DE2941776C2

DE2941776C2 - Meßeinrichtung für Längen- und Querschnittsveränderungen von Bohrlöchern

Info

Publication number: DE2941776C2
Application number: DE2941776A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 4300 Essen Bräuner
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-16
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2941776A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Längen- und Querschniltsycränderungen von Bohrlöchern, insbesondere zur Überwachung von gebirgsschlaggefährdeten Betriebspunkten im Steinkohlenbergbau, mit einem Rohr, welches in das Bohrloch über dessen Länge eingeführt und durch den Gebirgsdruck verformbar ist sowie mit einem Satz von in das Rohr einführbaren, mit Meßmarken versehenen Sondierstäben von unterschiedlichem Durchmesser.

Derartige Prüfeinrichtungen werden insbesondere im Berg- und Felsbaii zur Überprüfung und Überwachung der Stabilität der bergmännisch aufgefahrenen Hohlräume eingesetzt. Mit ihrer Hilfe werden insbesondere die Längsdehnungen in den Bohrlöchern überwacht, wodurch mit einer gewissen Genauigkeit Aussagen über den Zustand des Gebirges vor dem laufenden Abbau sowie über sein Verhalten während des Abbaus bzw. nach Beendigung des Abbaus gemacht werden können.

Bekannt ist es, insbesondere die Längsdehnungen mit Hilfe eines lose in ein Bohrloch eingebrachten Rohres zu überwachen (DE-AS 24 02 058). Die Verwendung eines lose eingebrachten Rohres hat sich als ungeeignet erwiesen, weil das Rohr nieterweite Längsvcrschicbungen im Bohrloch vollführen kann. Diese Längsverschiebungen können erfahrungsgemäß dadurch entstehen, daß die sich zum Tiefsten hin verjüngenden Bohrlochwände das Rohr über die Bohrloehmündiing hinausdrükken. Es ist darüber hinaus nicht zu vermeiden, dal3 noch nicht genügend festgeklemmte Rohre im Zusammenhang mit den verschiedenen Betriebsarbeiten oftmals aus dem Bohrloch herausgezogen oder abgetrennt werden. Nach entsprechenden Längsverschiebungen im Bohrloch ist das Rohr darüber hinaus auch für die übrigen Messungen ungeeignet, da nicht feststellbar ist, ob es sich um eine echte Rohrzusammendrückung, um einen Verstopfer aus loser Kohle in dem nicht mehr verrohrten Bohrlochteil oder einfach um das verschlossene Ende des Rohres handelt. Da auch keine Messung

ίο der Längsverformung des Bohrloches vorgesehen ist, ist die sondierbare Tiefe des Bohrloches so weder mit nötiger Zuverlässigkeit noch mit Genauigkeit bestimmbar.

Aus »Glückauf«, 1975, S. 625-631 und »Kurznachrichten des Steinkohlenbergbauvereins«, August 1974, S. 4, sind Einrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen rohrförmige Prüfsonden, die auch als Meßanker bezeichnet sind, >n Bohrlöcher zur Überwachung der Gebirgskräfte eingesetzt werden. Stangen- oder stab-

-° förmige Extensometer können durch die Gebirgskräfte leicht an unbekannter Stelle abgeschert oder so verformt werden, daß die am Extensometer gemessene Längsbewegung nicht mehr für die zu untersuchende Bohrlochlänge maßgeblich ist. Es sind entsprechende Beobachtungen an massiven Stahlrohren von 60 cm Durchmesser bekannt, die in Kohle eingebracht worden waren. Nachteilig ist, daß ein Innensondieren bei derartigen Extensometern nicht möglich ist. Nachteilig bei allen bekannten Prüfeinrichtungen ist darüber

^iü hinaus, daß es schwierig, wenn nicht gar unmöglich ist, die Längs- und Querdehnungen zugleich und in ein- und demselben Bohrloch einwandfrei zu verfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau einfache, kostengünstig herzustellende und den

'"' untertägigen Einsatzbedingungen voll gewachsene Meßeinrichtung für die Längen- und Querschnittsveränderungen in Bohrlöchern zu schaffen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Rohr mit einem im Bohrlochtiefsten

^Λ" festlegbaren Paßstück verdi ehbar kuppelbar ist und daß in den Bohrlochmund ein weiteres gegenüber dem Rohr wesentlich kürzeres und das Rohr aufnehmendes Rohrstück, das außenseitig einen Flansch aufweist, eingeführt ist. Eine solche Meßeinrichtung ist im Aufbau

⁴> sehr einfach, leicht und preiswert herzustellen und vorteilhaft im Betrieb einsetzbar. Das aus Metall oder Kunststoff bestehende Hohlrohr verformt sich bei größeren Außendrücken, wie sie von konvergierenden Bohrlochwänden als Folge zunehmenden Gebirgsdruk-

^r'^fl kes ausgeübt werden, so daß durch Einführen der Paßstäbe der verschiedenen Durchmesser leicht die Zunahme des Gebirgsdruckes auch über die Zeit gesehen festgestellt werden kann. Die Längenverformung des Bohrloches wird mil ein- und derselben Vorrichtung festgestellt, indem das bohrlochmundseitige Ende des Hohlrohres gegen einen anderen Bezugspunkt, insbesondere das kürzere Rohrstück eingemessen wird Dieses Maß ist genau zu ermitteln, da durch die Fixierung des Hohlrohres in dem im Bohrlochtiefsten festgelegten Paßstückes dieses mit wachsender Verformung automatisch aus dem Bohrloch herauswuchst. Durch eine geringfügige Drehbewegung des Rohres kann geprüft werden, ob das Rohr überhaupt noch beweglich ist. Solange das der Fall ist.

^b~> entfall' die Notwendigkeit des Sondierens. Die Drehbarkeit des Rohres zeigt an, dal.i das Rohr noch als intakter Extensometer über seine volle Länge verwendbar ist.

Der technische Fortschritt und die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung für Längen- und Querschnittsveränderungen ist insbesondere darin zu sehen, daß die Meßeinrichtung sowohl über Quer- als auch über Längenverformungen an einer Meßstelle, d. h. einem Bohrloch Aufschluß gibt, über den Durchmesser des noch in das Rohr einführbaren bzw. dann beweglichen Sondierstabes einen quantitativen Kennwert für den Gebirgsdruck festlegt bzw. ermittelbar macht, und vor allem auch Aufschluß darüber gibt, wo über die Länge des Bohrloches gesehen die Zone des erhöhten Gebirgsdruckes liegt. Die Einsatzgebiete für die erfindungsgemäße Meßeinrichtung werden insbesondere dort liegen, wo die technischen Voraussetzungen für das an sich genauere Druck- und Längenänderungsmeßverfahren mit Druckmeßdosen fehlen und wo schnell und ohne großen meßtechnischen Aufwand Meßdaten ermittelt werden müssen. Die Beweglichkeitsprüfung der Sonde bzw. des Roh.es im Bohrloch kann durchgeführi werden, ohne daß die Gefahr von Kohleklein-Verstopfungen besteht. Das Rohr als Meßeinrichtungsteil kann nicht versehentlich abhanden kommen oder unbeabsichtigt abgeschert werden, da es im Bohrlochtiefsten fixiert ist. Vorteilhaft ist darüber hinaus, daß mit Hilfe des Rohres und der Sonden frühzeitig und einfach festgestellt werden kann, ob und wieweit solche Sonden oder Rohre noch als Extensometer in der beabsichtigten Weise verwendbar sind. Diese Feststellung wird nun mit Hilfe des Drehtestes bzw. des Innensondierens getroffen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher erläutert und beschrieben.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung in Seitenansicht und teilweise im Schnitt.

F i g. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung am Anfang des Bohrloches und

Fig. 3 einen gleichen Querschnitt ungefähr im Bohrlochtiefsten sowie

Fig. 4 eine andere Ausführung der Prüfeinrichtung im Schnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Bohrloch 1 ist z. B. in ein Steinkohlenflöz eingebracht und weist eine Lär.ge von z. B. 25 m und einen Durchmesser von 50 mm auf. Im Bohrlochtiefsien 2 ist ein Paßstück 5 angeordnet, das über die Klebmasse 7 im bohrlochtiefsten 2 fixiert ist. Das Paßstück, das aus Metall oder Kunststoff besteht, ist massiv und weist eine Bohrung 5 auf, in die die Spitze 11 des Hohlrohres 10 eingeführt ist. Wie in F i g. 3 verdeutlicht, ist die Spitze 11 über eine am Muntel 12 angebrachte Feder 13 in der Bohrung 6 des Paßstückes 5 airetiert und eingerastet, so daß das Rohr 10 zwar ' mühelos eingeführt aber nur schwer aus dem Paßstück 5 wieder herausgezogen werden kann.

Das Rohr 10 selbst erstreckt sich über die gesamte Länge des Bohrloches 1 und liegt auf der Bohrlochwandung 3 auf. Da es im Bohrlochtiefsten über das Paßstück ^f fixiert ist und andererseits im Bohrloch 1 nur lose aufliegt, wird es bei auftretenden Längenänderungen entweder in das Bohrloch hineingezogen oder aus dem Bohrloch 1 herausgedrückt.

Um die Längenänderungen leichter messen zu ⁽ können und diese Messungen auch möglichst genau durchzuführen, ist in das Bohrloch 1 ein Rohrstück 17 größeren Durchmessers eingeführt, das von der Bohrlochmündung ungefähr einen Meter weit in das Bohrloch 1 hineinreicht jnd zum Beispiel über ein nicht dargestelltes Federsystem gegen die Bohrlochwandung 3 verspreizt ist. Das Rohrstück 17 weist einen außen an die Kohle anliegenden Flanschring 18 auf, so daß für die Messungen eine glatte und eindeutige Meßmarke gegeben ist.

In den F i g. 1 und 2 ist der in das Hohlrohr 10 eingeführte Sondierstab mit 15 bezeichnet. Mit Hilfe des in das Rohr 10 einführbaren Sondierstabsatzes 15 mit unterschiedlichem Durchmesser können die Bohrloch-Querverformungen leicht ermittelt werden. Hierzu ist jeweils ein entsprechender Sondierstab 15 in das Rohr 10 einzuführen.

> Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung, wobei das Paßstück 5 insgesamt als massives Element ausgebildet ist, das im Teilbereich 8 einen geringeren Durchmesser als im übrigen Bereich 9 aufweist. Hierdurch ist es möglich,

> das Rohr 10 als solches über das im Bohrlochtiefsten 2 fixierte Paßstück zu schieben und über eine geeignete Arretierung die gewünschte nur schwer lösbare Verbindung zwischen beiden Teilen herzustellen bzw. zu gewährleisten.

Bezüglich des Meßvorganges sind zwei Stadien bei Anwendung der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zu unterscheiden. Im ersten Stadium ist das Rohr 10 noch drehbar, im zweiten in es durch die hereingedrückte Bohrlochwandung festgeKlemmt und bei höher werdenden Drücken schließlich auch verengt oder gänzlich verschlossen. Um diese Stadien zu ermitteln, wird das Rohr 10 zunächst gegen das befestigt= Paßstück 5 von Hand verdreht. Solange dies möglich ist, hat sich der Gebirgsdruck seit dem Einbau der Prüfeinrichtung nur so stark erhöhl, daß eine Verformung des Rohres nicht eingetreten isi. Die Längsverformung des Bohrloches 1 wird, wie beschrieben, festgestellt, in dem man. das bohrluehmundseuige Ende des Rohres 10 und des Rohrstückes 17 gegenseitig oder gegen einen anderen Bezugspunkt wie z. B. ein Lot einmißt.

In einem Zwischenstadium kann das Rohr nur gegen einen spürbaren Widerstand gedreht werden. Durch Ermittlung dieses Widerstandes durch ein geeignetes Werkzeug kann hier eine gewisse quantitavie Aussage über die Zunahme des Gebirgsdruckes gemacht werden. Sobald jedoch das Rohr 10 im Bohrloch 1 festsitzt, wird die Bohrloch-Querverformung durch Ermittlung der Änderungen des Innenquerschnittes des Rohres 10 festgestellt. Die dafür notwendigen Kenngrößen werden durch das Einführen der Sondierstäbe 15 verschiedenen Durchmessers ermittelt, wobei der Sondierstab 15 zweckmäßigerweise eine Längenmaßeinteilung trägt. Durch die Wahl der Durchmesserabstufung der einzelnen Sondierstäbe 15 kann die Zahl der Meßwerte variiert werden. Aus der Wandstärke des Rohres und der Dicke des Sondierstabes 15 kann mittels vergleichender Prüfstandsversuche auch festgestellt werden, ob die Sondierergebnisse eine gefährliche Zunahme des Gebirgsdruckes bedeuten. Damit kann das Gebirgsverhalten sowohl quantitativ als auch in gewissen Grenzen qualitativ mit Hilfe der Prüfeinrichtung überwacht und damit eine gefährliche Zunahme frühzeitig erkannt und durch Gegenmaßnahmen abgebaut werden.

Im Rahmen der Erfindung sind beliebige Kupplungs- bzw. Verbindungen zwischen Rohr 10 und Paßstück 5 vorstellbar, die eine Drehung des Rohres 10 erlauben, ein axiales Spiel zwischen Rohr 10 und Paßstück 5 jedoch nicht zulassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung für Längen- und Querschnittsveränderungen von Bohrlöchern, insbesondere zur Überwachung von gebirgsschlaggefährdeten Betriebspunkten im Steinkohlenbergbau, mit einem Rohr, welches in das Bohrloch über dessen Länge eingeführt und durch den Gebirgsdruck verformbar ist sowie mit einem Satz von in das Rohr einführbaren, mit Meßmarken versehenen Sondierstäben unterschiedlichen Durchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) mit einem im Bohrlochtiefsten (2) festlegbaren Paßstück (5) verdrehbar kuppelbar ist und daß in den Bohrlochmund ein weiteres, gegenüber dem Rohr (10) wesentlich kürzeres und das Rohr aufnehmendes Rohrstück (17), das außenseitig einen Flansch (18) aufweist, eingeführt ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßsiück (5) massiv ausgebildet ist und eine Bohrung (6) zur Aufnahme einer Spitze (11) des Rohres (10) aufweist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das massiv ausgebildete Paßstück (5) einen Teilbereich (8) mit einem geringeren Durchmesser aufweist, der vom Rohr (10) umfaßt wird.

4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) und das Paßstück (5) durch Nut und Feder (13) miteinander verbindbar sind.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (17) ein gegen die Bohrlochwandung (3) verspreizbares Federsystem aufweist.