專利名稱：自鉆頂部錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錨桿，該類型錨桿通常被認(rèn)為是巖石錨桿或頂部錨桿，本發(fā)明特別涉及一種自鉆頂部錨桿。
頂部錨桿通常用于地下采礦業(yè)，支撐開挖的巖壁以防止其碎裂或崩坍。通常裝配頂部錨桿的工序包括在巖壁鉆定位孔，將錨桿插入孔內(nèi)。通常借助諸如樹脂或灰砂水泥的可凝固的膠粘物將錨桿固定在定位孔內(nèi)，或者錨桿還可以包括與定位孔表面直接鎖合的裝置，如螺紋或膨脹套筒。頂部錨桿存在多種形式，一種特殊形式是管狀，沿錨桿縱向形成一中心孔。有利的是，該中心孔提供了在將錨桿插入定位孔時用于將水引入的導(dǎo)管。使用水是為了沖走巖石碎塊、細(xì)屑及灰塵，以降低錨桿與巖石間的摩擦阻力及產(chǎn)生的過高溫度。該中心孔還提供了用于將水泥灰砂或樹脂注入定位開口內(nèi)從而將錨桿固定在其內(nèi)的導(dǎo)管。
上述裝配頂部錨桿的方法使用了兩段工序，其中先鉆定位孔，隨后借助合適的裝置將頂部錨桿插入并固定在定位孔中。因而這種頂部錨桿沒有鉆孔性能。具有鉆孔性能的頂部錨桿被認(rèn)為指得是“自鉆頂部錨桿”，但是這種錨桿在采礦工業(yè)中并沒有普遍使用。與前述形式的頂部錨桿比較時，這種頂部錨桿要求更少的裝配步驟，因為不需要形成定位孔的另外的鉆頭。所以，這種自鉆型頂部錨桿可以更快地裝配，從而減少了所開挖巖石面的可能不穩(wěn)定以及可能碎裂或崩坍的周期。
自鉆頂部錨桿沒有被普遍使用，其中一個原因是這種錨桿必須被改進(jìn)以在其前端包括一個鉸孔鉆頭，以便使錨桿鉆出定位孔，但是這種改進(jìn)相應(yīng)地提高了錨桿的成本。這種鉆頭非常昂貴，它們通常需要承受很高的磨損，因此需要用于穿透的耐磨材料，對此錨桿鉆頭進(jìn)行硬化是很正常的，這一點通常是通過提供碳化鎢刀頭而獲得的。澳大利亞專利號672428描述了一種特殊的管形頂部錨桿，該頂部錨桿將一對細(xì)長件滾壓或拉模成半圓柱段，并沿縱向端通過焊接將它們連成一錨桿柱。在這種頂部錨桿中，鄰近其前端的中心孔被車螺紋，以接收碳化鎢旋轉(zhuǎn)鉆頭的螺紋柄。旋轉(zhuǎn)鉆頭是已知的，且申請人提供了一系列這樣的鉆頭，該鉆頭包括支撐碳化鎢刀頭的鋼體，且該刀頭釬焊到鋼體上。但是這種鉆頭與其要連接到的桿相比，仍然相對昂貴。
在上述的每個頂部錨桿中，碳化鎢刀頭需添加到巖石錨桿的前端，由于費用昂貴使得以這種形式形成的頂部錨桿的使用受到抑制。但是，盡管存在這種情況，自鉆頂部錨桿的裝配優(yōu)點仍多于非自鉆型頂部錨桿。
本發(fā)明的一個目的是提供一種自鉆頂部錨桿，它比上文所述頂部錨桿的制造成本更低，因此使其在采礦工業(yè)中的應(yīng)用更具吸引力。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種細(xì)長頂部錨桿，它具有軸向延伸的中心孔，并在其一端限定了前端，該前端包括一對由機(jī)加工形成的軸向延伸的接合部件，該接合部件中的每一個包括一個接合面以在相對兩側(cè)與鉆尖接合，從而在鉆孔期間支撐鉆尖，該鉆尖橫過前端延伸并通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或鄰近所述前端處，在錨桿外部開口。
本發(fā)明的第一方面，當(dāng)鉆尖被連到桿上時，使中心孔在桿前端或鄰近其前端處進(jìn)一步保持張開配置。本發(fā)明的頂部錨桿因而保留了中心孔錨桿的優(yōu)點，而且還提供了不需要結(jié)合完整的鉆頭就能自鉆的相關(guān)優(yōu)點。本發(fā)明因此排除了對于另外的頂部鉆頭和鉆桿的需要。
鉆尖最好是平面形且橫過桿的前端并橫過中心孔的開口端沿直徑方向延伸。接合部件在中心孔兩側(cè)間隔設(shè)置，且鉆尖的厚度小于中心孔的直徑，從而該孔在鉆尖兩側(cè)張開。與具有由鉆尖覆蓋的孔(并未封閉)的配置相比較，本發(fā)明的配置使得用于將錨桿固定在桿所鉆孔內(nèi)的膠粘物的泵速加大了，而且也提高了鉆孔期間的沖洗率。
本發(fā)明的第二方面，鉆尖在桿的前端橫向延伸并覆蓋中心孔的開口。在這種配置中，分支導(dǎo)管從中心孔處延伸并在鄰近前端處在桿的側(cè)壁表面外部開口。雖然最好至少有兩個這樣的導(dǎo)管開向桿的相對側(cè)，但也可以提供單個分支導(dǎo)管。
分支導(dǎo)管相對中心孔橫向延伸，或相對中心孔以一定角度延伸。此外，分支導(dǎo)管可能具有任何合適的截面，但最好為圓形且具有與中心孔相同或更大的直徑。
上述分支導(dǎo)管的配置同樣適用于本發(fā)明上文所述的第一方面。即頂部錨桿在其前端具有中心開口孔，但也可以使用沿側(cè)壁表面延伸的分支導(dǎo)管。這種配置與不包括分支導(dǎo)管的配置相比可以促使產(chǎn)生更大的泵速和沖洗速度。
在本發(fā)明的頂部錨桿中，鉆尖橫過中心孔延伸且最好伸出桿的外周邊。或者，鉆尖的相對兩端可以終止在桿的外周邊內(nèi)，或者延伸至外周邊，或者鄰近外周邊。
在上述配置中，鉆尖還抵靠錨桿前端被軸向支撐，且最好該支撐被提供有一個鄰近錨桿前端設(shè)置的供鉆尖抵靠的基表面，且最好該軸向支撐被設(shè)置在中心孔的每一側(cè)。鉆尖基表面的軸向支撐可以在中心孔的邊緣和錨桿的外緣之間延伸，為此意圖可以機(jī)械加工出一個平面。該機(jī)加工表面可以是不同于前端其它表面部分的平臺。
鉆尖與錨桿之間的固定連接可以通過任何合適的方式獲得，例如碳化鎢刀頭可通過釬焊被固定。對于其它類型的刀頭材料，焊接也是可能的。鉆尖可以被固定到錨桿前端的任何合適部分上，最好被固定到兩個接合部件和軸向支撐表面上。
頂部錨桿的桿可以由任何合適方式形成，例如可以形成有沿其長度延伸的連續(xù)的或不連續(xù)的螺紋。縱向平面段可設(shè)置在該桿的相對側(cè)。如果提供了螺紋和/或平面段，它們可以沿桿的整個長度延伸，或者可以僅沿桿的一段或幾段上延伸。在一實施例中，螺紋在到達(dá)桿前端之前就終止。
桿的前端最好被成形為在錨桿旋轉(zhuǎn)方向的法向上在鉆尖后側(cè)提供有一間隙。為此每個接合部件可被成形為沿軸向延伸以大體支撐鉆尖背面的整個高度，但是離開背面軸向向下傾斜以提供所要求的間隙。前端也可以被成形以便在鉆尖刀刃的前面提供一間隙。該前面間隙可以從鉆尖徑向外緣向內(nèi)延伸至支撐鉆尖相對側(cè)或后面的另一接合部件內(nèi)。該前面間隙的深度可以改變，在本發(fā)明的一種形式中，提供了一種曲線或扇形形狀，該形狀從鄰近徑向邊緣的最小深度處延伸到接近鉆尖中部的最大深度處。該前面間隙最好是一連續(xù)的平滑曲線以減小應(yīng)力集中，雖然也可以通過兩或多條曲線段，或者通過相鄰的曲線和直線段提供前面間隙。
前面間隙的形狀可以軸向擴(kuò)大中心孔的孔口，以便于提高沖洗速度和膠粘物的泵速。也可以通過在鉆尖的每一側(cè)提供同樣的前面間隙形狀使得中心孔的孔口在其每一側(cè)都被擴(kuò)大。
附圖顯示了上述本發(fā)明的具體實施例。附圖及與之相關(guān)的說明的獨特性不能替代本發(fā)明前述較寬描寫的一般性。


圖1是據(jù)本發(fā)明的頂部錨桿10的透視圖，而圖2至4顯示了同一錨桿的不同視圖。錨桿10由限定一中心孔的任何合適的形式制成，上述由滾壓或拉模以制取該錨桿的方法是適合的，但并非唯一有效的方法。
錨桿10被成型為非連續(xù)螺紋形狀，其包括螺紋11，它被一對相對設(shè)置的縱向延伸平臺14和15分成相對的螺紋桿部分12和13。這種桿形狀在澳大利亞專利號672428中被描述，應(yīng)該理解其它形狀的桿也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
桿10有一前端16，前端16被機(jī)加工以便鉆尖17連接在其上，該鉆尖諸如已知形式的碳化鎢鉆尖。鉆尖17為平面形式，其限定了一對相對的平面18和19及一對傾斜刀刃20，該刀刃從一中心溝槽或凹槽21中下垂。上述刀刃根據(jù)已知原理形成，以所示方式形成的頂部錨桿作為旋轉(zhuǎn)鉆而非沖擊鉆工作。
鉆尖17的平面18和19延伸直至與一對軸向延伸的接合部件或翼22和23止動嚙合。接合部件22和23被機(jī)加工以便與鉆尖17的各平面18和19齊平。因此，每一部件包括用于該意圖的一平面24。圖5顯示了移去鉆尖17的頂部錨桿10，上述平面24從該圖中更清楚地顯示出來。在圖4所示的俯視圖中，部件22和23顯示為三角形并延伸入面25，面25被機(jī)加工為曲線或扇形形式。面25被機(jī)加工為扇形形式以提供用于鉆尖17的前面間隙。前面間隙的程度可以改變，圖6和7顯示了具有相同間隙用途的不同形狀。在圖6和7的每個中，面25包括在直線段28和29之間延伸的曲線段27。其它的形狀也可以采納。
部件22和23的端面26(參見圖5)沿與鉆尖17的刀刃20相同的方向向下傾斜以提供鉆尖后面的間隙角。該間隙允許鉆尖向前進(jìn)入被鉆的巖石表面，而不會使接合部件22和23接觸巖石表面從而阻礙鉆尖向前的運動。
如圖2所示，面25與中心孔31相交，并進(jìn)而露出孔31的開口端32。這也加大了沖洗速度和膠粘物的泵速。
孔31具有一直徑，該直徑等于在機(jī)加工螺桿前端16之前所形成的螺桿孔直徑，或者如果需要該直徑可以被擴(kuò)大。最好孔31更大，這可以通過對原始桿孔進(jìn)行鉆而獲得。該孔可以在桿的整個縱向長度上被擴(kuò)大，或者僅在桿的一部分上被擴(kuò)大，例如僅在其前端。
桿10的前端進(jìn)一步被機(jī)加工，以便能夠抵消鉆孔期間施加在刀刃20上的軸向鉆孔力并支撐鉆尖17。圖2所示的支撐面30形成沿鉆尖17下表面支撐鉆尖的支撐平臺。軸向支撐范圍可以從桿的外周緣向中心孔31的內(nèi)緣變化，或者可以比可接受值更小。在這點上，鉆尖普遍很易碎，且即使不是必要的，最大支撐還是所希望的。
鉆尖17因而被軸向和旋轉(zhuǎn)支撐，并通常通過焊接被連接到頂部錨桿的前端。最重要的是，在本發(fā)明的頂部錨桿中，并不須使用與已知的自鉆頂部錨桿一樣的鉆頭，從而錨桿的費用顯著降低。
圖8顯示了本發(fā)明的又一實施例，其中螺紋11’正好在錨桿10’的前端16’的前面終止。錨桿10’的無螺紋段33由于減少了流動阻力，從而進(jìn)一步加大了沖洗速度和膠粘物的泵速。
圖9至16顯示了一種頂部錨桿，該頂部錨桿主要配置用于沖擊鉆探。頂部錨桿100包括一對接合部件101和102，接合部件101和102限定用于容納鉆頭104的凹槽103。該鉆頭是沖擊鉆頭，與圖1至8中所示類型刀刃不同，它被成形為類似鑿子的形狀。
頂部錨桿100以與圖1至8中的頂部錨桿10相似的方式操作，而且如圖9和12中所示，也配置有在前端106處開口的中心孔105。但是，頂部錨桿100包括一橫向的分支導(dǎo)管107，該導(dǎo)管橫向伸入中心孔105并在平面108外部開口。
圖13至16所示的頂部錨桿200包含了頂部錨桿100中的許多特征，而且類似部件以同樣標(biāo)號加100表示。鉆頭204具有比圖10所示鉆頭104的厚度t更大的厚度T。從而，由于該厚度T(比中心孔的直徑更大)，中心孔不能在前端206處打開。因此，頂部錨桿100和200之間的主要差別在于鉆頭204延伸并完全覆蓋錨桿前端206處中心孔的開口端。而且，頂部錨桿200也包括至少一個分支導(dǎo)管207，該導(dǎo)管從中心孔橫向伸出并將中心孔與鄰近前端206的平面208連通。
除以上特定描述外，本發(fā)明可以進(jìn)行變化、修改和/或添加，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明包括所有的這種變化，修改和/添加，且它們都落入上述說明書的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)長頂部錨桿，具有軸向延伸的中心孔，并在其一端限定一前端，該前端包括一對由機(jī)加工形成的軸向延伸的接合部件，上述每一接合部件包括一接合面以用于在鉆尖的相應(yīng)兩側(cè)上與鉆尖嚙合，該接合面用于在鉆孔期間支撐鉆尖，上述鉆尖橫過所述前端延伸并通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或鄰近所述前端處在所述錨桿外部開口。
2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長頂部錨桿，所述鉆尖具有小于中心孔寬度的厚度，從而該中心孔在前端在鉆尖的至少一側(cè)上開口。
3.如權(quán)利要求2所述的細(xì)長頂部錨桿，其特征在于所述鉆尖在中心孔的中心橫過所述前端延伸，于是該孔在前端在鉆尖兩側(cè)大體相等處開口。
4.如權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，還包括一個或多個從中心孔伸出并在鄰近該錨桿前端處開口的分支導(dǎo)管。
5.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長頂部錨桿，該鉆尖具有一大于該中心孔寬度的厚度，從而在所述前端封閉中心孔，該中心孔在鄰近所述前端處與從中心孔延伸的一個或多個分支導(dǎo)管連通。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，其特征在于所述接合部件橫過所述前端并沿著它的整個長度上支撐鉆尖，并將鉆尖抵靠在接合部件的相對側(cè)表面上。
7.如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，其特征在于所述接合部件被設(shè)置在鉆尖的相對兩側(cè)并僅在鉆尖的相對兩端上支撐鉆尖。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，其特征在于鉆尖沿其所抵靠的基表面的至少一部分并抵靠著所述前端的一平面被支撐，該平面經(jīng)機(jī)加工成形。
9.如權(quán)利要求8所述的細(xì)長頂部錨桿，該平面被成形在一平臺上，該平臺被機(jī)加工成前端。
10.如權(quán)利要求8或9所述的細(xì)長頂部錨桿，該平面從中心孔的相對邊緣伸向所述前端的外邊緣。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，該頂部錨桿包括沿錨桿外表面延伸并在所述前端或鄰近所述前端處終止的螺紋。
12.如權(quán)利要求1至5中或權(quán)利要求7至11中任一權(quán)利要求所述的細(xì)長頂部錨桿，在所述前端，在鄰近相應(yīng)的一個接合部件的所述鉆尖的至少一側(cè)上提供一間隙，以便使鉆尖的至少一個側(cè)面的一部分露出。
13.如權(quán)利要求12所述的細(xì)長頂部錨桿，所述前端被成形為從至少一個接合部件處軸向向下延伸以提供所述間隙。
14.如權(quán)利要求13所述的細(xì)長頂部錨桿，所述前端被成形以提供從鉆尖一側(cè)邊到接合部件的間隙。
15.如權(quán)利要求14所述的細(xì)長頂部錨桿，所述間隙的形狀是從鄰近所述前端外邊緣的最小深度到鄰近所述鉆尖中部的最大深度的曲線或扇形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種細(xì)長頂部錨桿,它具有軸向延伸的中心孔,并在其一端限定一前端。該前端包括一對由機(jī)加工形成的軸向延伸的接合部件,上述每一接合部件包括在其相應(yīng)兩側(cè)用于與鉆尖嚙合的接合面,該接合面用于在鉆孔期間支撐鉆尖。鉆尖橫過所述前端延伸并通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上。上述孔在所述前端或鄰近所述前端處在錨桿外部開口。
文檔編號E21D21/00GK1382243SQ0081470
公開日2002年11月27日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月29日
發(fā)明者史蒂文·韋弗, 邁克爾·麥克萊恩, 埃里克·約翰松 申請人:桑德維克公司