专利名称：岩石锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩石锚杆，其用来支撑和稳定诸如坑道中的岩壁 和岩面层。本发明的岩石锚杆主要用于地下采矿，例如地下煤矿开采 中的自身将被开釆的岩壁和岩面层。
背景技术：
金属的岩石锚杆被普遍用于地下采矿，用以预防坑道壁(包括坑 道顶部)的失效，例如破裂或坍塌。在岩石锚杆的一种形式中，于岩 壁上钻孔，并且随后将所述岩石锚杆插入该孔中并用诸如树脂或水泥 浆将锚杆固定于孔中。在岩石锚杆的另一种形式中，将钻头应用于锚 杆的前端，锚杆自身钻入岩壁内。 一旦锚杆钻入到了理想的深度，则 其被以通常与前面所述的第一种岩石锚杆相同的方式，即用适合的树 脂或水泥浆，固定在孔中。在某些开采方式中，岩石锚杆所插入的岩壁是一种随后将被开采 的岩壁。例如，在地下煤矿开采中，将被开采和移除的区域通过挖掘 一对相互间隔开、大体平行的坑道而形成一土体。每个坑道的长度可为大约1千米，而两个坑道之间的间距可为大约500米。第三坑道被挖 掘，用来连接各坑道的内端。这样一来，这些坑道就形成了一个围绕 大体矩形土体周围的边界。一旦坑道完成，在坑道边界之内的土方挖掘和移除便可以开始了。 目前的坑道壁通常由长壁滚齿刨煤机(shearer)(—种从坑道壁上剪切 岩石的机械)进行挖掘。上述开采方式的困难在于在开采之前，被开采的坑道壁包含有 在形成坑道过程中已提前插入坑道壁内的岩石锚杆。由于岩石锚杆无 法被移除，因而在开采过程中，滚齿刨煤机会在通过坑道壁剪切时与 岩石锚杆相接合。岩石锚杆通常由钢制成。然而，与钢制的岩石锚杆 相接合会损坏滚齿刨煤机，并因此降低工作效率、增加停机时间和养 护要求。因此，插入到待开采的坑道壁内的岩石锚杆有时由较低强度 材料，如塑料或树脂制成，以便于减小滚齿刨煤机被损坏的可能性。 但是，那些较低强度类岩石锚杆的一个缺点在于与钢制锚杆相比， 它们提供了较小的岩石支撑力，而且也更加昂贵。澳大利亚第568546号专利披露了一种顶部锚杆，沿该锚杆长度相 互间隔开的位置处，锚杆形成有若干周向槽，从而使得与槽之间的所 述锚杆的轴的强度相比，锚杆的轴在槽形成的部位上被削弱。所述槽 允许开采设备，如长壁滚齿刨煤机，在开采过程中使锚杆断裂，因此 降低了开采设备损坏的可能性。所述锚杆碎片与开采出的材料一起被 清除，并在随后被取出来。澳大利亚第568546号专利所作的进展在于实心棒式的岩石锚杆。 此后，对于岩石锚杆的设计，产生了若干重大进展。申请人已经发展 出了比实心岩石锚杆具有极大优势的中空岩石锚杆。这样的岩石锚杆 可方便地实施后灌浆，而实心岩石锚杆通常不得不在安装时灌浆。此 外，中空岩石锚杆比实心岩石锚杆更适合用作自钻式岩石锚杆。但是， 当被用作随后即被开采的坑道壁的支撑件时，出于前述原因，这样的 中空钢制锚杆会存在与实心钢制岩石锚杆类似的缺点。发明内容根据本发明，提供了一种岩石锚杆，其用于安装在岩壁上形成的 孔洞中，所述岩石锚杆具有至少部分中空的伸长轴，所述伸长轴的壁 具有多个沿该轴的纵向彼此间隔开的削弱区，所述削弱区形成伸长轴 的断裂位置，以便于在对安装有岩石锚杆的岩壁进行开釆的过程中， 伸长轴可被断开成为长度减短的多个部分，所述削弱区的抗拉强度大
体为与所述削弱区相邻的伸长轴的抗拉强度的80%。本发明还提供了一种自钻式岩石锚杆，所述自钻式岩石锚杆具有 至少部分中空的伸长轴，所述伸长轴具有相对的端部，并且其在一端 处具有用于钻入岩壁的钻头，所述伸长轴的壁具有多个沿该轴的纵向 彼此间隔开的削弱区，所述削弱区形成伸长轴的断裂位置，以便于在 对岩石锚杆被钻入其中的岩壁进行开采的过程中，伸长轴可被断开成 为长度减短的多个部分，所述削弱区的抗拉强度大体为与所述削弱区相邻的伸长轴的抗拉强度的80%。通过充分减小削弱区的抗拉强度，促进开采过程中锚杆的断裂， 而未将岩石锚杆整体的抗拉强度充分降至低于损害到锚杆对安装有锚 杆的岩壁和岩面层的稳定作用的水平，所述削弱区的抗拉强度大体为 与所述削弱区相邻的伸长轴的抗拉强度的80%这样的要求是有利的。 80%的要求是通过以下重要试验和工程操作得出的，这些试验和工程操 作的目标就是既保证足够的稳定性，又保证在合适的开采设备在岩面 层或岩壁上施加载荷的作用下断开的能力。本发明的岩石锚杆有利地 且充分地满足这些标准。优选的是，所述削弱区形成并且间隔布置成使得当适当的力通过 开采设备，如通过长壁滚齿刨煤机而被直接或间接地作用于所述岩石 锚杆时，锚杆的所述伸长轴在削弱区的至少两个处断开，或者如果所 述伸长轴上形成有多于两个的削弱区，则在每个削弱区都断开。在本 发明的形式中，当被施加一初始力后，所述岩石锚杆被断开成为易于 处理的若干部分，因此，不再需要为进一步断裂而进一步施力。所以， 当岩石锚杆被断开成通过所述削弱区分开的若干部分时，由锚杆提供 的壁支撑显著减小，因而使得开采岩壁的所述开采设备不会受制于岩 壁内岩石锚杆的存在。所述削弱区可采用任何恰当的方式形成。滚压成形是形成削弱区
的优选方式，但是削弱区可以选择性地由机械加工，如通过磨削或铣 削，或者通过其他任何材料变形或去除工艺而形成。所述岩石锚杆的轴可由无缝管制成，也可由通过折叠而形成内部 伸长通道的一段伸长金属段制成。所述金属段的折叠使其相对边缘抵 靠接触，而后通过电阻焊接将所述相对边缘固定在一起。所述削弱区可以形成为任何合适的形状。优选地，所述削弱区通 过所述伸长轴横截面面积的减小而形成，且在这种布置结构中，削弱 区可形成为具有大体V形的形状，但是作为选择，它们也可为U形或其 他形状。伸长轴横截面面积减小的程度由根据伸长轴未被削弱的相邻部分相比所需的相对削弱的量而定。可采取减小横截面面积大约20%， 然而所述减小量通常可在5%到25%的范围内。通过减小伸长轴横截面面积而产生所述削弱区时，所述削弱区可 作成仅为伸长轴的周围的一部分。因此，所述横截面面积可在伸长轴 的周围的单个位置处被减小，或在多个位置处被减少。例如，可形成通过所述周围的一部分的槽，或可在诸如径向相对的两个位置处形成 槽。作为选择，所述伸长轴的横截面面积可围绕整个周围减小，也就 是说，减小的部分可以为环形减小部分。作为选择，可由在伸长轴表 面上滚压成形螺旋槽而形成所述削弱区。用于地下煤矿开采的典型的岩石锚杆长度大约为1200毫米。在这 样的岩石锚杆上，优选设置有两至八个削弱区。因此，当在开采过程 中所述岩石锚杆断裂时，锚杆的伸长轴被断开成为两至六个每个长度 约为300毫米的伸长轴部分。在从矿中移除被开采材料之后的后续进一 步处理中，可从这些被开采的材料中回收所述伸长轴部分。有利的是， 由于本发明的岩石锚杆通常由钢制成，因此可由磁性方法而回收所述 伸长轴部分。
对于所述削弱区形成为具有大体v形的情况，其侧壁之阿的夾角可被设置为任何合适的角度，以产生介于窄而深和宽而浅之间的外形。 并不要求对称地形成所述侧壁，而是如果合适的话，则可采用非对称 的外形。对于自钻式岩石锚杆而言，中空轴方便将钻削液体注入正在被钻 的孔中，从而帮助岩石锚杆穿入岩石中。所以，钻削液体可通过轴的 通道而被注入，或者钻削液体可从所述通道回流回来。所述通道还可 用于注入树脂或水泥浆，以便将岩石锚杆固定在开口中。因此，中空 岩石锚杆，尤其是自钻式中空岩石锚杆相对于实心岩石锚杆是优选的， 特别是中空形式的岩石锚杆具有实心形式的岩石锚杆的所有优点，而 且没有另外的缺点。故此，通过引入在开采中适时使中空岩石锚杆断 开的性能，中空形式的岩石锚杆的吸引力得以增加。
为了更好地理解本发明并为了揭示其如何执行，现参照附图、借 助于仅作为非限制性实例，对本发明实施例进行说明。 图l是自钻式岩石锚杆的示意性透视图。图2是按照本发明配置的岩石锚杆的一部分的剖面图。 图3所示的是按照本发明的所述削弱区可由多种合适的方式形成。
具体实施方式
图1示出了自钻式岩石锚杆10，其包括伸长的中空轴ll、钻头12和 驱动张紧螺母13。所述锚杆10进一步包括锚固装置14，其用来帮助岩 石锚杆10在自钻孔中锚固。螺纹部15和16形成于轴11的各端，同时螺 母13与螺纹部15螺纹接合，而所述锚固装置与螺纹部16螺纹接合。所述驱动张紧螺母13在轴11的后端与所述螺纹部15螺纹接合， 且所述螺母13与驱动设备接合，来给岩石锚杆10施加旋转和轴向推 力，以便在岩壁上钻入岩石锚杆10。此外，用例如树脂或水泥浆将轴 11固定在所述自钻孔中后，驱动张紧螺母13可在螺纹部15上沿着朝
向锚固装置14的方向顺着轴11旋转，以便与岩石锚杆10已经钻入其中的岩壁的表面相抵靠接合。所述螺母13因而可将岩石锚杆IO拉紧， 从而对岩壁表面施加一个压缩载荷来进一步稳定岩壁，使其免遭破裂 或坍塌。在申请人共同待审的、公开号为WO2007/053893的国际申请 PCT/AU2006/001669中，所述岩石锚杆10的操作被详细讨论。为了说 明岩石锚杆IO，尤其是锚固装置14的整个工作过程，这里通过交叉引 用的方式引入该国际申请的详细说明。图2示出了岩石锚杆轴的一部分20，例如岩石锚杆10的轴11的 一部分，并且图2举例说明了本发明的一个实施例。需要注意的是， 所述岩石锚杆10的轴11的形状与图2的实施例并不一致，而是，图1 中的岩石锚杆10只是举例说明的可用于本发明的岩石锚杆的一种形 式。图2所示的岩石锚杆的部分20包括削弱区21，该削弱区21可以 是至少两个削弱区中的一个，但优选的是多于两个削弱区中的一个， 该削弱区位于图1所示的岩石锚杆10的螺纹部15、 16之间的无螺纹 区域22上。所述削弱区21是大体V形的环形槽，其通过滚压成形中空轴而形 成。环形槽的形状也可以不是V形，例如可为U形。重要的是，滚压 成形不能严重影响到延伸通过所述部分20的通道23的形状，并且因 此，滚压成形操作要将削弱区21内的金属沿轴向向外而非向内移位， 而这会导致削弱区21的每个开放边缘24上形成材料的堆积。然而， 这样的堆积无关紧要，而且并不会影响岩石锚杆io的工作。侧壁25被设置为彼此之间成角度a 。所述角度a可以在大约40 度到80度之间变化，而图示的角度大约为40度。削弱区21的内部直
径或根部直径dr大约为轴直径Ds的45。/。。如前所述，优选的截面面减 小值范围为大约5%到25%。如前所述，削弱区21的形状可以按需选择，可为V形、U形或其 他形状，而生产方法可包括滚压成形、加工或磨削加工。同样地，削 弱区21也并非必须为环形，图3示出了削弱区30的一种可选形式， 其包括一对形成在岩石锚杆的部分33上的、在直径方向上相对的V形 槽31、 32。所述V形槽31、 32可以为其他形状，例如U形，并且可 由磨削或铣削而形成。虽然由这些槽31和32所产生的削弱是定向的， 即与较大直径D的部分相比，通过縮小直径d的削弱区30的部分而产 生了更大的削弱，但图3的布置比图2的布置更容易制造。因此，开 采的具体情况将会指示部分20和33中的哪一个被使用。然而，图3所示的是按照本发明的所述削弱区可由多种合适的 方式形成。需要注意的是，用于部分33的所述槽可被定形、定位或定向成 使得削弱区可沿着部分33的不止一个平面形成。图1中岩石锚杆10的全长大约为1200毫米，而轴直径大约为20 毫米。对于这样一种岩石锚杆，区域22优选为具有大约三个削弱区。在先前已有一个或多个岩石锚杆10被插入的岩壁的开采作业过 程中，所述岩石锚杆IO将经受开采设备，如长壁滚齿刨煤机的冲击。 本发明的所述削弱区可以设置成使得岩石锚杆与开采设备直接接触或 者间接接触而断裂。岩石锚杆的间接断裂可通过围绕或接近岩石锚杆 的岩壁的破裂得以实现。无论岩石锚杆通过直接还是间接接触而导致 失效，按照本发明的失效的特性会例如将因与已安装的岩石锚杆接合 而使开采设备损坏的可能性降到最低或消除这种可能性。除了上面详述的内容，这里描述的本发明是允许变化、改进和/或 增加，而且可以理解的是，本发明包含所有那些落入前述内容的精神 和范围内的变形、改进和/或增加。本申请要求优先权的澳大利亚临时专利申请第2007905206号中 的公开内容通过引用而被引入于此。
权利要求
1. 一种岩石锚杆(10)，其用于安装于岩壁上形成的孔洞中，所述岩石锚杆(10)具有至少部分中空的伸长轴(11)，所述伸长轴(11)的壁具有多个沿轴(11)的纵向彼此间隔开的削弱区(21，30)，所述削弱区(21，30)形成伸长轴(11)的断裂位置，以便使得在开采安装有所述岩石锚杆(10)的岩壁过程中，所述伸长轴(11)能够被断开成为长度减短的若干部分，其特征在于所述削弱区(21，30)的抗拉强度约为与所述削弱区(21，30)相邻的伸长轴(11)的抗拉强度的80％。
2. 如权利要求1所述的岩石锚杆(IO)，其特征在于所述岩石锚 杆(10)为自钻式岩石锚杆，其在所述伸长轴(11)的一端具有钻头(12)， 以便钻入岩壁中。
3. 如权利要求1或2所述的岩石锚杆，其特征在于所述伸长轴 (ll)基本上为完全中空的。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述削弱区(21，30)将所述岩石锚杆(10)的所述伸长轴(11)充分削弱，使得 围绕所述伸长轴周围的岩石破裂时，所述伸长轴(ll)在所述削弱区 (21,30)处断裂。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述削弱区(21，30)通过滚压成形而形成。
6. 如权利要求1至4中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述削弱区(21，30)通过磨削或铣削而形成。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述伸长轴(ll)通过折叠一段伸长金属段而形成，所述金属段在其一个侧 面上包括使得在折叠时形成所述削弱区(21,30)的外形。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述削弱区(21,30)形成为具有V形或U形。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于所 述削弱区(21，30)形成为若干环形槽。
10. 如权利要求1至8中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于 所述削弱区(21，30)由螺旋槽形成。
11. 如权利要求1至9中任一项所述的岩石锚杆，其特征在于 所述削弱区(21，30)形成在所述伸长轴的周围的一部分上。
12. —种自钻式岩石锚杆(10)，其具有至少部分中空的伸长轴(11)， 所述伸长轴(ll)具有相对的端部，并且在一端上具有用于钻入岩壁的钻 头(12)，所述伸长轴(ll)的壁具有多个沿轴(11)的纵向彼此间隔开的 削弱区(21，30)，所述削弱区(21,30)形成伸长轴(11)的断裂位置，以便使 得在开采所述岩石锚杆(10)已经钻入的岩壁过程中，所述伸长轴(ll)能 够被断开成为长度减短的若干部分，其特征在于所述削弱区(21，30) 的抗拉强度约为与所述削弱区相邻的伸长轴(ll)的抗拉强度的80%。
全文摘要
一种岩石锚杆(10)，其用于安装于岩壁上形成的孔洞中。所述岩石锚杆(10)具有至少部分中空的伸长轴(11)。所述轴(11)的壁具有多个沿轴(11)的纵向彼此间隔开的削弱区(21，30)。所述削弱区(21，30)形成所述轴(11)的断裂位置，以便使得在开采安装有所述岩石锚杆(10)的岩壁过程中，所述轴(11)能够被断开成为长度减短的若干部分。所述削弱区(21，30)的抗拉强度约为与所述削弱区相邻的细长轴(11)的抗拉强度的80％。
文档编号E21D21/00GK101397911SQ20081016101
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者科林·诺里斯 申请人:山特维克知识产权股份有限公司