Untertage-Bergbaustützsysteme: Typen, Auswahl und Überwachung

Die Wahl eines untertägigen Grubenausbausystems ist nicht einfach eine Frage der Auswahl eines stärkeren Ankers oder des Hinzufügens weiterer Ausbauelemente. Das System muss mit dem erwarteten Gebirgsverhalten, der Aushubgeometrie, den Spannungsbedingungen, dem Grundwasser, der Installationsfähigkeit und der erforderlichen Nutzungsdauer des Hohlraums übereinstimmen.

Für Teams, die Produkte für den Grubenausbau beschaffen oder spezifizieren, beginnen Sie mit einer Überprüfung der Lösungen für den untertägigen Gruben- und Tunnelausbau von CQ Rockbolt. Ein praktischer Entscheidungsweg besteht darin, wahrscheinliche Versagensarten zu identifizieren, die erforderlichen Ausbaufunktionen zu definieren, in Frage kommende Komponenten zu vergleichen, die Installationsqualität zu überprüfen und das Verhalten vor Ort zu überwachen.

Was ist ein untertägiges Grubenausbausystem?

Ein untertägiges Grubenausbausystem ist eine koordinierte Kombination aus Gebirgsverfestigung, Oberflächensicherung, strukturellem Ausbau, Installationsqualitätskontrolle und Feldüberwachung. Es ist nicht ein einzelner Anker, eine einzelne Lage Drahtgitter oder ein einzelner Stahlbogen.

Zum Beispiel können Anker potenziell instabiles Gebirge verfestigen; Drahtgitter und Spritzbeton können loses Gestein nahe der Aushuboberfläche zurückhalten; und Stahlbögen oder Stempel können bei schwachem Gebirge oder großen Hohlräumen einen zusätzlichen strukturellen Lastpfad bieten. Diese Komponenten müssen zusammenwirken. Selbst ein hochtragfähiger Anker kann die Systemleistung nicht erbringen, wenn die Ankerplatte, die Gitterverbindung, die Verankerungszone oder der umgebende Spritzbeton zuerst versagen.

Diagramm eines untertägigen Grubenausbausystems mit Ausbaubögen, Ankern, Gittern, Spritzbeton und Tunnelstruktur

Die Ausbauziele unterscheiden sich auch je nach Projekt. Ein kurzfristiger Streckenvortrieb kann eine schnelle lokale Gesteinssicherung erfordern. Ein dauerhafter Zugang kann eine dauerhafte Gebirgsverfestigung und Korrosionsschutz erfordern. Eine hochbeanspruchte Fahrstraße kann ein System erfordern, das funktionsfähig bleibt, während das umgebende Gestein weiter deformiert.

Was sind die Haupttypen des untertägigen Grubenausbaus?

1. Verfestigung innerhalb der Gesteinsmasse

Anker, Reibungsanker, mechanisch verankerte Anker, vollvermörtelte Anker, Selbstbohranker und Litzenanker verfestigen das Gestein jenseits der Aushubgrenze.

Jede Komponente überträgt Last unterschiedlich. Mechanische Anker übertragen die Last über einen Endanker. Split-Set-Reibungsanker verlassen sich auf den Kontakt mit der Bohrlochwand. Swellex-Aufweitanker expandieren gegen die Bohrlochwand, um einen engen Kontakt herzustellen. Vollvermörtelte Anker übertragen die Last über die Ankerstange, den Mörtel und das umgebende Gestein.

Wenn die Instabilität tiefer in die Gesteinsmasse reicht oder eine längere Verankerung erfordert, können Stahllitzenanker in Betracht gezogen werden. In zerklüftetem Gebirge oder unter Bedingungen, die Bohren und Verpressen in einem Arbeitsgang erfordern, bewerten Sie ein Selbstbohranker-System.

Bei der Auswahl der Gebirgsverfestigung beurteilen Sie den Bohrlochzustand, den Bohrlochdurchmesser, die Anker- oder Verbundlänge, die Gesteinsqualität, die Installationsmethode, die Korrosionsgefährdung, den Plattenkontakt und die Anforderungen an die Abnahmeprüfung. Die Nennlast eines Ankers ist nur ein Teil der Entscheidung.

2. Oberflächensicherung und Gesteinsrückhalt

Die Oberflächensicherung kontrolliert loses Material zwischen den Verfestigungspunkten und verringert die Gefahr von Steinschlag an der Aushubgrenze. Übliche Komponenten sind Grubendrahtgitter, Bänder, Ankerplatten, Spritzbeton und Faserspritzbeton.

Drahtgitter können kleinere Fragmente zurückhalten, aber ihre Leistung hängt von Überlappung, Befestigung, Randabschluss und Kompatibilität mit den Ankerplatten ab. Bänder können die Last auf mehrere Anker verteilen, bieten aber möglicherweise keine durchgehende Abdeckung. Spritzbeton kann eine durchgehende Oberflächenschicht bilden und das Ausbröckeln verringern, aber seine Leistung hängt von der Untergrundvorbereitung, Entwässerung, Dicke, Haftung, Zähigkeit, Frühfestigkeit und Spritzqualität ab.

Die Oberflächensicherung ersetzt keine interne Verfestigung, wenn die Instabilität tiefer in die Gesteinsmasse reicht. Sie sollte entsprechend der erwarteten Fragmentgröße, dem Gebirgszustand, dem Verformungsbedarf und der Gefährdung der Arbeiter ausgewählt werden.

3. Struktureller und stehender Ausbau

Stahlsätze, Stahlbögen, Holzausbau, Hydraulikstempel und Pfeilerausbau bieten eine direkte strukturelle Abstützung nahe der Aushubgrenze.

Sie können bei schwachem Gebirge, großen Spannweiten, Kreuzungen, Sanierungsbereichen oder an Orten mit erheblicher Konvergenz geeignet sein. Beispielsweise kann ein Gitterträger als zusätzliche strukturelle Komponente bei der Streckenauskleidung und bei Lastabtragungsanwendungen eingesetzt werden.

Die tatsächliche Leistung des strukturellen Ausbaus hängt von praktischen Details ab, einschließlich Gesteinskontakt, Hinterfütterung, Unterfütterung, Verfüllung, Fundamenten, Abstand und Verbindungsqualität. Ein Stahlsatz trägt nicht unbedingt gleichmäßig Last, nur weil er installiert wurde. Wenn der Gesteinskontakt schlecht ist, kann die Lastübertragung erheblich von der Entwurfsannahme abweichen.

4. Nachgiebiger und energieabsorbierender Ausbau unter besonderen Bedingungen

In quellendem Gebirge, in Hochspannungsbereichen oder unter dynamischen Bedingungen kann der Ausbau eine kontrollierte Verformung oder Energieabsorption erfordern, während er das beschädigte Gestein weiterhin zurückhält.

Eine zu starre Komponente kann ihre Grenze erreichen, bevor die Gebirgsbewegung aufhört. Ein nachgiebiger Anker allein kann jedoch keine vollständige Systemleistung garantieren, wenn die Platte, das Gitter, das Band oder der Spritzbeton nicht dieselbe Verformung aufnehmen können. Das gesamte Gebirgssicherungssystem sollte auf sein Last-Verformungs-Verhalten, die zulässige Bewegung, die Energieabsorption, die Verbindungskapazität und die Oberflächenrückhalteleistung bewertet werden.

Warum sind kombinierte Ausbausysteme in untertägigen Bergwerken üblich?

Untertägige Hohlräume sind oft gleichzeitig mit mehreren Größenordnungen von Instabilität konfrontiert. Interne Verfestigung kann Bewegungen in der Gesteinsmasse kontrollieren. Gitter und Spritzbeton können loses Material an der Oberfläche zurückhalten. Struktureller Ausbau kann zusätzliche Abstützung bieten und helfen, die Konvergenz zu bewältigen.

Kombinierte Systeme sind üblich, weil jede Komponente eine andere Rolle hat. Die kritische Anforderung ist die Kompatibilität in Bezug auf Abstand, Steifigkeit, Verformungsfähigkeit, Einbaureihenfolge und Verbindungsauslegung.

Welche Ausbaufunktionen werden für verschiedene Versagensarten benötigt?

Die Auswahl des Ausbaus sollte mit einer Versagensarten-Hypothese beginnen, nicht mit einem Produktkatalog.

Diese Bewertung sollte definieren, was sich bewegen könnte, wie es sich bewegen könnte, wie schnell sich der Zustand entwickeln könnte und was geschützt werden muss. Ein Keil kann sowohl eine interne Verankerung als auch eine Oberflächensicherung erfordern. Eine quellende Fahrstraße kann erfordern, dass alle Ausbauschichten über einen definierten Bewegungsbereich funktionsfähig bleiben.

Wie vergleichen sich die in Frage kommenden Ausbaukomponenten und -systeme?

Kosten und Installationsgeschwindigkeit sind wichtig, aber sie können nicht universell eingestuft werden. Sie hängen von der Bohrausrüstung, der Arbeitskraft, den Grundwasserverhältnissen, der Materialversorgung, dem Einbauzyklus und den Inspektionsanforderungen ab.

Wie sollten die Projektbedingungen die Auswahl des Ausbaus leiten?

1. Hohlraumnutzung, Geometrie und Versagensfolgen

Definieren Sie, ob es sich um einen temporären Vortrieb, einen Produktionszugang, eine dauerhafte Infrastruktur, eine Kreuzung oder einen Bereich mit anhaltender Personengefährdung handelt. Spannweite, Höhe, Profil, nahegelegene Hohlräume und verfügbarer Arbeitsraum beeinflussen alle die Anforderungen an den Streckenausbau.

Die Folgen eines Ausbauversagens sollten den Grad der Konservativität, die Inspektionshäufigkeit und die Notfallplanung bestimmen.

2. Gebirgsmasseneigenschaften und zuverlässige Verankerungszonen

Beurteilen Sie Lithologie, Trennflächen, Schichtung, Verwerfungen, schwache Lagen, Verwitterung und die erwartete Tiefe des aufgelockerten Gebirges. Verankerungselemente sollten eine Gesteinszone erreichen oder in dieser arbeiten, die einen zuverlässigen Widerstand bieten kann.

Wenn die Verankerungszone unsicher ist, sind möglicherweise weitere geologische Untersuchungen, Tests oder Analysen erforderlich, bevor der Ankertyp und die Ankerlänge festgelegt werden.

3. Spannung, Verformung und dynamische Beanspruchung

Die Abbauteufe, die Abbaureihenfolge, die Spannungsumlagerung, nahegelegene Hohlräume und seismische Aktivität können das Ausbauproblem erheblich verändern.

Definieren Sie die erwartete Verschiebung und Verschiebungsrate, nicht nur die anfängliche Last. Wenn Konvergenz oder dynamische Schäden plausibel sind, bestätigen Sie, dass Anker, Zubehör, Oberflächensicherung und Strukturelemente ihre beabsichtigte Funktion innerhalb des erforderlichen Verformungsbereichs aufrechterhalten können.

4. Grundwasser, Bohr-, Bau- und Dauerhaftigkeitsbedingungen

Grundwasser kann die Bohrlochstabilität, die Mörtelqualität, die Spritzbetonhaftung, die Korrosion, die Gesteinserweichung und die Feinmaterialwanderung beeinträchtigen. Das Ausbausystem muss auch zu den verfügbaren Bohrwagen, Installationsgeräten, Misch- und Pumpkapazitäten, der Belüftung, dem Zugang und den Produktionszyklusanforderungen passen.

Wenn Verpressung oder Harzverankerung verwendet wird, bewerten Sie die Eignung von Verankerungsmitteln und Harzmörtelmaterialien, einschließlich der Installations- und Aushärtungsanforderungen.

5. Systemkompatibilität und Wartbarkeit

Überprüfen Sie die Schnittstellen zwischen Ankerköpfen und Platten, Gitter und Bändern, Spritzbeton und Untergrund sowie Stahlsätzen und Hinterfütterung. Auch Entwässerung und Korrosionsschutz müssen berücksichtigt werden.

Für Ausbausysteme mit Vorspannung oder Gewindestangen-Zubehör können PT-Stangen und Vorspannsysteme als Teil der vollständigen Ausbaukonfiguration bewertet werden.

Wie kann die Installationsqualität überprüft werden?

Die Installationsqualität muss Teil des untertägigen Grubenausbau-Prozesses sein, nicht nur eine Dokumentationsaufgabe nach der Bauausführung.

1. Einbau und Abnahme von Verankerungselementen

Die Überprüfung kann Folgendes umfassen:

• Bohrlochtiefe und -durchmesser
• Bohrlochreinigung
• Ankerlänge und eingebaute Länge
• Misch- und Aushärteprozess von Harz oder Mörtel
• Ankerplattenanlage und Mutteranzug
• Vorspannung, wo erforderlich
• Auszieh- oder Abnahmeprüfung gemäß dem genehmigten Projektverfahren

Der Qualitätsplan sollte die Stichprobenhäufigkeit, die Rückweisungskriterien, die Korrekturmaßnahmen und die Verantwortung für die Freigabe des gesicherten Bereichs definieren.

2. Einbau und Abnahme von Oberflächen- und Strukturausbau

Für Drahtgitter und Bänder: Überprüfen Sie Abdeckung, Überlappung, Befestigung, Randabschluss und Beschädigungen. Für Spritzbeton: Überprüfen Sie die Untergrundvorbereitung, Dicke, Haftung, Frühfestigkeit, Entwässerungsbehandlung und Prüfanforderungen.

Für Stahlsätze und stehenden Ausbau: Überprüfen Sie Abstand, Gesteinskontakt, Unterfütterung, Hinterfütterung, Fundamente, Verbindungen und sichtbare Anzeichen ungleichmäßiger Belastung oder Verformung.

3. Dokumentation des Einbauzustands

Dokumentieren Sie den eingebauten Ausbautyp, die Abmessungen, den Abstand, die Prüfergebnisse, Reparaturen, Abweichungen, Grundwasserverhältnisse und relevante Fotos oder geotechnische Beobachtungen.

Diese Aufzeichnungen schaffen eine Basis für spätere Inspektionen und helfen, neue Verschlechterungen von einem ursprünglichen Einbauzustand zu unterscheiden.

Wie kann die Überwachung die Ausbauleistung bestätigen?

Die Gebirgsausbau-Überwachung sollte auf einer definierten Versagenshypothese basieren. Sie ersetzt nicht die ingenieurtechnische Beurteilung, kann aber zeigen, ob das Gebirgs- und Ausbauverhalten im erwarteten Bereich bleibt.

Konvergenzmesspunkte können die Verformung zwischen Firste und Sohle oder den Ulmen verfolgen. Mehrfach-Extensometer können Bewegungen in verschiedenen Tiefen identifizieren. Kraftmessdosen können ausgewählte Anker, Litzenanker oder den Strukturausbau überwachen. Routineinspektionen können Risse, Abplatzungen, Gitterverformungen, Plattenbewegungen, Spritzbetonschäden, gebrochene Elemente und Grundwasserveränderungen identifizieren.

Ein Auslöser-Aktions-Reaktions-Plan sollte definiert werden, bevor die Überwachung beginnt. Auslösewerte sollten die Instrumentengenauigkeit, normale Schwankungen, zulässige Verformung, Ausbaukapazität, Änderungsrate, Personengefährdung und Versagensfolgen berücksichtigen.

Kopieren Sie keine Auslösewerte von einer anderen Mine oder aus einem allgemeinen Artikel. Wenn Beobachtungen die projektspezifischen Grenzwerte überschreiten, können die Reaktionen zusätzliche Inspektionen, Zugangsbeschränkungen, ergänzenden Ausbau, Änderungen der Abbaureihenfolge oder eine überarbeitete geotechnische Bewertung umfassen.

Häufig gestellte Fragen

Ist ein Anker mit höherer Festigkeit immer die beste Verbesserung?

Nein. Eine stärkere Ankerstange kann möglicherweise keine schlechte Verankerung, unzureichende Verbundlänge, ein Versagen der Oberflächensicherung, eine schlechte Installationsqualität oder eine Verformung lösen, die über die Kapazität des Gesamtsystems hinausgeht. Identifizieren Sie zuerst den Versagensmechanismus. Siehe den Leitfaden zur Auswahl von Firstankern im Untertagebergbau für einen genaueren Vergleich der Ankertypen.

Können Drahtgitter oder Spritzbeton die Gebirgsverfestigung ersetzen?

Drahtgitter und Spritzbeton können loses Material nahe der Aushuboberfläche zurückhalten, ersetzen aber im Allgemeinen nicht die Gebirgsverfestigung, die zur Kontrolle tieferer Instabilität erforderlich ist.

Wann sollte ein installiertes Ausbaukonzept überprüft werden?

Eine Überprüfung ist angebracht, wenn Verschiebung, Ausbaulast, Komponentenschäden, Abnahmeprüfergebnisse, Grundwasserverhältnisse, Aushubgeometrie, Sprengschäden, Abbaureihenfolge oder Spannungsbedingungen über die ursprünglichen Entwurfsannahmen oder projektspezifischen Auslösekriterien hinausgehen.

Holen Sie sich eine Lösung für den untertägigen Grubenausbau

Für Projekte, die Anker, Reibungsanker, Swellex-Aufweitanker, Selbstbohranker, Litzenanker, Grubendrahtgitter oder ein kundenspezifisches untertägiges Grubenausbausystem erfordern, besuchen Sie das CQ Rockbolt Produktzentrum oder kontaktieren Sie CQ Rockbolt für technische Unterstützung und ein Angebot.