DE3919102A1 - Verfahren zum verfestigen des gebirges ueber soforttragende moertelanker und entsprechender vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von weniger druckfestem, auch dünnbankige Gesteinsschichten aufweisendem Gebirge vor allem im untertägigen Berg- und Tunnelbau durch Mörtelanker, die in entsprechend ins Gebirge eingebrachte Ankerbohrlöcher eingeschoben werden, wobei die Ankerbohrlöcher vorab mit Mörtel teilweise wieder aufge­ füllt worden sind , indem der Mörtel im Bereich des Bohrloch­ tiefsten mit einem die Erstarrung beschleunigenden Additiv gemischt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Mörtel­ pumpe und einem Mörtelförderschlauch sowie dem in das verfüllte Ankerbohrloch einführbaren Anker.

Mörtelanker werden überall dort eingesetzt, wo die über mehrere Tage reichende Aushärtezeit aufgrund fehlender Konvergenzen ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. Dort, wo aufgrund gefährlicher Konvergenzen und früh eintretender Konvergenzen die übliche Aushärtezeit des Mörtels nicht hingenommen werden kann, werden Kleberanker eingesetzt, die allerdings Nachteile bezüglich des hohen Preises und der zeitaufwendigen Hand­ habung sowie auch unter Umständen der Gesundheitsgefährdung aufweisen. Ein frühzeitiges Verfestigen des Mörtels im Bohrlochtiefsten ist das Ziel von Aushärtepatronen, die man am in das Bohrloch eingefügten Ankerende angeordnet hat und mit dem Anker zusammen in das mit Mörtel angefüllte Bohr­ loch einschiebt. Abgesehen von der auch hier zeitaufwendigen Handhabung insbesondere bei längeren Ankern kommt es zu Problemen, weil die Aushärtepatrone häufig bereits vor Erreichen des Bohrlochtiefsten zerstört wird, so daß die Aushärtezone genau in einem Bereich eintritt, die für eine sichere Verspannung des Gebirges ungeeignet oder gar gefährlich ist. Ein genaues Positionieren der Aushärte­ patrone ist aber mit bekannten Verfahren nicht möglich, weil sie erst mit dem Anker eingeführt werden kann, um eine ausreichende Durchmischung mit dem Mörtel zu gewährleisten.

Würde man die Aushärtepatrone vorab in das Ankerbohrloch einführen, würde nur ein begrenzter Bereich des im Bohrlochtiefsten anstehenden Mörtels damit durchmischt und auch so eine nur ungenügende Aushärtung und Verfestigung im Bohrlochtiefsten erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, über die Mörtelanker auch für weniger druckfeste, dünnbankige und damit zum Auf­ blättern neigende Gebirgsschichten und der einwandfreien Betriebsbedingungen und kostengünstig einsatzfähig zu machen.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Mörtel und Additiv über einen bis auf das Bohrlochtiefste geführten Mörtelförderschlauch gleichzeitig getrennt gefördert und dort intensiv durchmischt werden, wobei der Mörtelförderschlauch kontinuierlich aus dem Ankerbohrloch herausgezogen wird und daß der Anker nach vollständigem Her­ ausziehen des Mörtelförderschlauches bis ins Bohrlochtiefste in das mit Mörtel gefüllte Ankerbohrloch eingetrieben wird.

Ein solches Verfahren sichert die Bildung einer Bohr­ lochfüllung, die so mit dem das Aushärten und die Erstarrung beschleunigenden Additiv durchmischt ist, daß eine Aushärtung genau zu dem Zeitpunkt erfolgt, der erwünscht ist. Außerdem ist sichergestellt, daß vom Bohrlochtiefsten ausgehend eine ausreichend lange Mörtelsäule mit Additiv versehen ist, das anschließend auch in der gewünschten und notwendig kurzen Zeit verspannt werden kann, so daß die Gebirgsschichten auch wirklich gehalten und verfestigt werden. Damit ist es auch möglich, die wesentlich preiswerteren Mörtelanker auch im untertägigen Bergbau vor allem im Steinkohlenbergbau einzu­ setzen, wo bisher fast ausschließlich Klebeanker oder mit Zweikomponentenkunststoffen festgelegte Anker eingesetzt werden konnten. Vorteilhaft ist weiter, daß der Einsatz des Mörtels nicht nur in der Handhabung einfach, sondern auch von den ergonomischen Bedingungen her besonders günstig ist.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist die, bei der das Additiv mit deutlich höherem Druck als der Mörtel eingepumpt wird. Dadurch wird im Bereich des Mörtelförderschlauchendes eine günstige Durchmischung von Mörtel und Additiv sichergestellt, ohne daß es zu ungleichmäßigen Durchmischungen o.ä. kommen kann. Da der Mörtelförderschlauch und damit auch der Zusatz­ schlauch gleichmäßig aus dem Bohrloch herausgezogen werden, ergibt sich am Austritt ein gleichmäßig durchmischtes Mörtel­ additivgemisch, das dann auch genau in dem Zeitpunkt mit der Aushärtung beginnt, die für den Betrieb günstig ist.

Um die Kosten in Grenzen zu halten und um gleichzeitig auch das Einführen des Ankers in das Mörtelbett zu erleichtern, ist vorgesehen, daß das Additiv lediglich über eine Bohr­ lochlänge von 0,5 bis 1,5 m vom Bohrlochtiefsten aus zuge­ mischt und daß dann die Zufuhr abgestellt wird. Dann ist eine Säule vorgegeben, in der der Anker vorteilhaft festgelegt werden kann, während das übrige Bohrloch nur mit Normalmörtel ausgefüllt wird, der dann auch in Ruhe und ohne Beein­ trächtigung der Verspannwirkung des Ankers aushärten kann.

Einerseits eine rechtzeitige Festlegung des Ankers und andererseits ein sicheres Eintreiben des Ankers in den Mörtel ist sichergestellt, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, das Additiv eine nach 3 bis 5 Minuten beginnende, das Herausrutschen des eingetriebenen Ankers erschwerende oder gar verhindernde Erstarrung erbringend eingestellt ist. Bei üblichem Betrieb ist innerhalb dieses Zeitraums das Bohrloch vollständig mit Mörtel gefüllt, so daß der Anker dann schnell und aus­ reichend weit eingetrieben werden kann, um ihn dann durch den erstarrenden Mörtel im Bohrlochtiefsten wirksam fest­ zulegen und dann auch wirksam zu verspannen.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, die eine Mörtelpumpe und einen Mörtelförderschlauch sowie einen in das verfüllte Ankerbohrloch einführbaren Anker aufweist. Das Vefahren ist dadurch zu verwirklichen, daß der Mörtelförderschlauch bis zum Bohrlochtiefsten reichend und einen ihm gegenüber geschlossenen Zusatzschlauch auf­ weisend ausgebildet ist, daß der Zusatzschlauch an eine das Additiv transportierende Hochdruckpumpe angeschlossen ist und daß eine den Mörtelförderschlauch ins Bohrloch ein­ schiebende und ihn wieder herausziehende Transporteinrichtung vorgesehen ist. Der Mörtelförderschlauch und der in ihm ange­ ordnete oder mit ihm verbundene Zusatzschlauch können somit immer sicher bis in das Bohrlochtiefste hineingeführt werden, um sicherzustellen, daß der mit Additiv gemischte Mörtel auch über den vorgesehenen Abschnitt im Bohrloch ansteht, wenn der Anker später eingetrieben wird. Über die Transport­ einrichtung wird der Mörtelförderschlauch und der zugeordnete Zusatzschlauch dann gleichmäßig mit dem Ausbringen des Mörtels und des Additivs aus dem Bohrloch wieder herausgezogen, wobei im vorgesehenen Zeitraum und über die vorgesehene Wegstrecke durch den Zusatzschlauch das Additiv in den Mörtel hinein­ gepumpt und so eine Vermischung erreicht wird. Diese Merkmale sichern eine sehr zweckmäßige und preiswerte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei vorteilhafterweise erreicht ist, daß durch das gleichmäßige Einschieben bzw. vor allem Herausziehen von Mörtelförderschlauch und Zusatz­ schlauch die erforderliche gleichmäßige Durchmischung ge­ sichert ist.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Vorrichtung sieht vor, daß der Zusatzschlauch einen kleineren Querschnitt als der Mörtelförderschlauch aufweist und in ihm integriert ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß der im Durch­ messer kleinere Zusatzschlauch nicht vom Mörtelförder­ schlauch abgerissen oder sonst wie abgetrennt werden kann, sondern vielmehr immer in der gleichen Position angeordnet wird, wie der Mörtelförderschlauch selbst. Damit ist die weiter oben schon erwähnte Voraussetzung geschaffen, daß der austretende Mörtel auch immer mit Additiv vermischt ist, so­ weit ein solcher Erstarrungsbeschleuniger zugegeben werden muß, um das frühzeitige Verspannen des Ankers sicherzu­ stellen.

Das Fördern des Mörtels und auch des Additivs wird dadurch begünstigt, daß nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung Mörtelförderschlauch und Zusatzschlauch aus glattwandigem Kunststoff bestehen. Außerdem kann so das Schlauchmaterial gut gelagert und vorgehalten werden, weil es wenig platzaufwendig gespeichert werden kann.

Ein besonders gleichmäßiges Herausziehen des Mörtel­ förderschlauches aus dem Bohrloch und damit die gewünschte gleichmäßige Vermischung von Mörtel und Additiv ist gegeben, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, Mörtelförderschlauch und Zusatzschlauch endseitig und ggf. über die Länge ver­ teilt mit einer als Transporteinrichtung dienenden Teleskop­ stange verbunden sind. Dabei kann die Verbindung von Schlauchmaterial und Teleskopstange über die Länge gesehen durch verschiebliche Verbindungsteile erfolgen, um so das Teleskopieren der Transporteinrichtung ohne Probleme zu ermöglichen.

Eine zweckmäßige und unter Umständen auch günstig zu handhabende Weiterbildung ist die, bei der der Mörtel­ förderschlauch als teleskopierbares Kunststoffrohr ausge­ bildet ist. Dabei kann der integrierte Zusatzschlauch eben­ falls als Kunststoffrohr oder aber als aufwickelbarer Schlauch ausgebildet sein, je nachdem, wie man die Durch­ förderung des flüssigen Additives gewährleisten kann. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß eine zusätzliche Teleskop­ stange als Transporteinrichtung entfallen kann.

Gerade bei der Ausbildung als Kunststoffrohr kann es zweckmäßig sein, daß der Zusatzschlauch außen am Mörtel­ förderschlauch angebracht und getrennt lagerbar ausgebildet ist, wobei der Zusatzschlauch ohne Probleme aufgewickelt werden kann, allerdings bei Inkaufnahme einer Gefährdung beim Einschieben in das Bohrloch und beim Herausziehen aus demselben, da hier scharfkantige Steine immer vorhanden sein könnten.

Eine innige Durchmischung begünstigt eine weitere zweckmäßige Ausbildung, bei der endseitig des Zusatzschlauches eine Düse angeordnet ist, wobei diese zweckmäßig im Abstand zum Ende des Mörtelförderschlauches angeordnet wird, so daß noch im Mörtelförderschlauch die zweckmäßige und gewünschte innige Durchmischung erreicht wird und das Gemisch dann aus dem Ende des Mörtelförderschlauches austreten kann.

Beim Einführen des Ankers in das Bohrloch kann der überflüssige Mörtel beim Verdrängen aus dem Bohrlochmund austreten. Dies sollte durch entsprechendes Bemessen aller­ dings möglichst nicht eintreten und kann dadurch verhindert werden, daß der Anker am Bohrlochmund einen auf ihm ver­ schiebbaren und das Bohrloch verschließenden Ringpacker aufweist. Der Anker wird dabei durch den Ringpacker hin­ durchgeschoben, so daß immer das Bohrloch vollständig ver­ schlossen ist, wobei durch entsprechende Ventilanordnung überschüssige Luft oder auch Wasser aus dem Bohrloch ent­ weichen können. Diese Ausbildung hat insbesondere bei schräg nach oben oder gar senkrechten gebohrten Bohrlöchern erhebliche Vorteile, da ein Auslaufen des einmal einge­ füllten Mörtels dadurch wirksam unterbunden werden kann. Denkbar ist es dabei, daß der Ringpacker auch schon vorab dem Mörtelförderschlauch bzw. der Teleskopstange zugeordnet ist, um so das Verbleiben des Mörtels im Bohrloch zu gewährleisten.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen sind, mit deren Hilfe die an sich bekannten und vorteilhaften Mörtel­ anker und das entsprechende Verfahren auch dort zum Einsatz kommen kann, wo bisher eine Verwendung deshalb nicht möglich war, weil frühzeitigen, gefährlichen Konvergenzen mit diesen Mörtelankern nicht begegnet werden konnte. Durch eine genaue Mörtelsäule innerhalb des Bohrloches mit früh­ aushärtendem Mörtel ist nun ein Verfahren und eine Vor­ richtung geschaffen, die die Möglichkeit bietet, innerhalb kurzer Zeit den Anker wirksam einzubringen und so zu ver­ spannen, daß die gefährlichen Konvergenzen erst gar nicht auftreten können. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, die einfache und sichere Handhabung und die immer wieder Ver­ wendbarkeit der benötigten Vorrichtung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen­ standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzel­ teilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung, die in einer untertätigen Strecke einge­ setzt ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Mörtel­ förderschlauch mit integriertem Zusatz­ schlauch,

Fig. 3 das obere Ende des Mörtelförderschlauches mit integriertem Zusatzschlauch und

Fig. 4 den Bohrlochmundbereich mit eingeführtem Anker.

Fig. 1 zeigt eine Strecke (1) im untertägigen Bergbau, von der aus ein Bohrloch (2) in das Gebirge eingetrieben worden ist. Vom Bohrlochmund (3) aus wird nun mit Hilfe der Mörtelpumpe (4) das Bohrloch (2) teilweise bzw. fast voll­ ständig wieder mit Mörtel ausgefüllt, wozu Mörtel über den in das Bohrloch (2) eingeführten Mörtelförderschlauch (5) eingepumpt wird.

In den Mörtelförderschlauch (5) ist ein Zusatzschlauch (6) integriert, der mit einer Hochdruckpumpe (7) verbunden ist, über die ein die Erstarrung förderndes bzw. beein­ flussendes Additiv transportiert und in das Bohrloch hin­ eingepumpt wird.

Mörtelförderschlauch (5) und Zusatzschlauch (6) werden über eine Transporteinrichtung (8) in das Bohrloch (2) ein­ geschoben und dann auch langsam mit dem Verfüllen des Bohr­ loches (2) wieder daraus herausgezogen, wozu nach Fig. 1 eine Teleskopstange (9) zum Einsatz kommt. über diese Teleskopstange (9) werden sowohl der Mörtelförderschlauch (5) wie der Zusatzschlauch (6) bis genau bis in das Bohr­ lochtiefste (10) hineingebracht, um dann wie schon erwähnt, langsam aus dem Bohrloch (2) wieder herausgezogen zu werden. Gleichzeitig wird über den Mörtelförderschlauch (5) Mörtel und über den Zusatzschlauch (6) in das Bohrloch (2) hin­ eingedrückt.

Die Bohrung im Gebirge (11) ist hier nur zum Teil wiedergegeben. Aus Platzgründen kann nicht ein Bohrloch (2) dargestellt werden, das den üblichen Abmessungen bei­ spielsweise im untertägigen Bergbau entspricht. Auch ist hier zu Verdeutlichung ein im Verhältnis einen großen Durch­ messer aufweisendes Bohrloch (2) wiedergegeben.

Fig. 2 zeigt den Mörtelförderschlauch (5) im Querschnitt, wobei deutlich wird, daß in dem Mörtelförder­ schlauch (5) ein Zusatzschlauch (6) integriert ist. Die Wandungen (12, 13) beider Schläuche (5, 6) gehen so inein­ ander über, daß der durch das Innere des Mörtelförder­ schlauches gepumpte Mörtel den Zusatzschlauch (6) nicht gefährden kann.

Fig. 3 zeigt das obere Ende, d.h. die bis zum Bohrlochtiefsten (10) vorgetriebene Spitze des Mörtel­ förderschlauches (5). Fig. 3 verdeutlicht, daß das Ende (15) des Zusatzschlauches (6) im Abstand zur Spitze (14) des Mörtelförderschlauches (5) angeordnet ist, um so eine innige Durchmischung des Additives und des Mörtels zu gewährleisten. Diese Durchmischung wird durch die am Ende (15) angeordnete Düse (16) begünstigt, die das Additiv in einer vorgebbaren Form austrägt, um so die Durchmischung zu begünstigen.

Fig. 4 gibt eine Situation wieder, bei der der Anker (17) in das mit Mörtel (21) gefüllte Bohrloch (2) einge­ trieben ist. Das Auslaufen des Mörtels (21) aus dem Bohr­ loch (2) wird dabei durch den Ringanker (19) verhindert, der auf das mit einem Gewinde (18) ausgerüstete Ende des Ankers (17) aufgeschoben ist.

Denkbar ist es, daß auch der Ringanker (19) mit einem Gewinde, d.h. mit einem Innengewinde (20) ausgerüstet ist, so daß er über das Gewinde (20) verschoben und gleichzeitig auch gesichert werden kann. Bei entsprechender richtiger Bemessung der Mörtelfüllung ist so zusätzlich durch diesen Ringanker (19) sichergestellt, daß bis zum Bohrlochmund hin eine gleichmäßige Einbettung des Ankers (17) im Mörtel (21) erreicht ist.

Um überflüssiges Wasser und auch Luft austreten lassen zu können, weist der Ringpacker (19) eine oder mehrere Bohrungen auf, die entweder im Durchmesser so bemessen sind, daß der Mörtel nicht mit austragen kann oder aber die mit Rückschlagventilen oder Drosseln versehen sind, um das Austreten des Mörtels sicher zu unterbinden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Verfestigen von weniger druckfestem, auch dünnbankige Gesteinsschichten aufweisendem Gebirge vor allem im untertägigen Berg- und Tunnelbau durch Mörtel­ anker, die in entsprechend ins Gebirge eingebrachte Anker­ bohrlöcher eingeschoben werden, wobei die Ankerbohrlöcher vorab mit Mörtel teilweise wieder aufgefüllt worden sind, indem der Mörtel im Bereich des Bohrlochtiefsten mit einem die Erstarrung beschleunigenden Additiv gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mörtel und Additiv über einen bis auf das Bohrlochtiefste geführten Mörtelförderschlauch gleichzeitig getrennt ge­ fördert und dort intensiv durchmischt werden, wobei der Mörtelförderschlauch kontinuierlich aus dem Ankerbohrloch herausgezogen wird und daß der Anker nach vollständigem Herausziehen des Mörtelförderschlauches bis ins Bohrloch­ tiefste in das mit Mörtel gefüllte Ankerbohrloch eingetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv mit deutlich höherem Druck (Hochdruck) als der Mörtel eingepumpt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv über eine Bohrlochlänge von 0,5 bis 1,5 m vom Bohrlochtiefsten aus zugemischt und daß dann die Zufuhr abgestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv eine nach 3 bis 5 Minuten beginnende, das Herausrutschen des eingetriebenen Ankers erschwerende oder gar verhindernde Erstarrung erbringend eingestellt ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche mit einer Mörtelpumpe und einem Mörtelförder­ schlauch, sowie dem in das verfüllte Ankerbohrloch einführ­ baren Anker, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtelförderschlauch (5) bis zum Bohrlochtiefsten (10) reichend und einen ihm gegenüber geschlossenen Zusatz­ schlauch (6) aufweisend ausgebildet ist, daß der Zusatz­ schlauch an eine das Additiv transportierende Hochdruckpumpe (7) angeschlossen ist und daß eine den Mörtelförderschlauch ins Bohrloch (2) einschiebende und ihn wieder herausziehende Transporteinrichtung (8) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzschlauch (6) einen kleineren Querschnitt als der Mörtelförderschlauch (5) aufweist und in ihn integriert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mörtelförderschlauch (5) und Zusatzschlauch (6) aus glattwandigem Kunststoff bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mörtelförderschlauch (5) und Zusatzschlauch (6) end­ seitig und ggf. über die Länge verteilt mit einer als Transporteinrichtung (8) dienenden Teleskopstange (9) ver­ bunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtelförderschlauch (5) als teleskopierbares Kunststoffrohr ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzschlauch (6) außen am Mörtelförderschlauch (5) angebracht und getrennt lagerbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 und einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß endseitig des Zusatzschlauches (6) eine Düse (16) ange­ ordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (17) am Bohrlochmund (3) einen auf ihm ver­ schiebbaren und das Bohrloch (2) verschließenden Ringpacker (19) aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mörtelförderschlauch (5) und Zusatzschlauch (6) auf­ getrommelt und am aus dem Bohrloch (2) herausragenden Ende getrennt über eine Drehzuführung mit den Versorgungsschläuchen verbunden sind.