可膨胀岩栓的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种能通过加压介质而膨胀的管状岩栓（1），用于插入钻孔（16）内并包括：延长的管状部分（2），具有闭合的横截面（12）并设置有纵向压制部分（13），在岩栓（1）的膨胀期间纵向压制部分的直径增大而管状部分（2）的周缘不弯曲；以及端部区段（17）和端部部件（19），端部区段位于岩栓（1）的一个端部（15）处，端部部件布置在岩栓（1）的第二端部（18）处并设置有连接部分（22）以与膨胀装置（23）以能释放的方式相互作用。延长的管状部分（2）包括加强装置（3），加强装置在管状部分（2）内部在端部区段（17）与端部部件（19）之间内部地延伸，并且加强装置附接于端部区段（17）和端部部件（19）处。本发明还涉及岩栓的制造。
【专利说明】可膨胀岩栓
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1限定的管状岩栓(rock bolt，锚杆，岩石螺栓)，该岩栓能通过加压介质而膨胀以用于插入钻孔内。本发明还涉及一种根据权利要求8所述的用于岩栓的制造的方法。
[0002]现有技术的可膨胀岩栓包括管，管的内部通过加压介质(例如高压流体)而处于压力下，并因而膨胀。岩栓被引入钻孔内。介质从高压泵通过管供应给位于岩栓的从钻孔伸出的端部中的连接部。介质被供应给管的内部，由此管膨胀以与钻孔的壁接触。
[0003]岩石中的钻孔中的岩栓暴露于侵蚀性的环境，并且还暴露于张力、剪切力和腐蚀物。这种环境影响岩栓的寿命和强度。随着时间的推移，岩栓由于腐蚀而弱化，并且如果它经受剪切力和张力，其最终可能失效。应当认识到，某些岩栓在岩石中被定位成使得它们经受的力相对较小，并且即使环境具有侵蚀性，这些岩栓也不会为此原因而失效。
[0004]为了抵抗腐蚀，岩栓可以设置有用于保护其免受腐蚀的试剂的涂层。但是，当岩栓被引入到钻孔内时，该涂层可能被损坏。另外，当岩栓膨胀时，由于岩栓的表面的形状被改变，涂层可能会被损坏。这种损坏导致开口，可能在这些开口中形成腐蚀。
[0005]本发明的目的是提供一种岩栓，该岩栓呈现出抵抗其所暴露的力的更好的强度，并且呈现出对腐蚀的更好的耐抗性。
[0006]这个目的是通过这样的岩栓实现的，S卩，该岩栓具有内部加强装置(reinforcement means,加固装置)，只要岩栓未被损坏，则该内部加强装置存在于受保护的环境中，并且该内部加强装置增加了岩栓的抵抗张力和剪切力的强度。
[0007]下面将参照附图描述本发明，附图中:
[0008]图1示出了根据本发明的岩栓的横截面，
[0009]图2示出了具有加强装置的外部管状部分的立体图，
[0010]图3-图8示出了具有不同类型的加强装置的岩栓的横截面，
[0011]图9示出了组装后的岩栓，
[0012]图10示意性地示出了岩壁的具有钻孔的截面，该钻孔内已经安装有岩栓，
[0013]图11示出了岩栓在已经膨胀之后的横截面，以及
[0014]图12和图13示出了岩栓在其已经膨胀之前和之后的立体图。
[0015]图1示出了根据本发明的岩栓I的横截面。该岩栓包括延长的(extended，细长的，延伸的)外部管状部分2和内部加强装置3。在本实施例中，内部加强装置3包括第二管状部分4，第二管状部分的外径5小于外部管状部分的内径6。在图3-图5中所示的第二实施例中，加强装置3包括加强构件、钢杆或铁杆7、或线材(wire，线缆，金属线)8。在另一实施例中，根据图7-图8，加强装置包括延长的扁平金属件9或成角度的(angled，弯折的)金属件10。在另一实施例中，如在图6中可以看出的，加强装置包括复合材料的延长的构件11。
[0016]根据图1和2，外部管状部分2示出了闭合的横截面12，并且其被布置成具有纵向折叠部(fold，褶皱部，交叠部)13，该纵向折叠部沿外部管状部分2的整个长度延伸。该折叠部13的目的是向管状部分2提供膨胀而不弯曲其表面的可能性。当内部加强装置3包括管时，该内部管在岩栓I的制造过程中被布置有纵向折叠部14。
[0017]外部管状部分2的一个端部15 (当岩栓I已被放入钻孔16内时旨在被放置成最远地进入钻孔16内的端部)包括护套形式的端部区段(end section) 17，该端部区段可以在图9和图10中看出。护套通过另一种方法被焊接或附接于加强装置3和外部管状部分2的端部15,从而密封该端部。管的第二端部18 (当岩栓I被安装到钻孔16内时被定位在钻孔16的外部的端部)设置有护套形式的端部部件(end piece) 19，该端部部件通过另一种方法被焊接或附接于外部管状部分2和加强装置3的第二端部，并且密封该端部。在岩栓I被安装在钻孔16中之前，垫圈20被设置在外部管状部分上。垫圈20被布置成在岩栓I的端部18处与端部部件19接触，并且旨在当岩栓I已被布置在钻孔16中时与岩壁21接触。
[0018]端部部件19设置有用于膨胀装置(expansion means)23的连接部分22。连接部分22包括孔或开口，以用于与由外部管状部分2形成的内部隔室24相连通。该膨胀装置23包括连接器(例如设置有螺纹连接在端部部件的外侧上的垫圈的护套、或螺纹接套(nipple，管接头))，并且其被连接于高压流体(诸如水)的源25。应当认识到，也可以使用其他类型的流体，例如加压空气。
[0019]在图10中示出岩床26，并且在岩床中具有钻孔16。适当的是，钻孔16延伸到这样的深度，即，该深度超过待加强的岩石材料在同一方向上的延伸范围。岩栓I被放置在钻孔16中，该岩栓已经膨胀以与钻孔16的壁27接触。
[0020]图3-图8中示出了布置在钻孔16中的岩栓I的横截面。这些图示出了在膨胀之前的岩栓I。参考标号13指的是外部管状部分2中的压制(stamped，冲压，模压)折叠部，并且参考标号14指的是当其包括管状加强装置时位于加强装置3中的压制折叠部。图11示出了图1的岩栓I在已通过加压介质的供给而膨胀之后的横截面。如可以看到的，仅外部管2膨胀，而加强装置3 (当其包括管时)不受加压介质的影响。以这种方式，内部管3不经受所谓的变形硬化，并且只要岩栓I未被损坏，则加强装置3在外部管状部分2内处于被保护的环境中。图12示出了根据本发明的岩栓在其膨胀之前的立体图，并且图13示出了同一岩栓在其膨胀之后的立体图。
[0021]如果岩栓I由于岩石的运动而暴露于张力和剪切力，如果这些力变得过大，则岩栓可能失效。由于当岩栓I膨胀时形成在外部管状部分2的表面中的裂缝，岩栓还可能随着时间由于腐蚀变得更弱，这可能导致岩栓I的失效。当岩栓失效时，加强装置3吸收旨在由岩栓的外部管状部分2吸收的力。由于加强装置3已被保持在受保护的环境中，并且由于它未被膨胀，所以加强装置3处于其原始状态中，并且因此能比岩栓的外部管状部分2更好地承受腐蚀冲击,并且岩栓I的寿命由此而被延长。
[0022]当岩栓I经受张力时、当岩石受到地震运动和裂缝的影响时，岩栓弯曲并可能最终失效。由于外部管状部分2和加强装置3两者均被附接在端部区段17和端部部件19处，所以当外部管状部分2失效时，张力从外部管状部分2转移到加强装置3。
[0023]当岩栓I已被布置在钻孔16中并已膨胀成与钻孔的壁27接触时，外部管状部分2在可抵靠钻孔的壁滑动的部分处以及在从钻孔伸出的端部处仅可弯曲有限的量。当外部管状部分2已经被暴露于超过其强度的力时，内部加强装置3继续吸收力，因为它是自由地附接于端部区段17与端部部件19之间的，并且可以在端部区段与端部部件之间沿其整个长度弯曲。因此，应该认识到的是，所提出的岩栓吸收能量，并可在岩石的运动过程中吸收岩栓所暴露的动态载荷。也由于每横截面面积的钢的量被增加得大于根据现有技术的岩栓的每横截面面积的钢的量，岩栓的剪切强度和拉伸强度增加。
[0024]通过以下方法制造根据本发明的岩栓1:
[0025]-确定岩石中的孔16的长度和直径，
[0026]-布置延长的管状部分2，
[0027]-布置延长的加强装置3，
[0028]-将加强装置3插入管状部分2内，
[0029]-将由以一个位于另一个内部的方式放置在一起的两个部分2、3所形成的单元28放置到一成形装置(forming arrangement)(图中未示出)内，
[0030]-将单元28的一侧15附接于端部区段17，而将单元28的第二侧18附接于端部部件19，
[0031]-沿单元28的延伸范围(extent)形成纵向折叠部13、14，
[0032]-在端部部件19中形成孔22，以用于将岩栓I连接于加压介质。
[0033]当岩栓I的加强装置3包括被放置在外部管状部分2内的管时，当折叠部13被滚压或被按压入岩栓I的外部管状部分2内时，加强装置3也设置有折叠部14。加压介质仅被引导进入外部管状部分2内，由于这个原因，加强装置3 (在其包括管的情况下)在膨胀之后继续呈现该纵向折叠部14。其优点在于，加强装置3的表面形状在膨胀过程中不改变，并且由于这个原因加强装置3的保护不受腐蚀的影响，此外该加强装置不变形硬化。
[0034]本发明不限于上面所描述的并且在附图中示出的:本发明可以在由所附权利要求所限定的创新构思的范围内以多种不同的方式进行改变和修改。
【权利要求】
1.一种能通过加压介质而膨胀的管状岩栓(1)，所述岩栓用于插入钻孔(16)内并且包括:延长的管状部分(2)，所述延长的管状部分具有闭合的横截面(12)并且设置有纵向压制部分(13)，在所述岩栓(I)的膨胀期间所述纵向压制部分的直径增大而所述管状部分(2)的周缘不弯曲；以及端部区段(17)和端部部件(19)，所述端部区段位于所述岩栓(I)的一个端部(15)处，所述端部部件布置在所述岩栓(I)的第二端部(18)处并且设置有连接部分(22)以与膨胀装置(23)以能释放的方式相互作用，其特征在于，所述延长的管状部分(2 )包括加强装置(3 )，所述加强装置在所述管状部分(2 )内部在所述端部区段(17 )与所述端部部件(19)之间内部地延伸，并且所述加强装置附接于所述端部区段(17)和所述端部部件(19)处。
2.根据权利要求1所述的管状岩栓(1)，其中，所述加强装置(3)包括延长的管(4)，所述延长的管的外径(5)小于所述管状部分(2)的内径(6)。
3.根据权利要求1所述的管状岩栓(I)，其中，所述加强装置(3)包括线材。
4.根据权利要求1所述的管状岩栓(1)，其中，所述加强装置(3)包括钢杆或铁杆或加强构件。
5.根据权利要求1所述的管状岩栓(1)，其中，所述加强装置(3)由复合材料制造。
6.根据权利要求2所述的管状岩栓(1)，其中，所述加强装置(3)布置有纵向压制部分(14)。
7.根据权利要求6所述的管状岩栓(I)，其中，所述加压介质与由所述管状部分限定的隔室(24)相连接，在所述隔室中布置有所述加强装置(3)。
8.一种用于管状岩栓(I)的制造的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作步骤: -确定岩石中的孔(16)的长度和直径， -布置延长的管状部分(2)， -布置延长的加强装置(3)， -将所述加强装置(3)插入所述管状部分(2)内， -将由以一个位于另一个内部的方式放置在一起的两个部分(2、3)所形成的单元(28)放置到一成形装置中， -将所述单元(28)的一侧(15)附接于端部区段(17)同时将所述单元(28)的第二侧(18)附接于端部部件(19)， -沿所述单元(28)的延伸范围形成纵向折叠部(13、14)， -在所述端部部件(19)中形成孔(22)，以用于将所述岩栓(I)连接于加压介质。
【文档编号】E21D21/00GK103732861SQ201280032809
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年6月21日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】霍坎·克雷库拉, 雷夫·埃里克松 申请人:霍坎·克雷库拉, 雷夫·埃里克松