專利名稱：自鉆巖錨桿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合于用在礦業(yè)和隧道工業(yè)中、以提供頂面和壁 面支撐的錨桿。本發(fā)明適合于用在硬質巖石場合以及較軟的地層(諸 如在煤礦中通常可見的)，因此應理解本說明書使用的術語"巖石" 具有涵蓋上述兩種應用場合的廣泛含義。
背景技術：
在釆礦和隧道操作中，頂面和壁面支撐是至關重要的。采礦和隧 道的壁面和頂面由巖層構成，必須對其進行加固以防止塌方的可能性。 巖錨桿被廣泛用于加固巖層。在傳統(tǒng)的地層支撐系統(tǒng)中，利用鉆桿在巖石中鉆出孔，然后將鉆 桿移開，接著在鉆出的孔中安裝巖錨桿并通常利用樹脂或水泥基的漿 料將巖錨桿固定就位。為了對這一過程進行改善，已經(jīng)提出了自鉆巖錨桿，由此其也可 以用作鉆桿。這樣，利用自鉆巖錨桿，可以在單次通過中鉆出孔并將 該巖錨桿安裝起來。雖然自鉆巖錨桿提供了顯著改善巖錨桿的安裝時間的機會，但是 自鉆巖錨桿主要由于它們的制造成本而沒有得到廣泛利用。發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明，提供一種自鉆巖錨桿，其包括第一端部和第二端部， 在該第一端部和第二端部之間延伸的軸，以及錨固裝置，所述第一端 部具有用以穿透巖石的鉆尖且第二端部適合于連接到鉆鑿設備上，以使所述錨桿旋轉并推動該錨桿，所述錨固裝置用于在錨桿被定位在鉆 出的孔中時保持該錨桿，并且它包括有心軸，所述心軸具有一個或 多個相對于所述軸傾斜的外表面，所述心軸安裝到軸上，或與軸一體 地形成；以及覆蓋楔形部分的至少一個擴張件，其中所述至少一個擴 張件在所述楔形部分和所述至少一個擴張件之間發(fā)生預定相對運動時 徑向向外運動。在一個特定的形式中，所述錨桿在鉆孔操作中能夠沿第一方向繞 所述錨桿的軸線旋轉并沿相反的第二方向旋轉，以使所述心軸和所述 至少一個擴張件之間產生預定運動，從而使得所述錨固裝置可以用于 將所述錨桿保持在鉆出的孔中。在一個形式中，所述心軸安裝在所述軸上。另外，所述至少一個 擴張件和心軸可以以使它們能夠相對于所述軸繞所述錨桿的軸線旋轉 的方式連接到所述錨桿的軸上。另外，在至少一個形式中，所述至少 一個擴張件的內表面和所述傾斜外表面成形為阻止所述至少一個擴張 件和所述心軸之間產生相對旋轉。這樣，所述至少一個擴張件和所述 心軸繞所述錨桿的軸一起旋轉。在上述布置的一個特定的形式中，當所述軸沿第二方向相對于所 述錨固裝置旋轉時，所述至少一個擴張件被阻止沿所述錨桿的軸進行 軸向運動，而所述心軸在一方向上沿著所述軸可軸向移動，該方向使 所述至少一個擴張件向外移動。因此，通過這種構造，所述軸相對于 所述錨固裝置的旋轉使得所述至少一個擴張件和所述心軸之間產生相 對運動，從而導致所述至少一個擴張件的徑向向外移動。在一個特定的形式中，所述心軸經(jīng)由包括在所述軸上的外螺紋和 設置在所述心軸的內表面上的互補內螺紋的螺紋聯(lián)接而被連接到所述 軸上。這樣，該螺紋聯(lián)接在所述軸與心軸之間相對旋轉時使得所述心 軸在所述軸上產生軸向運動。在一個特定的形式中，所述心軸沿著所述軸(即，朝向所述第二端部)的運動使得所述至少一個擴張件徑向 向外移動。
在一個實施方式中，所述錨固裝置還包括繞著所述至少一個擴張 件設置的帶。在一個特定的形式中，所述帶具有兩個主要的作用第 一個作用是將所述擴張件保持在縮回狀態(tài)，第二個作用是在所述錨桿 沿第二方向旋轉時促進使所述錨固裝置和所述錨桿的軸之間產生相對
旋轉，從而使所述擴張件產生徑向向外移動。
在一個特定的形式中，所述帶包括一定成型面，其布置成當所述 錨桿沿第一 (鉆鑿)方向旋轉時越過鉆出的孔的巖石表面，并且其布 置成在所述帶沿相反的第二方向旋轉時更趨于夾持住鉆出的孔的壁 面。在一個特定的形式中，所述帶包括有帶主體和多個垂片，所述多 個垂片形成所述帶的成型面并從所述帶主體延伸出來。在這種布置中， 當所述帶的表面與鉆出孔的壁面接合時，所述垂片在所述錨桿沿第一 方向旋轉時被偏置成相對于所述帶主體折疊起來并在所述錨桿沿第二 方向旋轉時被偏置成向外延伸，以夾持住鉆出孔的壁面。
在一個特定的形式中，所述帶由聚合材料形成。
在一個形式中，自鉆巖錨桿在所述軸內包括有內側通道。所述軸 通常由鋼形成且這個通道形成循環(huán)通道的一部分，以允許在所述錨桿 的第一端部處引入或抽出鉆鑿流體，并使得漿料能被泵送到鉆出的孔 中，從而將所述錨桿設置在適當位置。通常，所述循環(huán)通道包括第二 通道，其形成在所述錨桿的軸和所述鉆出的孔的壁面之間。
可以利用各種技術來形成這種中空的軸。在一個特定的實施方式 中，所述軸由細長的金屬型材形成，其被折疊成使所述金屬型材的相
對的縱向邊緣相互接觸，從而形成接縫。這種形式的中空桿由OneSted Pty有限公司制造和提供并采用型鋼。這種中空軸的構造的優(yōu)點在于，它能相對便宜地制造并因此非常理想適合于諸如錨桿用于單獨使用的 自鉆巖錨桿的應用場合。
在另一形式中，所述軸沿著其長度的至少一部分為實心的且有一 軸套布置成繞該部分延伸，從而在所述軸和軸套之間形成一個通道。 這個通道又形成所述循環(huán)通道的一部分。在與本申請同一日提交的本 申請人:的相應的國際申請"自鉆巖錨桿"中公開了這種布置，本文通 過交叉引用的方式結合了該申請的內容。
在一個形式中，所述鉆尖從錨桿的軸線徑向延伸出來，延伸距離 比所述軸更大，以在所述軸和鉆出的孔的壁面之間形成通道。在一個 形式中，所述鉆尖直接位于所述錨桿的軸上，所述軸可以諸如通過銑 削或鍛造操作而被加工成接納所述鉆尖。
在一可選形式中，所述巖錨桿還包括鉆頭，其被連接到所述軸的 一端并在其上包括有所述鉆尖。在這種布置中，所述鉆頭通過一定聯(lián)
接而被連接到所述軸的所述一端，該聯(lián)接布置成當所述軸沿至少一個 方向旋轉時從所述軸給所述鉆頭施加旋轉。在這點上，所述聯(lián)接可以 為永久的，即，所述鉆頭可以被焊接到所述軸上，或者可選地，所述 鉆頭可以是可拆卸的。在后一布置中，所述聯(lián)接可以為允許施加旋轉 的相互配合的突起和凹槽形式，或者可選地，也可以采用螺紋聯(lián)接， 其中所述鉆頭包括具有外螺紋的鉆柄和設置在所述軸的內表面上的互 補內螺紋。
在一個形式中，所述錨固裝置設置在所述第一端部的附近。在上
述的布置中，當所述至少一個擴張件被限制沿所述軸進行軸向運動時，
這個擴張件可以在該至少一個擴張件的一端處被限制，從而允許所述 擴張件的其余部分向外徑向延伸。在一個形式中，所述至少一個擴張
件可以位于繞所述軸布置的槽中，或它可以被繞著所述軸設置的保持 套環(huán)卡住。在一可選的形式中，所述擴張件可以設計成被卡在所述鉆頭和所述軸的端部之間，從而限制所述擴張件的軸向運動。
在一個形式中，所述擴張件從所述限制端部朝向所述錨桿的第二 端部向下伸出。在另一形式中，所述擴張件朝向所述錨桿的第一端部 向上伸出。在后一布置中，所述至少一個擴張件可定位在與所述第一 端部間隔開的位置處的一個槽中，或支承抵靠在與所述第一端部間隔 的位置處、設置在所述軸上的保持套環(huán)上。
在一個特定的形式中，設置有多個擴張件，它們在使用時關于所 述軸線成角度地隔開。在一個特定的形式中，設置有連接器，其將所 述擴張件相互連接起來，且其布置成與所述錨桿的軸接合，以防止所 述擴張件沿所述軸的軸向運動。在一個形式中，這個連接器可以形成 為多個部件，或者能發(fā)生變形，以繞所述軸中的凹槽延伸并定位在該 凹槽中。
在關于上述布置的可選布置中，所述擴張件可以形成為包括中心 孔的單個部件。在這種布置中，在一個形式中，所述擴張件設計成定 位于所述鉆頭和所述軸的端部之間，且所述鉆頭的鉆柄布置成在形成 于所述連接器的孔內延伸。在另一形式中，所述軸延伸穿過所述孔且 所述擴張件通過一個或多個保持套環(huán)而被保持在適當位置。
在一個特定的形式中，所述巖錨桿還包括驅動聯(lián)接件，其布置在 所述第二端部附近并設計用于與所述鉆鑿設備相互接合。該驅動聯(lián)接 件還連接到所述軸上，以允許向所述錨桿的軸施加旋轉和推動。
在一個特定的形式中，所述驅動聯(lián)接件為驅動螺母的形式，其通 過螺紋聯(lián)接而與錨桿的軸連接，該螺紋聯(lián)接包括位于所述軸上的外螺 紋和位于所述驅動螺母內表面上的互補內螺紋。
在一個特定的形式中，設置有止動件，其用于禁止所述驅動螺母軸向運動超過所述軸上的預定位置。在一個特定的形式中，這個止動 件為鎖定螺母的形式，其被固定到所述軸上并通過螺紋聯(lián)接而連接到 所述軸上，該螺紋聯(lián)接優(yōu)選地具有與所述驅動螺母上使用的旋向相反 的旋向的螺紋。
在一個形式中，設置有扭矩裝置，用于限制驅動螺母沿著所述軸 的軸向運動，直到向所述螺母施加了預定扭矩為止。在一個特定的形 式中，這個扭矩裝置為徑向延伸穿過所述螺母并進入所述軸的扭矩銷 (torque pin)的形式，且其中所述扭矩銷用于在對所述螺母施加了預 定扭矩時剪斷。在一個形式中，所述扭矩裝置還可以作為止動件，以 禁止所述驅動螺母軸向運動超過所述軸上的預定位置。
在所述自鉆巖錨桿的一個特定實施方式的操作中，所述錨桿經(jīng)由 驅動螺母而被固定到鉆鑿設備上，所述驅動螺母使所述錨桿沿第一方 向旋轉。鉆鑿流體被泵送到所述第一端部，淹沒所述巖錨桿的切割表 面。當完成鉆鑿階段時，所述鉆鑿設備然后使所述錨桿沿相反的方向 旋轉，導致所述錨固裝置啟動，且在一個特定的形式中，使所述心軸 沿著所述錨桿的軸軸向運動，從而使所述擴張件擴張。
在一個特定的形式中，用于心軸和驅動螺母的螺紋聯(lián)接具有相同 旋向的螺紋。通過這種布置，當沿第二方向旋轉時，由于通過所述扭 矩銷而防止產生相對運動，因此所述驅動螺母與所述軸一起旋轉，從 而使所述軸沿第二方向旋轉。如果所述帶繞著所述擴張件布置，則這 個旋轉會使得所述帶的垂片向外張開，從而形成所述帶，這又使得所 述擴張件和心軸開始相對于所述錨桿的軸滑動。如果不設置帶，則會 使所述擴張件直接夾持住孔的壁面，以使所述擴張件滑動。在錨固裝 置和所述軸之間產生的這個相對運動使所述心軸旋開所述軸的螺紋， 從而使所述擴張件徑向向外移動，與所述鉆出孔的巖石表面更緊密地 相接合。當所述擴張件牢固地與所述壁面接合時，所述錨桿被牢固地保持 在適當位置。因此，如果需要的話，可以卸下所述鉆鑿設備，并且稍 后可以將漿料注入所述孔中，從而將所述錨桿固定就位。
在此時，還可以通過持續(xù)沿第二方向對所述驅動螺母施加扭矩， 使所述錨桿處于張緊狀態(tài)中。在特定的點下，所述擴張件被壓迫得抵 靠于所述巖石壁面，使得所述楔形部分不能沿著所述軸再進一步移動。 然后，這有效地約束了所述錨桿并禁止其再進一步旋轉。這在所述驅 動螺母處產生扭矩，直到扭矩到達將會剪斷所述扭矩銷而允許所述驅 動螺母相對于所述軸移動的點為止。
一旦所述驅動螺母能沿著所述錨桿軸移動時，其將移動得與巖石 層的外表面接合(直接地或通過支承板接合)，這使得所述錨桿隨著 所述驅動螺母與錨固裝置之間的錨桿距離縮短而處于張緊狀態(tài)中。這 使得巖石層處于壓縮狀態(tài)下。 一旦所述錨桿處在足夠大的張緊作用下， 則可以卸下所述鉆鑿設備，并且可以進行最后階段，即通過將漿料引 入通過所述錨桿的內側通道而將所述錨桿固定就位。


方便的是下面通過參照附圖來描述本發(fā)明的實施方式。附圖中的 細節(jié)和相關說明應被理解為并不代替前文對本發(fā)明的廣義描述的一般 性。
在附圖中
圖l是自鉆巖錨桿的示意立體圖2是圖1的巖錨桿的第一端部的展開圖3是圖1的巖錨桿的第一端部的立體圖4是圖1的巖錨桿的第一端部位于巖石層時的剖視圖5是圖1的巖錨桿的錨固帶處于收縮狀態(tài)的細節(jié)圖6表示出處于展開狀態(tài)的圖5的錨固帶；圖7是圖1的巖錨桿的第二端部的分解圖； 圖8是圖1的巖錨桿的第二端部的立體圖； 圖9是圖8的第二端部位于巖石層時的剖視圖； 圖IO是圖1的巖錨桿的變型；
圖11是自鉆巖錨桿的第二實施方式的示意立體圖12是圖11的巖錨桿的第一端部的分解圖13是圖11的巖錨桿的第一端部的立體圖14是圖11的巖錨桿的第一端部位于巖石層時的剖視圖15是圖11的巖錨桿的錨固帶處于收縮狀態(tài)的細節(jié)圖16表示出處于展開狀態(tài)的圖15的錨固帶；
圖17是圖11的巖錨桿的第二端部的立體圖18是位于圖17的巖錨桿的第二端部處的灌注用驅動螺母的立
體圖19是圖17的巖錨桿的第二端部位于巖石層時的剖視圖；以及 圖20是圖11的巖錨桿的變型。
具體實施例方式
圖1示出了自鉆巖錨桿10，其包括第一 (鉆鑿)端部11和第二 (螺母)端部12，以及在相對的端部11、 12之間延伸的軸13。軸13 通常由鋼制成，該軸為中空的并包括中心通道14 (參見圖4和圖9)， 該中心通道允許流體從螺母端部12流動經(jīng)過，到達鉆鑿端部11。至少 軸13的中心部分可以被穿孔有多個從中心通道14徑向向外延伸的孔。 使用時，自鉆巖錨桿IO連接到鉆鑿設備(未示出)并用作鉆桿，以在 巖石層500中鉆出孔100 (參見圖4和9)。之后，如下面將要詳細描 述的一樣，將巖錨桿IO固定在適當?shù)奈恢?，從而為巖石層500提供支 撐。
鉆鑿端部11包括在其遠端處具有鉆尖16的鉆頭15和錨固裝置 23，該錨固裝置在使用時用于將錨桿保持在鉆出的孔中。錨固裝置23 可用于將錨桿IO保持在鉆出的孔中，以在將漿料引入到孔IOO中、而永久地將錨桿固定就位之前臨時地將所述錨桿固定就位，并且/或者用 于使所述錨桿張緊，從而使巖石層500處于壓縮狀態(tài)下。
圖2至圖6最佳地示出了鉆鑿端部11的細節(jié)。
如在圖2中最佳地示出的一樣，鉆頭15包括在其外端包括鉆尖 16的鉆頭主體17和在其外表面包括有外螺紋22的鉆頭鉆柄18。通道 19從鉆柄18的遠端延伸穿過到達鉆頭主體17的遠端。這個通道19設 置成當鉆頭15固定于軸端20 (如圖4中最佳地示出)時與軸的通道 14流體連通。軸端20包括內螺紋21 (參見圖4)，其與鉆頭鉆柄18 上的外螺紋22互補。這樣，鉆頭15能以簡單的方式螺紋連接在軸13 的軸端20上。
在鉆鑿操作中，鉆鑿設備通常使鉆軸右旋旋轉。為了確保鉆頭15 在鉆鑿操作中不會與軸分離，鉆頭15和軸13之間的螺紋聯(lián)接為右旋 螺紋，以便促使鉆頭和軸之間的螺紋聯(lián)接在鉆鑿操作中緊固。
錨固裝置23設置在鉆頭15的下方并包括一對擴張件24，該對擴 張件設計用于從如圖中示出的縮回位置向外運動到擴張位置(未示 出)，在此擴張位置，擴張件24與鉆出的孔100的壁101接合。
擴張件24通過連接器25相互聯(lián)接起來。這個連接器通常由彈簧 鋼制成并包括主體部分26和連接支腳27。連接支腳27被焊接(或以 其他方式固定)到擴張件24的近端28。通過用彈簧鋼制成連接器25， 其可彎曲，從而形成活動鉸鏈，允許擴張件樞轉，從而使得擴張件能 夠容易地在其縮回位置和其擴張位置之間運動。
在使用中，連接器的主體26布置成以使擴張件可繞軸的軸線20 旋轉但阻止它們沿錨桿的軸軸向運動的方式被卡在鉆頭15和軸端20 之間。錨固裝置23還包括心軸29，呈示出形式的心軸包括相對的傾斜
面30和31。心軸29包括頭部32和兩個懸垂支腳33和34，且頭部32 的相對面和支腳33， 34的相對邊緣面分別形成了傾斜面30和31中的 一個傾斜面。
心軸布置成使傾斜面30和31設計為與擴張件24的內表面35抵 靠，從而使心軸朝向軸的螺母端部12的相對運動使得擴張件從其縮回 位置向其展開位置移動。
為了能夠引起這個相對運動，心軸在示出的布置結構中通過螺紋 聯(lián)接而被連接到錨桿的軸上，該螺紋聯(lián)接由形成在心軸29的頭部32 中的內孔37中的內螺紋36和形成在錨桿的軸13上的外螺紋38構成。
心軸29和錨桿的軸13之間的螺紋聯(lián)接為左旋螺紋，從而使得當 錨桿進行鉆鑿操作(在軸的右旋旋轉的作用下)時，心軸和軸之間的 任何相對運動將使心軸朝向鉆鑿端部移動，從而確保擴張件不會移動 到它們的擴張狀態(tài)。
錨固裝置23還包括錨固帶39，其繞著擴張件24的遠端40布置。 錨固帶39通常由聚合材料制成并包括帶主體41和多個垂片42，這些 多個垂片繞帶主體41的周邊布置，形成成型面43。
錨固帶39的這個成型面43設置成采取兩種狀態(tài)，最佳如圖5和 圖6中示出。在圖5示出的第一狀態(tài)下，垂片42相對于帶主體41折 疊。這個狀態(tài)在帶進行右旋旋轉時出線，如在鉆鑿操作中的情況一樣。 在最佳如圖6中示出的第二狀態(tài)中，垂片42從帶主體39向外伸出。 這在錨桿的軸進行相反旋轉的過程中出現(xiàn)，并且這通過帶在該旋轉作 用下越過鉆出的孔的壁面101而引起。當在此第二 (或擴張)狀態(tài)時， 所述帶有更大傾向接合鉆出的孔的壁面101。 一旦進行夾持，則錨固裝置開始相對于軸滑動，從而引起一定程度的相對運動。這個運動又使 得心軸開始沿著軸旋繞，從而使擴張件向外移動。
圖10中示出了巖錨桿50，圖IO包括巖錨桿10的錨固裝置23的 變型。由于錨桿50包括了錨桿10的多個特征，因此相同的特征由相 同附圖標記表示。
在錨桿50中，設置有擴張組件51，其包括擴張件24和繞錨桿50 的軸13設置的套環(huán)52。套環(huán)52的作用與前一實施方式的連接器25的 作用相同并與擴張件24的近端28相互連接。
與前一實施方式相反，擴張組件51被定位成使擴張件的遠端40 面朝鉆鑿端部ll，而不是如前一實施方式中一樣面朝螺母端部12。為 了防止擴張組件51朝向螺母端部12運動，將擴張組件51定位在一個 保持裝置53上，該保持裝置包括軸向固定在錨桿的軸13上的止推環(huán) 54和設置在止推環(huán)54與套環(huán)52之間的滑動環(huán)55。
在與前一實施方式一致的布置中，擴張組件51包括心軸29，該 心軸布置成使其傾斜表面30和31設計為抵靠擴張件24的內表面35。 這樣，禁止了心軸29與擴張件24之間繞軸線的相對旋轉。另外，心 軸29朝向軸的螺母端部12的相對于運動使得擴張件從其縮回位置移 向其展開位置。而且，心軸通過螺紋聯(lián)接(未示出)而連接到錨桿的 軸。心軸29和錨桿的軸13之間的螺紋聯(lián)接為左旋螺紋，從而當巖錨 桿進行鉆鑿操作(在軸的右旋旋轉作用下)時，心軸和軸之間的任何 相對運動將使得心軸朝向鉆鑿端部移動，從而確保擴張件不會移動到 它們的擴張狀態(tài)。在錨桿50左旋旋轉的作用下，擴張件布置成開始旋 轉(雖然未示出)，錨固裝置23也可以包括有用于促使該旋轉的帶39。 由于心軸部分29和擴張組件51 —起旋轉，故而這個旋轉被傳遞至心 軸29，從而致動所述錨固裝置23并使心軸朝向螺母端部12運動。圖7至圖9示出了巖錨桿10的螺母端部12。驅動聯(lián)接件43設置 在端部12附近并設置用于和鉆鑿設備與軸相互接合，從而使得能夠旋 轉和推進錨桿的軸。驅動聯(lián)接件43的形式為通過螺紋聯(lián)接而連接到錨 桿的軸13上的驅動螺母，該螺紋聯(lián)接由布置在軸13上的外螺紋44和 布置在驅動螺母的內表面上的互補內螺紋45構成。
呈示出形式的螺紋聯(lián)接為左旋螺紋，因此在鉆鑿操作中，施加于 驅動螺母上的扭矩趨于使螺母放開軸13的第二端部。為了防止出現(xiàn)這 種情況，設置止動組件46，它用于禁止驅動螺母軸向運動超過軸上的 預定位置。在所示的形式中，該止動組件為鎖定螺母47的形式，其固 定于軸的末端部分48，所述末端部分的直徑減小。鎖定螺母47通過螺 紋聯(lián)接而連接到末端部分48上(即，末端上的外螺紋49和螺母上的 互補內螺紋50)，該螺紋聯(lián)接與驅動螺母的螺紋聯(lián)接的旋向相反。
另外，驅動螺母47還通過扭矩銷51連接到軸上，該扭矩銷布置 成限制驅動螺母的相對運動，直到有預定扭矩施加于螺母為止。扭矩 銷51徑向延伸通過螺母47并進入軸13中(最佳如圖9中示出)，并 且它用于在有預定扭矩作用于螺母時剪斷。如果扭矩銷設計成具有足 夠的強度，則可以避免需要引入鎖定螺母47。
雖然在示出形式中，顯示出自鉆巖錨桿IO具有帶中心通道的軸， 但是應明白本發(fā)明并不限于這種布置。例如，巖錨桿可以包括沿其長 度的相當大部分為實心的軸。圖11至圖20示出了這種布置。
圖11示出了根據(jù)另一實施方式的自鉆巖錨桿210，其包括第一(鉆
鑿)端部211和第二 (螺母)端部212，以及在相對的端部211、 212
之間延伸的軸。軸213通常由鋼制成，該軸沿其長度的主要(第二) 部分為實心的并包括有沿鉆鑿端部附近的錨桿的遠端(第一)部分的
內側通道24 (參見圖14)。內側通道通過側向端口 260和通過端部端
口261，在兩個位置處與軸的外部連通。鉆鑿端部211包括有在其遠端處有鉆尖216的鉆頭215和錨固裝 置223，該錨固裝置在使用時設置用于將錨桿保持在鉆出的孔中。錨固 裝置223沿著錨桿的第一部分延伸并用于將錨桿210保持在鉆出的孔 中，以在將漿料引入到鉆出的孔100中而永久地將錨桿固定就位之前 臨時地將所述錨桿固定就位，并且/或者用于使所述錨桿張緊，從而使 巖石層500處于壓縮狀態(tài)下。
圖12至圖16最佳地示出了鉆鑿端部211的細節(jié)。
如在圖12中最佳地示出，鉆頭215包括在其外端包括鉆尖216的 鉆頭主體217和在其外表面包括有外螺紋222的鉆頭鉆柄218。通道 219從鉆柄218的遠端延伸穿過，到達鉆頭主體217的遠端。這個通道 219設置成當鉆頭215固定于軸端220 (如圖4中最佳地示出)時與 軸的內側通道214的端部端口 261流體連通。軸端220包括內螺紋221 (參見圖4)，其與鉆頭鉆柄218上的外螺紋222互補。這樣，鉆頭 215能以簡單的方式螺紋連接在軸213的軸端220上。
在鉆鑿操作中，鉆鑿設備通常使鉆軸右旋旋轉。為了確保鉆頭215 在鉆鑿操作中不會與軸分離，鉆頭215和軸213之間的螺紋聯(lián)接為右 旋螺紋，從而趨于促使鉆頭和軸之間的螺紋聯(lián)接在鉆鑿操作中緊固。
錨固裝置223及其操作的形式與前一實施方式的一致，因此相同 的特征由相同的附圖標記表示，但是前綴上數(shù)字"2"，以區(qū)分不同的 實施方式。圖20中類似示出了錨桿210的錨固裝置223的變形，且其 形式與圖10中示出的一樣，因此相同的特征由相同的附圖標記表示， 但是前綴上數(shù)字"2"，以區(qū)分不同的實施方式。
如在圖11和圖14中最佳地示出，巖錨桿210包括沿軸213的主 要部分的軸套262。軸套261從錨固裝置223 (或擴張組件251)的附近朝向螺母端部212延伸并到達螺母端部附近。軸套的作用是形成循 環(huán)路徑的至少一部分，以允許流體在螺母端部212與鉆鑿端部211之 間經(jīng)過。通過形成在錨桿的軸213和軸套262之間的通道以及內側通 道214而形成了循環(huán)路徑。如在圖14中最佳地示出，內側通道214與 形成在軸213和軸套262之間的、穿過惻向端口 260的通道263連通。 由于軸套262不需要承受任何大的載荷，因此軸套可由諸如塑料等廉 價的材料制成。用塑料來制造軸套的另一優(yōu)點在于，其可以提供防水 屏障，以抑制鋼制軸在處于適當位置時的腐蝕。
循環(huán)路徑還包括形成在軸套262和鉆出的孔100的壁面101之間 的外側通道264。通過鉆尖216徑向延伸的距離大于軸套262半徑而形 成這個外側通道。
軸套262在其遠端265處由套環(huán)266密封。這個套環(huán)266在示出 的形式下包括有內螺紋并螺紋連接到在軸213的上部上加工出來的外 螺紋238。
軸套262的近端267還通過與驅動聯(lián)接件243的相互接合而被密 封起來，下面將詳細描述驅動聯(lián)接件。
圖17至圖19示出了巖錨桿210的螺母端部212，其包括有驅動 聯(lián)接件243。驅動聯(lián)接件設置在端部212的附近并布置成與鉆鑿設備與 軸相互接合，從而允許向錨桿的軸213施加旋轉和推進力。驅動聯(lián)接 件243為灌注用驅動螺母243的形式(如在圖18中最佳地示出)，其 通過螺紋聯(lián)接而連接到錨桿的軸213，該螺紋聯(lián)接由設置在軸213上的 外螺紋244和設置在驅動螺母243的內表面上的互補內螺紋245構成。
呈示出形式的螺紋聯(lián)接為左旋螺紋，從而在鉆鑿操作中，作用于 驅動螺母的扭矩趨于使其松開軸213的第二端部。為了防止出現(xiàn)這種 情況，設置止動組件246，它用于抑制驅動螺母軸向運動超過軸上的預定位置。在所示的形式中，該止動組件為鎖定螺母247的形式，其固 定于軸的末端部分248，所述末端部分的直徑減小。鎖定螺母247通過 螺紋聯(lián)接(即，末端上的外螺紋249和螺母上的互補內螺紋250)而連 接到末端部分248上，該螺紋聯(lián)接與驅動螺母的螺紋聯(lián)接的旋向相反。
另外，驅動螺母243還通過扭矩銷251而連接到軸上，該扭矩銷 布置成限制驅動螺母的相對運動，直到有預定扭矩施加于螺母為止。 扭矩銷251徑向延伸通過螺母247并進入軸213中(最佳如圖19中示 出)，并且它用于在有預定扭矩作用于螺母時剪斷。如果扭矩銷251 設計成具有足夠的強度，則可以避免需要引入鎖定螺母247。
如在圖18中最佳地示出，驅動螺母243包括環(huán)形凹槽268和套環(huán) 268，套環(huán)設置成接納套筒的近端267，從而將驅動螺母243密封于該 近端。另外，驅動螺母243還包括有端口 270，其允許流體被引入通道 263或從通道263流出，該通道263設置在套筒262和軸213之間。
支承板271和球形墊圈272可以設置在軸213上并由驅動螺母243 卡住。支承板271布置成支承抵靠巖石層500的外面501。
在操作中，錨桿10或210通過驅動螺母43， 243而被固定于鉆遭 設備，該鉆鑿設備使錨桿沿第一方向旋轉。鉆鑿流體被泵送通過錨桿 的循環(huán)通道，淹過巖錨桿的切割表面。
當完成鉆鑿階段時，所述鉆鑿設備然后使錨桿沿相反的方向旋轉。 由于扭矩銷防止了相對運動，因此驅動螺母43， 243與軸一起旋轉。 這個相反的旋轉設置用于在擴張件24， 224和心軸29， 229中相對于 錨桿的軸產生"滑動"。通過使帶39， 239進行旋轉，從而使得帶的 垂片42， 242向外張開，使帶夾持住壁面101，可以促使所述滑動。在 錨固裝置和軸之間產生的這種相對運動使得心軸松開軸的螺紋，從而 使擴張件徑向向外運動，接合鉆出的孔的巖石表面。當擴張件與壁面接合時，錨桿被牢固地保持在適當位置。因此， 如果需要的話，則可以卸下所述鉆鑿設備并稍后可以將漿料注入所述 孔中，從而將所述錨桿固定就位。
在此階段時，還可以通過持續(xù)沿第二方向對驅動螺母43， 243施 加扭矩而使所述錨桿處于張緊狀態(tài)。在一個特定點下，擴張件24， 224 被壓迫得抵靠于所述巖石壁面，使得所述楔形部分不能沿著所述軸再 進一步移動。然后，這有效地約束了錨桿并禁止其再進一步旋轉。這 在驅動螺母43， 243處產生扭矩，直到扭矩到達將會剪斷扭矩銷51， 251而允許驅動螺母相對于軸移動的點為止。然后，這個相對運動會使 螺母旋緊所述軸。
一旦所述驅動螺母能沿著所述錨桿的軸移動時，其將移動成與巖 石層500的外表面102接合(直接地或通過支承板接合)，從而使得 所述錨桿隨著所述驅動螺母與錨固裝置之間的錨桿的有效長度縮短而 處于張緊狀態(tài)。這使得巖石層處于壓縮狀態(tài)下。 一旦所述錨桿處在足 夠大的張緊作用下，則可以卸下所述鉆鑿設備，從而可以進行最后階 段，即通過將漿料引入穿過所述錨桿的內側通道而將所述錨桿固定就 位。
在本發(fā)明的所附權利要求書以及前面的說明中，除了文中需要， 或者由于表述語言或必須的含義，詞語"包括"或諸如"包括有"的 變形都是在包括的含義下使用的，即，限定存在有所述的特征，但并 不排除在本發(fā)明的其他實施方式中的其他特征的存在或增加。
在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以對前述的部分進行各 種變形和/或修改。
權利要求
1. 一種自鉆巖錨桿，其包括第一端部和第二端部，在該第一端部和第二端部之間延伸的軸，以及錨固裝置，所述第一端部具有用以穿透巖石的鉆尖，且所述第二端部適合于連接到鉆鑿設備上，以使所述錨桿旋轉并推動該錨桿，所述錨固裝置用于在錨桿定位在鉆出的孔中時保持該錨桿，并且該錨固裝置包括有心軸，所述心軸具有一個或多個相對于所述軸傾斜的外表面，所述心軸被安裝到所述軸上，或與所述軸一體地形成；以及覆蓋所述心軸的至少一個擴張件，其中所述至少一個擴張件在所述心軸和所述至少一個擴張件之間發(fā)生預定相對運動時徑向向外移動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的自鉆巖錨桿，其中，所述預定相對運動 是所述心軸相對于所述至少一個擴張件在沿著所述軸朝向所述第二端 部的軸向方向上的運動。
3. 根據(jù)權利要求2所述的自鉆巖錨桿，其中所述心軸被安裝在所 述軸上，且通過所述心軸的傾斜表面與所述至少一個擴張件的內表面 的接合，約束所述至少一個擴張件和所述心軸繞所述軸的軸線的相對 轉動。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的自鉆巖錨桿，其中所述至少一個擴 張件被限制沿著所述錨桿的所述軸進行軸向運動。
5. 根據(jù)權利要求4所述的自鉆巖錨桿，其中所述心軸經(jīng)由螺紋聯(lián) 接而與所述軸連接，所述螺紋聯(lián)接包括所述軸上的外螺紋和設置在所 述心軸的內表面上的互補內螺紋。
6. 根據(jù)前述任一項所述的自鉆巖錨桿，其中所述錨桿在鉆鑿操作 中沿第一方向繞著所述軸的軸線旋轉，并且沿相反的第二方向旋轉，以使所述心軸與所述至少一個擴張件之間產生所述預定運動，從而使 所述錨固裝置能夠用于將所述錨桿保持在鉆出的孔中。
7. 根據(jù)權利要求6所述的自鉆巖錨桿，還包括繞所述錨固裝置設置的帶，所述帶包括成型面，該成型面布置成當所述帶沿所述第二方 向旋轉時夾持住鉆出的孔的壁面，從而使得所述軸相對于所述錨固裝 置發(fā)生旋轉。
8. 根據(jù)權利要求7所述的自鉆巖錨桿，其中所述帶的成型面設置 成在所述錨桿沿所述第一方向旋轉時越過巖石表面。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的自鉆巖錨桿，其中所述帶包括有帶 主體和多個垂片，所述多個垂片形成了所述帶的成型面并且從所述帶 主體延伸出來，其中，當所述帶的表面與鉆出孔的壁面接合時，所述 垂片在沿所述第一方向旋轉時被偏置成相對于所述帶主體折疊起來， 并且在所述錨桿沿所述第二方向旋轉時，所述垂片被偏置成向外延伸， 以夾持住鉆出孔的壁面。
10. 根據(jù)權利要求7至9中任一項所述的自鉆巖錨桿，其中所述 帶由聚合材料制成。
11. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的自鉆巖錨桿，其中所述錨桿 設置成當定位于鉆出的孔中時允許流體在所述第一和第二端部之間經(jīng) 過。
12. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的自鉆巖錨桿，其中所述鉆尖 徑向延伸的距離大于所述軸的半徑，以提供通道，以便在所述軸和鉆 出孔的壁面之間輸送流體。
13. 根據(jù)權利要求11或12所述的自鉆巖錨桿，其中所述軸包括有內側通道，用于允許流體在所述第一端部和第二端部之間經(jīng)過。
14. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的自鉆巖錨桿，還包括鉆頭， 其連接到所述軸的一端并在其上包括有所述鉆尖，所述鉆頭通過一定 聯(lián)接而被連接到所述軸的所述一端，該聯(lián)接設置成當所述軸沿至少一 個方向旋轉時從所述軸給所述鉆頭施加旋轉。
15. 根據(jù)權利要求14所述的自鉆巖錨桿，其中所述鉆頭和所述軸之間的聯(lián)接包括螺紋聯(lián)接，該螺紋聯(lián)接具有位于所述鉆頭的鉆柄上的 外螺紋和設置在所述軸的內表面上的互補的內螺紋，該內螺紋限定出 所述內側通道。
16. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的自鉆巖錨桿，其中所述錨固 裝置還包括連接器，并且所述至少一個擴張件懸于該連接器，且其中 所述連接器被卡住，以防止所述至少一個擴張件沿著所述軸進行軸向 運動。
17. 根據(jù)權利要求16在從屬于權利要求14或15時所述的自鉆巖 錨桿，其中所述連接器被卡在所述鉆頭和所述軸的所述一端之間。
18. 根據(jù)權利要求16所述的自鉆巖錨桿，其中所述連接器由設置 在所述軸上的保持套環(huán)卡住。
19. 根據(jù)權利要求16至18中任一項所述的自鉆巖錨桿，其中在 所述連接器和至少一個擴張件之間形成有鉸鏈，且其中所述至少一個 擴張件設置成通過繞所述鉸鏈的樞轉而徑向向外移動。
20. 根據(jù)前述任一項權利要求所述的自鉆巖錨桿，還包括設置在 所述第二端部附近的驅動聯(lián)接件，該聯(lián)接件與所述軸連接起來，以允 許使所述錨桿的所述軸旋轉并對該軸施加推進力。
21. 根據(jù)權利要求20所述的自鉆巖錨桿，其中所述驅動聯(lián)接件為 驅動螺母的形式，其通過螺紋聯(lián)接而被連接到所述錨桿的所述軸，所 述螺紋聯(lián)接由設置在所述軸上的外螺紋和設置在所述驅動螺母的內表 面上的內螺紋構成。
22. 根據(jù)權利要求20或21所述的自鉆巖錨桿，還包括止動組件， 其固定于所述軸并用于禁止所述驅動螺母超過所述軸上的預定位置的 軸向運動。
23. 根據(jù)權利要求22所述的自鉆巖錨桿，其中所述止動組件為固 定于所述軸的末端上的鎖定螺母形式。
24. 根據(jù)權利要求20至23所述的自鉆巖錨桿，還包括扭矩裝置， 其用于限制所述驅動螺母沿所述軸的軸向運動，直到有預定扭矩施加 于所述螺母為止。
25. 根據(jù)權利要求24所述的自鉆巖錨桿，其中所述扭矩裝置為扭 矩銷形式，其徑向延伸穿過所述螺母并進入所述軸中，所述扭矩銷用于在預定大小的扭矩施加于所述螺母時剪斷。
26. 根據(jù)權利要求21當從屬于權利要求5時所述的自鉆巖錨桿， 其中所述楔形部分和所述驅動螺母與所述軸的螺紋聯(lián)接具有相同的旋 向。
全文摘要
一種自鉆巖錨桿(10)，其包括有軸(13)和錨固裝置(23)。所述錨桿的第一端(11)具有用以穿透巖石的鉆尖(16)，且第二端(12)適合于連接到鉆鑿設備，以使錨桿旋轉并作用推力于錨桿。設置有循環(huán)通道，以允許流體到達鉆尖(16)，在一種形式中，在軸(13)中形成有中心通道(14)，以形成所述循環(huán)通道的一部分。錨固裝置(23)用于在定位于鉆出的孔中時保持錨桿，并且它包括具有一個或多個傾斜的外表面(29，30)的心軸(29)和至少一個覆蓋所述心軸的擴張件(24)，該心軸安裝于軸(13)上或與軸形成一體。所述擴張件(24)在心軸(29)與該擴張件(24)之間發(fā)生預定相對運動時徑向向外移動。
文檔編號E21D20/00GK101305161SQ200680042022
公開日2008年11月12日 申請日期2006年11月8日 優(yōu)先權日2005年11月9日
發(fā)明者史蒂文·韋弗, 約翰·霍斯, 達雷·韋伯, 馬修·肯尼 申請人:山特維克知識產權股份有限公司