Felsankerlöcher: Warum die Bohrung darüber entscheidet, ob der Anker hält

Ein Felsanker ist nur so gut wie das Bohrloch, in das er gebohrt wird. Selbst hochwertigster Stahl, beste Harzkartusche und exaktes Anzugsmoment – ​​er wird versagen, wenn das Bohrloch im falschen Winkel, durch eine Bruchfläche oder mit dem falschen Durchmesser gebohrt wurde. Der Anker hängt vom Bohrloch ab. Und das Bohrloch wiederum hängt vom Bohrer und dem Bohrgestänge ab, mit denen es gebohrt wurde.

Die Dachverankerung ist die gängigste Methode zur Gebirgssicherung im Untertagebau und Tunnelbau – und das aus gutem Grund: Sie ist schnell, flexibel und kostet nur einen Bruchteil von Stahlankern oder Spritzbetonauskleidungen. Doch Schnelligkeit und niedrige Kosten funktionieren nur, wenn die Verankerung fachgerecht ausgeführt wird. Was bedeutet „fachgerecht ausgeführt“ aus Sicht des Bohrers – noch bevor der Anker überhaupt gesetzt wird?

Lochwinkel: Die Geometrie, die alles bestimmt

Ein Felsanker funktioniert, indem er sich in tragfähiges Gestein jenseits der Bruch- oder Nachgiebigkeitszone verankert und dann durch Zugkraft das lockere Gestein gegen das dahinter liegende stabile Gestein presst. Damit dies funktioniert, muss der Anker die Gesteinsschichten im rechten Winkel durchdringen.

Die Grundregel lautet, dass Bolzen nach Möglichkeit senkrecht zur Felsoberfläche angebracht werden sollten. Ein schräg zur Oberfläche angebrachter Bolzen erzeugt eine asymmetrische Spannungsverteilung – eine Seite des Bolzens wird stärker belastet als die andere, die Auflageplatte liegt nicht plan auf, und die effektive Klemmkraft des Bolzens verringert sich.

In geschichtetem oder laminiertem Gestein verläuft der ideale Ankerwinkel senkrecht zu den Schichtflächen, nicht unbedingt senkrecht zur Aushubfläche. Ein parallel zur Schichtung verlaufender Anker ist nahezu wirkungslos – es ist, als würde man versuchen, die Seiten eines Buches vom Buchrücken aus durch einen Nagel zu treiben. Die Seiten können weiterhin aneinander vorbeigleiten, da der Nagel in Gleitrichtung und nicht quer dazu ausgerichtet ist.

Das Bohren eines Lochs in einem präzisen Winkel in einem engen unterirdischen Stollen mit einer Handbohrmaschine ist schwieriger als es klingt. Der Bohrer neigt dazu, zu wandern, sobald er das Gestein berührt. Der Bediener muss gegen das Gewicht der Bohrmaschine ankämpfen. Der Boden kann an der Markierung für den Bohrhals uneben sein. Und wenn die ersten Zentimeter des Bohrlochs nicht im richtigen Winkel verlaufen, wird es der Rest auch nicht – ein konisches Bohrgestänge lässt sich nicht mehr steuern, sobald es im Gestein steckt.

Die Lösung liegt in der richtigen Vorbereitung: Markieren Sie die Bohrlochposition deutlich, positionieren Sie den Bohrer so, dass das Bohrgestänge den Zielwinkel erreicht, bevor der Bohrer das Gestein berührt, und beginnen Sie das Bohren mit leichtem Vorschubdruck und niedriger Drehzahl, bis der Bohrer einen sauberen Bohrhals gebildet hat. Diese ersten Sekunden des Bohrens entscheiden darüber, ob der Bolzen, der in das Bohrloch eingesetzt wird, seine Funktion erfüllt.

Bohrlochtiefe: Nicht an der Bruchstelle aufhören

Ein zu flaches Bohrloch – das im brüchigen oder verwitterten Gestein endet, anstatt festen Fels zu erreichen – bedeutet, dass der Bolzen in Material verankert ist, das ihn nicht halten kann. Bei der ersten Bodenbewegung verschiebt sich der Ankerpunkt mit, und der Bolzen verliert an Spannung.

Die erforderliche Bohrlochtiefe wird durch die Bolzenlänge bestimmt, die wiederum von den geologischen Gegebenheiten abhängt. Der Bolzen muss mindestens 0,3 bis 0,5 Meter über die geschätzte Bruchzone hinaus in tragfähiges Gestein reichen. Bei einer Bruchzone von 2 Metern Dicke ist ein Bolzen von mindestens 2,5 Metern Länge erforderlich – und das Bohrloch muss tief genug sein, um die gesamte Bolzenlänge zuzüglich der Harzkartusche aufzunehmen.

Das klingt selbstverständlich. Weniger offensichtlich ist jedoch, dass die erforderliche Bohrtiefe Auswirkungen auf die Auswahl von Bohrmeißel und Bohrgestänge hat. Ein tiefes Bolzenloch – 3 Meter oder mehr, was in Bergwerken mit großen Öffnungen üblich ist – erfordert ein ausreichend langes Bohrgestänge, um diese Tiefe ohne Verlängerungen im Bohrloch zu erreichen. Es benötigt einen Bohrmeißel, der in dieser Tiefe gerade bohren kann, ohne zu verlaufen. Und es benötigt einen ausreichend starken Spülstrom, um das Bohrklein aus einem Bohrloch zu entfernen, das länger ist als der Bediener groß ist.

Bruchzonen: Das Loch, das man nicht sehen kann

Das schlimmste Bohrloch ist das, das direkt in eine Bruchfläche gebohrt wird und auf der anderen Seite in lockerem Boden austritt. Der Bolzen wird eingesetzt, das Harz härtet aus, alles sieht gut aus – und sobald der Boden sich das erste Mal belastet, reißt der Bolzen heraus, weil er in einem Block verankert war, der mit nichts Festem verbunden war.

Die Aufgabe des Bohrers besteht darin, auf die Signale des Bohrers zu achten. Trifft der Bohrmeißel auf eine Bruchzone, ändert sich die Bohrgeschwindigkeit – sie erhöht sich in der Regel, sobald der Meißel in offenes oder brüchiges Gestein eindringt. Das Bohrgeräusch verändert sich – der Aufprall wird weniger scharf, hohler. Der Spülwasserzufluss kann abnehmen, da Spülwasser oder Luft in den Riss eindringt, anstatt durch das Bohrloch nach oben zu strömen.

Jedes dieser Signale deutet darauf hin, dass das Bohrloch auf einen bedeutenden Riss gestoßen ist. Tritt dies in der Nähe der Zieltiefe auf, kann der Bolzen möglicherweise noch halten – der Riss könnte oberhalb der Verankerungszone liegen. Tritt das Signal früher auf, muss das Bohrloch aufgegeben und an einer anderen Stelle oder in einem anderen Winkel neu gebohrt werden. Weiter in eine Risszone zu bohren und dort einen Bolzen einzubauen, bedeutet, einen bereits gefährdeten Bolzen zu verwenden.

Harzverschraubung: Die Chemie, die saubere Bohrungen erfordert

Harzverankerte Bolzen – die gängigste Art im modernen Bergbau – basieren auf einer zweiteiligen Harzkartusche, die vor dem Bolzen in das Bohrloch eingeführt wird. Beim Eindrehen des Bolzens in das Bohrloch reißt die Kartusche auf, Harz und Härter vermischen sich, und die Mischung härtet um den Bolzen herum aus und bildet eine chemische Verankerung.

Für eine optimale Haftung des Harzes muss die Bohrlochwand sauber sein. Gesteinsstaub, Bohrspäne oder Bohrschlammreste verhindern den vollständigen Kontakt des Harzes mit dem Gestein und reduzieren somit die Haftfestigkeit. Ein mit Bohrspänen verstopftes Bohrloch verhindert zudem, dass das Harz in den Ringspalt zwischen Bolzen und Bohrlochwand fließt – es wird aus dem Bohrloch herausgedrückt, anstatt in den Spalt einzudringen.

Die Lösung besteht in einem ausreichenden Spülfluss während des Bohrens und einer abschließenden Spülung, nachdem das Bohrloch die gewünschte Tiefe erreicht hat. Spülen Sie das Bohrloch nach dem Stopp des Bohrvorschubs noch einige Sekunden lang mit Wasser oder Druckluft, um verbliebene Bohrspäne zu entfernen. Dies dauert nur wenige Sekunden und verbessert die Zuverlässigkeit der Harzverbindung deutlich.

Die Bohr-Schraubverbindung

Felsverankerung und Felsbohrung werden üblicherweise von verschiedenen Teams durchgeführt – die Bohrer erstellen die Bohrlöcher, die Verankerungspezialisten setzen die Anker. Die Qualität der Verankerung wird jedoch bereits beim Bohren bestimmt. Ein Anker, der in einem schlecht gebohrten Loch – falscher Winkel, falsche Tiefe, verschmutzte Bohrlochwände – eingesetzt wird, wird versagen, egal wie sorgfältig er installiert wurde.

Für den Bohrer bedeutet dies, zu verstehen, dass diese Bolzenlöcher nicht einfach nur Löcher sind. Sie bilden das Fundament des Bodenstützsystems, und der Bohrer und das Bohrgestänge, mit denen sie gebohrt wurden, sind das erste Glied in der Sicherheitskette.