专利名称：自钻顶部锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锚杆，该类型锚杆通常被认为是岩石锚杆或顶部锚杆，本发明特别涉及一种自钻顶部锚杆。
顶部锚杆通常用于地下采矿业，支撑开挖的岩壁以防止其碎裂或崩坍。通常装配顶部锚杆的工序包括在岩壁钻定位孔，将锚杆插入孔内。通常借助诸如树脂或灰砂水泥的可凝固的胶粘物将锚杆固定在定位孔内，或者锚杆还可以包括与定位孔表面直接锁合的装置，如螺纹或膨胀套筒。顶部锚杆存在多种形式，一种特殊形式是管状，沿锚杆纵向形成一中心孔。有利的是，该中心孔提供了在将锚杆插入定位孔时用于将水引入的导管。使用水是为了冲走岩石碎块、细屑及灰尘，以降低锚杆与岩石间的摩擦阻力及产生的过高温度。该中心孔还提供了用于将水泥灰砂或树脂注入定位开口内从而将锚杆固定在其内的导管。
上述装配顶部锚杆的方法使用了两段工序，其中先钻定位孔，随后借助合适的装置将顶部锚杆插入并固定在定位孔中。因而这种顶部锚杆没有钻孔性能。具有钻孔性能的顶部锚杆被认为指得是“自钻顶部锚杆”，但是这种锚杆在采矿工业中并没有普遍使用。与前述形式的顶部锚杆比较时，这种顶部锚杆要求更少的装配步骤，因为不需要形成定位孔的另外的钻头。所以，这种自钻型顶部锚杆可以更快地装配，从而减少了所开挖岩石面的可能不稳定以及可能碎裂或崩坍的周期。
自钻顶部锚杆没有被普遍使用，其中一个原因是这种锚杆必须被改进以在其前端包括一个铰孔钻头，以便使锚杆钻出定位孔，但是这种改进相应地提高了锚杆的成本。这种钻头非常昂贵，它们通常需要承受很高的磨损，因此需要用于穿透的耐磨材料，对此锚杆钻头进行硬化是很正常的，这一点通常是通过提供碳化钨刀头而获得的。澳大利亚专利号672428描述了一种特殊的管形顶部锚杆，该顶部锚杆将一对细长件滚压或拉模成半圆柱段，并沿纵向端通过焊接将它们连成一锚杆柱。在这种顶部锚杆中，邻近其前端的中心孔被车螺纹，以接收碳化钨旋转钻头的螺纹柄。旋转钻头是已知的，且申请人提供了一系列这样的钻头，该钻头包括支撑碳化钨刀头的钢体，且该刀头钎焊到钢体上。但是这种钻头与其要连接到的杆相比，仍然相对昂贵。
在上述的每个顶部锚杆中，碳化钨刀头需添加到岩石锚杆的前端，由于费用昂贵使得以这种形式形成的顶部锚杆的使用受到抑制。但是，尽管存在这种情况，自钻顶部锚杆的装配优点仍多于非自钻型顶部锚杆。
本发明的一个目的是提供一种自钻顶部锚杆，它比上文所述顶部锚杆的制造成本更低，因此使其在采矿工业中的应用更具吸引力。
根据本发明，提供了一种细长顶部锚杆，它具有轴向延伸的中心孔，并在其一端限定了前端，该前端包括一对由机加工形成的轴向延伸的接合部件，该接合部件中的每一个包括一个接合面以在相对两侧与钻尖接合，从而在钻孔期间支撑钻尖，该钻尖横过前端延伸并通过熔焊、软焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或邻近所述前端处，在锚杆外部开口。
本发明的第一方面，当钻尖被连到杆上时，使中心孔在杆前端或邻近其前端处进一步保持张开配置。本发明的顶部锚杆因而保留了中心孔锚杆的优点，而且还提供了不需要结合完整的钻头就能自钻的相关优点。本发明因此排除了对于另外的顶部钻头和钻杆的需要。
钻尖最好是平面形且横过杆的前端并横过中心孔的开口端沿直径方向延伸。接合部件在中心孔两侧间隔设置，且钻尖的厚度小于中心孔的直径，从而该孔在钻尖两侧张开。与具有由钻尖覆盖的孔(并未封闭)的配置相比较，本发明的配置使得用于将锚杆固定在杆所钻孔内的胶粘物的泵速加大了，而且也提高了钻孔期间的冲洗率。
本发明的第二方面，钻尖在杆的前端横向延伸并覆盖中心孔的开口。在这种配置中，分支导管从中心孔处延伸并在邻近前端处在杆的侧壁表面外部开口。虽然最好至少有两个这样的导管开向杆的相对侧，但也可以提供单个分支导管。
分支导管相对中心孔横向延伸，或相对中心孔以一定角度延伸。此外，分支导管可能具有任何合适的截面，但最好为圆形且具有与中心孔相同或更大的直径。
上述分支导管的配置同样适用于本发明上文所述的第一方面。即顶部锚杆在其前端具有中心开口孔，但也可以使用沿侧壁表面延伸的分支导管。这种配置与不包括分支导管的配置相比可以促使产生更大的泵速和冲洗速度。
在本发明的顶部锚杆中，钻尖横过中心孔延伸且最好伸出杆的外周边。或者，钻尖的相对两端可以终止在杆的外周边内，或者延伸至外周边，或者邻近外周边。
在上述配置中，钻尖还抵靠锚杆前端被轴向支撑，且最好该支撑被提供有一个邻近锚杆前端设置的供钻尖抵靠的基表面，且最好该轴向支撑被设置在中心孔的每一侧。钻尖基表面的轴向支撑可以在中心孔的边缘和锚杆的外缘之间延伸，为此意图可以机械加工出一个平面。该机加工表面可以是不同于前端其它表面部分的平台。
钻尖与锚杆之间的固定连接可以通过任何合适的方式获得，例如碳化钨刀头可通过钎焊被固定。对于其它类型的刀头材料，焊接也是可能的。钻尖可以被固定到锚杆前端的任何合适部分上，最好被固定到两个接合部件和轴向支撑表面上。
顶部锚杆的杆可以由任何合适方式形成，例如可以形成有沿其长度延伸的连续的或不连续的螺纹。纵向平面段可设置在该杆的相对侧。如果提供了螺纹和/或平面段，它们可以沿杆的整个长度延伸，或者可以仅沿杆的一段或几段上延伸。在一实施例中，螺纹在到达杆前端之前就终止。
杆的前端最好被成形为在锚杆旋转方向的法向上在钻尖后侧提供有一间隙。为此每个接合部件可被成形为沿轴向延伸以大体支撑钻尖背面的整个高度，但是离开背面轴向向下倾斜以提供所要求的间隙。前端也可以被成形以便在钻尖刀刃的前面提供一间隙。该前面间隙可以从钻尖径向外缘向内延伸至支撑钻尖相对侧或后面的另一接合部件内。该前面间隙的深度可以改变，在本发明的一种形式中，提供了一种曲线或扇形形状，该形状从邻近径向边缘的最小深度处延伸到接近钻尖中部的最大深度处。该前面间隙最好是一连续的平滑曲线以减小应力集中，虽然也可以通过两或多条曲线段，或者通过相邻的曲线和直线段提供前面间隙。
前面间隙的形状可以轴向扩大中心孔的孔口，以便于提高冲洗速度和胶粘物的泵速。也可以通过在钻尖的每一侧提供同样的前面间隙形状使得中心孔的孔口在其每一侧都被扩大。
附图显示了上述本发明的具体实施例。附图及与之相关的说明的独特性不能替代本发明前述较宽描写的一般性。
图1是据本发明的顶部锚杆10的透视图，而图2至4显示了同一锚杆的不同视图。锚杆10由限定一中心孔的任何合适的形式制成，上述由滚压或拉模以制取该锚杆的方法是适合的，但并非唯一有效的方法。
锚杆10被成型为非连续螺纹形状，其包括螺纹11，它被一对相对设置的纵向延伸平台14和15分成相对的螺纹杆部分12和13。这种杆形状在澳大利亚专利号672428中被描述，应该理解其它形状的杆也在本发明范围内。
杆10有一前端16，前端16被机加工以便钻尖17连接在其上，该钻尖诸如已知形式的碳化钨钻尖。钻尖17为平面形式，其限定了一对相对的平面18和19及一对倾斜刀刃20，该刀刃从一中心沟槽或凹槽21中下垂。上述刀刃根据已知原理形成，以所示方式形成的顶部锚杆作为旋转钻而非冲击钻工作。
钻尖17的平面18和19延伸直至与一对轴向延伸的接合部件或翼22和23止动啮合。接合部件22和23被机加工以便与钻尖17的各平面18和19齐平。因此，每一部件包括用于该意图的一平面24。图5显示了移去钻尖17的顶部锚杆10，上述平面24从该图中更清楚地显示出来。在图4所示的俯视图中，部件22和23显示为三角形并延伸入面25，面25被机加工为曲线或扇形形式。面25被机加工为扇形形式以提供用于钻尖17的前面间隙。前面间隙的程度可以改变，图6和7显示了具有相同间隙用途的不同形状。在图6和7的每个中，面25包括在直线段28和29之间延伸的曲线段27。其它的形状也可以采纳。
部件22和23的端面26(参见图5)沿与钻尖17的刀刃20相同的方向向下倾斜以提供钻尖后面的间隙角。该间隙允许钻尖向前进入被钻的岩石表面，而不会使接合部件22和23接触岩石表面从而阻碍钻尖向前的运动。
如图2所示，面25与中心孔31相交，并进而露出孔31的开口端32。这也加大了冲洗速度和胶粘物的泵速。
孔31具有一直径，该直径等于在机加工螺杆前端16之前所形成的螺杆孔直径，或者如果需要该直径可以被扩大。最好孔31更大，这可以通过对原始杆孔进行钻而获得。该孔可以在杆的整个纵向长度上被扩大，或者仅在杆的一部分上被扩大，例如仅在其前端。
杆10的前端进一步被机加工，以便能够抵消钻孔期间施加在刀刃20上的轴向钻孔力并支撑钻尖17。图2所示的支撑面30形成沿钻尖17下表面支撑钻尖的支撑平台。轴向支撑范围可以从杆的外周缘向中心孔31的内缘变化，或者可以比可接受值更小。在这点上，钻尖普遍很易碎，且即使不是必要的，最大支撑还是所希望的。
钻尖17因而被轴向和旋转支撑，并通常通过焊接被连接到顶部锚杆的前端。最重要的是，在本发明的顶部锚杆中，并不须使用与已知的自钻顶部锚杆一样的钻头，从而锚杆的费用显著降低。
图8显示了本发明的又一实施例，其中螺纹11’正好在锚杆10’的前端16’的前面终止。锚杆10’的无螺纹段33由于减少了流动阻力，从而进一步加大了冲洗速度和胶粘物的泵速。
图9至16显示了一种顶部锚杆，该顶部锚杆主要配置用于冲击钻探。顶部锚杆100包括一对接合部件101和102，接合部件101和102限定用于容纳钻头104的凹槽103。该钻头是冲击钻头，与图1至8中所示类型刀刃不同，它被成形为类似凿子的形状。
顶部锚杆100以与图1至8中的顶部锚杆10相似的方式操作，而且如图9和12中所示，也配置有在前端106处开口的中心孔105。但是，顶部锚杆100包括一横向的分支导管107，该导管横向伸入中心孔105并在平面108外部开口。
图13至16所示的顶部锚杆200包含了顶部锚杆100中的许多特征，而且类似部件以同样标号加100表示。钻头204具有比图10所示钻头104的厚度t更大的厚度T。从而，由于该厚度T(比中心孔的直径更大)，中心孔不能在前端206处打开。因此，顶部锚杆100和200之间的主要差别在于钻头204延伸并完全覆盖锚杆前端206处中心孔的开口端。而且，顶部锚杆200也包括至少一个分支导管207，该导管从中心孔横向伸出并将中心孔与邻近前端206的平面208连通。
除以上特定描述外，本发明可以进行变化、修改和/或添加，应当理解本发明包括所有的这种变化，修改和/添加，且它们都落入上述说明书的精神和范围内。
权利要求
1.一种细长顶部锚杆，具有轴向延伸的中心孔，并在其一端限定一前端，该前端包括一对由机加工形成的轴向延伸的接合部件，上述每一接合部件包括一接合面以用于在钻尖的相应两侧上与钻尖啮合，该接合面用于在钻孔期间支撑钻尖，上述钻尖横过所述前端延伸并通过熔焊、软焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或邻近所述前端处在所述锚杆外部开口。
2.如权利要求1所述的细长顶部锚杆，所述钻尖具有小于中心孔宽度的厚度，从而该中心孔在前端在钻尖的至少一侧上开口。
3.如权利要求2所述的细长顶部锚杆，其特征在于所述钻尖在中心孔的中心横过所述前端延伸，于是该孔在前端在钻尖两侧大体相等处开口。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的细长顶部锚杆，还包括一个或多个从中心孔伸出并在邻近该锚杆前端处开口的分支导管。
5.如权利要求1所述的细长顶部锚杆，该钻尖具有一大于该中心孔宽度的厚度，从而在所述前端封闭中心孔，该中心孔在邻近所述前端处与从中心孔延伸的一个或多个分支导管连通。
6.如前述任一权利要求所述的细长顶部锚杆，其特征在于所述接合部件横过所述前端并沿着它的整个长度上支撑钻尖，并将钻尖抵靠在接合部件的相对侧表面上。
7.如权利要求1至5中任一权利要求所述的细长顶部锚杆，其特征在于所述接合部件被设置在钻尖的相对两侧并仅在钻尖的相对两端上支撑钻尖。
8.如前述任一权利要求所述的细长顶部锚杆，其特征在于钻尖沿其所抵靠的基表面的至少一部分并抵靠着所述前端的一平面被支撑，该平面经机加工成形。
9.如权利要求8所述的细长顶部锚杆，该平面被成形在一平台上，该平台被机加工成前端。
10.如权利要求8或9所述的细长顶部锚杆，该平面从中心孔的相对边缘伸向所述前端的外边缘。
11.如前述任一权利要求所述的细长顶部锚杆，该顶部锚杆包括沿锚杆外表面延伸并在所述前端或邻近所述前端处终止的螺纹。
12.如权利要求1至5中或权利要求7至11中任一权利要求所述的细长顶部锚杆，在所述前端，在邻近相应的一个接合部件的所述钻尖的至少一侧上提供一间隙，以便使钻尖的至少一个侧面的一部分露出。
13.如权利要求12所述的细长顶部锚杆，所述前端被成形为从至少一个接合部件处轴向向下延伸以提供所述间隙。
14.如权利要求13所述的细长顶部锚杆，所述前端被成形以提供从钻尖一侧边到接合部件的间隙。
15.如权利要求14所述的细长顶部锚杆，所述间隙的形状是从邻近所述前端外边缘的最小深度到邻近所述钻尖中部的最大深度的曲线或扇形。
全文摘要
本发明涉及一种细长顶部锚杆,它具有轴向延伸的中心孔,并在其一端限定一前端。该前端包括一对由机加工形成的轴向延伸的接合部件,上述每一接合部件包括在其相应两侧用于与钻尖啮合的接合面,该接合面用于在钻孔期间支撑钻尖。钻尖横过所述前端延伸并通过熔焊、软焊或硬焊而被固定到接合部件上。上述孔在所述前端或邻近所述前端处在锚杆外部开口。
文档编号E21D21/00GK1382243SQ0081470
公开日2002年11月27日 申请日期2000年10月25日 优先权日1999年10月29日
发明者史蒂文·韦弗, 迈克尔·麦克莱恩, 埃里克·约翰松 申请人:桑德维克公司