent, in contrast, solved in a conceivably simplified way, that the plastic component of the mixture is one that only works at temperatures above those to which the mixture is exposed during its storage, namely - with a certain amount Safety factor - at temperatures above approx. 60 ° C, hardenable through the action of the hardener is, or in a modified manner, a catalytically curable plastic component in Mixing with a corresponding hardener, which only works at temperatures above the stated temperatures effective is used and that required to cure the final mixture Temperature is generated in the deepest part of the borehole.

Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen
in BohrlöchernMethod of fastening anchor rods
in boreholes

Anmelder:Applicant:

Bergwerksverband G. m. b. H.,
Essen-Kray, Frillendorfer Str. 351Mining Association G. mb H.,
Essen-Kray, Frillendorfer Str. 351

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Berging. Dr. Fritz Schuermann,
Winz-Niederwenigern;
Dipl.-Chem. Dr. Rudolf Novotny,
Essen-HeisingenNamed as inventor:
Dipl.-Berging. Dr. Fritz Schuermann,
Winz-Niederwenigern;
Dipl.-Chem. Dr. Rudolf Novotny,
Essen-Heisingen

Die hierfür erforderliche Wärmemenge wird gemäß der Erfindung durch die beim drehenden Eintreiben der Ankerstange in die Mischung bzw. die diese enthaltende Patrone erzeugte Reibungswärme geliefert, zu der sich die im Verlauf der chemischen Reaktion zwischen Harz und Härter im Bohrlochtiefsten anfallende Reaktionswärme addiert. The amount of heat required for this is according to the invention by the rotating driving frictional heat generated by the anchor rod in the mixture or in the cartridge containing it supplied, to which the reaction heat generated in the course of the chemical reaction between resin and hardener in the deepest part of the borehole is added.

Durch Eintreiben der Ankerstange mit einer hohen Umdrehungszahl von größenordnungsmäßig 300 bis 1000 UpM, vorzugsweise unter einem vergleichsweise hohen Andruck, der größenordnungsmäßig bis zu einer Tonne und mehr betragen kann, wird innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer von beispielsweise nur etwa 10 Sekunden durch die Reibungswärme eine Temperaturerhöhung bis auf größenordnungsmäßig 200° C und damit ein schnelles Wirksamwerden des Härters erzielt, wobei gleichzeitig durch das Vortreiben der Ankerstange bis ins Bohrlochtiefste das Gemisch in den zweckmäßig sehr eng bemessenen Ringspalt zwischen Ankerstange und Innenumfang des Bohrloches verdrängt wird.
Vorzugsweise wird die Menge der in das Bohrlochtiefste eingebrachten Mischung in Relation zu der Breite des Ringraumes so bemessen, daß nach Beendigung des Vorganges die dann erhärtete Mischung den Ringraum bis in den Bereich der Bohrlochmündung ausfüllt, d. h. eine Verklebung der Ankerstange auf ihrer gesamten Länge erfolgt. Da ein Mischvorgang im Bohrloch nicht mehr stattfindet, ist es nicht mehr erforderlich, den Kopf der Ankerstange als Mischschnecke auszubilden. Vielmehr können glatte oder aus Rippenstahl bestehende Ankerstangen verwendet werden, deren Kopf zweckmäßig unsymmetrisch verjüngt, z. B. keilförmig gestaltet ist. Mit fortschreitender Warmhärtung desBy driving in the anchor rod at a high number of revolutions of the order of 300 to 1000 rpm, preferably under a comparatively high pressure, which can be of the order of magnitude of a ton or more, the frictional heat causes a temperature increase within a very short period of time, for example only about 10 seconds up to the order of 200 ° C and thus the hardener takes effect quickly, while at the same time the mixture is displaced into the appropriately very narrow annular gap between the anchor rod and the inner circumference of the borehole by driving the anchor rod into the deepest part of the borehole.
Preferably, the amount of the mixture introduced into the deepest part of the borehole in relation to the width of the annular space is such that after the end of the process the hardened mixture fills the annular space up to the area of the borehole mouth, ie the anchor rod is glued over its entire length. Since a mixing process no longer takes place in the borehole, it is no longer necessary to design the head of the anchor rod as a mixing screw. Rather, smooth or rib steel existing anchor rods can be used, the head appropriately tapers asymmetrically, z. B. is designed wedge-shaped. As the heat hardening of the

709 710/68709 710/68

Claims

1 Harzes wird der Widerstand, den die Ankerstange ihrer Drehung entgegensetzt, fortlaufend größer, so daß das infolge der größer werdenden Belastung der sie drehenden Maschine erfolgende Absinken der Tourenzahl derselben einen Indikator für die Beendigung des Wärmehärtevorganges darstellt. Als besonders geeignet für das neue Verfahren erweist sich die Verwendung von solchen Harzen, die nach einem Polyadditionsmechanismus bei den oberhalb von 60° C liegenden Temperaturen im Sinn des neuen Verfahrens mit dem Härter zu reagieren beginnen, als Kunstharzkomponente der Mischung. Typische Vertreter solcher Harze sind Mischungen von Epoxy- und Polyurethanharzen. Als Füllstoffkomponente der Harzmischung wird vorzugsweise ig ein in Relation zu der Breite des Ringspaltes zwischen der Ankerstange und dem Innenumfang des Bohrloches möglichst grobkörniger Füllstoff verwendet, dessen Korngröße bis nahe an die Breite des Ringspaltes gehen kann. Durch die Verwendung eines solchen Füllstoffes wird die Entwicklung der für den Erfolg des Verfahrens notwendigen Reibungswärme beschleunigt. Wenn gemäß seiner vorzugsweisen Ausführungsform das neue Verfahren unter Verwendung von die Mischung enthaltenden Patronen durchgeführt wird, können diese nunmehr denkbar einfach gestaltete zylindrische Behälter z. B. aus Papier oder Pappe sein. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens gegeben. Beispiel In das tiefste eines in einer Sandschieferformation stehenden Bohrloches von 28 bis 30 mm Durchmesser und 1,80 m Länge wird eine die Mischungskomponenten enthaltende Patrone von 24 mm Durchmesser und 750 mm Länge aus Papier eingeführt, die ein Gemisch eines niedrigviskosen warmhärtbaren Polyesterharzes mit 220 Gewichtsteilen eines hinsichtlich seiner Korngröße auf die des Ringspaltes abgestimmten Füllstoffes sowie einen pastösen Härter (50°/oige Benzoylperoxydpaste) in einer Menge von 7 Gewichtsprozent auf reines Polyesterharz bezogen enthält. Durch ein schnellaufendes Bohrgerät wurde die Ankerstange (aus Rippentorstahl von 26 mm Durchmesser) von 1,90 m Länge, die an ihrer Spitze schräg abgeschnitten war, mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 600 UpM und einem Andruck von 800 kg in das Bohrloch eingeführt, hierdurch die Patrone zerstört und deren Inhalt unter schneller Erwärmung in den freien Raum im Bohrlochtiefsten und den Ringraum zwischen Ankerstange und Bohrlochumfang verdrängt. Bereits nach 8 Sekunden war die Temperatur im Bohrlochtiefsten auf 200° C gestiegen. Nach 15 Sekunden begann die Tourenzahl der den Anker drehenden Maschine abzusinken, wodurch angezeigt wurde, daß die Warmhärtung des Harzes beendet war. Das neue Verfahren ist, wie ersichtlich, praktisch völlig von der Lagerzeit der vorher bereiteten Mischung, gleichgültig, ob dieses in das Bohrlochtiefste injiziert oder in einer Patrone in dieses eingebracht wird, unabhängig und stellt daher eine erhebliche Vereinfachung und Verbilligung im Vergleich zu den bekannten Verfahren dar. Seine Anwendung ergibt aber auch, obwohl in diesem Fall der Gesichtspunkt der unbegrenzten Lagerfähigkeit keine Rolle spielt, falls, wie bei dem bekannten Klebankerverfahren, der Härter in einem getrennten Abteil einer Patrone untergebracht ist, gewisse Vorteile hinsichtlich des Verlaufs des Warmhärtevorganges der dann erst im Bohrlochtiefsten hergestellten Mischung. Patentansprüche:1 resin, the resistance that the anchor rod opposes its rotation is continuously greater, so that the decrease in the number of revolutions of the same as a result of the increasing load on the machine rotating it is an indicator of the completion of the heat-hardening process. The use of resins which, according to a polyaddition mechanism, begin to react with the hardener at temperatures above 60 ° C. in the sense of the new process, as synthetic resin components of the mixture, proves to be particularly suitable for the new process. Typical representatives of such resins are mixtures of epoxy and polyurethane resins. The filler component of the resin mixture is preferably a filler which is as coarse as possible in relation to the width of the annular gap between the anchor rod and the inner circumference of the borehole and whose grain size can be close to the width of the annular gap. The use of such a filler accelerates the development of the frictional heat necessary for the success of the process. If, according to its preferred embodiment, the new method is carried out using cartridges containing the mixture, these can now conceivably simply designed cylindrical containers z. B. made of paper or cardboard. An embodiment of the new method is given below. Example In the deepest of a borehole 28 to 30 mm in diameter and 1.80 m in length standing in a sand shale formation, a cartridge of 24 mm diameter and 750 mm length made of paper containing the mixture components and containing a mixture of a low-viscosity thermosetting polyester resin with 220 parts by weight contains a filler matched in terms of its grain size to that of the annular gap and a pasty hardener (50% benzoyl peroxide paste) in an amount of 7 percent by weight based on pure polyester resin. The anchor rod (made of ribbed gate steel with a diameter of 26 mm) of 1.90 m length, which was cut obliquely at its tip, was introduced into the borehole at a speed of rotation of 600 rpm and a pressure of 800 kg through a high-speed drilling device, thereby inserting the cartridge destroyed and their contents displaced with rapid heating into the free space in the deepest part of the borehole and the annular space between the anchor rod and the circumference of the borehole. After just 8 seconds, the temperature in the deepest part of the borehole had risen to 200 ° C. After 15 seconds, the number of revolutions of the armature rotating machine began to decrease, indicating that the resin had finished thermosetting. As can be seen, the new method is practically completely independent of the storage time of the previously prepared mixture, regardless of whether it is injected into the deepest part of the borehole or placed in a cartridge, and is therefore a considerable simplification and cheaper than the known method However, its application also results, although in this case the aspect of unlimited shelf life does not matter if, as in the known Klebanker process, the hardener is housed in a separate compartment of a cartridge, certain advantages with regard to the course of the hot hardening process Mixture produced in the depth of the borehole. Patent claims:

1. Verfahren zur Befestigung von Ankerstangen in Bohrlöchern durch Verkleben in diesen mittels eines in das Bohrlochtiefste unmittelbar oder in Form einer Patrone aus einem zerstörbaren Material eingebrachten Mischung aus einem härtbaren Kunstharz, einem Füllstoff, einem Beschleuniger und einem Härter, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Kunstharzkomponente, die erst bei einer oberhalb von etwa 6O⁰C liegenden Temperatur warmhärtbar ist, die für die Härtung erforderliche Temperatur im Bohrlochtiefsten im wesentlichen durch die beim drehenden Eintreiben der Ankerstange entstehende Reibungswärme erzeugt wird.1. A method for fastening anchor rods in boreholes by gluing them by means of a mixture of a hardenable synthetic resin, a filler, an accelerator and a hardener introduced directly into the deepest of the borehole or in the form of a cartridge made of a destructible material, characterized in that using a resin component, the temperature lies only at a temperature above about 6O ⁰ C is warmhärtbar that required for the curing temperature in the bottom of the hole is generated substantially by the resulting upon rotational driving of the anchor rod frictional heat.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer katalytisch härtbaren Kunstharzkomponente in Mischung mit einem entsprechend wirkenden Härter, der erst bei oberhalb von 6O⁰C liegenden Temperaturen wirksam wird.2 embodiment of the method according to claim 1, characterized by the use of a catalytically curable resin component in admixture with a correspondingly acting hardener temperatures, which are only at above 6O ⁰ C is effective.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindrehen der Ankerstange mit hoher Tourenzahl von größenordnungsmäßig 300 bis 1000 UpM und einem Andruck von größenordnungsmäßig einer Tonne erfolgt.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the screwing of the Anchor rod with a high number of revolutions of the order of magnitude of 300 to 1000 rpm and one Pressure of the order of a ton takes place.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von glatten oder einfach gerippten Ankerstangen ohne als Mischschnecke ausgebildeten Kopf mit vorzugsweise unsymmetrisch profiliertem Ende. 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized by the Use of smooth or simply ribbed anchor rods without designed as a mixing screw Head with preferably asymmetrically profiled end.

5. Ausführungsform des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharzkomponente nach einem Polyadditionsmechanismus erst bei Temperaturen von oberhalb 6O⁰C miteinander in härtendem Sinne reagierende Harze, vorzugsweise Epoxy- oder Polyurethanharze oder eine Mischung von solchen, verwendet werden.5. Embodiment of the method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that resins, preferably epoxy or polyurethane resins or a mixture of such, which react with one another in a hardening sense ^{only at temperatures of above 6O 0 C as synthetic resin component according to a polyaddition mechanism} be used.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in einer Korngröße, die nahezu der Breite des Ringspaltes zwischen Ankerstange und Bohrlochinnenwandung entspricht, verwendet wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the filler in a grain size that is almost the width of the annular gap between the anchor rod and Corresponds to the inner wall of the borehole, is used.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der in das Bohrlochtiefste eingebrachten Mischung in Relation zu der Breite des Ringspaltes zwischen Ankerstange und Bohrlochmündung so bemessen wird, daß die durch das Eintreiben der Ankerstange verdrängte Mischung nach Beendigung des Vorganges den Ringspalt im wesentlichen bis zur Bohrlochmündung ausfüllt. 7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the amount of the mixture introduced into the depth of the borehole in relation to the width of the annular gap between the anchor rod and the borehole mouth is dimensioned so that the by driving The mixture displaced by the anchor rod after the end of the process fills the annular gap essentially up to the mouth of the borehole.