NO811877L - Kapsel for injiseringsmoertel og fremgangsmaate for fremstilling av slik kapsel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kapsel av herdbart, vedheftende mørtelmateriale av den art som benyttes for fast-gjøring av forsterkningselementer i borehull i fjellformasjoner. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for fremstilling av nevnte kapsel og en fremgangsmåte for fastgjøring av en forankringsbolt i et borehull ved hjelp av kapselen.

Anvendelsen av innkapslet, herdbart mørtelmateriale for sikring av forsterkningselementer i borehull i fjellformasjoner, for å stabilisere eller forsterke det omgivende fjellparti, er velkjent og praktisert i stor utstrekning f.eks. ved forankring av forsterkningsbolter i gruvetak. Den avbindbare forbindelse er vanligvis basert på herdbar harpiks eller et vann-avbindende materiale såsom hydraulisk sement eller gipsmørtel. Massen le-veres ofte i form av to tregtflytende komponenter i adskilte kamre i en brytbar kapsel, som oftest av plastfilm, som innfø-res i et borehull og brytes ved at forsterkningselementet bringes i rotasjon eller vibrasjon under innmonteringen i borehullet, hvorved de to komponenter blandes og blandingen hurtig størkner til en hard mørtel som omgir forsterkningselementet. Denne gene-relle fremgangsmåte for anvendelse av innkapslede mørtelforbin-delser i nevnte øyemed, er kjent fra britiske patentsøknader

953 056, 998 240, 1 408 366 og 1 524 469.

Ifølge opprinnelig teknikk for anvendelse av innkapslede mørtelforbindelser, ble kapslene innført manuelt i borehullene, og dette medførte, under . forsterkningsarbeider i gruvetak, at operatøren måtte innta en risikabel posisjon under den sone av gruvetaket som krevde innsetting av forsterkningselementer. Av hensyn til operatørens sikkerhet er det utviklet maskineri for fjernstyrt montering av kapslene og forankringselementene, som gir operatøren mulighet til å arbeide fra en sikker posisjon i flere meters avstand fra det uforankrede gruvetakfelt som skal stabiliseres. Ifølge en vanlig benyttet fremgangsmåte anbringes kapslene i en pneumatisk lademekanisme og fremdrives av luft-trykk langs et rør og oppad i borehullet. Deretter innføres forsterkningselementet i borehullet, likeledes ved anvendelse av en maskin som styres fra en posisjon i sikker avstand.

Utskytningsrørets diameter er nødvendigvis bare 1 til 2 millimeter.større enn kapseldiameteren, og utskytingshastighe-ten er ca. 10 til 12 meter pr. sekund. Vanlige kapsler, med en yttermantel av tynn og sprø plastfilm med typisk tykkelse av ca. 30 ji og inneholdende en herdbar forbindelse med en viskositet av ca. 500 000 centopoise, kan ikke motstå forvridningsvirknin-gen grunnet utskytingen med en slik hastighet, og vil ofte brytes eller fastkiles i utskytingsrøret eller borehullet, med derav følgende tap av tid og materialer. De sprø kapsler er hittil blitt beskyttet mot slik beskadigelse ved å omgis med et rørformet nett av syntetisk plastmateriale, såsom polyetylen, polystyren eller polyvinylklorid. Et slikt nett har den ulempe at det forhindrer radial ekspansjon av kapselen som inndrives i borehullet, slik at kapselen ikke bringes i anlegg mot borehullets innervegg og derfor er tilbøyelig til å falle ut av borehullet. For å fastholde kapselen i borehullet, blir det til den ene ende av kapselen fastgjort et stoppelement, vanligvis i form av en plan og seig.plastskive av stjernefasong. Anvendelsen av nettet og stoppskiven innebærer at det i borehullet innføres en betydelig mengde av plastmateriale som kan re-dusere styrken av den herdnede, vedheftende mørtel. Videre kan nettet og stoppskiven representere en vesentlig økning av om-kostningene i forbindelse med forsterkningsarbeidet.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en kapsel for injiseringsmørtel, som kan inndrives av trykkluft i et borehull og fastholdes i dette ved at kapselmantelen bringes i anlegg mot borehullveggen.

Kapselen ifølge oppfinnelsen inneholder herdbart mørtel-materiale i en langstrakt, brytbar yttermantel som i forenden, og fortrinnsvis i hver ende og over en lengde av minst 1,0 ganger manteldiameteren, består av et materiale av tilstrekkelig styrke til å forebygge at det, når kapselen fremdrives med forenden først gjennom et utskytningsrør og inn i et borehull med en hastighet av 12 meter pr. sekund, forårsakes en forvridning eller' beskadigelse av kapselen, som kan hindre inndrivingen,

og kapselen innbefatter videre minst ett fleksibelt, radialt utvidbart parti som strekker seg over en lengde av i det minste 0,6 og fortrinnsvis 1,0 til 4,0 ganger manteldiameteren, og som, ved kapselens anslag mot borehullets blindende under inndrivingen i borehullet med en hastighet.av 7 til 12 meter pr. sekund, ekspanderer radialt til anlegg mot borehullveggen. Det fleksible parti, eller de fleksible partier,

omfatter fortrinnsvis en midtre sone av kapselmantelen som fortrinnsvis strekker seg til en posisjon i en avstand av 5 ganger mante.ldiameteren fra mantelens forkant. Hvert fleksibelt parti bør fortrinnsvis kunne ekspandere til 1,5 ganger den opprinne-lige diameter ved anslag, uten sidebegrensning, mot en hard, stasjonær flate ved en hastighet av 7 m/sek.

Den foretrukne kapsel omfatter et kontinuerlig rør av fleksibelt, brytbart materiale som er styrket ved påføring av et sprøtt forsterkningsmateriale langs en ytterflatesone, og hvor det fleksible parti av mantelen dannes av den uforsterkede sone av det fleksible materiale. Forsterkningsmaterialet kan forbindes med det fleksible rør innen røret fylles med mørtelmassen, men det vil i de fleste tilfeller være enklere å anbringe det på det fylte rør. I sistnevnte tilfelle vil det brytbare og fleksible rør som inneholder det tregtflytende, herdbare mørtel-materiale og en egnet herdner,- innbefatte minst ett lag av f or-sterkningsmateriale som er påført langs et parti av ytterflaten. Forsterkningslaget kan forbindes med ytterflaten gjennom et separat sjikt av klebemateriale, eller det kan være anordnet i form av et selvheftende materiale. Forsterkningen kan alterna-tivt være anordnet i form av et varmekrympbart materiale som anbringes løst rundt det fylte rør og fastkrympes i stilling ved regulert oppvarming.

Forsterkningen kan med fordel plasseres i form av et bånd eller en rørformet hylse rundt det fleksible rør. Hylsen bør i så fall rage ut over den ene ende av det fleksible rør, fortrinnsvis den ende som er bakerst når røret inndrives i et borehull, og blir lukket ved tilplatting og folding av enden, slik at det dannes et tversgående avstivningsparti som, når kapselen er brakt i stilling i et borehull, ligger an mot borehullveggen og derved medvirker til fastholding av kapselen. Den lukkede ende av hylsen kan avstives ytterligere ved at det, i foldene i hylsens lukkede ende, innføyes en tverrstrimmel av elastisk materiale, f.eks. seig plast.

Av egnede forsterkningsmaterialer kan nevnes emballasje-materiale, f.eks. papir, pergament, cellulosestoff og syntetisk plastfiberfilm som med fordel kan være i form av • selvklebende tape. Plastfilm er også. egnet for anvendelse i form av varme-krympet■eller vedheftet film. Fiberarmerte sjiktmaterialer, eksempelvis papirstoff som er armert med en fiber, f.eks. karbonfiber, er også meget anvendbart. Armeringen må være tilstrekkelig sterk til å gi den ønskede beskyttelse mot kapsel-forvridning, men må ikke være av en.overdreven styrke og kvan-titet som vil forhindre sønderbryting av kapselen under innvirkning av fjellforsterkningselementets rotasjonsbevegelse under inndrivingen i borehullet.

Det fleksible og radialt ekspanderbare parti av kapselmantelen, og særlig av den fleksible, knusbare og rørformede mantel.på den foretrukne kapsel, består fortrinnsvis av syntetisk plastfilm, f.eks. av cellulose eller celluloseacetat, polymer eller blandingspolymerisat av etylen, propylen, vinylidenklorid, eller etylentereftalat. Den rørformede mantel blir fortrinnsvis lukket i hver ende ved samling og sammenbinding ved hjelp av et trykklukkelement, f.eks. en metallklemme, som beskrevet i britisk patentskrift 1 297 554. Kapseler som inneholder begge komponenter av en herdbar to-komponent-forbindelse, kan med fordel inneholde den ene av komponentene i et separat, knusbart og fleksibelt rør som er innkapslet i den knusbare mantel. Forsterkningsmaterialene kan om ønskelig innbefatte tilsetninger for modifisering av det herdbare mørtelmateriales eller kapselflatens egenskaper. Av slike tilsetninger kan nevnes herdere, akseleratorer, inhibitorer, emulgeringsmidler, tiksotropiske midler eller fuktemidler for mørtelmassen, eller smøremidler for å lette kapselens fremdriving gjennom utsky-tingsrøret og borehullet.

Ifølge oppfinnelsen blir en kapsel av herdbart mørtelmate-riale tilvirket ved at det, på et parti av ytterflaten av en knusbar og fleksibel, rørformet mantel, inneholdende herdbart mørtelmateriale, anbringes minst ett lag av forsterkningsmateriale som strekker seg over en. lengde av minst 1,0 ganger manteldiameteren i hvert fall ved forenden og fortrinnsvis ved hver ende av mantelen, og som har tilstrekkelig styrke til å forebygge at det, når kapselen fremdrives med forenden først gjennom et utskytingsrør og inn i et borehull med en hastighet av 12 m/sek., forårsakes en forvridning eller beskadigelse av kapselen, som kan hindre fremdrivingen, og hvor det etterlates i det minste ett uforsterket parti av den fleksible, rørformede mantel, som strekker seg over en lengde av minst 0,6 og helst 1,0 til 4,0 ganger manteldiameteren og som, ved kapselens anslag mot blindenden av et borehull under inndriving i borehullet ved en hastighet av 7 til 12 m/sek., vil ekspandere radialt til anlegg mot borehullveggen.

Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for fast-gjøring av et forsterkningselement, eksempelvis en forankringsbolt, i et overdimensjonert borehull i en fjellsone, hvorved en kapsel ifølge oppfinnelsen inndrives i borehullet med en hastighet som er tilstrekkelig til at-det fleksible, utvidbare parti av kapselen vil ekspandere til anlegg mot borehullveggen, hvoretter.forsterkningselementet innføres roterende eller vib-rerende i borehullet og derved bevirker at kapselen knuses og mørtelmassen deretter avbinder rundt forsterkningselementet i borehullet. Kapselen fremdrives fortrinnsvis av trykkluft gjennom et utskytingsrør og inn i et borehull som kan befinne seg i avstand fra kapselinnførings-operatøren.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk sideriss av en kapsel for inndriving i et borehull, Fig.. 2 viser et skjematisk riss av kapselen ifølge fig. 1, etter inndriving i et borehull ved hjelp av trykkluft, Fig. 3 viser et skjematisk sideriss av en annen kapsel ifølge oppfinnelsen, Fig. 4 viser et enderiss av kapselen ifølge fig. 3, etter inndriving i et borehull, samt Fig. 5 viser et del-sideriss, sett rettvinklet i forhold til fig. 3, av enden av kapselen ifølge fig. 3.

Det er i fig. 1 vist en symmetrisk reversibel kapsel med en fleksibel yttermantel 10 av skjøtfrie plastrør, hvor hver ytterende er sammenfoldet og lukket med en metallklemme 11. Mantelen 10 inneholder den ene komponent av en herdbar mørtel-forbindelse av to-komponenttypen. En andre, rørformet mantel 12, inneholdende den andre komponent av to-komponentmørtelen, er fullstendig innkapslet i mantelen 10, hvorved endepartiene strekker seg gjennom metallklemmene 11 og lukkes av disse. Et lag av forsterkningsmateriale 13 er omviklet i tre seksjoner rundt endene og midtpartiet av mantelens 10 ytterside, slik at det gjenstår udekkede partier 14 og 15 av mantelen 10.

Når kapselen inndrives mot blindenden av et borehull 16 i en fjellmasse 17, som vist i fig.2, vil partiene 14 og 15 ekspandere utad til anlegg mot borehullveggen. Kapselen kan på den måte fastholdes sikkert i stilling i vertikale borehull i gruvetak.

Kapselen som er vist i fig. 3 omfatter likeledes en fleksibel, rørformet yttermantel 10 som inneholder herdbar mørtel-masse, som ifølge fig. 1 og'2, men i dette tilfelie er en seksjon av forsterkningsmateriale 18 viklet rundt en ende av kapselen, på samme måte som vist i fig. 1, mens en andre seksjon av forsterkningsmateriale 19 strekker seg ut over den annen ende av mantelen 10 og lukkes ved at endepartiet 20 sammenbrettes og foldes rundt en elastisk strimmel av plastmateriale 21. Strimmelen 21 er noe lengre enn diameteren av borehullet hvori kapselen skal innføres, og når kapselen fremdrives i borehullet, vil strimmelen 21 bøyes og derved tvinges i friksjonsinngrep med borehullveggen, slik at kapselen fastholdes sikrere i et oppadrettet borehull. Det gjenstår et udekket parti 14 av den fleksible yttermantel, på samme måte som ved kapselen ifølge fig. 1, og dette parti vil på tilsvarende måte ekspandere til anlegg mot borehullveggen, når kapselen inndrives i et borehull ved hjelp av trykkluft.

Eksempel 1

450 gram av en herdbar plastforbindelse inneholdende 100 deler umettet polyésterharpiks, 180 deler malt dolomitt og 5 deler bentonitt og med en viskositet av 500 000 centipoise,

(målt med Brookfield RVT-viskometerspindel 6 ved 0,5 omdr./min.)

ble pakket i en fleksibel mantel 10 av polyetylentereftalat med lengde av 34 cm, diameter 30 mm og veggtykkelse 0,03 mm. og en bruddstyrke av 575 kN/m 2 (gjennomsnittlig).

Mantelen 10 omsluttet en andre mantel 12 av polyetylentereftalat med lengde av 34 cm, diameter 18 mm og veggtykkelse 0,03 mm, og inneholdende 30 gram av en herderforbindelse med et innhold av bensoylperoksyd for herding av den avbindbare harpiks.

Selvklebende papirtape av typen "Scotch" (registrert vare-merke) med en lengde av 15 cm, tykkelse 0,165 mm og vekt 120 g/m 2 , og en. bruddstyrke av 300 kN/m 2(gjennomsnittlig) ble viklet i et enkelt lag rundt mantelens 10 midtre ytterflate- parti, med 10 mm overlapping ved kantene. To ytterligere, adskilte partier av samme tape, hvert med en lengde av 6 mm, ble viklet i et enkelt lag rundt ytterflaten ved endepartiene av mantelen 10, med 10 mm overlapping ved kantene og lukket over endene under etterlating av to udekkede partier 14 og 15, hvert med en lengde av ca. 4 cm.

Kapselen ble inndrevet i et overliggende borehull av 35 mm'diameter fra-et glattboret utskytingsrør av plast med innerdia-meter 32 mm, med en hastighet av 10 m/sek. Endepartiene 14 og 15 ekspanderte til fast anlegg mot borehullveggen, og kapselen ble fastholdt sikkert i stilling ved borehullets blindende, uten tendens til å falle ut. Kapselen ble knust og harpiks- og herderforbindelsene ble blandet, under innvirkning av en forankringsbolt som ble inndrevet roterende i borehullet. Ved den påfølgende herding av harpiksen (etter 30 sekunder) rundt enden av bolten, ble bolten tilfredsstillende forankret i borehullet.

Eksempel 2

Kapselen var i dette eksempel konstruert som vist i fig. 3. 350 gram av komponent A og 30 gram av komponent B i en to-kompo-nentmørtel ble anbrakt i de fleksible polyetylenmantler h.h.v.

10 og 12 av sammen dimensjoner og tilnærmelsesvis samme styrke

som mantelen 10 og 12 i eksempel 1. Komponent A inneholdt 260 deler brent gips, 100 deler av en 0,01. vekt% vandig løsning av hydroksylpropylmetylcellulose (HPMC) og 2 deler 40 vekt% vandig løsning av natriumsaltet av et ekvimolart blandingspolymerisat av akrylsyre og metylakrylat med en viskositet av 3000 til 5000 centipoise. Komponent A hadde en viskositet av 1 100 000 centipoise, målt m.ed Brookfield RVT-viskosimeter med spindel 6 ved 0,5 omdr./min. Komponent B inneholdt 5 deler aluminium-sulfathydrat, 13 deler kaolin, 13 deler av samme HPMC-løsning som i komponent A og 0,05 deler av samme blandingspolymerisat som i komponent A.

Et papirark av lengde 8 cm, tykkelse 0,125 mm og vekt 83 g/m 2 , og med en bruddstyrke av 500 kN/m 2 (gjennomsnittlig) ble-fastlimt til den ene ende av mantelen 10, som i eksempel 1, for å danne en forsterkningshyIse 18. Et andre ark av samme materiale, med lengde ca. 28 cm, ble foldet i form av en for-sterkningshylse 19 og fastlimt til yttersiden av den fleksible mantel 10 under etterlating av en 6 cm lang, udekket sone 14 av mantelen 10, mellom de to hylser. Papiret som raget ut over mantelen 10 ved enden av hylsen 19, ble foldet rundt en strimmel 21 av elastisk polyvinylklorid, med dimensjoner 37 mm x 4 mm x 0,6 mm, og fastgjort med lim.

Ved inndriving i et borehull, som beskrevet i eksempel 1, ekspanderte det udekkede parti 14 til fast anlegg mot borehullveggen 21, og strimmelen 21 ble likeledes brakt i anlegg mot borehullveggen. Komponentene A og B ble sammenblandet tilfredsstillende når en forankringsbolt ble innført roterende i borehullet, og bolten ble fast forankret i hullet når den blan-dede mørtelmasse herdnet etter ca. 45 sekunder.

Claims (9)

1. Mørtelkapsel inneholdende herdbart mørtelmateriale i en langstrakt, knusbar yttermantel, karakterisert ved at mantelen^ over en lengde av minst 1,0 ganger manteldiameteren fra forenden av mantelen, består av et materiale av tilstrekkelig styrke til å forebygge at det, når kapselen med forenden først fremdrives gjennom et utskytningsrør og inn i borehull med en hastighet av 12 meter pr. sekund, forårsakes forvridning eller beskadigelse av kapselen, som kan hindre fremdrivingen, og at mantelen også innbefatter minst ett fleksibelt og radialt utvidbart parti som strekker seg over en lengde av minst 0,6 ganger manteldiameteren og som, ved kapselens anslag mot blindenden av borehullet under fremdrivingen i et borehull ved en hastighet av 7 til 12 meter pr. sekund, ekspanderer radialt til anlegg mot borehullveggen.

2. Kapsel i samsvar med krav 1, karakterisert ved at et mantelparti ved hver ende av mantelen, med en lengde av minst 1,0 ganger manteldiameteren, består av et materiale som vil forhindre forvridning eller beskadigelse av kapselen når denne fremdrives gjennom et utskytningsrør med en hastighet av 12 meter pr. sekund.

3. Kapsel i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at det fleksible og radialt utvidbare parti strekker seg over en lengde av 1,0 til 4,0 ganger manteldiameteren.

4. Kapsel i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at mantelen består av et kontinuerlig rør av fleksibelt og sprøtt materiale som er styrket ved påføring av et sprøtt forsterkningsmateriale langs en del av ytterflaten, hvorved det fleksible mantelparti dannes av den uforsterkede del av det fleksible materiale.

5.. Kapsel i samsvar med krav 4, karakterisert ved at et fleksibelt, knusbart rør som inneholder det flytende, herdbare mørtelmateriale, er påført minst ett lag av forsterkningsmateriale over -minst ett parti av ytterflaten.

6. Kapsel i samsvar med krav 4 eller 5, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet er anordnet i form av rørformet sjiktmateriale som er anbrakt rundt røret av fleksibelt materiale og som rager ut over den ene ende av nevnte rør, idet hylsen lukkes ved sammenbretting og folding av enden som derved■danner et tversgående avstivningsparti for inngrep med borehullveggen.

7. Kapsel i samsvar med et av kravene 4-6, karakterisert ved at forsterkningsmaterialet består av papir, pergament, cellulosestoff, fiberarmert papirstoff eller syntetisk plastf ilm.

8. Kapsel i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at det fleksible og radialt utvidbare parti av mantelen består av film av cellulose,.celluloseacetat eller en polymer eller et blandingspolymerisat av etylen, propylen, vinylklorid, vinylidenklorid eller etylentereftalat.

9. Fremgangsmåte for tilvirkning av en kapsel av herdbart mørtelmateriale, karakterisert ved prosesstrinn som omfatter anbringelse, på et parti av ytterflaten av en fleksibel og knusbar mantel inneholdende det herdbare mørtel-materiale, av minst ett lag forsterkningsmateriale som, i hvert fall ved den ene ende av mantelen, strekker seg over en lengde av minst 1,0 ganger manteldiameteren, og som har tilstrekkelig styrke til a forebygge at det, når kapselen fremdrives med nevnte ende først gjennom et utskytningsrør og inn i et borehull med en hastighet av 12 meter pr. sekund, forårsakes forvridning eller beskadigelse av kapselen, som kan hindre fremdrivingen, og etterlating av et uforsterket parti av den fleksible, rørformede mantel, som strekker seg i en lengde av minst 0,,6 ganger manteldiameteren, hvorved, når kapselen slyn-ges inn i et borehull med en hastighet i området fra 7 til 12 meter pr. sekund, det uforsterkede parti av kapselen ekspanderer radialt til anlegg mot borehullveggen, ved kapselens anslag mot blindenden av et borehull under innføring av kapselen i borehullet.

10' . Fremgangsmåte for fastgjøring av et forsterkningselement i et overdimensjonert borehull i en fjellformasjonssone, karakterisert ved at en kapsel i samsvar med et av kravene -1-8 inndrives i borehullet med en hastighet som er tilstrekkelig til at kapselens fleksible og utvidbare parti ekspanderer til anlegg mot.borehullveggen, og at forsterknings elementet innføres i borehullet'på slik måte at kapselen brytes, hvoretter mørtelmassen herdner rundt forsterkningselementet i borehullet.