DE2062688B2 - Verfahren und vorrichtung zum messen der veraenderungen des um einen bergmaennischen hohlraum anstehenden gebirges mit hilfe von messankern - Google Patents

Description

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schnlUsmessungen durch Modellversuche zu behe- Grubenraumes auch die Konvergenz des Grubenrauben. Diese Versuche sollen es nämlich ermöglichen, mes in der Richtung festgestellt wird, wie sie durch die Vorgänge kennenzulernen, die sich im Gebirge jeweils zwei auf einer gemeinsamen Achse sich geum einen im Gestein oder im Mineral aufgefahrenen genüberstehenden Meßanker bestimmt ist.
Raum abspielen. Wegen der Vielzahl der Einflußgrö- 5 Die Auswertung der in den Meßebenen gewonneßen und der bestehenden Unkenntnis darüber, wie nen Meßwerte zeigen die Einflüsse des Schichtenaufihre Auswirkungen einzuschätzen sind, lassen sich in baus und der etwa im Gebirgskörper vorhandenen solchen Modellen kaum äquivalente Verhältnisse Löseflächen, weil vom Meßanker nicht nur die Deschaffen. Deshalb haben die Modellversuche zwar zu formationen der Schichten, sondern gleichzeitig auch einem besseren Verständnis des Gebirgsverhaltens io deren Verschiebungen beobachtet werden. Das gewesentlich beigetragen, aber im übrigen Vorhersagen schieht mit sehr großer Genauigkeit. Wenn man z. B. in speziellen Fällen noch nicht ermöglicht. auf einer Ankerstange die Meßebenen im Abstand Zur Messung der Verformungen des Gebirges in von 30 bis 50 cm festlegt, erhält man Genauigkeiten der Wandung von Grubenräumen verwendet man in der Größenordnung von etwa 1/1000 mm je Meter häufig Aufblätterungsanker. Damit lassen sich die 15 Meßankerlänge. Da man gleichzeitig als Folge mehaxialen Deformationen des Gebirges in den Stoßen rerer Ablesungen die zeitliche Abhängigkeit der Ver- und in der Firste des Grubenraumes verfolgen. Zu formungen bestimmen kann, läßt sich nach kurzer diesem Zweck werden Anker im Bohrlochtiefsten be- Zeit eine entsprechend genaue Aussage darüber mafestigt, wobei das mit dem Gebirgsstoß nicht ver- chen, wie und mit welcher Geschwindigkeit die Bespannte Ankerstangenende frei aus dem Gebirge in 20 wegungen im Gebirgskörper an den ausgewählten den Grubenraum ragt. An diesen läßt sich die Defor- Stellen einsetzen und ablaufen,
mation des Gebirges als relative Bewegung des Ge- Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der bebirges längs der Ankerstange bestimmen. Mit diesem schriebenen Form ein geschlossenes Meßsystem, Prinzip kann man die Auflockerng des Gebirges mit wenn man die Deformationen der Gebirgsschichten einer Genauigkeit von etwa 1 mm messen. Da auf 25 und der Konvergenz des Hohlraumes gleichzeitig in diese Weise nur Werte ermittelt werden, die die Auf- mehreren durch Meßanker vorgegebenen Richtungen lockerung des Gebirgskörpers in der durch den An- feststellt. Diese Richtungen können auch winkelig ker erfaßten Tiefe insgesamt wiedergeben, entsteht zueinander verlaufen.

die Notwendigkeit, durch mehrere Anker verschiede- Auf diese Weise ist es mit relativ geringem Aufner Länge die Auflockerung des Gebirgskörpers in 30 wand möglich, das Ausmaß und die Geschwindigkeit Abstufungen zu messen. Nach dem gleichen Prinzip der Deformationen in der Firste, in der Sohle und in arbeiten auch die sogenannten Extensometer. den Stoßen des Grubenraumes als Auflockerungen, Diese Verfahren sind nicht nur wegen der Vielzahl Verkürzungen und Verschiebungen nach Richtung der im Einzelfall benötigten Aufblätterungsanker und Größe zu bestimmen. Aus der Form und Größe und der damit zusammenhängenden Anzahl der 35 der Auflockerungszone lassen sich z. B. Schlüsse auf Meßvorgänge außerordentlich aufwendig, sondern das Verhältnis von vertikalem zu horizontalem Geauch zu ungenau, weil durch sie nur die axialen Ver- birgsdruck ziehen.

formungen der Gebirgsschichten, nicht aber deren Wegen der Verwendung von Dehnungsmeßstreifen gegenseitige Verschiebungen bestimmt werden kön- und der mit diesen möglichen Meßgenauigkeiten ernen. Zwar bietet die Verwendung von Endoskopen 40 hält man in kürzester Zeit ausreichend viele Informadiesbezügliche Möglichkeiten, doch werden für die tionen über das Verhalten des betreffenden Gebirges, Verwendung solcher Meßgeräte weitere Bohrlöcher so daß sich der optimale Ausbau mit tragbarem benötigt, die den Aufwand für die Durchführung sol- Meßaufwand festlegen läßt. Ist der Ausbau eingecher Meßverfahren erheblich vergrößern. bracht, kann die Meßanordnung mit der ungewöhn-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit 45 lieh großen Meßempfindlichkeit weiter dazu verHilfe von wenigen Meßankern alle Verformungen im wendet werden, die Wechselwirkungen zwischen Geinneren eines um einen bergmännischen Hohlraum birge und Ausbau zu verfolgen. Man kann die Mesanstehenden Gebirgskörpers mit hinreichender Ge- sungen auch über längere Zeiträume hindurch fortnauigkeit zu bestimmen und sie mit Messungen der setzen, einmal um das Bauwerk zu überwachen, anVeränderungen des Gebirgskörpers an seinen Gren- 50 dererseits auch um dadurch wissenschaftlich verwertzen zum Hohlraum hin zn kombinieren und dadurch bare Angaben über die Bewährung der yerschiedezu vergleichen. nen Ausbauarten in vergleichbaren Gebirgskörpern Erfindungsgemäß besteht das neue Verfahren zu- zu gewinnen. Das beruht seinerseits auf den besondenächst darin, daß in mehreren über die Länge jedes ren Wirkungen der im Rahmen des neuen Verfahrens Meßankers gleichmäßig verteilten und meist aus zwei 55 verwendeten Klebeanker, weil die Klebung nicht nur (ein Paar) sich gegenüberliegenden und gleichgerich- die Gebirgsbewegung fast verlustlos auf die Ankerteten Dehnungsmeßstreifen bestehenden Meßebenen stange überträgt, sondern auch die Meßwertgeber und gegebenenfalls in jeder Meßebene in zwei senk- schützt.

recht zueinander verlaufenden Richtungen die Ver- Ei.i vereinfachter Meßanker zur Durchführung des formungen der um die Meßanker anstehenden Ge- 60 crfindungsgemäßen Verfahrens, soweit danach in birgsschichten als Dehnungen oder Kürzungen und mehreren, über die Länge des Meßankers verteilten Biegungen der durch Klebung mit dem Gebirge fest Meßebenen nur die Verformungen der um die Meßverbundenen Ankerstangen in allen Meßebenen anker herum anstehenden Gebirgsschichten als gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander gemessen axiale Dehnungen oder Kürzungen der mit dem Gewerden. 65 birge fest verklebten Ankerstange in allen Meßebein weiterer Ausbildung der Erfindung wird das nen gleichzeitig oder nacheinander gemessen werden neue Verfahren dadurch ergänzt, daß zusammen mit soll, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerder Feststellung der Verformungen in der Wand des stange eine axial verlaufende Nute aufweist, deren

Tiefstes in der Mitte der Ankerstange angeordnet ist und die in gleichen Abständen angeordnete gleichgerichtete Dehnungsmeßstreifen aufnimmt, wobei die Nut nach außen mit einem sie bis zu einer axialen Ausnehmung ausfüllenden Profil verschlossen ist und die Ausnehmung die Anschlußkabel aufnimmt.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert; die weiteren Merkmale der Erfindung wiedergeben; es zeigt

F i g. 1 einen Meßanker zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens im Längsschnitt, sowie schematisch den Verlauf der mit dem Anker erfaßten Gebirgsschichten,

F i g. 2 die Anordnung mehrerer Meßanker zur Durchführung des um die Konvergenzmessung erweiterten Meßverfahrens gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen Meßanker für Messungen in größeren Absländen vom Hohlraum innerhalb des Gebirgskörpers und

F i g. 4 einen weiteren Meßanker im Querschnitt.

Der in F i g. 1 wiedergegebene Meßanker hat eine Ankerstange 1, deren Länge und Stärke nach den jeweiligen Verhältnissen am Einsatzort bestimmt wird. Die Ankerstange ist an der Spitze bei 2 und an ihrem freien Ende bei 3 mit Gewinde versehen. Zwischen den Gewindeenden ist die Ankerstange meist glatt ausgeführt. Sie kann jedoch auch mit einer Profilierung versehen sein, um ihre Formschiüssigkeit im Kunststoffkleber zu verbessern.

Wie die links in F i g. 1 wiedergegebene Querschnittsdarstellung erkennen läßt, hat die Ankerstange 1 zwei Längsnuten 5 bzw. 6, die jeweils um einen einem Halbkreis entsprechenden Bogcnwinkel gegeneinander versetzt angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind in regelmäßigen Abständen gleichgerichtete Dehnungsmeßstreifen sich gegenüberliegend in die Nuten 5 bzw. 6 eingebaut. Dadurch werden Meßebenen I-1V über die Länge des Meßankers verteilt angeordnet. In jeder der so geschaffenen Meßebenen befindet sich ein Paar Dehnungsmeßstreifen 7,8. Die Meßstreifen liegen sich aber paarweise gegenüber. Durch Mittelwertbildung aus den Ablesewerten der Meßstreifen 7. 8 kann die Längenänderung in der neutralen Faser der Ankerstange bestimmt werden. Bildet man die Differenz der Meßwerte, so erhält man die Richtung der Biegung der Ankerstange und ihren absoluten Wert. Als Folge der paarweisen Anordnung können sowohl die Längenänderungen als auch die Verschiebungen, die die Gebirgsschichten erfahren, nach Richtung und Größe bestimmt werden.

Die Dehnungsmeßstreifen 7 und 8 liegen auf dem Grund 5 a bzw. 6 a der Nuten 5,6 und sind mit Blechstreifen 15 abgedeckt. Diese Blechstreifen dekken auch die nicht dargestellten Anschlußleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen ab. Die Blechstreifen werden nach Einbringen der Dehnungsmeßstreifen und ihrer Anschlußleitungen abgerundet, so daß die Oberfläche des Ankers wieder ihren ursprünglichen Zustand erhält, den sie vor Einbringung der Nuten 5 bzw. 6 besaß.

Die Ankerstange wird in dem Bohrloch 10 mit Hilfe eines Kunststoffklebers bekannter Art festgehalten, wobei die Klebeverbindung bei 18 wiedergegeben ist. Der Klebstoff kann durch nachträgliches Injizieren, soll vorzugsweise aber mil Hilfe von Klebstoffpatronen eingebracht werden.

In F i g. 3 sind die Gebirgsschichten mit F-K bezeichnet, die durch ein Bohrloch 20 erschlossen sind. Der Meßanker 21 ist aus zwei Teillängen 22 und 23 zusammengesetzt. Diese bestehen aus Rohrabschnitten, welche über eine Muffe 24 miteinander verbunden sind. Das Teilstück 23, das im Tiefsten des Bohrloches 20 steht, ist an seiner Stirnseite mit einem Stopfen 26 verschlossen, der auf das mit Innengewinde versehene Ende des Rohres 23 aufgeschraubt ist. Das zweite Rohrstück 22 läßt sich nachführen, um mit der Muffe 24 und damit mit dem Rohrstück 23 verbunden zu werden. Dieses Rohrstück 22 besitzt daher an seinen beiden Enden ein Innengewinde 27, so daß im Bedarfsfall weitere Längen durch Muffen 24 angeschlossen werden können. Bei diesem aus den Rohrstücken 22 und 23 zusammengesetzten Meßanker sind Dehnungsmeßstreifen 30 bis 33 in ausgefräste Mulden auf der Rohraußenscite eingeklebt oder eingeschweißt. Die An-Schlußleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen werden durch das Innere des Rohres geführt, sind jedoch auch in F i g. 3 nicht wiedergegeben.

Die Dehnungsmeßstreifen sind wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 in Meßebenen V-VIlI angeordnet. Je zwei der Meßstreifenpaare, nämlich die Meßstreifen 30 und 32 bzw. 31 und 33 sind in einer Meßebene um 90° versetzt angebracht. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, in jeder der Meßebenen V-VIlI nicht nur die Längenänderungen noch genauer, sondern auch die Biegungen der Ankerstange in zwei Ebenen zu bestimmen, wodurch sich die Hauptrichtung der Verschiebung ermitteln läßt.

Jedes Ankerteilstück 22, 23 hat an seinem unteren Ende einen nicht dargestellten Stecker, in dem die Anschlußleitungen zu den Dehnungsmeßstreifen enden. Im folgenden Teilstück des Meßankers befindet sich ein Kabel als Anschlußleitung zu dem betreffenden Stecker. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Dehnungsmeßstreifen über Steckverbindungen angeschlossen werden. Das hat den Vorteil, daß beim Eintreiben des mehrteiligen Ankers, der nach dem Klebankerprinzip befestigt wird, keinerlei Beschädigungen der Steckverbindungen auftreten können. Die Verklebung ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 im übrigen bei 29 wiedergegeben. Die Steckverbindungen sind handelsüblich und daher nicht wiedergegeben. Sie unterscheiden sich im wesentlichen danach, ob sie außen auf der Ankerstange gesteckt werden oder in ihrem Inneren. Das hängt davon ab, ob es sich um einen Vollanker handelt, wie er in F i g. 1 oder 4 wiedergegeben ist oder um einer mehrteiligen Hohlanker entsprechend der Darstellung nach F ig. 3.

Mit den beschriebenen Meßankern läßt sich eir Meßsystem errichten, wie es in F i g. 2 schematise! wiedergegeben ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist ange nommen worden, daß ein kreisringförmiger Gruben raum 40 in einem Gebirgskörper aufgefahren ist, de Gebirgsschichten L-O aufweist. Im Hangenden be findet sich ein Meßanker nach Art des Ankers gemäi F i g. 3, der mit 41 bezeichnet ist. Ihm entspricht eil Meßanker 42 im Liegenden. Außerdem sind in dei beiden Stoßen Gebirgsanker 43 bzw. 44 eingeklebi welche den Gebirgsankern 41 und 42 entsprecher Werden die Bohrlöcher zum Einbringen der Meßkle beanker 41 bis 44 mit einem Kernbohrgcrät gebohr können gleichzeitig der Aufbau des Gebirgs, nämlic

seine Zusammensetzung in den Schichten L-O und die Gesteinseigenschaften in diesen Schichten ermittelt werden.

Zwischen die sich jeweils gegenüberliegen Meßanker 43, 44 bzw. 41, 42 können Konvergenz-Meßinstrumente eingebaut werden. Es sind dies teleskopierende dünne Rohre 45, 46 bzw. 47 und 48 mit daran befestigten Konvergenzgebern 50 bzw. 51.

Nach F i g. 4 ist ein vereinfachter Meßanker 69 so ausgeführt, daß die Verformung des Meßankers in der mit 60 bezeichneten neutralen Faser gemessen werden kann. Zu diesem Zweck besitzt der Anker eine axiale Nut 61. Die Fläche 62 bildet das Tiefste der Nut. Auf ihr sitzt ein Dehnungsmeßstreifen 63. Dieser ist mit einer Dichtung 70 gegen eine Ausnehmung 64 abgeschlossen, welche die Anschlußleitungen 65 aufnimmt. In ihr sind auch die Reserve-

längen untergebracht. Die Ausnehmung 64 ist mit einem Profil 66 verschlossen, das bei 67 und 68 geklebt ist.

Die Dehnungsmeßstreifenwerte werden in bekannter Weise aufgenommen. Notwendig ist ein Meßstellenumschalter zur Anwahl der verschiedenen Dehnungsmeßstreifen und der Abgleich des angewählten Dehnungsmeßstreifens mit Hilfe einer Meßbrücke. Man kann die Meßwertfeslstellung durch einfache

ίο Ablesegeräte manuell am Einsatzort vornehmen. Ein höheres Maß an Rationalisierung erhält man durch eine automatisch betriebene Anwählanlage, die in der Nähe des jeweiligen Meßsystems oder unmittelbar am Einsatzort aufgestellt werden kann. Es besteht auch die Möglichkeit, die ermittelten Meßwerte nach Verstärkung über das Telefonn.etz nach Übertage z. B. in eine Grubenwarte übertragen zu lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

einer axialen Ausnehmung (64) ausfüllenden Patentansprüche: Profil (66) verschlossen ist und die Ausnehmung die Abschlußkabel (65) aufnimmt.

1. Verfahren zum Messen der Veränderungen S. Meßanker nach Anspruch 7, dadurch jedes um einen bergmännischen Hohlraum anste- 5 kennzeichnet, daß das Profil (66) in die Nut (61) henden Gebirges mit Hilfe von Meßankern, da- eingeklebt ist.

durch gekennzeichnet, daß in mehreren
über die Länge jedes Meßankers (1, 21) verteilten
Meßebenen (MV; V-VIII; IX-XII) und in jeder

Meßebene in einer oder mehreren, senkrecht io

zueinander verlaufenden Richtungen (9) durch
sich gegenüberliegende, ein Paar bildende Dehnungsmeßstreifen die Verformungen der um die

Meßanker anstehenden Gebirgsschichten (A Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen

bis E; F bis K; L bis O) als Dehnungen oder Kür- 15 der Veränderungen des um einen bergmannischen

zungen und Biegungen der durch Klebung (18, Hohlraum anstehenden Gebirges mit Hilfe von Meß-

29) mit dem Gebirge fest verbundenen Anker- ankern.

stangen in allen Meßebenen gleichzeitig oder un- Im Bergbau und beim Bau von unterirdischen

mittelbar nacheinander gemessen werden. Räumen, z. B. Tunnel, Wasserstollen u. dgl. mteres-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 siert das Verhalten des den Hohlraum umgebender, kennzeichnet, daß zusammen mit der Feststellung Gebirges aus den verschiedensten Gründen, vor aider Verformungsmeßwerte die Konvergenz des lern aber im Hinblick auf die Bemessung des AusGebirges im Grubenraum (40) in der Richtung baues für den betreffenden Hohlraum, mit dem das festgestellt wird, die durch zwei auf einer gemein- Gebirge sicher und dauerhaft beherrscht werden samen Achse sich gegenüberstehende Meßanker 25 kann. Dabei kommt es darauf an, die verschiedenen (43, 44; 41, 42) bestimmt ist. Einflüsse zu erfassen, die das Gebirgsverhalten iiv.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2. Einzelfall bestimmen. Dazu gehören Feststellungen dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungen über das Ausmaß der Störung des Gleichgewichtes der Gebirgsschichten und die Konvergenz des im Gebirge, das den Hohlraum umgibt. Diese Stü-Grubenraumes gleichzeitig in mehreren, insbe- 30 rung ist vor allem die Folge der Arbeiten zum Aufsondere rechtwinklig zueinander verlaufenden fahren des betreffenden Raumes. Es interessiert die Richtungen, die durch die Anordnung der Meß- Feststellung, wie tief die Entspannungsbewegunge:i anker festgelegt sind, gemessen werden. in den Gebirgskörper hineinreichen. Im einzelnen

4. Meßanker zur Durchführung des Verfahrens fehlen bisher insbesondere ausreichende Kenntnisse, nach den Ansprüchen 1 und 2, der mit Einrich- 35 in welchem Maß die Höhe des Gebirgsdruckes, die tungen zur Erfassung und Angabe von Gebirgs- Fähigkeit des betreffenden Gesteins, diesen Druck bewegungen ausgerüstet ist, dadurch gekenn- elastisch aufzunehmen und die zeitliche Änderung zeichnet, daß die Ankerstange (1) Vertiefungen der Spannungsverteilung in der Umgebung des Hohlin Form von Nuten (5,6) oder Ausfräsungen auf- raumes zu größeren Gebirgsverformungen führen,
weist, in die gleichgerichtete Dehnungsmeßstrei- 40 Obwohl es verschiedene Verfahren zur Erfassung fen in gleichen Abständen eingeklebt und mit einzelner Einflußgrößen dieser Art gibt, läßt sich Blechstreifen (15) abgedeckt sind, deren An- doch feststellen, daß wegen der Vielzahl der Ausbauschlußleitungen in den Nuten oder durch die arten auf der einen Seite und der Vielzahl untuhohle Ankerstange geführt sind. schiedlicher Gebirgsverhältnisse, z. B. der Gesteins-

5. Meßanker nach Anspruch 4, dadurch ge- 45 arten, des Einflusses der Gebirgsschichten, Jer KlUikennzeichnet, daß er aus mehreren miteinander tigkeit und des Vorhandenseins von Ton-Mineralien, verbundenen Teillängen (22, 23) besteht. sowie der durch Wasseraufnahme aus der Luftfcuch-

6. Meßanker nach den Ansprüchen 4 und 5, tigkeit oder dem Gebirge abhängenden Festigkeitsdadurch gekennzeichnet, daß die Teillängen (22, Verluste auf der anderen Seite, eine sichere Vorher-23) aus Rohren bestehen, die mit Muffen (24) 50 sage über die Standsicherheit der langlebigen Räume mechanisch und mit Steckern elektrisch aneinan- unter Tage ebensowenig wie eine Vorhersage über der angeschlossen sind, wobei das dem Bohrloch- die Standsicherheit kurzlebiger Strecken möglich ist. tiefsten zugeordnete Ankerstück (23) mit einem Man behilft sich statt dessen mit Schätzwerten, durch Stopfen (26) verschlosser, ist. die das Gebirge als standfest, gebräch, druckhaft o. ä.

7. Meßanker zur Durchführung des Verfahrens 55 klassifiziert wird. Nach diesen Werten bemißt man nach Anspruch 1, soweit danach in mehreren, empirisch den notwendigen Ausbau bzw. die Abstiitüber die Länge des Meßankers verteilten Meß- zung des freigelegten Gebirges.

ebenen die Verformungen der um die Meßanker Insbesondere fehlt es bisher an Möglichkeiten, das herum entstehenden Gebirgsschichten als Deh- Verhalten des Gebirges in seinem Inneren ausrcinungen oder Kürzungen bzw. Stauchungen der öo chend zu messen. Man beschränkt sich deshalb darmit dem Gebirge fest verklebten Ankerstange in auf, die Auswirkungen der Veränderungen im Geallen Meßebenen gleichzeitig gemessen werden birgskörper auf den Rand eines bergmännischen sollen und nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Hohlraumes zu verfolgen. Das geschieht z.B. durch zeichnet, daß die Ankerstange (69) eine axial ver- häufige Messung des Quersehnittes des betreffenden laufende Nut (61) aufweist, deren Tiefstes (62) in 65 Hohlraumes, mit denen man die Veränderungen zu der Mitte (60) der Ankerstange angeordnet ist erfassen sucht, die im Laufe der Zeit oder durch Ab- und die Dehnungsmeßstreifen (63) aufnimmt, baueinwi.kungeneintreten,
wobei die Nut nach außen mit einem sie bis zu Allerdings versucht man, den Mangel solcher Quer-