Bergbulthål: Varför borrningen avgör om bulten håller

En bergbult är bara så bra som hålet den går in i. Du kan använda stål av högsta kvalitet, den bästa hartspatronen och dra åt den till perfekt vridmoment – ​​och den kommer fortfarande att gå sönder om hålet borrades i fel vinkel, genom ett sprickplan eller till fel diameter. Bulten beror på hålet. Och hålet beror på borrkronan och borrstången som den tillverkades i.

Takbultning är den vanligaste markstödsmetoden vid underjordisk gruvdrift och tunneldrivning, och det av goda skäl: det är snabbt, flexibelt och kostar en bråkdel av vad stålsatser eller sprutbetongfoder kostar. Men hastighet och låg kostnad fungerar bara om bultningen görs rätt. Här är vad "done right" betyder ur borrperspektivet – innan bulten ens går in.

Hålvinkel: Geometrin som avgör allt

En bergbult fungerar genom att förankra i kompetent berg bortom den sprickiga eller givande zonen, och sedan applicera spänning för att komprimera det lösa berget mot det stabila berget bakom det. För att det ska fungera måste bulten skära berglagren i rätt vinkel.

Grundregeln är att bultar ska monteras vinkelrätt mot bergytan där det är möjligt. En bult som monteras i en vinkel mot ytan skapar en asymmetrisk spänningsfördelning – ena sidan av bulten belastas tyngre än den andra, lagerplattan ligger inte plant och bultens effektiva klämkraft minskar.

I inbäddad eller laminerad berggrund är den ideala bultvinkeln vinkelrät mot inbäddningsplanen, inte nödvändigtvis vinkelrät mot utgrävningsytan. En bult som löper parallellt med inbäddningen gör nästan ingenting – det är som att försöka spika igenom sidorna i en bok från ryggen. Sidorna kan fortfarande glida förbi varandra eftersom spiken är orienterad med glidriktningen, inte tvärs över den.

Att borra ett hål i en exakt vinkel, i en begränsad underjordisk källa, med en handhållen borrmaskin, är svårare än det låter. Borrkronan vill gå när den först nuddar berget. Operatören kämpar mot borrens vikt. Marken kan vara ojämn där kragen är markerad. Och om de första centimeterna av hålet är snedvinklade, kommer resten av hålet också att vara det – du kan inte styra en konisk borrstång när den väl är i berget.

Lösningen ligger i uppställningen: markera hålets plats tydligt, placera borren så att stången är i önskad vinkel innan borrkronan nuddar berget och börja borra hålet med lätt matningstryck och låg rotationshastighet tills borrkronan har etablerat en ren krage. De första sekunderna av borrningen avgör om bulten som går in i hålet kommer att göra sitt jobb.

Håldjup: Stanna inte vid sprickan

Ett bulthål som är för grunt – som slutar inuti den sprickiga eller väderbitna zonen istället för att nå fast berg – är en bult som är förankrad i material som inte kan hålla den. Första gången marken förskjuts rör sig förankringspunkten med den, och bulten förlorar spänning.

Det erforderliga håldjupet bestäms av bultlängden, som bestäms av geologin. Bulten måste sträcka sig minst 0,3 till 0,5 meter bortom den beräknade sprickzonen in i kompetent berg. Om sprickzonen är 2 meter tjock behöver du en bult på minst 2,5 meter – och hålet måste vara tillräckligt djupt för att rymma hela bultlängden plus hartspatronen.

Det här låter självklart. Vad som är mindre uppenbart är att håldjupskravet har konsekvenser för valet av borrkrona och borrstång. Ett djupt bulthål – 3 meter eller mer, vilket är vanligt i gruvor med stora öppningar – behöver en borrstång som är tillräckligt lång för att nå det djupet utan att lägga till förlängningar mitt i hålet. Det behöver ett borrkrona som kan borra rakt på det djupet utan att vandra. Och det behöver ett spolflöde som är tillräckligt starkt för att avlägsna borrkax från ett hål som är längre än operatören är lång.

Sprickzoner: Hålet du inte kan se

Det värsta bulthålet är det som borras rakt in i ett sprickplan och kommer ut på andra sidan i lös mark. Bulten går in, hartset stelnar, allt ser bra ut – och första gången marken belastas lossnar bulten eftersom den var förankrad i ett block som inte var fäst vid något fast material.

Borrarens ansvar är att vara uppmärksam på vad borren säger. När borrkronan träffar en sprickzon ändras borrningshastigheten – vanligtvis ökar den när borrkronan bryter ner i öppen eller bruten mark. Borrljudet förändras – stöten blir mindre spröd, mer ihålig. Spolningsåterflödet kan minska när spolvatten eller luft läcker in i sprickan istället för att återvända upp i hålet.

Alla dessa signaler betyder att hålet har träffat en betydande spricka. Om det inträffar nära måldjupet kan bulten fortfarande vara livskraftig – sprickan kan ligga ovanför förankringszonen. Om det inträffar tidigare måste hålet överges och borras om på en annan plats eller i en annan vinkel. Att fortsätta borra in i en sprickzon och installera en bult där är att installera en bult som redan är skadad.

Hartsbultning: Kemin som kräver rena hål

Hartsförankrade bultar – den vanligaste typen inom modern gruvdrift – använder en tvåkomponents hartspatron som sätts in i hålet före bulten. När bulten vrids in i hålet sprängs patronen, hartset och härdaren blandas, och blandningen stelnar runt bulten och bildar ett kemiskt ankare.

För att hartset ska binda ordentligt måste hålväggen vara ren. Stendamm, borrkax eller lera som blir kvar i hålet från borrningen kommer att förhindra att hartset får full kontakt med berget, vilket minskar bindningsstyrkan. Ett hål som är fullt av borrkax kommer också att förhindra att hartset flödar in i det ringformade utrymmet mellan bulten och hålväggen – hartset trycks ut ur hålet snarare än in i springan.

Lösningen är ett tillräckligt spolflöde under borrningen och en sista spolning efter att hålet når djupet. Låt spolvattnet eller luften rinna i ytterligare några sekunder efter att borren slutat mata framåt för att rensa bort eventuella kvarvarande borrspån från hålet. Det tar några sekunder och förbättrar avsevärt tillförlitligheten hos hartsbindningen.

Borrning-bultförbindelsen

Bergbultning och bergborrning hanteras vanligtvis av olika arbetslag – borrarna gör hålen, bultaren monterar bultarna. Men kvaliteten på bultning bestäms i borrningsstadiet. En bult som installeras i ett dåligt borrat hål – fel vinkel, fel djup, smutsiga hålväggar – kommer att gå sönder oavsett hur noggrant den installeras.

För borraren innebär detta att förstå att dessa bulthål inte bara är hål. De är grunden för markstödssystemet, och borrkronan och borrstången som tillverkade dem är den första länken i säkerhetskedjan.