专利名称：岩石锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于采矿和/或隧道工程的锚固件，包括一个钻头和一个空心圆柱形紧固体。紧固体在安置方向一侧的端部有一个用于配置钻头的安装座，而在相对置的端部具有一个作用部位。在紧固体内装有一种优选地包装在软管袋内的单成分或多成分的砂浆料。此锚固件设有至少一个出口，砂浆料借助活塞作用在砂浆料上的压力从出口排出。在砂浆料与此至少一个的出口之间设一通道段。
背景技术：
岩石锚杆用于稳定空腔如隧道、平硐等的壁，而且以这样的方式，即，使与壁相邻的岩体区彼此固定。在许多情况下的出发点在于，紧邻壁的由于造成空腔使其机械性质尤其其承载能力受损的区域，固定在未受损的远离壁的岩体区上。术语空腔的壁在本文中除了空腔的顶段及侧壁之外还指其底部区。
作为这类岩石锚杆例如用于所谓的钻孔锚杆，它们由一管件构成，管件在安置方向一侧的端部设有钻头，以及在相对端有作用部位。钻头被至少一个出口通道穿过。已知钻孔锚杆的安置过程分两步进行。第一步，管式锚杆例如借助一种适用的钻机在地基尤其岩体内钻孔。通过钻孔锚杆的钻头在其钻孔方向一侧的端部剥离和破碎的岩石，通过设在钻头上的出口和钻孔壁与钻孔锚杆外圆周之间的空隙送出。第二步，在钻孔锚杆背对安置方向一侧的端部，在管件内引入砂浆料，并借助喷浆机的活塞和推杆朝钻孔底的方向压砂浆料，因此，处于钻孔锚杆内的砂浆料通过出口从钻孔锚杆排入钻孔内，并沿钻孔孔壁与钻孔锚杆外圆周之间的空隙分布。由此将这种已知的钻孔锚杆锚固或锚定(vergroutet)在地基内。
在钻孔过程结束后将必要的砂浆料引入钻孔锚杆，一方面对使用者意味着是一种附加的尤其在时间上的更多浪费，以及另一方面在有些施工现场的条件下只能有条件地和往往只能借助技术上昂贵的措施实施。因此锚固可能在没有足够的质量下进行，在最坏的情况下这可能导致置换已造成的锚固装置。
由DE 100 17 750 A1例如已知一种岩石锚杆，它已经在工厂配备要灌注的砂浆料。在管状体安置方向一侧的端部设出口。在多成分的砂浆料与出口之间设一混合装置，所以借助活塞加压的砂浆料在从管状体排出前充分混合。
已知方案的缺点在于，为了保证送出被钻头破碎的岩石，所谓钻屑，必须在钻孔壁与管状体外壁之间提供足够大的空隙。为此，钻头的钻刃超过管状体横截面的外截面伸出。为了保证将这种已知的锚杆锚固在钻孔内，必须一方面排出大量多半为昂贵的砂浆料以及另一方面对材料性质，例如砂浆料在其硬化时的收缩提出高的要求。随着砂浆层厚度的增加，在材料硬化时收缩的程度增大。
发明内容
本发明的目的是创造一种尤其用于采矿和/或隧道施工的锚固件，其中，砂浆料在整个安置过程中装在锚固件内，以及需要的用于保证锚固件可靠锚固的砂浆料的量限制为最低程度。
此目的通过权利要求1的特征达到。按本发明，尤其用于采矿和/或隧道工程的锚固件包括一个钻头和一个空心圆柱形紧固体。紧固体在安置方向一侧的端部具有一个用于配置钻头的安装座，而在相对置的端部具有一个作用部位。在紧固体内装有一种优选地包装在软管袋内的单成分或多成分的砂浆料。此锚固件设有至少一个出口，砂浆料借助活塞作用在砂浆料上的压力从出口排出。在砂浆料与至少一个的出口之间设一通道段。砂浆料和通道段装在一个内管内，其中，内管借助定距器在内管的外壁与紧固体内壁之间以一个预定的距离进行固定，以便形成至少一个吸出通道。
通过此至少一个的出口，在钻孔时产生的钻屑进入紧固体内并经由吸出通道送出。钻刃仅不多地超过安装体的外壁伸出。由此，与已知的此类型锚固件的实施形式相比，大大减小了空隙的尺寸。为了保证固定，只须排出少量昂贵的砂浆料。因为在空隙内砂浆料的层厚小，所以砂浆料由于其硬化过程可能产生的收缩作用对固定的可靠性造成小的影响。
借助内管横截面的大小和形状以及所设定距器的定位和结构，决定了规定用于送出钻屑的吸出通道的横截面。借助在紧固体上的作用部位，例如六角形，以及通过进给和钻头，实现钻孔的制造。在干式钻孔时，产生的钻屑例如连续地通过吸出通道抽出。
钻头只是插在紧固体上并在钻孔时自动固定，为此产生的传动力和作用的扭矩例如通过一个制在钻头上的圆锥体传给紧固体。钻头可制有嵌入的钻刃或设计为冷硬铸造的整体钻头。此外，钻头为了将产生的力导入紧固体内有足够大小的支承面。
在达到规定的深度后，借助活塞和灌浆装置压出砂浆料，并经通道段导向至少一个的出口，用于将紧固件锚定(Vergrouten)在地基内。在例如一种制备在薄膜袋内的砂浆料灌浆期间，薄膜袋连续排空并塌瘪。
薄膜袋和/或内管可加润滑剂，它例如使锚杆的组合，亦即装配，更加容易。此外，借助一种在薄膜袋与内管之间的空隙内作为薄层存在的润滑剂，显著改善灌浆期间软管袋的滑动特性。由此为了薄膜袋的灌浆只需较小的力，与在传统的锚杆中相比需要功率较小的灌浆装置。作为润滑剂原则上适用脂、油、乳剂等。若内管例如用钢制造，则优选地选择一种除滑动特性外还起防腐作用的润滑剂。
优选地，在钻头上设计至少一个出口。钻头的设计优选地设有最佳化的孔，以便承接产生的钻屑和在钻头内提供足够的吸出截面。
优选地，内管借助定距器偏心地固定在紧固体的内部横截面内。在按本发明的锚固件此实施形式中，吸出通道横截面的大小根据所需要的内管横截面以及紧固体的内部横截面可供使用的尺寸优化。在内管外壁与紧固体内壁之间的最大距离，应当与所产生钻屑的最大尺寸有相同的数量级。除了配置定距器形成最佳的吸出通道以保证顺利吸出在钻孔过程产生的钻屑外，可以在内管的外壁上设翼，或内管直接例如借助胶粘剂、焊接、铆接等固定在紧固体的内壁上。
在内管不是在中央装在紧固体上时，为了在紧固体上定位灌浆机构，优选地在紧固体作用部位上作安置标记。当在紧固体中固定了内管时例如在作用部位刻槽，从而可以安装一个灌浆机构转接器用于保证在紧固体上正确定位。在一种与之不同的改型中，可在作用部位的区域内组合一个几何结构，它保证定位正确地插接以及与转接器的几休形状协调一致。另一种可能性是在紧固体内壁上制有槽，例如定距器在这些槽内沿着内管在内管上滑动，以及将内管相对于紧固体定位。
优选地，内管安置方向一侧的端部离钻头有间距。因此，在钻头端与内管安置方向一侧的端部之间形成自由空间，用于使进入紧固体内的钻屑转向到吸出通道内。在锚固件安置过程中自由空间的保持，例如通过特殊设计在内管安置方向一侧端部的定距器来保证。保持自由空间的另一种可能性在于配置一个附加件，它被设在内管与钻头端部之间。
有利地，内管在安置方向一侧的端部用可打开的防尘罩封闭。防尘罩构成内管安置方向一侧端部暂时的盖并防止钻屑进入内管。此外，防尘罩用作通道段和例如包装在软管袋内的砂浆料的输送保险以及定位保险。在砂浆料加压时，打开防尘罩或从内管压出，所以砂浆料经通道段可通过出口排入钻孔内。防尘罩可例如设计为膜片。
按本发明的锚固件可成系统地供用户使用。例如，紧固体制成不同的长度和用不同的材料制造，并作为标准产品准备好待用。同理，可插入系统的紧固体内的不同内管可以在工厂里配备不同的砂浆料供用户使用。此系统借助许多与紧固体和不同的岩石类型相协调的钻头配套完全。各个构件可按需要和根据必需的要求选择和组合。
优选地，在通道段安置方向一侧的端部设破裂罩。破裂罩按这样的方式设计，即它在事先规定的压力下打开。由此防止砂浆料能无意中从通道段排出。破裂罩可例如设计为膜片。
有利地，在通道段内设混合元件。为了保证锚固件在地基内的锚固有要求的负荷值，单成分的砂浆料往往是不够的。在多成分砂浆料的情况下，各种成分，例如树脂和硬化剂成分，在其使用前必须分开保存。为了使砂浆料的成分充分混合，优选地在通道段内设一静力混合器作为混合元件。有利地，这些成分彼此分开地包装在一个多腔室的软管袋内。借助从内管与安置方向一侧处于相对位置的端部作用的活塞在多腔室软管袋上加压，使这些成分在砂浆料排入环形间隙及钻孔底之前，以充分的程度和相同的质量混合。通过各种砂浆成分的纵向排列，保证了一种作为砂浆料相当良好地硬化的基础的相同的混合比。
因为灌浆要在达到规定的钻孔深度后才进行，以及紧固体本身不再运动，所以按本发明的锚固件的锚固能达到更高的工作能力并获得更高的可靠度。基本上避免了通过旋转紧固体进行事后混合和由此造成的所谓“带套(Gloving)”缺陷。
优选地，防尘罩的破裂阻力比破裂罩破裂阻力小。破裂罩保证通道段亦即混合元件的密封，其中，防尘罩主要用于防止钻屑侵入内管以及用作输送保险。
优选地，通道段可以朝安置方向移动，以及，按选择钻头在内部有一个可按选择有一止挡的承接座，用于密封地承接通道段。借助此可移动的通道段，可以跨接在内管安置方向一侧的端部与至少一个的出口之间的距离，这一距离例如是在一个离钻头端有距离的内管端部处存在的。例如，此通道段可伸缩式地从内管移出。若通道段有一混合元件，则优选地在通道段安置方向一侧的端部设计一密封部分，它贴靠在内管的内壁上，以及防止在内管与混合元件之间混合后的砂浆料可能的排出。
若钻头设至少一个出口，则通道段优选地在钻头上或钻头内的移动过程中移动到直至靠在钻头上。钻头在其内部例如设有止挡边，所以从内管移出的通道段安置方向一侧的端部在达到期望的位置后靠在此止挡边上。止挡本身优选地设计为承接座，当通道段贴靠在钻头的止挡上时，它密封地围绕通道段的外壁。若通道段在其安置方向一侧的端部有一密封部分，则此承接座优选地设计用于密封地容纳此密封部分。因此，砂浆料不会侵入紧固体内部，亦即吸出通道内，以及排出的砂浆料的全部材料均提供用于锚定(Vergrouten)按本发明的锚固件。此外，在钻头上的止挡防止通道段以及一个可能在通道段内设置的混合元件过远地侵入钻头内以及封锁此至少一个的出口。
优选地，在通道段与砂浆料之间设一机械脱开装置。在对砂浆料加压时，砂浆料也许存在的包装可能与通道段和/或与混合元件卡死。尤其在实施按本发明的具有一个可移动的通道段的锚固件的情况下，这不再保证锚固件的适用性。在通道段，确切地说混合元件，与砂浆料包装之间的机械脱开装置一方面承接袋的前端以及另一方面防止卡住。机械脱开装置例如由两个相互移动的构件组成，或包括多个构件，它们例如可借助锁和对锁装置可互相脱开地连接，以及优选地在它们上面作用小的负荷时便彼此脱开。
有利地，在内管安置方向一侧的端部与钻头之间设一导引件。此导引件例如用作转移元件，用于将从内管安置方向一侧的端部排出的砂浆料向至少一个的出口传送。若通道段可移动地装在内管中以及此至少一个的出口设计在钻头内，则导引件在通道段的移动路径上将通道段导引到直至达到用于排出砂浆料的最终位置。当内管偏心地装在安装体内时，导引件例如设计为斜坡道并例如有半壳状或U形的横截面形状。斜坡道桥接在内管与例如在钻头止挡处的承接座之间的差别。
为保证紧固体外壁与排出的砂浆料之间的结合，紧固体优选地设有外部型面。
紧固体为了达到高的负荷值有一种适当的钢截面以及足够的钢质量。内管、通道段以及混合元件和导引件，优选地用恰当的塑料制造。
由下面的详细说明以及权利要求的总体给出按本发明的其他有利的实施形式和特征组合。
下面借助两种实施例进一步说明本发明。
其中
图1按本发明的锚固件的视图；图2沿图1中线II-II的纵剖面；图3沿图2中线III-III的放大横截面；以及图4在与图3相应的视图中表示通过按本发明的锚固件第二种原则上在图中相同的部分采用同样的符号。
具体实施例方式
图1表示按本发明的锚固件的一个视图。此锚固件1由一个空心圆柱形的紧固体2组成，它有一外部型面3。紧固体2位于安置方向S的端部4设一用于配置钻头5的安装座。在相对置的端部6紧固体2有一六角形7，在这里可借助转接器连接一驱动工具和灌浆装置(两者在这里均未表示)。
钻头5有嵌入式钻刃9，它只是少量地在1毫米的范围内从紧固体2的外壁伸出。此外，钻头5有两个沿直径相对的孔10.1和10.2，一方面用于承接被钻头5破碎的岩石，所谓钻屑，以及另一方面作为处于紧固体2中的砂浆料的出口，用于将锚固件1锚定(Vergrouten)在钻孔(图中未表示)内。
图2表示沿图1中线II-II的纵剖面。在按本发明的锚固件1的紧固体2内，相对于紧固体2横截面偏心地装入内管21。因此在内管21的外壁与紧固体2的内壁之间存在一个在横截面内构成的用于产生的钻屑的足够的吸出通道22。内管21逆安置方向S存在的端部25与紧固体2相应的端部6齐平地定位。内管21朝安置方向S的端部23与钻头5的端部24有距离。由此形成必需的自由空间26，用于进入紧固体2中的钻屑的转向。
在内管21内，从逆安置方向S的端部25出发看，排列着活塞27、包括要排出的多成分砂浆料第一和第二成分的薄膜袋28、以及包括静力混合器30的通道段29。在薄膜袋28与通道段29之间，附件61固定地装在内管21中。直接在静力混合器30后面设破裂罩31。内管21朝安置方向S的端部23用防尘罩32暂时封闭。在通道段29朝安置方向S的端部成形出密封部分33。
钻头5在其逆安置方向S的端部24有一个用于通道段29前部密封部分33的承接座34，它同时设计为通道段29的止挡。在内管21朝安置方向S的端部23与钻头5承接座34之间设一横截面为半壳状的斜坡道35。各构件的功能及它们的协同工作，下面在说明按本发明的锚固件1的安置方法中解释。
为了说明按本发明的锚固件1或51的安置方法，主要参见图2以及补充参见图1。涉及此实施例的下面要施加的力的大小，可主要按要求和所选择的材料改变。
借助作用在六角形7上的驱动装置，通过旋转及进给锚固件1及钻头5，在地基内制造一个钻孔。通过设在内管21上的防尘罩32，防止钻屑侵入内管21和设在内管中的构件内。钻头5只是插在紧固体2朝安置方向S的端部上，以及在钻孔过程中自动固定在紧固体2上。在达到期望的钻孔深度后，驱动装置从六角形7撤走，并用一个例如借助转接器定位在六角形7上的灌浆装置代替。
灌浆装置的推杆作用在内管21逆安置方向S的端部25处的后部活塞27上。通过朝安置方向S移动活塞27引发存放在薄膜袋28内的砂浆料成分的灌浆过程。此时薄膜袋28例如朝通道段29的方向移动。若薄膜袋28已支靠在通道段29的附件61上，则在薄膜袋不移动的情况下，由于在薄膜袋28内通过活塞27连续朝安置方向S运动逐渐增大的压力导致打开薄膜袋28。打开薄膜袋所需的力约为150至200N。砂浆料的成分流入静力混合器30并被按要求的程度混合。混合好的砂浆料在破裂罩31处受阻，因为用于打开破裂罩的力约为700至800N。
当在砂浆料上保持压力时，在破裂罩31处的阻力转变为移动力。附件61由于其位置固定地装在内管21中，所以防止薄膜袋28卡住通道段29以及薄膜袋不再能朝钻头5的方向移动。通道段29在此移动过程中与附件61脱开并滑动地在斜坡道35上朝钻头5的方向导引。在此过程中前部的密封部分33压在防尘罩32上并借助一个在约200至300N范围内的力将防尘罩打开。
一旦通道段29在钻头5的端部24处进入钻头内，通道段29的前端便被钻头5的承接座34密封地围绕，以及吸出通道22以这样的方式被封闭，即，使通过通道段29排出的砂浆料不能侵入紧固体2内部。为防止通道段29移过并因而通过侵入的通道段29封闭口10.1和10.2，在钻头5上的承接座34有一止挡边36。当通道段29相对于钻头5达到其终端位置时，通过砂浆料灌浆过程的继续进行，破裂罩被在700至800N范围内的力打开，以及砂浆料通过孔10.1和10.2进入紧固体2外壁与钻孔壁之间的环形间隙内和钻孔孔底内。
图3表示沿图2中线III-III的横截面。借助设计在内管21上的翼41.1和41.2，内管21相对于紧固体2的横截面固定在其偏心的位置上。翼41.1和41.2优选地不沿内管21的全长延伸，以便沿内管21在区域42.1和42.2与吸出通道22之间形成多个缺口，所以可能侵入区域42.1和42.2内的钻屑可以送出，以便经吸出通道22排出。
在图4中表示通过按本发明的锚固件第二种实施形式的一个横截面。在按本发明的锚固件51中，内管52基本上装在紧固体53内中央。内管52用定距器51.1至51.4相对于紧固体53固定在预定的位置上。
总之可以肯定的是创造了这样一种锚杆，它能方便地安置和有高的锚固质量。因为环形间隙有最小的宽度，所以采用按本发明的锚固件，与已知的此类锚固件的设计相比，用于保证锚固件的锚固必须排出的昂贵的砂浆料的量较少。除了经济性观点外，在环形间隙内砂浆料小的层厚，对于硬化过程中它的收缩特性也有正面的作用，其结果是进一步改善了锚固的可靠性。
权利要求
1.尤其用于采矿和/或隧道工程的锚固件(1；51)，包括一个钻头(5)和一个空心圆柱形紧固体(2；53)，该紧固体在安置方向一侧的端部(4)具有一个用于配置钻头(5)的安装座，而该紧固体在相对置的端部(6)具有一个作用部位(7)，其中，在紧固体(2；53)内装有一种优选地包装在软管袋(28)内的单成分或多成分的砂浆料，此锚固件(1；51)设有至少一个出口(10.1、10.2)，砂浆料借助活塞(27)作用在砂浆料上的压力从出口排出，其中，在砂浆料与至少一个的出口(10.1、10.2)之间设一通道段(29)，其特征为砂浆料和通道段(29)装在一个内管(21；52)内，此内管(21；52)借助定距器(41.1、41.2；54.1至51.4)在内管(21；52)的外壁与紧固体(2；53)内壁之间以一个预定的距离进行固定，以便形成至少一个吸出通道(22；42.1、42.2)。
2.按照权利要求1所述的锚固件，其特征为内管(21)借助定距器(41.1、41.2)偏心地固定在紧固体(2)的内横截面中。
3.按照权利要求1或2所述的锚固件，其特征为内管(21)的在安置方向一侧的端部(23)离钻头(5)有间距。
4.按照权利要求1至3之一所述的锚固件，其特征为内管(21)在安置方向一侧的端部(23)可打开地用一个防尘罩(32)封闭。
5.按照权利要求1至4之一所述的锚固件，其特征为在通道段(29)的在安置方向一侧的端部上设一破裂罩(31)。
6.按照权利要求1至5之一所述的锚固件，其特征为在通道段(29)内设一混合元件(30)。
7.按照权利要求4至6之一所述的锚固件，其特征为防尘罩(32)的破裂阻力小于破裂罩(31)的破裂阻力。
8.按照权利要求1至7之一所述的锚固件，其特征为通道段(29)可朝安置方向(S)移动，其中，按选择钻头(5)在内部有一个可按选择带有一止挡(36)的承接座(34)，用于密封地承接通道段(29)。
9.按照权利要求1至8之一所述的锚固件，其特征为在通道段(29)与砂浆料之间设有一个机械脱开装置。
10.按照权利要求1至9之一所述的锚固件，其特征为在内管(21)的在安置方向一侧的端部(23)与钻头(5)之间设有一个导引件(35)。
全文摘要
本发明涉及一种锚杆(1)，包括一个钻头(5)和一个空心圆柱形紧固体(2)，紧固体在安置方向一侧的端部(4)设有钻头(5)而在相对置的端部(6)具有一个六角形(7)。包装在软管袋(28)内的多成分砂浆料安置在内管(21)内。在钻头(5)上设有两个出口(10.2)，砂浆料借助活塞(27)作用在砂浆料上的压力排出。在砂浆料与钻头(5)之间，在内管(21)中设一通道段(29)。内管(21)借助定距器在内管(21)的外壁与紧固体(2)的内壁之间以一个预定的距离进行固定，以便形成至少一个吸出通道(22)。
文档编号E21D21/00GK1517511SQ20041000272
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月19日 优先权日2003年1月20日
发明者莱布哈德·埃里希, 吉瑙·罗兰, 路德维希·沃尔夫冈, 希 沃尔夫冈, 罗兰, 莱布哈德 埃里希 申请人:希尔蒂股份公司