DE3335953C2 - Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten hydraulischen Baustoffes des Untertagebetriebes - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen von hydromechanisch gefördertem hydraulischem Baustoff des Untertagebetriebes, wobei dem im Dichtstrom gepumpten nassen Baustoff vor einer zur Ausbringung dienenden Spritzdüse Druckluft zugesetzt und zusammen mit dem Baustoff ausgetragen wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Dichtstrom des gepumpten Baustoffes der in einem Strom herangeführten Druckluft unter Abschluß gegen die Außenluft durch den nassen Baustoff zugesetzt und dabei in dem Druckluftstrom verteilt sowie mit diesem der Düse zugefördert und aus dieser ausgetragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten hydraulischen Baustoffes des Untertagebetriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hydraulische Baustoffe, welche unter Tage eingesetzt werden, sind körnige bis pulverförmige Substanzen mit unterschiedlichem Wasser-Feststoff-Faktor, die beim Verspritzen häufig mit Zuschlagen u. a. aus Kunststoff oder Fasermischungen verarbeitet werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Spritzbetone aus diesen Baustoffen bzw. -mörtel, die ihrerseits in mehreren Zentimetern Dicke auf den Gesteinsmantel von Grubenbauen, darunter vor allem von Strecken unter Aussparung der Sohle möglichst frühzeitig nach dem-Hereingewinnen des Ausbruches beispielsweise durch Sprengen aufgetragen werden, um die Eigentragfähigkeit des unigehenden Gebirges zu erhöhen. Neben dieser Auäbruchssicherung beim Auffahren von Räumen im Berg- und Tunnelbau dient das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Abdichtung von Brand- und V.'etterdämmen und zur Glättung von Wänden mit dem Ziel

ίο der Herabsetzung von Wetterwiderständen, sowie allgemein für Verbauarbeiten. Hierbei kann mit dem Ziel der Frühfestigkeit dem Baustoff vorzugsweise flüssiger Anreger beigemischt werden, um nach möglichst kurzer Z-it eine optimale Tragfähigkeit zu gewährleisten, die

u. a. die Konvergenz der Gebirgsschichten gering hält

Die hydromechanische Förderung des nassen Baustoffes, insbesondere in Form eines Mörtels oder Betons hat gegenüber der auch bekannten Trockenförderung, bei der man den Baustoff am Ende der Leitung das notwendige Anmachwasser und gegebenenfalls einen Anreger zusetzt, den Vorteil einer gleichmäßigen Zusammensetzung der aufgetragenen Schichten gemäß einer vorgegebenen Rezeptur, welche die im Gefolge von ungleichmäßigen Zusammensetzungen des Baustoffes und unkontrollierter Wasserzugabe auftretenden Festigkeitsschwankung&ic in den aufgetragenen Schichten vermeidet. Die Erfindung geht daher von einem vorbekannten Verfahren aus, bei dem der Baustoff mit Hilfe eines mit einer Düse versehenen Mundstückes einer mit einer Pumpe beaufschlagten Förderrohr- bzw. Schlauchleitung ausgetragen und auf die zu beschichtende Fläche gespritzt wird.

Bei vorbekannten Vorrichtungen (DE-AS 16 84 204, DE-AS 10 36 497) wird der Baustoff in Achsrichtung der Düse hydromechanisch gefördert Kurz vor der Düse wird dem hydromechanischen Förderstrom Druckluft über radial im Mundstück angeordnete Düsenkanäle zugesetzt Der hiermit bewirkten Beschleunigung des Baustoffes sind jedoch Grenzen gesetzt. Denn die Düsenvorrichtung muß wegen der Verstopfungsgefahr auf die begrenzte Verdichtbarkeit des nassen Baustoffes Rücksicht nehmen. Erschwerend wirkt sich die hydromechanische Förderung des Baustoffes hierauf aus, wenn der Baustoff u. a. aus Gründen der verminderten Reibung in der Förderleitung in dieser mit einem vergleichsweise großen Querschnitt herangeführt und nicht durch einen Verteiler mehreren Austragsrohren bzw. -schläuchen gleichzeitig aufgegeben werden kann. Denn in diesen Fällen muß der hydromechanische Förderstrom auch noch auf einen geringeren Querschnitt im Mundstück reduziert werden, der sich aus der Handhabung des Mundstückes mit den erforderlichen Kräften eines Bedienungsmannes ergibt sofern nicht Manipulatoren oder Monitoren eingesetzt werden können.

Wenn man bei diesen Vorrichtungen unabhängig von den geschilderten Schwierigkeiten Anreger zusetzen will, so muß dies wegen der Gefahr von Beeinträchtigungen der Wege der hydromechanischen Förderung durch erhärtenden Baustoff im letzten Augenblick mit

6ö einer oder mehreren Düsen am Ende der hydromeehanischen Förderstrecke erfolgen. Das führt jedoch dazu, daß sich der Anreger nicht völlig und nicht homogen mit dem hydraulischen Baustoff vermischt. Dann sind die erzeugten Schichten inhomogen, in denen die geforderte Frühfestigkeit nicht überall erreicht wird. Es kommt hinzu, daß Verluste an Anregerflüssigkeit auftreten, die mit der radial geführten Treibluft weitergetragen und in der Atmosphäre zu Schadstoffkonzentrationen führen.

Daraus, aber auch aus anderen Ursachen können sich Rückprallverluste einstellen, worunter man den Prozentsatz an ausgetragenem Baustoff versteht, der nicht haftet und herunterfällt Zwar werden die bei trockenen Verfahren üblichen Größenordnungen von 30% bis 40% von den nassen Verfahren nicht erreicht, jedoch hat auch deren Quote unterschiedliche Ursachen. Sie hängt u. a. von dem Haftvermögen des Baustoffes, dem Auftreffwinkel Jüs aus dem Mundstück austretenden Baustoffstrahles und ähnlichen Parametern ab. Insbesondere aber stellen die systembedingten Veränderungen der Tragfähigkeit des Untergrundes, auf den der Baustoff beim Spritzen auftrifft, eine der wesentlichen Ursachen des Rückpralls dar. Denn unabhängig von der Härte des Stoßes, z. B. einer Gebirgsoberfläche, verändert sich der Widerstand des Untergrundes im Zuge des Aufbaus der Spritzschicht und wird in der Regel umso geringer, je mehr der Auftrag wächst. Die Frühfestigkeit des Baustoffes spricht daher in diesem Zusammenhang ebenso wie die jeweils ausgetragene Baustoffmenge eine Rolle.

Die bekannten Vorrichtungen ermöglichen jedoch keine Steuerung der Auftreffgeschwindigkeit und keine Anregerverwendung zur Vermeidung übermäßiger Rückprallverluste, jedenfalls aber nicht in dem erforderlichen Maße.

Es ist jedoch bekannt (DE-PS 3 82 988 und DE-GM 17 86 579), den Baustoff der in einem Strom herangeführten Druckluft im spitzen oder rechten Winkel zuzuführen und dabei in dem Druckluftstrom zu verteilen. Der Strom des Baustoffes wird dadurch zerteilt Die sich hieraus ergebenden Baustoffpartikel lassen sich derart beschleunigen, daß sie im Förderluftstrom in der Schwebe gehalten werden. Dieser aus der Druckluft und dem Baustoffpartikeln bestehende Strom wird durch die Düse geführt und von dieser ausgetragen.

Die Erfindung geht von einer ebenfalls bekannten Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten hydraulischen Baustotfes aus (DE-AS 10 90 837). Hierbei werden nicht nur nach dem zuvor beschriebenen Verfahren der Strom des Baustoffes zerteilt, sondern vor der Baustoffaufgabe in den Förderluftstrom ein Anreger zugegeben, welcher den Baustoff früher abbinden läßt. Bei der vorbekannten Vorrichtung wird der Anreger jedoch über eine Zerstäuberdüse in die Luftzuführungsleitung eingebracht. Dadurch wird zwar der Anregerstrom in feine Partikel aufgebrochen, was im allgemeinen die Anregerwirkung verbessert. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß die Dichte der Baustoffpartikel im Förderluftstrom nicht sehr groß ist, was zu einem hohen Druckluftverbraucn führt. Außerdem ist auch der Anregerverbrauch hoch, weil sich die Anregerpartikel im weitgehend laminaren Kernstrom der Druckluft auf parallelen und ungestörten Flugbahnen bewegen und die Baustoffpartikel keine oder nur geringe Relativgeschwindigkeiten gegenüber den Anregerpartikeln entwickein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der als bekannt vorausgesetzten Art auf einfache Weise so auszubilden, daß sie das Aufbrechen des Dichtstromes, in dem der Baustoff herangeführt wird, stärker begünstigt und beim Einsatz von Anregern eine bessere Wirtschaftlichkeit und Wirksamkeit des Anregers in der aufgetragenen Schicht des Baustoffes ergibt.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Prinzip hängt die Dichte der Baustoffpartikel im Förderluftstrom einerseits von der Luftgeschwindigkeit und -menge und andererseits von der Fördermenge ab. Durch die Verwirbelung des Luftstromes läßt sich die Dichte der Baustoffpartikel steigern, wobei auch ein stärkeres Aufbrechen des Baustoffes selbst erreicht wird, was zur Vergrößerung der freien Baustoffflächen führt Das Aufbrechen hat jedoch keine nachteiligen Folgen für den Baustoff, weil dieser Vorgang, soweit er zur Entmischung des Baustoffes führt beim Aufprallen des Baustoffes sofort wieder rückgängig gemacht wird.

Da erfindungsgemäß der Förderluftstrom hinter der Einmündung des Rohrabganges, weicher den Baustoff zuführt eingeschnürt wird, ergibt sich an dieser Stelle einerseits infolge der Querschnittsverminderung eine Beschleunigung des Förderluftstromes; andererseits bilden sich erneut Wirbel. Da sich aber die pneumatische Förderstrecke auf eine relativ kurze Länge des Förderrohres beschränkt, hält sich nicht nur der Luftverbrauch in Grenzen, sondern der durch die Wirbelbildung verursachte Energieverbrauch führt auch p/ fit ohne weiteres zur Sedimentation der suspendierten Büäs'offpartike' in der Blende.

Mit den Merkmalen des Anspruches 2 lassen sich die Vorteile der Erfindung auch für den Anregereinsatz nutzbar machen. Indem man nämlich auf diese Weise den Anreger im Druckluftstrom verteilt, insbesondere diesen zerstäubt, vergrößert man die Anzahl der Anregerpartikel und die Wahrscheinlichkeit erheblich, daß ein Anregerpartikel mit einem Baustofffsilchen zusammentrifft, durch die beim Zusatz des Baustoffes entstehende Relativgeschwindigkeit dieser Partikel. Bei erheblich reduzierter Anregermenge wird dadurch gleichzeitig eine beträchtlich verbesserte Wirkung des Anregers erreicht

Diese nicht nur aus Gründen des wirtschaftlichen Einsatzes von Anregern, sondern auch wegen der anzustrebenden, möglichst gleichmäßigen Verteilung der Baustoffpartikel im Förderluftstrom erwünschte Wirkung läßt sich mit den Merkmalen des Anspruches 3 verstärken. Insbesondere wird dadurch die Dichte des Baustoffes Li Förderluftstrom erhöht und dadurch die Druckluftmenge reduziert, die für das Ausbringen des Baustoffes benötigt wird.

Mit den Merkmalen des Anspruches 4 ergibt sich die Möglichkeit, die Blendenöffnung zu verstellen, welche der Förderluftstrom unmittelbar hinter der Einmündung des Rohrabganges zu durchqueren hat Mit einer solchen verstellbaren Blende läßt sich das Mundstück der Vorrichtung auch auf unterschiedliche Baustoffzusammensetzungen bzw. unterschiedliche Wasser-Feststoff-Faktoren einstellen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichr'ipg dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 in abgebrochener Darstellung und schematisch den Aufbau einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung in der F i g. 1 entsprechender Darstellung, F i g. 3 in den F i g. 1 und 2 entsprechender Darstellung eine weiter abgeänderte Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 in Seitenansicht und schematisch eine Druckluftzuführung in einer Vorrichtung gemäß der Erfin-

Q5 dung,

F i g. 5 in den F i g. 1 bis 3 entsprechender Darstellung eine weiter abgeänderte Ausführungsform der Erfindung und

Fig.6 eine gegenüber der Darstellung der Fig.5 weiter abgeänderte Ausführungsform.

Das in F i g. 1 dargestellte Mundstück 2 sitzt auf dem Ende einer Förderrohrleitung 3 einer in ihren Einzelheiten nicht wiedergegebenen, bekannten hydromechanisehen Förderanlage für Spritzbeton, der schematisch bei 4 dargestellt ist. Das Mundstück 2 ist mit Hilfe eines Ringflansches 5 auf den dazu passenden Ringflansch 6 des Förderrohres 3 aufgeschraubt, wobei zwischen das abgebrochen wiedergegebene Rohr 3 und eine stationäre Förderleitung eine Schlauchverbindung eingeschaltet ist.

Das Mundstück besteht aus einem T-förmigen Rohr mit einem seitlichen Rohrabgang 7, der den Ringflansch 5 aufweist und der mit dem vergleichsweise inneren Rohr 8 des Mundstückes einen spitzen Winkel einschließt. Das Rohr 8 ist mit einem Flansch 9 an einen entsprechenden Flansch 10 einer Düse 11 angeschlossen, aus der gemäß den Pfeilen 12 der Baustoff austritt.

Am gegenüberliegenden Ende ist mit Hilfe eines Flansches 14 ein Druckluftanschluß 15 an einen dazu passenden Flansch 15' des Rohres 8 angeschlossen. Die Einzelheiten des Druckluftanschlusses 15 ergeben sich aus der Darstellung der F i g. 4.

Danach tritt die bei 16 zugeführte Druckluft in eine rohrförmige Kammer 17 ein und passiert zunächst die Schaufeln 18 eines Leitapparates 19. Die Schaufeln erzeugen einen Drall mit nachfolgender Verwirbelung des Luftstromes, der mit den Pfeilen 20 in den Figuren angedeutet ist.

Konzentrisch in der Rohrkammer 17 ist ein weiteres Rohr 21 befestigt, dessen vorderes Ende mit einem über den Leitapparat 19 vorstehenden Kegelverschluß 22 versehen ist. Der Verschlußkegel hat auf seiner Kegelfläche mehrere öffnungen 23,24, durch die ein Vorzugsweise flüssiger Anreger austritt. Der Verschlußkegel wird in der Praxis im allgemeinen mit Hochdruckzerstäuberdüsen für flüssige Anreger besetzt

Gemäß der Darstellung der F i g. 1 wird die Druckluft über einen Stutzen 25 mit Absperr- und Regelorgan 26 gemäß dem Pfeil 27 zugeführt Der Anreger wird über einen Rohrstutzen 28, ein Absperr- und Regelorgan 29 gemäß dem Pfeil 30 dem Rohr 21 zugesetzt

Im Betrieb fördert eine Kolbenpumpe der. aus einer hydraulischen, körnigen bis pulverförmigen Substanz, Wasser, Sand 31 und Zuschlagen 32 bestehenden Baustoff 4 durch den Stutzen 7 kontinuierlich in das Rohr 8. Der stark verwirbelte Druckluftstrom hinter dem Leitapparat 19 reißt den aus den Öffnungen 23, 24 austretenden Anreger mit und verteilt ihn nebel- bis tropfen- so förmig über den gesamten lichten Querschnitt des Rohres 8. In diesen verwirbelten Druckluftstrom wird an der Mündung des Stutzens 7 der Baustoff 4 entsprechend der hydromechanischen Förderung zugesetzt Dabei wird der geschlossene Strom aufgebrochen und in Partikel zerlegt, welche im Druckluftstrom verteilt in der Schwebe gehalten werden. Die mit dem Strom mitgeführten Baustoffpartikel erreichen die Düse 11 und werden aus dieser gemäß den Pfeilen 12 ausgebracht Sie durchqueren im freien Flug die Distanz seiner Fläche bzw. einer Gebirgsoberfläche, auf der sie sich in Form einer durchgehenden Schicht ablagern.

Gemäß der Darstellung der F i g. 1 ist der Querschnitt des Düsenrohres 8 hinter der Einmündung des Rohrstutzens 7 mit einer festen Blende, deren Schikane bei 38 dargestellt ist, verengt. Diese Schikane besteht aus einem von der kreisförmigen Rohrwandung begrenzten Wehr, dessen Kante eine abgerundete Innenfläche 39 aufweist. Die Schikane 38 führt zu einer den Druckluftstrom 40 einstellenden Querschnittsverbindung, wobei in der Fläche 39 zusätzlich Wirbel entstehen, die das Aufbrechen des Dichtstromes 41 durch die Rohre 3 und 7 begünstigen. Einige dieser Wirbel sind bei 42 schematisch dargestellt.

Die Ausführungsform nach Fig.2 verwendet statt der Scheibenform der Schikane 38 eine Blende 43 mit trapezförmigem Querschnitt, um Sedimentationen in ihrem Strömungsschatten entgegenzuwirken.

Dieser Tendenz wird mit der Ausführungsform nach Fig.3 noch stärker entgegengewirkt, weil hierbei der Querschnitt der Blende 44 in dem Düsenrohr 8 eine Wölbung 45 aufweist, auf der der Förderluftstrom 46, welcher sich hinter der Einmündung des Rohres bildet, beschleunigt wird.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist eine Schikane 3? in Richtung des Doppelpfeiles 36 mit Hilfe einer Stellvorrichtung 47 in Richtung des Rohrstutzens 7 in dem Querschnitt des Düsenrohres 8 verschieblich. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine Blendenöffnung 48 verstellbar einzurichten, welche den Förderluftstrom unmittelbar hinter der Einmündung des Rohrabganges 7 zu durchqueren hat. Mit einer solchen verstellbaren Blende läßt sich das Mundstück 2 auch auf unterschiedliche Baustoffzusammensetzungen bzw. unterschiedliche Wasser-Fetistoff-Faktoren einstellen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 wird statt einer verstellbaren Blende 38 ein in dem Rohr 7 verschiebliches Teleskoprohr 49 zur Einstellung des Blendenquerschnittes 48 im Düsenrohr 8 benutz». Das Teleskoprohr bildet die Verlängerung der Rohrleitung 3, die mit Hilfe einer ringförmigen Verstelleinrichtung 50 axial im Rohrabgang 7 verschoben und eingestellt werden kann. Eine Dichtung 51 dichtet auf dem Mantel des Rohres 49 und verhindert den Austritt von Druckluft aus dem Druckluftstrom 40 bzw. dem Förderluftstrom 46 im Düsenrohr 8. Die axiale Verstellbarkeit des Teleskoprohres 49 ermöglicht die Veränderung des Querschnittes 48 auf besonders einfache Weise. Außerdem ist bei der Darstellung der F i g. 6 das Düsenrohr 8 mehrteilig ausgebildet, nämlich aus den Rohrabschnitten 52, 53 und der Düse 54 zusammengesetzt. Dadurch läßt sich nicht nur die angeflanschte Düse 54, sondern auch das anschließende Rohr 53 entfernen, was die Beseitigung von Verstopfern und die Wartungsarbeit am Mundstück 2 wesentlich erleichtert

Im Betrieb lassen sich die Anregermenge mit dem Absperr- und Regelorgan 29 und die Druckluftmenge mit dem Absperr- und Regelorgan 26 steuern. .7>ie Steuerung der Druckluftzufuhr über das Regelorgan 26 kann so erfolgen, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Förderluftstromes bei 12 entsprechend dem Aufbau der Schicht sehr langsam wird

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum pneumatischen Ausbringen eines hydromechanisch im Dichtstrom geförderten hydraulischen Baustoffes des Untertage-Betriebes, insbesondere zum Auftragen von Spritzbeton oder -mörtel auf Grubenbauwandungen, bestehend aus einem mit einer Düse versehenen Mundstück einer Förderrohr- bzw. -schlauchleitung einer hydromechanischen Förderanlage, welches durch ein eine Düse aufweisendes pneumatisches Förderrohr gebildet ist, dessen der Düse gegenüberliegendes Ende verschlossen und mit einer Drucklufteinführung versehen ist und welches zwischen der Düse und der Druckiufteinführung einen seitlichen Rohrabgang aufweist, in den die den Dichtstrom des Baustoffes führende Förderrohr- oder -schlauchleitung mündet, dadurch ^kennzeichnet, daß die Druck- !ufteinführuKg (19) eine Rohrkammer (15) mit einem Leitapparat aufweist, der Schaufeln (18) zur Erzeugung von Wirbeln (20) im Druckluftstrom (40) aufweist, und daß hinter der Einmündung des Rohrabganges (7) zur festen oder einstellbaren Einschnürung des Förderluftstromes (41) in einem Teilquerschnitt (48) des Düsenrohres (8) eine Blende vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrkammer (15) ein Rohr (21) zur Zuführunr von Anregern angeordnet ist, dessen inneres Ende mit einem Verschluß (22) versehen ist, der Öffnungen (23, 24) tür Einleitung des Anregers in den Druckluftstrom (40) aufweist

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Schikane (38,43,44) dient.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende ein Teleskoprohr dient, das im Rohrabgang des Düsenrohres verschieblich angeordnet und abgedichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als verstellbare Blende ein verschiebliches Teleskoprohr (49) im Rohrabgang (7) dient, welches die Verlängerung einer Rohrleitung (3) bildet, die mit Hilfe einer ringförmigen Verstelleinrichtung (50) axial im Rohrabgang (7) verschiebbar und einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenrohr (8) mehrteilig ausgebildet ist und aus Rohrabschnitten (52,53) sowie der Düse (54) zusammengesetzt ist.