具有机械锚固件的岩石锚杆的制作方法

专利名称：具有机械锚固件的岩石锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及适于在采矿和隧道挖掘行业使用的、用来提供顶部支承和壁支承的岩
石锚杆，并且涉及用于这种岩石锚杆的轴。本发明适合用于硬岩石应用以及例如在煤矿中 经常出现的较软地层，且应当理解，本说明书中所使用的术语"岩石"被赋予宽泛的意义来 涵盖这些应用。
背景技术：
顶部支承和壁支承在采矿和隧道挖掘操作中是至关重要的。矿井和隧道的壁和顶 部由岩石地层构成，该岩石地层必须加固来防止塌方的可能。岩石锚杆广泛用于对岩石地 层进行加固。 在常规的地层支承系统中，通过钻杆来在岩石中钻孔，然后移除该钻杆，并然后将 岩石锚杆安装在钻孔中，并通常使用基于树脂或水泥的浆料来将锚杆紧固在适当的位置 上。 也已经提出了自钻式岩石锚杆，由此，锚杆还用作钻杆。这样，利用自钻式岩石锚 杆，能够一次完成钻孔和安装该锚杆。 在常规岩石锚杆和自钻式岩石锚杆两者中，在锚杆上通常结合有机械锚固装置， 以在位于钻孔中时将该锚杆保持在适当位置上。为了确保正确的安装，锚固装置不应当易 于意外启用或在需要时不能启用。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种岩石锚杆，该岩石锚杆包括具有第一端部和 第二端部的轴；以及锚固装置，该锚固装置可操作用以在位于钻孔中时保持锚杆，且包括安 装到所述轴上或与该轴一体地形成的心轴、以及叠置在该心轴上的至少一个扩张元件，该 心轴或所述至少一个扩张元件中的至少一个为活动构件且能够相对于所述轴旋转和沿着 该轴轴向移动，所述至少一个扩张元件布置成在心轴与该至少一个扩张元件之间存在预定 的相对运动时沿径向向外移位，其中，当设置在所述轴的第一部分上时，该活动构件相对于 轴的旋转导致所述活动构件沿着所述轴轴向移动，而当设置在所述轴的第二部分上时，该 活动构件能够在所述轴上旋转，而不会受到偏压而沿着该轴轴向移动。 在特定的形式中，第二部分邻近于第一部分。此外，在一种形式中，所述活动构件 通过螺纹联接而沿着第一部分连接到轴上，该螺纹联接包括所述轴上的外螺纹和设置在该 活动构件的内表面上的互补的内螺纹。该轴的外螺纹可终止于该第二部分，且所述活动构 件可通过旋离或旋拧到(wind off or onto)该轴的外螺纹上而能够在第一部分与第二部 分之间移动。 当位于轴的第二部分上时，为了便于所述活动构件与外螺纹的接合，第二部分可 沿着该轴轴向延伸一定距离，该距离稍大于所述活动构件的内螺纹的轴向长度。这样，活动 构件就与外螺纹的端部保持接近。
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根据岩石锚杆的一种特定形式，所述活动构件能够采取不同的状态。在第一状态 下，活动构件可旋转且被偏压成轴向移动。在第二状态下，活动构件可旋转而没有轴向偏 压。可以利用这种能够采取这些不同状态的能力来帮助防止锚固组件的意外启用和/或减 小锚固装置在需要时不能启用的可能性。 在一种形式中，所述心轴安装到轴上且包括所述活动构件。此外，至少一个扩张元 件和该心轴可以以允许它们围绕锚杆轴线相对于轴旋转的方式连接到锚杆的轴上。此外， 在至少一种形式中，所述至少一个扩张元件的内表面和该心轴的外部倾斜表面被形成为使 得防止了所述至少一个扩张元件与心轴之间的相对旋转。这样，所述至少一个扩张元件和 该心轴一起围绕锚杆的轴旋转。 在上述布置的特定形式中，当使所述轴相对于锚固装置旋转时，限制了所述至少 一个扩张元件沿着锚杆的轴的轴向移动，由此，该心轴就可沿着该轴在导致所述至少一个 扩张元件向外移位的方向上轴向移动。因此，利用该构造，该轴相对于锚固装置的旋转引起 所述至少一个扩张元件与该心轴之间的相对运动，从而导致所述至少一个扩张元件径向向 外移位。 在一种特定的形式中，该心轴沿所述轴向下的移动(即，朝着第二端部)导致所述 至少一个扩张元件沿径向向外移位。 在一种形式中，其中，限制了所述至少一个扩张元件沿着该轴的轴向移动，该扩张 元件可在所述至少一个扩张元件的一端处受限，从而允许该扩张元件的其余部分沿径向向 外延伸。在一种形式中，所述至少一个扩张元件可位于围绕该轴设置的凹槽中，或可由围绕 该轴设置的保持套环保持(capture)。 在一种形式中，扩张元件从所述受限的端部朝着岩石锚杆的第二端部向下突出。 在另一种形式中，扩张元件朝着岩石锚杆的第一端部向上突出。在后一种布置中，所述至少 一个扩张元件可位于凹槽中，或抵靠保持套环，该保持套环在与第一端部间隔开的位置处 设置在轴上。 在一种特定的形式中，设置了多个扩张元件，所述多个扩张元件在使用中围绕所
述轴的轴线成角度地间隔开。在一种特定的形式中，设置了连接器，该连接器使扩张元件互
连且布置成与锚杆轴接合，以便防止扩张元件沿着所述轴的轴向移动。在一种形式中，该连
接器可形成为多个件，或能够变形，以便围绕轴延伸且位于该轴内的凹口中。 在上述布置的替代布置结构中，扩张元件形成为包含中心孔的单个件。在此布置
结构中，该件的包含孔的中心区域形成了一体式连接器。 在一个特定的实施例中，第二部分邻近该连接器设置在所述轴上，以便防止心轴 由于围绕该轴旋转而受到偏压从而移动成与连接器接合(否则受到偏压会抑制心轴的旋 转能力)，且允许该锚固装置的有效配置。 在一种特定的形式中，连接器在该轴的第一端部处被保持。在特定的形式中，第二 部分设置在该轴的第一端部处，且布置成限制心轴由于围绕该轴旋转而造成的移动超过所 述第一端部的量。 在一种特定的形式中，锚杆布置成用作自钻式锚杆，并且还包括钻尖，该钻尖形 成在或连接到所述轴的第一端部上；以及驱动件，该驱动件在第二端部处或其附近形成在 或连接到所述轴上，并且布置成连接到钻凿设备上以允许该锚杆的旋转和推进。
根据一种形式，提供了一种自钻式岩石锚杆，该自钻式岩石锚杆包括具有第一端 部和第二端部的轴；形成在或连接到该轴的第一端部上的钻尖；在第二端部处或其附近形 成在或连接到轴上并且布置成连接到钻凿设备上以允许锚杆的旋转和推进的驱动件；以及 锚固装置，该锚固装置可操作用以在位于钻孔中时保持锚杆，且包括安装到所述轴上或与 该轴一体地形成的心轴、以及叠置在该心轴上的至少一个扩张元件，该心轴或所述至少一 个扩张元件中的至少一个为活动构件且能够相对于所述轴旋转和沿着该轴轴向移动，所述 至少一个扩张元件布置成在心轴与该至少一个扩张元件之间存在预定的相对运动时沿径 向向外移位，其中，当设置在所述轴的第一部分上时，该活动构件相对于轴的旋转导致所述 活动构件沿着所述轴轴向移动，而当设置在所述轴的第二部分上时，该活动构件能够在所 述轴上旋转，而不会受到偏压而沿着该轴轴向移动。 在一种特定的形式中，所述锚杆在钻凿操作中可围绕该锚杆的轴线沿第一方向旋 转，并且，沿相反的第二方向旋转以引起该心轴与所述至少一个扩张元件之间的预定的相 对运动，从而使锚固装置能够变为可操作，用以将该锚杆保持在钻孔中。 在一种形式中，自钻式岩石锚杆在该轴内包含内部通路。该轴通常由钢制成，且该 通路提供了部分的循环通路，以允许在锚杆的第一端部处引入或收回钻凿流体，且使浆料 能够泵送到钻孔中，以将岩石锚杆设定在适当的位置上。通常，该循环通路还包括形成在锚 杆轴与所钻孔的壁表面之间的第二通路。 中空轴可由多种技术形成。在特定的实施例中，该轴由细长金属部件(metal section)形成，该金属部件被折叠，使得该金属部件的相对纵向边缘接触而形成接缝。这种 形式的一个这样的中空杆由OneSteelPty Ltd制造并供应，且使用型钢。中空杆的这种构 造具有如下优点在其可相对便宜地制造，因此，理想地适合于诸如锚杆用于单一用途的自 钻式岩石锚杆的应用。在另一种形式中，该轴由钢管形成。 在另一种形式中，该轴沿其长度的至少一部分可以为实心的，且布置有围绕该部 分延伸的套筒，以提供该轴与套筒之间的通路。这个通路又形成循环通路的一部分。
在一种形式中，钻尖从锚杆轴线沿径向延伸的距离大于该轴，以提供该轴与所钻 孔的壁之间的通路。在一种形式中，钻尖直接位于该锚杆的轴上，该轴例如可通过铣削或锻 造操作进行改变，以接纳钻尖。 在备选形式中，岩石锚杆还包括钻头，该钻头连接到轴的端部上且其上包含钻尖。 在此布置结构中，钻头通过联接而连接到轴的端部上，该联接被布置成在所述轴沿至少一 个方向旋转时从所述轴向该钻头提供旋转。在此方面，该联接可以是永久性的，B卩，钻头可 焊接到轴上，或作为备选，钻头为可移除式的。在该后一种布置结构中，所述联接可以为允 许提供旋转的相互配合的突起和凹口的形式，或作为备选，可使用螺纹联接，其中，该钻头 包含具有外螺纹的柄部，并在该轴的内表面上设置有互补的内螺纹。 在一种形式中，扩张元件可设计成通常通过连接器而保持在钻头与轴端部之间， 以便限制扩张元件的轴向移动。 在一特定的形式中，岩石锚杆还包括邻近第二端部设置的驱动件，且该驱动件设 计成与钻凿设备相互接合。该驱动件还连接到轴上，以便允许向锚杆轴提供旋转和推进。
在一特定的形式中，驱动件为驱动螺母的形式，该驱动螺母通过螺纹联接而连接 到锚杆轴上，该螺纹联接包括设置在轴上的外螺纹和设置在驱动螺母的内表面上的内螺纹。 在一特定的形式中，设置了止挡件，该止挡件可操作用以禁止驱动螺纹在该轴上 轴向移动超过预定位置。在一特定的形式中，该止挡件为转矩装置的形式，该转矩装置布置 成限制驱动螺母沿着该轴的轴向移动，直到向该螺母施加了预定的转矩为止。在特定的形 式中，该转矩装置为转矩销的形式，该转矩销沿径向延伸穿过螺母并进入所述轴中，其中， 该转矩销可操作用以在向所述螺母施加了预定转矩时被剪断。 在本发明的另一方面中，提供了沿轴线在第一端部与第二端部之间延伸的岩石锚 杆的轴，该轴包括包含螺纹外表面的第一部分，该螺纹外表面布置为形成与具有互补的内 螺纹的构件相联接的螺纹联接的一部分；以及邻近该第一部分设置的第二部分，该第二部 分被形成为用于接纳所述构件，以便允许该构件在所述轴上旋转，而不引起该构件沿着所 述轴的轴向移动。 在一种形式中，该第二部分位于所述轴的第一端部附近。
在一种形式中，该第二部分具有平坦的外表面且截面为圆形。 在一特定的形式中，该轴包含延伸至第一端部的内部通路。在一种形式中，该内部 通路包含延伸至该轴的第一端部的内螺纹。 在一种形式中，所述轴的与第一部分间隔开的第三部分包括螺纹外表面。在特定
的形式中，第一部分和第三部分上的螺纹的旋向相同。 在一特定形式中，第三部分位于轴的第二端部附近。 在自钻式岩石锚杆的特定实施例的操作中，锚杆经由驱动螺母紧固到钻凿设备 上，该驱动螺母使岩石锚杆沿第一方向旋转。心轴定位在该轴的第二部分上，且能够在钻凿 操作期间与扩张元件一起自由回旋。具体而言，心轴没有旋拧越过所述轴的第一端部的可 能性，这将迫使连接器进入钻头中并因此使这些部件结合在一起。钻凿流体被泵送至第一 端部来冲洗岩石锚杆的切削表面。 在完成钻凿阶段时，钻凿设备然后使锚杆沿相反方向旋转，这促使锚固装置的启 用，在特定的形式中，促使该心轴接合所述轴上的外螺纹从而沿轴向移动到所述轴的第一 部分中，且促使扩张元件扩张。 在一特定的形式中，用于心轴和驱动螺母两者的螺纹联接具有相同旋向的螺纹。
利用该布置结构，在沿第二方向旋转时，由于转矩销防止了相对运动，故驱动螺母与所述轴
一起旋转，从而导致该轴沿第二方向旋转。造成了扩张元件直接撑紧孔壁，从而引起扩张元
件滑移。在锚固装置与轴之间引起的该相对运动促使所述心轴在该轴的螺纹上向下旋，促
使扩张元件沿径向向外移位，从而移动成与钻孔的岩石表面更紧地接合。
当扩张元件与壁表面牢固地接合时，该锚杆就变成牢固地保持在适当位置上。因
此，如果必要的话，所述钻凿设备能够拆卸开来，且在随后的某一时间，浆料能够注入到该
孔中来将锚杆设定在适当的位置上。 此时，还可通过向驱动螺母沿第二方向继续施加转矩来定位该锚杆，使之处于张 紧状态。在特定点处，迫使扩张元件紧紧抵靠岩石壁表面，使得楔形件不能使所述轴再进一 步向下移动。那么，这有效约束了锚杆并禁止其再进一步旋转。这就在驱动螺母处累积了 转矩，直到转矩达到将使转矩销被剪断从而允许驱动螺母相对于所述轴移动的点为止。该 相对运动然后促使该螺母向上旋到该轴上。
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—旦驱动螺母能够沿锚杆轴移动，则其然后将移动至与岩石地层的外表面(直接 地或通过支承板)接合，然后这将使该锚杆能够在张紧下定位，同时縮短了该锚杆在驱动 螺母与锚固装置之间的锚杆距离。这就对岩石地层进行了压縮。 一旦锚杆处于足够的张紧 下，然后就能将钻凿设备移除，且然后可执行如下的最后阶段通过将浆料经由该锚杆的内 部通路弓I入来将锚杆设定在适当的位置上。


为方便起见，在下文中参照附图来描述本发明的实施例。附图及相关描述的特殊
性应当理解为不会取代本发明的前述广义描述的一般性。
在附图中 图1为自钻式岩石锚杆的侧视图； 图2为沿着图1中锚杆的剖面线A-A的剖视图； 图3为图1中的岩石锚杆的第一端部的分解透视图； 图4为图1中的岩石锚杆的第一端部的比例放大的截面图；并且 图5为图1中的岩石锚杆的第一端部在岩石地层中钻进时的截面图。
具体实施例方式
图1和图2示出了自钻式岩石锚杆10，该自钻式岩石锚杆10包含第一 (钻凿)端 部11和第二 (螺母)端部12以及在该相对的端部11、12之间延伸的轴13。通常由钢制成 的轴13为中空的且包含中心通路14，该中心通路14允许流体从螺母端部12传递到钻进端 部11。在使用中，自钻式岩石锚杆IO连接到钻凿设备(未示出)上，且用作钻杆来在岩石 地层500中钻孔100 (见图5)。之后，如下文将更详细说明的，岩石锚杆IO被紧固在适当位 置上，以便为岩石地层500提供支承。 钻凿端部11在其远端包含带钻尖16的钻头15，以及在使用中布置成将该锚杆保 持在钻孔中的锚固装置23。该锚固装置23可用于将锚杆10保持在钻孔中，以便在将浆料 引入到孔100中之前将该岩石锚杆暂时紧固在适当位置上，或者将该锚杆永久固定在适当 位置上和/或张紧该锚杆来使岩石地层500受到压縮。 图3和图4中可最佳地看到钻凿端部11的细节。钻头15包括钻头体17和钻头 柄部18，该钻头体17在其外端包括钻尖16，该钻头柄部18在其外表面上包含外螺纹22。 通路19从柄部18的远端尖部延伸穿过而到达钻头体17的远端。该通路19布置成当钻头 15紧固到轴的端部20上时与该轴的通路14流体连通。轴的端部20包括与钻头柄部18上 的外螺纹22互补的内螺纹21 (见图4)。这样，钻头15能够简单地拧到轴13的轴端部20 上。 在钻凿操作期间，钻凿设备通常引起钻轴右向旋转。为了确保钻头15不会在钻凿 操作期间与轴分开，钻头15与轴13之间的螺纹联接为右旋螺纹，以便在钻凿操作期间趋于 使钻头与轴之间的螺纹联接更紧。 锚固装置23设置在钻头15下方且包括一对扩张元件24，该对扩张元件24设计成
使得从如附图中所示的收縮位置向外移动至扩张状态(未示出)，在扩张状态下，扩张元件 24与钻孔100的壁101接合。
扩张元件24通过连接器或支撑箍带(bail str即)25互连。该连接器通常由弹簧 钢制成，且包括本体段26和连接支腿27。连接支腿27焊接(或以另外的方式固定)到扩 张元件24的近端28上。由于连接器25由弹簧钢制成，所以它能够弯曲，从而提供一种允 许该扩张元件枢转的活动铰链，以便使该扩张元件能够在其收縮位置与其扩张位置之间容 易地移动。 在使用中，该连接器的本体26布置成以允许所述扩张元件围绕轴的轴线20旋转 但防止它们沿着锚杆轴轴向移动的方式保持在钻头15与轴端部20之间。这可以通过如下 方式来实现当该钻头完全紧固在适当位置上时，在钻头15与轴端部20之间提供足够大的 间距来确保连接器宽松地保持在这些部件之间。 锚固装置23还包括心轴29，该心轴29在所示的形式中包括相对的倾斜表面30和 31。心轴29包括头部32和两个悬置支腿33和34，且头部32的相对面和支腿33和34的 相对边缘表面形成倾斜表面30和31中的相应一个。 该心轴可在轴13上轴向移动，且能够根据其在该轴上的位置而采取不同的状态。 当位于轴13的第一部分40上时(如图3中最佳示出的)，心轴相对于轴13的旋转引起该 心轴沿所述轴的相应轴向移动。这是通过在轴的该第一部分中所述轴与心轴之间的螺纹联 接而产生的。该螺纹联接包括在心轴29的头部32内的内孔37中形成的内螺纹36和形成 在锚杆轴13上的外螺纹38。 心轴29与锚杆轴13之间的螺纹联接为左旋螺纹，使得在岩石锚杆进行与钻凿方 向相反的旋转时(即，该轴左向旋转)，心轴与该轴之间的任何相对运动都将使该心轴朝着 螺母端部12移动。此外，该心轴布置成使得倾斜表面30和31设计成与扩张元件24的内 表面35以如下方式抵靠S卩，心轴朝着所述轴的螺母端部12的相对运动引起扩张元件从其 收縮位置移动到其扩张位置。 该心轴还能够位于该轴的第二部分41中，该第二部分41与轴的第一部分40直接 相邻且延伸至轴的端部20。该第二部分具有平坦的外表面(相比于第一螺纹部分40)，该 外表面的截面为圆形，且该外表面设计成允许该心轴在所述轴上自由旋转，而不会引起心 轴在该轴上的任何轴向移动。 第二部分41的长度仅稍大于该心轴的头部32的长度。这样，心轴29保持接近于 设置在第一部分40上的螺纹38的起点。 在锚杆10钻凿期间，该心轴布置成位于所述轴的第二部分41上，在该第二部分41 处，心轴能够自由回旋。具体而言，在钻凿期间进行右向旋转的情况下，该心轴的任何相对 旋转都将沿着与螺纹38相反的方向，所以心轴没有接合该螺纹并旋到第一部分上的趋势。 另外，该心轴也没有受到偏压而朝着轴端部20轴向移动的趋势，上述趋势将导致心轴迫使 支撑箍带25进入钻头的下侧，这可能会将这些部件有力地结合在一起并随后在心轴进行 反向旋转时阻碍启用该锚固装置。 岩石锚杆10的螺母端部12包括邻近端部12设置且布置成与钻凿设备和轴相互 接合的驱动件43，以便允许向锚杆轴提供旋转和推进。驱动件43为驱动螺母的形式，它通 过螺纹联接而连接到锚杆轴13上，该螺纹联接包括设置在轴13上的外螺纹44和设置在该 驱动螺母的内表面上的内螺纹45。 所示形式的螺纹联接为左旋螺纹，从而在钻凿操作期间，施加到该驱动螺母上的转矩趋于促使该驱动螺母从轴13的第二端部上旋离。为了防止这一点，设置了转矩销51， 该转矩销51布置成限制驱动螺母在所述轴上的相对运动，直到预定的转矩供给该螺母为 止。转矩销51沿径向延伸穿过螺母47并进入轴13中(如图2中最佳示出的)，且可操作 用以在向该螺母施加了预定转矩时被剪断。 在操作中，锚杆10经由驱动螺母43紧固到钻凿设备上，该驱动螺母43使该岩石 锚杆沿第一方向旋转。钻凿流体通过锚杆的循环通路泵送，以冲洗岩石锚杆的切削表面。在 该位置上，心轴29设置在所述轴的第二部分上且能够与扩张元件24 —起自由回旋，而不会 引起朝着轴端部20的任何轴向移动。 在完成钻凿阶段时，钻凿设备然后使该锚杆沿相反方向旋转。由于转矩销阻止了 相对运动，故驱动螺母43与所述轴一起旋转。这种反向旋转被布置成引起扩张元件24和 心轴29相对于锚杆轴的"滑移"。在锚固装置与轴之间引起的这种相对运动导致该心轴接 合螺纹28，且由于该心轴向下旋到所述轴的螺纹上而从该轴的第二部分41移动到第一部 分40上。这种移动导致扩张元件沿径向向外移位，从而接合钻孔的岩石表面。
当扩张元件与壁表面接合时，锚杆就变成牢固地保持在适当位置上。因此，如果必 要的话，该钻凿设备能够拆卸开来，且在随后的某一时间，浆料能够注入到该孔中来将锚杆 设定在适当的位置上。 在此阶段，还可通过向驱动螺母43沿第二方向继续施加转矩来定位该锚杆，使之 处于张紧状态下。在特定点处，迫使扩张元件24紧紧抵靠岩石壁表面，使得楔形件不能使 所述轴再进一步向下移动。那么，这有效约束了该锚杆并禁止其再进一步旋转。这就在驱 动螺母43处累积了转矩，直到转矩达到将使转矩销51被剪断从而容许该驱动螺母相对于 所述轴移动的点为止。然后，该相对运动促使该螺母向上旋拧到该轴上。
—旦驱动螺母能够沿着锚杆轴移动，则然后该驱动螺母将移至与岩石地层500的 外表面102(直接地或通过支承板)接合，然后这将使该锚杆能够在张紧下定位，同时縮短 了该锚杆在驱动螺母与锚固装置之间的有效长度。这对岩石地层进行了压縮。 一旦锚杆处 于足够的张紧下，然后就能将钻凿设备移除，且然后可根据需要来执行如下的最后阶段通 过将浆料经由该锚杆的内部通路引入来将锚杆设定在适当的位置上。 在本发明的以下权利要求和前述说明中，除非上下文由于表述语言或所需的含义
而另外要求，否则词组"包括"或诸如"包含"、"包括有"的变型以包括性意义使用，即，指明
存在所述的特征，但不排除在本发明的各种实施例中存在或加入有其它特征。 在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对前述部分进行改变和/或修改。 本申请要求澳大利亚专利申请No. 2007214343的优先权，该澳大利亚专利申请的
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1权利要求
一种岩石锚杆，包括具有第一端部和第二端部的轴；以及锚固装置，所述锚固装置可操作用以在位于钻孔中时保持所述锚杆，且包括安装到所述轴上或与所述轴一体地形成的心轴、以及叠置在所述心轴上的至少一个扩张元件，所述心轴或所述至少一个扩张元件中的至少一个为活动构件且能够相对于所述轴旋转和沿着所述轴轴向移动，所述至少一个扩张元件布置成在所述心轴与所述至少一个扩张元件之间存在预定的相对运动时沿径向向外移位，其中，当设置在所述轴的第一部分上时，所述活动构件相对于所述轴的旋转导致所述活动构件沿着所述轴轴向移动，而当设置在所述轴的第二部分上时，所述活动构件能够在所述轴上旋转，而不会受到偏压而沿着所述轴轴向移动。
2 根据权利要求1所述的岩石锚杆，其特征在于，所述第二部分邻近所述第一部分。
3. 根据权利要求1或2所述的岩石锚杆，其特征在于，所述活动构件通过螺纹联接而沿 着所述第一部分连接到所述轴上，所述螺纹联接包括所述轴上的外螺纹和设置在所述活动 构件的内表面上的互补的内螺纹。
4. 根据权利要求3所述的岩石锚杆，其特征在于，所述轴的外螺纹终止于所述第二部 分，并且其中，所述活动构件能够通过旋离或旋拧到所述轴的外螺纹上而在所述第一部分 与所述第二部分之间移动。
5. 根据权利要求3或4所述的岩石锚杆，其特征在于，所述第二部分沿着所述轴轴向延 伸一定距离，该距离稍大于所述活动构件的内螺纹的轴向长度。
6 根据前述权利要求中的任一项所述的岩石锚杆，其特征在于，所述活动构件为心轴， 并且限制所述至少一个扩张元件沿着所述锚杆的轴的轴向移动。
7. 根据权利要求6所述的岩石锚杆，其特征在于，所述锚固装置还包括连接器，并且所 述至少一个扩张元件从所述连接器上悬置，其中，所述连接器以防止所述至少一个扩张元 件沿着所述轴轴向移动而同时允许所述连接器围绕所述轴旋转的方式被保持。
8. 根据权利要求7所述的岩石锚杆，其特征在于，所述第二部分邻近所述连接器设置 在所述轴上，以便防止所述活动构件由于围绕所述轴旋转而受到偏压从而移动成与所述连 接器接合。
9. 根据权利要求7或8所述的岩石锚杆，其特征在于，所述连接器在所述轴的第一端部 处被保持。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的岩石锚杆，其特征在于，所述第二部分设置在 所述轴的第一端部处，且布置成限制所述活动构件由于围绕所述轴旋转而造成的移动超过 所述第一端部的量。
11. 根据权利要求9所述的岩石锚杆，其特征在于，所述连接器由设置在所述轴上的保 持套环保持。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的岩石锚杆，其特征在于，所述预定的相对运动 为所述心轴相对于所述至少一个扩张元件在沿着所述轴轴向地朝着所述第二端部的方向 上的移动。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的岩石锚杆，其特征在于，通过使所述心轴的至 少一个倾斜表面与所述至少一个扩张元件的内表面接合，限制所述至少一个扩张元件和所 述心轴围绕所述轴的轴线相对旋转。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的岩石锚杆，其特征在于，所述锚杆布置成用作自钻式岩石锚杆，并且还包括钻尖，所述钻尖形成在或连接到所述轴的第一端部上；以及 驱动件，所述驱动件在所述第二端部处或其附近形成在或连接到所述轴上，并且布置成连 接到钻凿设备上，以允许所述锚杆的旋转和推进。
15. 根据权利要求14所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述锚杆在钻凿操作中围 绕所述轴的轴线沿第一方向旋转，并且，沿相反的第二方向旋转以引起所述心轴与所述至 少一个扩张元件之间的所述预定的相对运动，从而使所述锚固装置能够变为可操作，用以 将所述锚杆保持在钻孔中。
16. 根据权利要求14或15所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述锚杆布置成在位 于钻孔中时允许流体在所述端部之间通过。
17. 根据权利要求14所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述轴包含内部通路以允 许流体在所述第一端部与所述第二端部之间通过。
18. 根据权利要求14至17中的任一项所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述钻尖 沿径向延伸的距离大于所述轴的半径，从而提供用于在所述轴与所述钻孔的壁之间输送流 体的通路。
19. 根据权利要求14至18中的任一项所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述岩 石锚杆还包括钻头，所述钻头连接到所述轴的所述第一端部且在所述钻头上包含了所述钻 尖，所述钻头通过联接而连接到所述轴的所述端部上，所述联接被布置成在所述轴沿至少 一个方向旋转时从所述轴向所述钻头提供旋转。
20. 根据权利要求19所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述钻头与所述轴之间的所述联接包括螺纹联接，所述螺纹联接包括所述钻头的柄部上的外螺纹；和设置所述轴 的内表面上的互补的内螺纹。
21. 根据权利要求14至20中的任一项所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述驱动 件为驱动螺母的形式，所述驱动螺母通过螺纹联接而连接到所述锚杆的轴上，所述螺纹联 接包括设置在所述轴上的外螺纹和设置在所述驱动螺母的内表面上的互补的内螺纹。
22. 根据权利要求21所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述岩石锚杆还包括转矩 装置，所述转矩装置可操作用以限制所述驱动螺母沿着所述轴的轴向移动，直到向所述螺 母施加了预定的转矩为止。
23. 根据权利要求22所述的自钻式岩石锚杆，其特征在于，所述转矩装置为转矩销的 形式，所述转矩销沿径向延伸穿过所述螺母并进入所述轴中，所述转矩销可操作用以在向 所述螺母施加了预定转矩时被剪断。
24. 根据从属于权利要求3时的权利要求21至23中的任一项所述的自钻式岩石锚杆 在，其特征在于，所述活动构件及所述驱动螺母与所述轴的螺纹联接具有相同的旋向。
25. —种沿轴线延伸且包括第一端部和第二端部的岩石锚杆轴，所述轴的第一部分包 含螺纹外表面，所述螺纹外表面布置为形成与具有互补的内螺纹的构件相联接的螺纹联接 的一部分，并且，所述轴的第二部分邻近所述第一部分设置，且被形成用于接纳所述构件， 以便允许所述构件在所述轴上旋转，而不会引起所述构件沿着所述轴的轴向移动。
26. 根据权利要求25所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述第二部分位于所述轴的第 一端部附近。
27. 根据权利要求25或26所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述第二部分具有平坦的外表面且截面为圆形。
28. 根据权利要求25至27中的任一项所述的岩石锚杆轴，其特征在于，从所述轴的第 一端部延伸出通路，且所述通路包含螺纹内表面。
29. 根据权利要求25至28中的任一项所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述轴为中空 的，且包含在所述轴的相对的第一端部与第二端部之间延伸的通路。
30. 根据权利要求25至29中的任一项所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述轴的与所 述第二部分间隔开的第三部分包含螺纹外表面。
31. 根据权利要求30所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述第三部分位于所述轴的所 述第二端部附近。
32. 根据权利要求30或31所述的岩石锚杆轴，其特征在于，所述第一部分和所述第三 部分上的外螺纹具有相同的旋向。
33. —种自钻式岩石锚杆，包括具有第一端部和第二端部的轴；形成在或连接到所述 轴的所述第一端部上的钻尖；在所述第二端部处或其附近形成在或连接到所述轴上并且布 置成连接到钻凿设备上用以允许所述锚杆的旋转和推进的驱动件；以及锚固装置，所述锚 固装置可操作用以在位于钻孔中时保持所述锚杆，且包括安装到所述轴上或与所述轴一体 地形成的心轴、以及叠置在所述心轴上的至少一个扩张元件，所述心轴或所述至少一个扩 张元件中的至少一个为活动构件且能够相对于所述轴旋转和沿着所述轴轴向移动，所述至 少一个扩张元件布置成在所述心轴与所述至少一个扩张元件之间存在预定的相对运动时 沿径向向外移位，其中，当设置在所述轴的第一部分上时，所述活动构件相对于所述轴的旋 转导致所述活动构件沿着所述轴轴向移动，而当设置在所述轴的第二部分上时，所述活动 构件能够在所述轴上旋转，而不会受到偏压而沿着所述轴轴向移动。
全文摘要
一种岩石锚杆，包括具有第一端部和第二端部的轴；以及锚固装置，该锚固装置可操作用以在位于钻孔中时保持锚杆，且包括安装到所述轴上或与所述轴一体地形成的心轴、以及叠置在该心轴上的至少一个扩张元件，所述心轴或所述至少一个扩张元件中的至少一个为活动构件且能够相对于所述轴旋转和沿着该轴轴向移动，且所述至少一个扩张元件布置成在心轴与所述至少一个扩张元件之间存在预定的相对运动时沿径向向外移位，其中，当设置在所述轴的第一部分上时，该活动构件相对于轴的旋转导致所述活动构件沿所述轴轴向移动，而当设置在所述轴的第二部分上时，该活动构件能够在所述轴上旋转，而不会受到偏压而沿着该轴轴向移动。
文档编号E21D21/00GK101784752SQ200880103852
公开日2010年7月21日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年8月31日
发明者马修·肯尼 申请人:山特维克知识产权股份有限公司