EP0257645A1 - Flexibler Gebirgsanker - Google Patents

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EP0257645A1
EP0257645A1 EP87112479A EP87112479A EP0257645A1 EP 0257645 A1 EP0257645 A1 EP 0257645A1 EP 87112479 A EP87112479 A EP 87112479A EP 87112479 A EP87112479 A EP 87112479A EP 0257645 A1 EP0257645 A1 EP 0257645A1
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EP
European Patent Office
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rock anchor
anchor according
lamellae
sleeve
slats
Prior art date
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EP87112479A
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English (en)
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EP0257645B1 (de
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Klaus Prof.Dr.-Ing. Spies
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Rudolf Hausherr & Sohne & Co KG GmbH
Rudolf Hausherr and Sohne GmbH and Co KG
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Rudolf Hausherr & Sohne & Co KG GmbH
Rudolf Hausherr and Sohne GmbH and Co KG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0006—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by the bolt material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0033—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts having a jacket or outer tube
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/006—Anchoring-bolts made of cables or wires

Definitions

  • the invention relates to a flexible rock anchor that can be inserted into boreholes of any length and can be connected to the borehole wall at its end facing the deepest hole or over its entire length, preferably via adhesive.
  • Mountain or rock anchors are - depending on the intended use - in different lengths, with different diameters and different load capacities from underground structures in the surrounding rock mantle in order to increase its own load-bearing capacity.
  • the increase in the inherent load-bearing capacity of the mountain shell surrounding the tunnels or mine structures can either be achieved by "hanging" layered, less stable rock layers from the firmer and more compact layers above them, or by the frictional connection due to the load-bearing capacity of the anchors (preload or the load-bearing capacity built up by mountain movement) between adjacent layers and thus the stability of the anchored overall association is increased that mountain movements directly through the shear resistance of the Anchor is counteracted or that the anchors - comparable to the reinforcement in concrete - increase the bond strength of the mountains.
  • the rock anchors are usually equipped at their deepest end in the borehole with special mechanisms that create adhesion in the mountains by spreading, or are preferably attached to the borehole wall with multi-component adhesives.
  • the rock anchors are glued along their entire length in the borehole.
  • the rock anchors are provided with threads and nuts arranged on them, or with screw heads firmly attached to the anchors, via which an abutment is usually formed by means of an anchor plate to support the anchor force on the exposed rock surface.
  • anchor expansion mostly serves to keep the mountains around the underground cavities stable until the final expansion (usually single or multi-layer, often reinforced concrete) and after the final expansion the "self-supporting behavior" of the surrounding mountain shell increase.
  • this function can be supported by choosing an optimal cross-sectional shape for the anchor structure to take effect.
  • Anchor expansion has proven extremely useful for securing mine workings in the hard coal mines of the United States, Canada, Australia and South Africa.
  • the anchoring When using anchoring in tunnel structures or in mining methods in which pillars of the mineral to be mined remain between the mines in order to support the overlying rock layers in the deposit, the anchoring only needs to absorb relatively small rock movements resulting from the elastic "springback" of the cavities surrounding mountains and result from plastic movements, which can be attributed to the redistribution of stress in the vicinity of the mine rooms.
  • the deposit is completely mined, which is the predominant mining method in European coal mining, significantly larger rock movements occur, which result in a much greater destruction of the mountains surrounding the mine areas.
  • the accompanying mining sections In longwall construction, which is the predominant mining process, the accompanying mining sections must also be maintained in zones in which extremely high pressure phenomena occur due to the additional pressure. The additional pressure in these zones is usually a multiple of the overlay pressure.
  • anchor construction in hard coal mining (both when building pillars and when the deposit is completely dismantled) consists of anchor rods, on the surface of which a profile is rolled to improve the effect of the bond. Since the anchors are exposed to the rock movement, only materials can be used here that have a sufficiently large elasticity beyond the yield point up to fracture. As a result, the maximum permissible load is limited to a relatively low value for a given anchor cross section.
  • anchors are also used which are made of materials with extremely high elasticity. Apart from the fact that with these anchors the maximum permissible load for a given anchor cross-section is reduced by a considerable amount compared to the most widely used design, these anchors are comparatively very expensive due to the high material price.
  • the object of the invention is to improve the safety and the load-bearing behavior of the anchor fitting and to extend its field of application while avoiding the aforementioned disadvantages, in particular when completely depositing deposits. Since rock anchors are required for coal mining in very large numbers, it is also desirable to produce them with comparatively little effort despite the high technical requirements.
  • the lamella anchor according to the invention combines the advantages of the known designs in their various design variants while avoiding their disadvantages and points beyond them In addition, a considerable excess over these designs in terms of its rock mechanical behavior and an inexpensive economical production.
  • a lamellar anchor is shown in a borehole 1, which is glued to the borehole wall only in the area of the borehole 2.
  • the adhesive 3 is in known manner from several components, which are contained in a cartridge in separate cavities. The cartridge is pushed deep into the borehole and destroyed by the tracked anchor. Mixing takes place either by turning the anchor or - in newer developments - automatically by penetrating the two adhesive components.
  • the armature itself consists of laminations 4 arranged side by side, which are preferably produced from endless strips of different widths and / or different thicknesses.
  • a shape is selected for the plate pack such that the cross section of the plate anchor comes as close as possible to a circular cross section.
  • the difference between the diameter of this enveloping circle and the borehole diameter results from the size of the annular space which is required for the adhesive.
  • the lamellae of different lengths are fanned out in the manner of a fir tree, in order to provide the largest possible adhesive surface for the adhesive, to glue each individual lamella and to achieve particularly good mixing of the components of the adhesive by rotating the lamella anchor.
  • the fins are behind the fir tree-shaped fanning out Via a ring 6, which can be pressed on or also allow a certain relative movement of the individual lamella, positively connected to one another.
  • a sleeve 7 is pushed over the free ends of the slats at the track-side end of the lamella anchor, which can protrude into the borehole with its one side and carries a component 8 - preferably a screw head - at its free, track-side end, which allows the transmission of a torque by externally attacking tools in order to promote the mixing process of the adhesive components.
  • the sleeve can be welded to the slats, it can be pressed on or connected to the anchor in some other way. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the connection is made by weld seams 9, but spot or projection welding can also be used.
  • the collar of the component 8 of the lamellar anchor is supported on the anchor plate 10, which is curved in a known manner in order to enable different angles between the anchor and the anchor plate.
  • Fig. 2 is a construction variant of the fir tree-shaped fanning out the deepest in the borehole sensitive anchor end 5 shown, in which the individual lamellae are machine-profiled 11 in order to present the adhesive with a larger surface area and to promote adhesion in the case of tensile stresses.
  • the mechanical profiling is connected to the cutting process during the continuous production from strips.
  • the individual anchor lamellae are attached to one another by means of an electrical spot weld 12.
  • Anchors are often introduced as "fully bonded anchors", ie several adhesive cartridges are inserted into the borehole in front of the anchor, so that the cavity between the anchor and the borehole wall is filled with adhesive over the entire anchor length.
  • the anchor according to FIG. 3 is covered with a plastic tube 13 in these cases. This ensures that the individual anchor slats can move axially in spite of being fully bonded to the adhesive and also to one another in the event of shear stresses.
  • Fig. 4 shows the lamellar anchor in a form of loading that is particularly common in mining sections that come under high pressure.
  • the strength of the layer packs surrounding the section cavity is exceeded in many places, so that the stresses are relieved by movements on the fracture surfaces which have arisen.
  • the anchors introduced are subjected to a particularly high degree of shear loads. They must be able to follow the movements of the mountain strata over relatively large distances without being destroyed.
  • the rock anchor on which the invention is based is able to absorb these thrust movements without excessive strains occurring in the individual lamellae, which could lead to cracks and thus to breakage.
  • the lamellar anchor behaves under shear loads, whose direction lies in the lamella plane, similar to the shear forces acting perpendicular to the lamella plane shown in Fig. 4.
  • the individual lamellas give way to the lowest resistance moment when they are loaded in the lamellar plane according to a basic rule of mechanics, so that they twist in the borehole and then behave according to Fig. 4. This means that the advantages of the lamella anchor are fully effective in all directions of possible shear stresses. None of the previously known or used designs of rock anchors even comes close to the shear strength of the lamellar anchor.
  • Fig. 5 shows an embodiment for a resilient lamella anchor.
  • the resilience of the anchor expansion is extremely advantageous in the mining sections, in which relatively large rock movements take place in the area near the section. It also allows the use of anchors of higher material qualities, which usually have lower elongations at break. The higher material qualities significantly increase the load capacity of the anchors, the disadvantage of the low elongation is more than compensated for by the flexibility.
  • the sleeve 7 pushed over the track-side lamella ends is under high pressure force pressed on, so that the adhesion of the sleeve to the lamellae is greater than the breaking strength of the anchor.
  • the pressed-on sleeve 7 carries at its free end a screw head 19 in order to be able to produce the rotary movements necessary for the mixing process of the adhesive components by tools acting from the outside.
  • Fig. 6 shows a particularly manufacturing and cost-effective design for the end of the lamella anchor protruding into the track.
  • the fins 4 are first firmly connected to one another by electrical spot welding 20. Then, using the strong heating caused by the spot welding by pressing tools acting from the outside, a cylindrical shape 21 is produced, on which the servo ring 16, not shown in FIG. 6, and the clamping ring 17, also not shown, can be arranged.
  • This constructive embodiment results in a particularly inexpensive flexible slat anchor in mass production.
  • Fig. 7 shows a cross section through the plate pack 4.
  • the individual plates which are preferably cut from sheet metal strips in a continuous manufacturing process, can have a rectangular cross section or - as shown in Fig. 7 - have oblique outer edges 22 which come closer to the enveloping circle.
  • the outer edges can be cut at different angles in the manufacturing process described above. In this way, the load-bearing cross section of the anchor is particularly large. It practically reaches the cross-section of comparable anchor rods, However, due to its lamellar structure, it has the extremely important previously described advantages of better absorption of shear loads and movements.
  • Fig. 8 shows a form of fastening between the plate pack 4 and the sleeve 7 arranged at the track end of the plate anchor, in which the plate pack is spread and a wedge 23 is driven into the sleeve.
  • the sleeve 7 is preferably slightly expanded in the region 24, so that there is a perfect shot between the disk pack 4 and the sleeve 7.
  • the same form fit is achieved in that the disk pack and also the sleeve 7 are expanded in the area 24 by a tool mandrel (not shown) and the resulting cavity is then filled with adhesive or poured metal 25.
  • Fig. 10 shows a particularly difficult expansion situation in a longwall, in which the longwall end 26 has run out in front of the cap tip of the extension 27.
  • Anchor expansion with lamellar anchors as shown in Fig. 12 has a particularly advantageous effect in line drives.
  • the angled insertion 28 of the flexible lamella anchors 4a it is possible to insert the anchor extension over the tunneling machine 29 using suitable auxiliary devices, not shown in FIG. 12, without the tunneling machine having to be stopped - as before - for setting the anchor. Since the time for the removal of the expansion is often longer than the cutting time on average for all mechanical excavation sections, the use of lamella anchors would more than double the tunneling speeds in the excavation sections.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Gebirgsanker, der in beliebiger Länge in Bohrlöcher einführbar ist und an seinem dem Bohrlochtiefsten zugewandten Ende oder auf seiner gesamten Länge, vorzugsweise über Kleber, mit der Bohrlochwandung verbindbar ist. Um insbesondere beim vollständigen Abbau von Lagerstätten die Sicherheit und das Tragverhalten des Ankerausbaus zu verbessern und dessen Anwendungsbereich zu erweitern sowie wegen der benötigten großen Stückzahlen an Gebirgsankern diese trotz hoher technischer Anforderungen mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen zu können wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Anker aus gegeneinander verschiebbaren, dicht aufeinander liegenden Lamellen (4) vorzugsweise unterschiedlicher Breite aufgebaut sind. Die Breite und/oder die Stärke der Lamellen (4) ist bzw. sind so bemessen, daß ein Hüllkreis optimal angenähert wird. Die seitlichen Kanten der Lamellen (4) stehen in unterschiedlichen Winkeln (22) zur Lamellenebene, um den Hüllkreis durch einen besonders günstigen Polygonzug anzunähern. Die Anker selbst bestehen aus nebeneinander angeordneten Blechlamellen (4), die vorzugsweise aus endlosen Bändern unterschiedlicher Breite und unterschiedlicher Stärke hergestellt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen flexiblen Gebirgsanker, der in beliebiger Länge in Bohrlöcher einführbar ist und an seinem dem Bohrlochtiefsten zugewandten Ende oder auf seiner gesamten Länge, vorzugsweise über Kleber, mit der Bohrlochwandung verbindbar ist.
  • Gebirgs- oder Felsanker werden - entsprechend dem Ver­wendungszweck - in unterschiedlicher Länge, mit unter­schiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Tragkraft von untertägigen Bauwerken aus in den umgebenden Gebirgs­mantel eingebracht, um dessen Eigentragfähigkeit zu er­höhen. Die Erhöhung der Eigentragfähigkeit des die Tunnel oder Grubenbaue umgebenden Gebirgsmantels kann entweder dadurch erfolgen, daß geschichtete, wenig standfeste Ge­birgsschichten an darüber befindlichen festeren und kompak­teren Schichten "aufgehängt" werden oder daß durch die Tragkraft der Anker (Vorspannung oder durch Gebirgsbewe­gung aufgebaute Tragkraft) der Reibungsschluß zwischen jeweils benachbarten Schichten und damit die Standfestig­keit des geankerten Gesamtverbandes erhöht wird, daß Gebirgsbewegungen direkt durch den Scherwiderstand der Anker entgegengewirkt wird oder daß die Anker - ver­gleichbar der Bewehrung im Beton - die Verbandfestig­keit des Gebirges erhöhen.
  • Um diese Funktionen erfüllen zu können, werden die Ge­birgsanker in der Regel an ihrem im Bohrlochtiefsten befindlichen Ende mit besonderen Mechanismen ausgestattet, welche durch Aufspreizen eine Haftung im Gebirge erzeu­gen, oder mit vorzugsweise Mehrkomponentenklebern an der Bohrlochwandung befestigt. Es gibt auch Einsatzfälle, in denen die Gebirgsanker auf ihrer ganzen Länge im Bohrloch verklebt werden. An ihren freien, aus dem Bohrloch herausragenden Enden werden die Gebirgsanker mit Gewinde und auf diesen angeordneten Muttern oder mit fest an den Ankern angebrachten Schraubenköpfen versehen, über die meist mittels einer Ankerplatte ein Widerlager zur Ab­stützung der Ankerkraft auf der freiliegenden Gebirgsober­fläche gebildet wird.
  • Im Tunnelbau dient der Ankerausbau meist dazu, das Gebirge um die unterirdischen Hohlräume herum bis zur Einbringung des endgültigen Ausbaus (meist ein- oder mehrschaliger, häufig bewehrter Beton) standfest zu erhalten und nach Einbringung des endgültigen Ausbaus das "Eigentragverhalten" des umgebenden Gebirgsmantels zu erhöhen. Bei Tunnelbauwerken kann diese Funktion da­durch unterstützt werden, daß eine für das Wirksamwer­den des Ankerausbaus optimale Querschnittsform gewählt wird.
  • Bei Abbauverfahren, z.B. beim Örterpfeilerbau, bei denen nur ein Teil des Minerals gewonnen wird und zwischen den durch die Mineralgewinnung entstandenen Hohlräumen Pfeiler zur Abstützung der überlagernden Schichten in der Lagerstätte verbleiben, ergibt sich der Querschnitt der Grubenbaue meist aus der Lagerstätte selbst und aus dem gewählten Abbauverfahren, so daß die Funktion des Anker­ausbaus in diesem Falle nicht durch eine optimale Quer­schnittsform unterstützt werden kann. Ankerausbau hat sich zur Sicherung der Grubenbaue im Steinkohlenbergbau der Vereinigten Staaten, Kanadas, Australiens und Süd­afrikas außerordentlich gut bewährt.
  • Bei der Verwendung des Ankerausbaus in Tunnelbauten oder bei Abbauverfahren, bei denen Pfeiler des abzubauenden Minerals zwischen den Grubenbauen zur Abstützung der über­lagernden Gebirgsschichten in der Lagerstätte verbleiben, braucht der Ankerausbau nur verhältnismäßig geringe Ge­birgsbewegungen aufzunehmen, die sich aus der elastischen "Rückfederung" des die Hohlräume umgebenden Gebirges und aus plastischen Bewegungen ergeben, welche auf die Span­nungs-Umverteilung in der Umgebung der Grubenräume zurück­zuführen sind. Beim vollständigem Abbau der Lagerstätte, der im europäischen Steinkohlenbergbau die vorherrschende Abbaumethode ist, entstehen erheblich größere Gebirgsbe­wegungen, welche eine wesentlich stärkere Zerstörung des die Grubenräume umgebenden Gebirges zur Folge haben. Beim Strebbau, welcher das vorherrschende Abbauverfahren ist, müssen die Abbaubegleitstrecken auch in Zonen aufrecht­erhalten werden, in welchen infolge des Zusatzdruckes außerordentlich hohe Druckerscheinungen auftreten. Der Zu­satzdruck beträgt in diesen Zonen meist ein Mehrfaches des Überlagerungsdruckes.
  • Diese gegenüber den Tunnelbauten und dem Abbau im Örter­pfeilerbau wesentlich erhöhten Druckerscheinungen sind der Grund dafür, daß Ankerausbau im europäischen und insbeson­dere bundesdeutschen Steinkohlenbergbau nur unter beson­ders günstigen Nebengesteinsverhältnissen, d.h. bei relativ guter Standfestigkeit des die Grubenbaue umgebenden Gebir­ges, eingesetzt werden kann. Man hat auch versucht, nach­giebigen Ankerausbau einzusetzen, um den sich beim voll­ständigen Abbau der Lagerstätte ergebenden höheren Gebirgs­bewegungen besser entsprechen zu können. Obwohl diese Ver­suche seit einer Reihe von Jahren intensiv betrieben wer­ den, konnte bisher kein durchschlagender Erfolg erzielt werden. Der Anwendungsbereich des Ankeraus­baus im deutschen Steinkohlenbergbau ist damit nach wie vor sehr gering.
  • Die am weitesten verbreitete Bauform von Ankerausbau im Steinkohlenbergbau (sowohl beim Örterpfeilerbau als auch bei vollständigem Abbau der Lagerstätte) besteht aus An­kerstangen, auf deren Oberfläche eine Profilierung aufge­wälzt ist, um die Wirkung der Verklebung zu verbessern. Da die Anker der Gebirgsbewegung ausgesetzt sind, können hier nur Werkstoffe eingesetzt werden, welche jenseits der Streckgrenze bis hin zum Bruch über eine ausreichend große Dehnfähigkeit verfügen. Hierdurch wird bei vorgege­benem Ankerquerschnitt die höchste zulässige Belastung auf einen relativ niedrigen Wert begrenzt.
  • Wegen der beim vollständigen Abbau der Lagerstätte ge­genüber dem Örterpfeilerbau erheblich höheren Gebirgsbe­wegungen werden darüber hinaus auch Anker eingesetzt, die aus Werkstoffen mit außerordentlich hoher Dehnfähigkeit be­stehen. Abgesehen davon, daß bei diesen Ankern die höchste zulässige Belastung bei vorgegebenem Ankerquerschnitt gegen­über der am stärksten verbreiteten Bauform noch einmal um ein erhebliches Maß herabgesetzt wird, sind diese Anker wegen des hohen Werkstoffpreises vergleichsweise sehr teuer.
  • Versuche unternommen worden, Anker mit zwei Durch­messern einzusetzen, bei denen der größere Durchmesser in einer "Zieh-Düse" auf das Maß des kleineren verringert wird. Hierdurch wollte man eine Nachgiebigkeit unter Last erreichen. Abgesehen davon, daß derartige Anker um ein Mehrfaches teurer als Normalanker sind, haben die unter­tägigen Versuche bisher zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt.
  • Weiterhin wurde vorgeschlagen, Spannbetonlitzen zu verwen­den, welche bei vorgegebenem Bohrlochdurchmesser infolge der Verwendung von Werkstoffen hoher Festigkeit den Bau von Ankern erheblich höherer Tragkraft gestatten würden. Sie sind mit Nachgiebigkeitselementen ausgestattet, welche nach dem Reibungsprinzip (analog den bekannten Reibungs­stempeln) arbeiten. Sie haben gegenüber allen anderen gegenwärtig im Steinkohlenbergbau eingesetzten Bauformen den Vorteil, daß die Ankerstangen flexibel sind und sich "um die Ecke herum" einbringen lassen. Diese Art der Ein­bringung ist insbesondere in beengten Bogenräumen wichtig, welche mit Ankern gesichert werden sollen, deren Länge die Abmessungen der Grubenbaue überschreitet. Sie bringt darüber hinaus beim Streckenvortrieb ganz erhebliche technische und wirschaftliche Vorteile mit sich, weil die Anker über der Vortriebsmaschine eingebracht werden können und die heute üblichen Stillstandszeiten vermieden werden können, welche gegenwärtig etwa 50 % der verfügbaren Laufzeit der Maschinen erreichen.
  • Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung vorerwähnter Nach­teile, insbesondere beim vollständigen Abbau von Lagerstät­ten, die Sicherheit und das Tragverhalten des Ankerausbaus zu verbessern und dessen Anwendungsbereich zu erweitern. Da Gebirgsanker für den Steinkohlenbergbau in sehr großen Stückzahlen benötigt werden ist außerdem angestrebt, die­se trotz hoher technischer Anforderungen mit vergleichs­weise geringem Aufwand herzustellen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale vor­geschlagen. Die zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­dung vorgeschlagenen Mittel sind Gegenstand der Unteran­sprüche.
  • Der erfindungsgemäße Lamellenanker verbindet in seinen ver­schiedenen Ausführungsvarianten die Vorteile der bekannten Bauformen unter Vermeidung ihrer Nachteile und weist darüber hinaus einen erheblichen Überschuß gegenüber diesen Bau­formen in Bezug auf sein gebirgsmechanisches Verhalten und eine kostengünstige wirtschaftliche Herstellung auf.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt:
    • Abb. 1 einen Längsschnitt durch ein Ankerbohr­loch mit darin befindlichem Lamellenanker,
    • Abb. 2 die tannenbaumförmige Auffächerung des Lamel­lenankers im Bohrlochtiefsten mit aufgepreßter Profilierung,
    • Abb. 3 einen vollverklebten, mit einem Kunststoff­schlauch überzogenen Ankerschaft,
    • Abb. 4 einen durch Schubkräfte beanspruchten Lamel­lenanker,
    • Abb. 5 eine am streckenseitigen Ende des Lamellen­ankers aufgesetzte Hülse mit Nachgiebigkeits­elementen,
    • Abb. 6 eine Modifikation, bei der das streckenseitige Ende des Lamellenankers durch äußere Preßkräf­te zu einem zylinderförmigen Stab umgeformt worden ist,
    • Abb. 7 den Einzelaufbau des Ankers aus Lamellen im Querschnitt,
    • Abb. 8 die Befestigung der Lamellen in der strek­kenseitigen Hülse mittels eines Keils,
    • Abb. 9 eine weitere Möglichkeit der Befestigung der Lamellen in der streckenseitigen Hülse,
    • Abb. 10 das Einführen flexibler Lamellenanker in Bohrlöcher im Streb, deren Länge größer ist als die Streböffnung,
    • Abb. 11 das Einbringen von Ankern in einem Aufhauen und
    • Abb. 12 das Ankern mit Lamellenankern über einer Teil­schnittmaschine.
  • Auf Abb. 1 ist ein Lamellenanker in einem Bohrloch 1 dar­gestellt, welcher nur im Bereich des Bohrlochtiefsten 2 mit der Bohrlochwandung verklebt ist. Der Kleber 3 ist in bekannter Weise aus mehreren Komponenten aufgebaut, wel­che in einer Patrone in getrennten Hohlräumen enthalten sind. Die Patrone wird ins Bohrlochtiefste ge­schoben und durch den nachgeführten Anker zerstört. Hier­bei erfolgt die Mischung entweder durch Drehen des Ankers oder - bei neueren Entwicklungen - selbsttätig, indem die beiden Kleberkomponenten ineinander penetrieren.
  • Der Anker selbst besteht aus nebeneinander angeordneten Blechlamellen 4, die vorzugsweise aus endlosen Bändern unterschiedlicher Breite und/oder unterschiedlicher Stärke hergestellt werden. Hierbei wird für das Lamellenpaket eine solche Form gewählt, daß der Querschnitt des Lamellen­ankers einem Kreisquerschnitt möglichst nahe kommt. Die Differenz zwischen dem Durchmesser dieses Hüllkreises und dem Bohrlochdurchmesser ergibt sich aus der Größe des Ringraumes, welcher für den Kleber benötigt wird.
  • An seiner im Bohrlochtiefsten angeordneten Seite sind die unterschiedlich langen Lamellen tannenbaumförmig aufgefächert 5, um eine möglichst große Haftfläche für den Kleber abzugeben, jede einzelne Lamelle zu verkleben und durch Drehen des Lamellenankers eine besonders gute Ver­mischung der Komponenten des Klebers zu erreichen. Hinter der tannenbaumförmigen Auffächerung sind die Lamellen über einen Ring 6, welcher aufgepreßt sein oder auch eine gewisse Relativbewegung der Einzellamelle zulassen kann, formschlüssig miteinander verbunden.
  • Am streckenseitigen Ende des Lamellenankers ist im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1 eine Hülse 7 über die freien Enden der Lamellen geschoben, welche mit ihrer einen Seite in das Bohrloch hineinragen kann und an ihrem freien, streckenseitigen Ende ein Bauelement 8 - ­vorzugsweise einen Schraubenkopf - trägt, welcher die Übertragung eines Drehmomentes durch von außen angrei­fende Werkzeuge erlaubt, um den Mischvorgang der Kle­berkomponenten zu begünstigen. Die Hülse kann mit den Lamellen verschweißt sein, sie kann aufgepreßt oder auf andere Weise mit dem Anker verbunden werden. Im Aus­führungsbeispiel gemäß Abb. 1 erfolgt die Verbindung durch Schweißnähte 9, es kann jedoch auch eine Punkt- ­oder Buckelschweißung benutzt werden. Der Kragen des Bauelementes 8 des Lamellenankers stützt sich auf der Ankerplatte 10 ab, die in bekannter Weise ausgewölbt ist, um unterschiedliche Winkel zwischen Anker und Anker­platte zu ermöglichen.
  • Auf Abb. 2 ist eine Konstruktionsvariante der tannen­baumförmigen Auffächerung des im Bohrlochtiefsten be­ findlichen Ankerendes 5 dargestellt, bei der die ein­zelnen Lamellen maschinell profiliert sind 11, um dem Kleber eine größere Oberfläche darzubieten und bei Zug­beanspruchungen die Haftung zu begünstigen. Im Her­stellungsprozeß wird die maschinelle Profilierung während der Fließfertigung aus Bändern mit dem Abläng­vorgang verbunden.
  • Die Befestigung der einzelnen Ankerlamellen untereinan­der erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch eine elek­trische Punktschweißung 12.
  • Anker werden häufig als "vollverklebte Anker" eingebracht, d.h. vor dem Anker werden mehrere Klebepatronen in das Bohr­loch eingeführt, so daß der Hohlraum zwischen Anker und Bohrlochwandung auf der gesamten Ankerlänge mit Kleber ausgefüllt wird. Um einen der wesentlichen Vorteile des Lamellenankers, nämlich hohe Schubbewegungen, aufnehmen zu können, dabei nicht einzubüßen, wird der Anker ge­mäß Abb. 3 in diesen Fällen mit einem Kunststoffschlauch 13 überzogen. Hierdurch wird erreicht, daß sich bei Schubbeanspruchungen die einzelnen Ankerlamellen trotz Vollverklebung gegenüber dem Kleber und auch unterein­ander axial bewegen können.
  • In Abb. 4 ist der Lamellenanker in einer Belastungsform dargestellt, die in Abbaustrecken, welche unter hohe Druckeinwirkungen geraten, besonders häufig anzutreffen ist. Bei den Druckbeanspruchungen wird die Festigkeit der den Streckenhohlraum umgebenden Schichtenpakete an vie­len Stellen überschritten, so daß sich die Spannungen über Bewegungen auf den entstandenen Bruchflächen abbauen. Bei diesen Relativbewegungen zwischen den einzelnen Ge­birgsschichten werden eingebrachte Anker in besonders hohem Maße Schubbelastungen unterworfen. Sie müssen den Bewe­gungen der Gebirgsschichten über relativ große Wege hin­weg folgen können, ohne dabei zerstört zu werden. Infolge des Lamellen-Aufbaus ist der der Erfindung zugrundeliegen­de Gebirgsanker in der Lage, diese Schubbewegungen aufzu­nehmen, ohne daß allzu große Dehnungen in den Einzella­mellen auftreten, welche zu Anrissen und damit zum Bruch führen könnten. Lamellen, die im Bereich 14 "Außen­fasern" des Biegevorganges bilden, stellen im Bereich 15 "Innenfasern" dar. Da sich die Einzellamellen im Gegen­satz zu einteiligen Gebirgsankern gegeneinander axial verschieben können, treten bei dieser S-förmigen Ver­biegung keine allzu hohen Spannungen in den einzelnen Bauelementen auf.
  • Der Lamellenanker verhält sich bei Schubbeanspruchungen, deren Richtung in der Lamellenebene liegt, ähnlich wie bei den in Abb. 4 dargestellten senkrecht zur Lamellen­ebene wirkenden Schubkräften. Die Einzellamellen weichen bei der Beanspruchung in Lamellenebene gemäß einer Grund­regel der Mechanik in die Ebene des geringsten Wider­standsmomentes aus, so daß sie im Bohrloch tordieren und sich anschließend gemäß Abb. 4 verhalten. Das bedeutet, daß die Vorteile des Lamellenankers in allen Richtungen möglicher Schubbeanspruchungen voll wirksam werden. Keine der bisher bekannt gewordenen eingesetzten bzw. vorge­schlagenen Bauformen von Gebirgsankern erreicht auch nur annähernd die Schubbelastbarkeit des Lamellenankers.
  • Auf Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für einen nachgie­bigen Lamellenanker dargestellt. Die Nachgiebigkeit des Ankerausbaus ist in den Abbaustrecken, in denen im strecken­nahen Bereich relativ große Gebirgsbewegungen stattfin­den, außerordentlich vorteilhaft. Sie gestattet es fer­ner, Anker höherer Werkstoffqualitäten einzusetzen, die meist über geringere Bruchdehnungen verfügen. Durch die höheren Werkstoffqualitäten wird die Tragkraft der Anker wesentlich erhöht, der Nachteil der geringen Dehnung wird durch die Nachgiebigkeit mehr als ausgeglichen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 5 ist die über die strecken­seitigen Lamellenenden geschobene Hülse 7 mit hoher Druck­ kraft aufgepreßt, so daß die Haftung der Hülse an den La­mellen größer ist als die Bruchkraft des Ankers. Maschi­nen, mit denen Hülsen auf Seile oder Stab- bzw. Blech­bündel mit derartig hohen Haftkräften aufgepreßt werden können, sind an sich bekannt. Auf dem Außenmantel der Hülse 7 ist ein konischer Servoring 16 angeordnet, welcher bei Be­lastung in einen Spannring 17 eintaucht. Hierbei sind die jeweiligen Berührungsflächen so ausgebildet, daß die Reibung zwischen den Ringen 16 und 17 klein, die Reibung zwischen dem Ring 16 und der Oberfläche der Hülse 7 dagegen sehr groß ist. Bei Belastung läuft demzufolge zunächst der Ring 16 in den Ring 17 bis zum Anschlag 18 ein. Hierbei wird der Ring 17 gespannt, so daß eine hohe Normalkraft und damit auch eine hohe Reibkraft entsteht. Der Reibvor­gang zwischen der Oberfläche der Hülse 7 und dem Servo­ring 16 kann ein Mischvorgang zwischen Reibung, Ober­flächenverformung und Fressen sein, da der Bewegungshub während der Standzeit des Ankers nur einmal durchfahren wird.
  • Die aufgepreßte Hülse 7 trägt an ihrem freien Ende einen Schraubenkopf 19, um durch von außen angreifende Werk­zeuge die für den Mischvorgang der Kleberkomponenten not­wendigen Drehbewegungen erzeugen zu können.
  • Auf Abb. 6 ist eine besonders fertigungs- und kosten­günstige Bauform für das in die Strecke hineinragende Ende des Lamellenankers dargestellt. Die Lamellen 4 wer­den zunächst durch elektrische Punktschweißung 20 fest mit­einander verbunden. Anschließend wird unter Ausnutzung der durch die Punktschweißung entstandenen starken Er­wärmung durch von außen angreifende Preßwerkzeuge eine Zy­linderform 21 hergestellt, auf welcher der in Abb. 6 nicht dargestellte Servoring 16 und der ebenfalls nicht darge­stellte Spannring 17 angeordnet werden können. Durch die­se konstruktive Ausführungsform ergibt sich bei der Mas­senherstellung ein besonders kostengünstiger nachgiebi­ger Lamellenanker.
  • Abb. 7 zeigt einen Querschnitt durch das Lamellenpaket 4. Die Einzellamellen, die vorzugsweise in einem kontinuier­lichen Fertigungsprozeß aus Blechbändern geschnitten wer­den, können einen Rechteckquerschnitt haben oder - wie in Abb. 7 dargestellt - schräge, sich dem Hüllkreis besser annähernde Außenkanten 22 besitzen. Für die einzelnen Lagen können die Außenkanten bei dem vorbeschriebenen Fertigungsprozeß durchaus in unterschiedlichen Winkeln geschnitten werden. Auf diese Weise wird der tragende Querschnitt des Ankers besonders groß. Er erreicht prak­tisch den Querschnitt von vergleichbaren Ankerstangen, hat jedoch durch seinen lamellaren Aufbau die außerordent­lich wichtigen vorbeschriebenen Vorteile der besseren Aufnahme von Schubbelastungen und -bewegungen.
  • Auf Abb. 8 ist eine Befestigungsform zwischen dem La­mellenpaket 4 und der am streckenseitigen Ende des Lamellenankers angeordneten Hülse 7 dargestellt, bei der das Lamellenpaket aufgespreizt und ein Keil 23 in die Hülse eingetrieben wird. Die Hülse 7 ist hierbei im Bereich 24 vorzugsweise leicht aufgeweitet, so daß sich ein einwand­freier Formschuß zwischen dem Lamellenpaket 4 und der Hülse 7 ergibt.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 9 wird der gleiche Form­schluß dadurch erreicht, daß das Lamellenpaket und auch die Hülse 7 im Bereich 24 durch einen nicht dargestellten Werk­zeugdorn aufgeweitet werden und der sich hierbei ergebende Hohlraum anschließend durch Kleber oder eingegossenes Me­tall 25 verfüllt wird.
  • Auf Abb. 10 ist eine besonders schwierige Ausbausituation in einem Streb dargestellt, in der das Strebhangende 26 vor der Kappenspitze des Ausbaus 27 ausgelaufen ist. Ins­besondere in geringmächtigen Flözen ist es in derartigen Fällen aus sicherheitlichen Gründen empfehlenswert, Gebirgs­ anker 4a zu setzen, deren Länge größer als die Streböffnung ist. Dies kann in besonders einfacher Weise mit Lamellen­ankern geschehen, die abgewinkelt 28 in die Ankerbohr­löcher eingeführt werden.
  • Aus Abb. 11 ist zu entnehmen, wie durch das abgewinkelte Einführen 28 der Lamellenanker 4a in einem Aufhauhen Anker gesetzt werden können, deren Länge größer ist als die Flöz­mächtigkeit.
  • Besonders vorteilhaft wirkt sich Ankerausbau mit Lamellen­ankern gemäß Abb. 12 in Streckenvortrieben aus. Hier wird es durch das abgewinkelte Einbringen 28 der flexiblen La­mellenanker 4a möglich, den Ankerausbau über der Vortriebsma­schine 29 über geeignete, auf Abb. 12 nicht dargestellte Hilfseinrichtungen einzubringen, ohne daß die Vortriebs­maschine - wie bisher - für das Setzen der Anker stillge­setzt werden müßte. Da die Zeit für das Einbringen des Aus­baus im Mittel aller maschinellen Abbaustreckenvortriebe oftmals größer ist als die Schneidzeit, würden sich durch die Verwendung von Lamellenankern die Vortriebsgeschwin­digkeiten in den Abbaustrecken mehr als verdoppeln lassen.

Claims (21)

1. Flexibler Gebirgsanker, der in beliebiger Länge in Bohrlöcher einführbar ist und an seinem dem Bohrlochtiefsten zugewandten Ende oder auf seiner gesamten Länge, vorzugsweise über Kleber, mit der Bohrlochwandung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker aus gegeneinan­der verschiebbaren, dicht aufeinander liegenden Lamellen (4) vorzugsweise unterschiedlicher Breite aufgebaut sind.
2. Gebirgsanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite und/oder die Stärke der Lamellen (4) so bemessen sind, daß ein Hüllkreis optimal angenähert wird.
3. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die seitlichen Kanten der Lamellen (4) in unterschiedlichen Winkeln (22) zur Lamellenebene ste­hen, um den Hüllkreis durch einen besonders günstigen Polygonzug anzunähern.
4. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­ gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen in einem kontinuierlichen Fertigungsprozeß aus Blechbändern geschnitten und anschließend abgelängt sind.
5. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen an dem im Bohrloch angeordneten Ende (5) des Ankers tannen­baumförmig aufgefächert sind.
6. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffächerung mit einer Profilierung (11) versehen ist, um die Haft­fläche für den Kleber und den Formschluß zwischen Anker und Kleber zu vergrößern.
7. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) in der Nähe der tannenbaumförmigen Auffächerung (5) durch einen Ring (6) zusammengehalten sind.
8. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) in der Nähe der tannenbaumförmigen Auffächerung (5) durch eine vorzugsweise als Punktschweißung (12) ausgeführte Schweißverbindung miteinander verbunden sind.
9. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Voll­verklebung der Anker die Lamellen (4) mit einem vorzugs­weise aus Kunststoff bestehenden Schlauch (13) überzogen sind.
10. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) in ihrem Dicken-Breiten-Verhältnis so geformt sind, daß sie sich bei Schubbelastungen, welche in einer der Lamel­lenebene parallelen Richtung wirksam sind, in die Ebene des geringeren Widerstandsmomentes hinein verdrehen können.
11. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen aus hochfestem, vorzugsweise innerhalb eines kontinuierlichen Fertigungsprozesses vergütetem Werkstoff bestehen.
12. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem streckensei­tigen Ende der Lamellen (4) eine Hülse (7) angeordnet ist.
13. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Hülse (7) ein Kopf (8) befindet, der es gestattet, mit außen an­ greifenden Werkzeugen den Anker in einfacher Weise in eine Drehbewegung zu versetzen.
14. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) mit den Lamellen (4) über Schweißung verbunden ist.
15. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) an ihrem streckenseitigen Ende über eine Schweißung, vorzugs­weise eine Punktschweißung (20), miteinander verbunden sind.
16. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißwärme dazu benutzt wird, um den streckenseitigen Enden der Lamellen (4) durch von außen angreifende Werkzeuge eine zylindrische Form (21) zu geben.
17. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) durch außen angreifende Werkzeuge auf den Lamellen (4) be­festigt ist.
18. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) im Bereich (24) leicht aufgeweitet ist und über einen Keil (23) eine formschlüssige Verbindung zwischen den Lamellen (4) und der Hülse (7) hergestellt ist.
19. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (7) und die Lamellen (4) im Bereich (24) durch einen Werkzeug­dorn leicht aufgeweitet sind und der entstandene Hohl­raum durch Kleber oder Vergußmetall ausgefüllt ist.
20. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Hülse (7) ein Servoring (16) und ein Spannring (17) angeordnet sind, die ineinander und auf der Hülse (7) axial verschiebbar sind.
21. Gebirgsanker nach Anspruch 1 oder einem der vorher­gehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibung zwi­schen dem Servoring (16) und dem Spannring (17) relativ klein ist im Vergleich zu der Reibung zwischen dem Servo­ring (16) und der Hülse (7).
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