巖石錨定系統(tǒng)和方法
【專利說明】巖石錨定系統(tǒng)和方法
[0001]本發(fā)明涉及巖石錨定方法。特別地，本發(fā)明涉及一種在地下環(huán)境中使用的巖石錨定系統(tǒng)。
[0002]本發(fā)明的背景
[0003]可以通過豎井或斜井來接近足以支持地下采礦操作的可采品位的礦體。為了進(jìn)一步方便接近礦體，從豎井或斜井水平地挖出被稱為平巷的水平掘進(jìn)，而通常平行于平巷挖掘米場。
[0004]當(dāng)工人在地下時，S卩，當(dāng)站在采場中或站在不同的平巷上的同時底壁在他的腳下并且頂壁懸于他的上方時，采礦操作安全要求適當(dāng)?shù)拇胧┍仨毜轿唬员３滞诰騾^(qū)域的穩(wěn)定并且防止地面朝工人坍塌。過去，已衍生出了試圖解決這種需求的多種方法和設(shè)備，其中的一種是錨定錨桿或所謂的“巖石錨桿”，其形成巖石錨定系統(tǒng)的一部分。巖石錨定系統(tǒng)將負(fù)荷從頂壁的不穩(wěn)定的外部傳遞到包圍頂壁的、巖體的封閉的并且更穩(wěn)定的內(nèi)部。因此，巖石錨桿不僅廣泛地被用于穩(wěn)定斜坡或平巷，還提供錨碇和栓系位置。
[0005]已知的是，可以通過機(jī)械構(gòu)件和/或形成凝固的環(huán)氧樹脂劑來將巖石錨定系統(tǒng)固定在巖體的內(nèi)部中。如此，孔被鉆入頂壁中，以便容納巖石錨桿的錨桿軸。當(dāng)使用環(huán)氧樹脂時，樹脂灌漿產(chǎn)生的粘合優(yōu)于例如由水泥灌漿產(chǎn)生的粘合。樹脂灌漿的快速凝固因此是必要的，以容許在將錨桿軸安裝到其中具有環(huán)氧樹脂灌漿的鉆孔中之后的幾分鐘內(nèi)向巖層傳遞負(fù)荷。
[0006]普通的巖石錨定系統(tǒng)通常包括具有錨桿軸的巖石錨桿，當(dāng)軸的主要部分被設(shè)置在鉆孔中時，巖石錨桿的螺紋部從頂壁的巖石表面突出；套在錨桿軸上的支承板/墊圈；以及被螺紋連接到錨桿/軸的螺紋部上的螺母。螺母支承抵住支承板，該支撐板相應(yīng)地支承抵住頂壁的巖石表面。
[0007]在一些例子中，鉆入頂壁中的鉆孔長達(dá)三米。因此，需要三米或更長的錨桿軸來裝配到這些孔中且從中突出。錨桿軸進(jìn)一步由固態(tài)金屬或金屬合金制造，并且因此具有相當(dāng)大的重量，這阻礙了工人在平巷或采場中移動或攜帶巖石錨桿的能力。
[0008]現(xiàn)有的巖石錨定系統(tǒng)的進(jìn)一步的問題是，尤其是在巖石爆破作業(yè)發(fā)生在附近時，這些系統(tǒng)趨向于從它們在頂壁中的設(shè)置位置處松開。
[0009]如此，有利的是引入一種巖石錨定系統(tǒng)，其具有容許工人等人在地下環(huán)境中輕松地搬運(yùn)的特征。同樣有利的是引入一種巖石錨定系統(tǒng)，其具有提高在包圍頂壁的巖體中的這種系統(tǒng)的錨桿軸的拉應(yīng)力的特征或提高在環(huán)氧樹脂劑中的錨桿軸的拉應(yīng)力的特征。
[0010]本發(fā)明的概述
[0011]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種地下巖石錨定系統(tǒng)，其包括巖石錨桿，該巖石錨桿具有錨桿軸，該錨桿軸操作地設(shè)置在鉆入頂壁中的細(xì)長的直線型孔中，以致錨桿軸的端部從該孔中突出，錨桿軸具有側(cè)壁，該側(cè)壁限定沿錨桿軸的至少部分長度延伸的中空內(nèi)腔，支承板適用于套在錨桿軸的突出的端部上，以用于支承抵住頂壁的巖石表面；以及緊固構(gòu)件，其用于拉緊支承板抵住頂壁的巖石表面。
[0012]在本發(fā)明的實施方式中，側(cè)壁包括設(shè)置在其外部表面上的至少一個表面凹凸部，以提高側(cè)壁和可操作地設(shè)置于孔中的樹脂灌漿之間的拉應(yīng)力。
[0013]至少一個表面凹凸部可為單一結(jié)構(gòu)，并且與側(cè)壁一體成型，例如，如隨著其沿側(cè)壁的長度延伸而被形成在側(cè)壁中并且螺旋形地圍繞側(cè)壁延伸的細(xì)長的槽?？蛇x地，可通過旋鍛或扭轉(zhuǎn)側(cè)壁來形成表面凹凸部。
[0014]可選地或另外，至少一個表面凹凸部可通過設(shè)置在側(cè)壁的光滑外部表面上的突起形成構(gòu)件來成形。突起形成構(gòu)件可為螺旋形地設(shè)置在外部表面上的金屬片的隔開的細(xì)長條?？蛇x地，突起形成構(gòu)件包括以等距地分隔布置設(shè)置在外部表面上的多個球塊。
[0015]應(yīng)理解的是，側(cè)壁通常包括金屬管。
[0016]錨桿軸可進(jìn)一步包括近端和遠(yuǎn)端，近端限定了以尖銳的尖頭為終點的斜切的邊緣，以用于刺穿可操作地設(shè)置于頂壁中的孔中的樹脂灌漿包。
[0017]遠(yuǎn)端也可包括可操作為連接到大致中空的錨桿軸延長件的接合構(gòu)件的連接構(gòu)件，以便可操作地將延長件的近端連接到錨桿軸的遠(yuǎn)端，從而延長錨桿軸的長度。
[0018]巖石錨定系統(tǒng)進(jìn)一步包括拉緊部件形式的緊固構(gòu)件，在使用中，拉緊部件可操作為匹配地接合到且被摩擦安裝到延長件的底壁面對端或連接構(gòu)件。
[0019]拉緊部件可包括具有螺紋陽部的帽螺釘，以用于擰入延長件的底壁面對端的互補(bǔ)的螺紋陰部中或擰入連接構(gòu)件中?？蛇x地，拉緊部件包括具有螺紋陰部的螺母，以用于擰入延長件的底壁面對端的互補(bǔ)的螺紋陽部中或擰入連接構(gòu)件中。
[0020]緊固構(gòu)件可進(jìn)一步包括扭矩指示部件，當(dāng)由于抵住支承板緊固緊固構(gòu)件而使得適量的扭矩被施加于錨桿軸時，扭矩指示部件可見地碎裂。在這種情況下，扭矩指示部件通常是墊圈的形式，在使用中，在被擠壓在支承板的底壁面對表面和帽螺釘?shù)念^部之間之前，墊圈在帽螺釘?shù)穆菁y陽部上滑動。
[0021]可選地，扭矩指示部件是剪切銷的形式，其位于錨桿軸或者錨桿軸延長件中，當(dāng)由于抵住支承板緊固緊固構(gòu)件而使得適量的扭矩被施加于錨桿軸或錨桿軸延長件時，剪切銷斷裂。
[0022]另外，本發(fā)明將錨桿軸和錨桿軸延長件設(shè)置為具有用于關(guān)閉中空內(nèi)腔的入口的端帽。
[0023]本發(fā)明還涉及一種地下環(huán)境中將負(fù)荷從頂壁的不穩(wěn)定的外部傳遞到包圍頂壁的、巖體的封閉的且更穩(wěn)定的內(nèi)部的方法，該方法包括:
[0024]將包含樹脂灌漿的包設(shè)置于鉆入頂壁中的細(xì)長的孔中；
[0025]使用可旋轉(zhuǎn)的裝置將本文所述的巖石錨定系統(tǒng)的大致中空的錨桿軸設(shè)置在孔中，該錨桿軸包括尖銳的尖頭；
[0026]迫使尖銳的尖頭刺穿包含樹脂灌漿的包；
[0027]旋轉(zhuǎn)錨桿軸以混合樹脂灌漿，直到樹脂灌漿凝固在鉆孔的內(nèi)壁和形成在錨桿軸的外表面上的表面凹凸部之間；
[0028]將大致中空的錨桿軸延長件連接到錨桿軸；
[0029]將支承板設(shè)置在延長件上；以及
[0030]將包括扭矩指示部件的緊固構(gòu)件緊固到延長件且使其抵住支承板，扭矩指示部件被配置為在由于緊固緊固裝置而使得適量的扭矩被施加于錨桿軸時可見地碎裂或斷裂。
[0031]附圖簡要說明
[0032]現(xiàn)在參考所附非限制性的圖解的附圖以舉例的方式來描述本發(fā)明的實施方式。在附圖中:
[0033]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的地下巖石錨定系統(tǒng)的三維分解視圖；
[0034]圖2示出了設(shè)置在頂壁中的鉆孔中的、圖1的系統(tǒng)的巖石錨桿的側(cè)剖視圖；
[0035]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式的地下巖石錨定系統(tǒng)的三維分解視圖；
[0036]圖4示出了設(shè)置在頂壁中的鉆孔中的、圖3的系統(tǒng)的巖石錨桿的側(cè)剖視圖；并且
[0037]圖5示出了說明根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式的巖石錨定方法的側(cè)剖視圖。
[0038]附圖詳細(xì)說明
[0039]提出本說明是為了提供被認(rèn)為是本發(fā)明的原理和概念方面最有用且最容易理解的說明。在這方面，并未試圖以比對于本發(fā)明的基礎(chǔ)理解所需的更多的細(xì)節(jié)示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，通過附圖和說明一起使得可以如何在實踐中實施本發(fā)明的多種形式中的至少一些形式對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
[0040]參考圖1和圖2，附圖標(biāo)記10主要表示根據(jù)本發(fā)明的巖石錨定系統(tǒng)。巖石錨定系統(tǒng)10包括巖石錨桿11，巖石錨桿11是長錨定錨桿，其用于在地下環(huán)境中，例如，如在采礦環(huán)境中穩(wěn)定巖石掘進(jìn)。
[0041]參考圖2，巖石錨桿11可設(shè)置在位于巖石掘進(jìn)的頂壁4中的細(xì)長的直線型鉆孔2中。在巖石錨桿11被合適地設(shè)置之后，使用環(huán)氧樹脂灌漿(未示出)來幫助將巖石錨桿11設(shè)置于孔2中。因此，巖石錨桿11，隨之，巖石錨定系統(tǒng)10，被固定在靠近包圍頂壁4的外巖石表面8的、巖體的封閉的且更堅硬的內(nèi)部6的位置。
[0042]如圖1所示，巖石錨定系統(tǒng)10由細(xì)長的錨桿軸12構(gòu)成，該錨桿軸12是基本上中空的并且可操作地設(shè)置于孔2中。系統(tǒng)10還包括基本上平面的支承板14，其具有正方形輪廓并且適用于通過使錨桿軸12穿過孔17來裝配在錨桿軸12上。在使用中，如圖2所示，支承板14支承抵住外巖石表面8。系統(tǒng)10進(jìn)一步包括緊固構(gòu)件16，其用于拉緊支承板14抵住頂壁4的巖石表面8。
[0043]如所示，錨桿軸12通常地、但是非必須地為任何合適長度的管狀形式，并且優(yōu)選地由諸如軟鋼的金屬制造或由金屬合金制造。錨桿軸12的側(cè)壁18具有大約32_的外部直徑，并且限定了設(shè)置有表面凹凸部22.1的外部表面20。表面凹凸部22.1具體地設(shè)置為提高軸的側(cè)壁18和孔2中的樹脂灌漿之間的拉應(yīng)力。
[0044]圖1示出了金屬片的隔開的細(xì)長條形式的表面凹凸部22.1，其足夠柔韌，以容許表面凹凸部22.1螺旋形地設(shè)置或者纏繞在壁18的外部表面20上。隨著金屬片的條22.1圍繞軸12被縱向地纏繞并固定，外部表面20的被稱作溝26的區(qū)域保持可見。另一方面，與溝26相比，金屬片的條22.1纏繞壁18以覆蓋外表面20的部分的區(qū)域可被看作脊。如此，當(dāng)金屬片的條22.1被設(shè)置在外部表面20上時，金屬片的條22.1起到突起形成構(gòu)件或脊形成構(gòu)件的作用。設(shè)想到的是，金屬片的條22.1可被焊接或摩擦焊接到側(cè)壁18上。
[0045]盡管附圖未示出，但是應(yīng)理解的是任何數(shù)量的表面凹凸部都可設(shè)置在外部表面20上。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，在本發(fā)明的另一實施方式中，表面凹凸部或凹凸部可與側(cè)壁18 —體成型。例如，設(shè)想到的是，可通過縱向延伸的螺旋槽來形成表面凹凸部，以便限定填充開槽的區(qū)域之間的間隙的脊，例如，通過旋煅或扭轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁18來設(shè)置該縱向延伸的螺旋槽。通常，將對于側(cè)壁設(shè)置沿著軸的長度全部被等距地分隔的數(shù)個槽。
[0046]參考圖3和圖4，其示出了根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實施方式的巖石錨定系統(tǒng)100，蝕刻的溝槽形式的表面凹凸部22.2被設(shè)置在外部表面220上。外部表面220不僅設(shè)置有蝕刻的溝槽22.2，而且還設(shè)置有被等距地分隔的多個球塊或凸起22.3的形式的突起形成構(gòu)件或表面凹凸部，該多個球塊或凸起22.3通常被焊接在表面220上。這些表面凹凸部22.1、22.2和22.3被證明使得錨桿軸12、112更穩(wěn)固地被保持在孔2中。
[0047]分別如圖1和圖2以及如圖3和圖4所示，每個錨桿軸12、112都具有近端13、113和遠(yuǎn)端15、115。
[0048]在圖3和圖4中，近端113被示出為包括尖銳的尖頭160，以用于刺穿可操作地設(shè)置于頂壁的孔2中的樹脂灌漿包162。尖頭160形成了錐形的或斜切的邊緣164的終點。<