用于树脂注入的设备、采矿机和方法与流程

1.本发明涉及一种在用岩石锚杆加固岩石表面时将灌浆材料注入到钻出的孔中的设备。钻孔通过钻岩机钻出，然后钻出的孔被提供灌浆材料，最后插入岩石锚杆并紧固岩石锚杆。更具体地是，该解决方案涉及两种凝固时间树脂的注入。
2.本发明还涉及一种设置有用于注入灌浆材料的设备的采矿机，并且涉及一种加固岩石表面的方法。
3.本发明的领域在独立权利要求的前序部分中更具体地限定。


背景技术：

4.在矿场、建筑工地和其它作业区域处，需要加固岩石表面，从而确保它们的安全性和对预期目的的适用性。岩石加固的一种常用方法是岩石打锚杆。在这种加固系统中，几个岩石锚杆通过灌浆材料紧固在钻出的孔中。通过这种方式，岩石层被结合在一起，从而降低了坍塌的风险。有几种不同的插入灌浆材料的系统。然而，目前的注入手段已经示出包含一些缺点。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种新颖且改进的用于将灌浆材料馈送到钻出的孔的设备。本发明还涉及一种新颖且改进的采矿机以及一种在加固岩石表面时馈送灌浆材料的方法。
6.根据本发明的设备的特征在于第一独立设备权利要求的表征特征。
7.根据本发明的采矿机的特征在于第二独立设备权利要求的表征特征。
8.根据本发明的方法的特征在于独立方法权利要求的表征特征和步骤。
9.所公开的解决方案的构思是，在将岩石锚杆插入到钻出的孔中之前，将流体形式的散装(bulk-like)树脂注入到钻出的孔中。此外，在注入中实施具有不同凝固时间的两种不同树脂。灌浆树脂通过一种设备注入，该设备包括能够插入钻出的孔内的注入器头并且包括混合装置。该设备还包括连接到注入器头的流体入口布置，以用于将树脂基础组分a1或a2和树脂催化剂b馈送到注入器头。混合装置被构造用以将所馈送的树脂基础组分a1或a2与催化剂b混合在一起。在注入过程持续时间，注入器头和混合装置在钻出的孔内一起被馈送。此外，所提到的流体入口布置包括两个独立的馈送管线。可以交替地选择第一馈送管线用于馈送第一基础树脂组分a1或第二树脂基础组分a2，并且第二馈送管线是用于馈送树脂催化剂b的。换句话说，流体入口布置仅设置有两条馈送管线以用于将灌浆树脂材料馈送到钻出的孔中。当基础树脂组分a1和a2与催化剂b混合时，它们具有不同的凝固时间。催化剂b是用于开始将树脂从液体转变成固体的化学反应的硬化剂。
10.所公开的仅利用两条用于树脂组分的馈送管线的解决方案的优点在于，与采用更多数量的馈送管线的解决方案相比，所公开的解决方案的钻出的孔的直径可以更小。当钻出的孔的直径较小时，可以更有效、更快速且用更少的消耗能量进行钻出该钻出的孔。岩石
锚杆的直径通常在14至18毫米之间，因此相对较小直径的孔对它们来说就足够了。此外，灌浆需要少量树脂，因为该孔非常适于上述小锚杆直径。所公开的注入头和馈送管线能够装配在非常小的孔中，该孔的直径可以小到30-35毫米。在这种小直径的孔中，很难在不增加馈送中的压降的情况下添加任何额外的软管来管理第二组分。
11.另一个优点是，当混合装置位于注入器头处时，树脂基础组分a1或a2在注入到钻出的孔之前尽可能晚地与树脂催化剂b混合。这意味着当注入头和混合装置需要在钻出的孔的注入措施之间进行清洁时，仅浪费少量的树脂材料。
12.此外，所公开的解决方案提供了用于馈送具有不同凝固时间的两种树脂混合物的系统，由此可以在钻出的孔的底部处提供快速凝固的树脂混合物，而在快速凝固的混合物之后提供慢速凝固树脂混合物。在注入过程期间，注入头同时缩回。
13.所公开的解决方案的另一个优点是，与设有复杂注入适配器的已知解决方案相比，该结构可以简单且耐用。
14.所公开的解决方案可以在不同的岩石钻机和打锚杆台车(bolting jumbos)中实施。该系统也可以容易地改装到现有的采矿装置上。
15.该设备包括设置有两个泵的树脂泵送布置。因此，存在共同的第一馈送泵，该第一馈送泵被构造用以将第一树脂基础组分a1或第二树脂基础组分a2交替地馈送至第一馈送管线。此外，第二馈送泵专用于将树脂催化剂b馈送至第二馈送管线。
16.根据一个实施例，在先前的实施例中提到的第一馈送泵和第二馈送泵是容积泵。泵被构造成同步操作，由此相对于馈送的催化剂b，馈送的树脂基础组分a1或a2的体积基本恒定。
17.根据一个实施例，上文提到的容积泵可以是设置有腔室的泵，该腔室具有预定容积，一批材料将被馈送到该腔室内部。然后，活塞、柱塞或齿轮元件将材料压缩到馈送管线。因此，泵可以是例如活塞型泵或齿轮泵。
18.根据一个实施例，所选择的树脂基础组分(a1或a2)与催化剂b的馈送体积之比通常为1:1，但也可以采用其它值，例如2:1、1:2或3:1。
19.根据一个实施例，第一馈送泵和第二馈送泵通过共同的致动器来提供动力。共用的致动器可以是马达，并且这些泵可以连接在马达的同一输出轴上。使用一个共同的致动器的优点是泵于是以同步的方式被自动驱动。树脂基础组分(a1或a2)和催化剂b的馈送体积比是固定的。因此，容易控制泵送。
20.在替代解决方案中，泵是分开操作的泵，但是以同步方式控制。短语“同步操作”意味着泵可以以相同的速度被管理或调节，或替代地是，它们可以根据每条管线上的流速测量值而被管理或调节。
21.该设备包括至少一个馈送阀，以用于选择性地将共同的第一馈送泵的入口通道连接到为第一树脂基础组分a1提供的第一容器，或者连接到为第二树脂基础组分a2提供的第二容器。
22.根据一个实施例，注入器头是灌浆树脂馈送工具，由此当树脂馈送完成时并且在单独的岩石锚杆被馈送到填充有灌浆树脂的钻出的孔中之前，该工具从钻出的孔中移除。因此，注入器头不留在钻出的孔内，而是在几个钻出的孔中使用几次。换句话说，注入器头和混合器装置不是一次性使用的装置。此外，注入器头和混合装置是与岩石锚杆分离的。
23.根据一个实施例，在注入树脂混合物时，注入头在钻出的孔内朝向孔的开口缩回。缩回的速度与树脂流速和孔径相关。缩回的速度也可以考虑可能的裂缝、空隙或其它需要填充的空间。
24.根据一个实施例，在已注入灌浆材料之后，钻出的孔可以配备有岩石锚杆、岩石锚、缆绳或对应的伸长的金属加固元件。因此，有几种替代性的岩石加固件可以安装在钻孔内。
25.根据一个实施例，该设备包括溶剂馈送系统，该溶剂馈送系统被构造用以馈送溶剂介质，以冲洗注入器头和混合装置。该系统的目的是在钻出的孔的注入之间存在中断的情况下防止堵塞。溶剂馈送系统包括用于从第三容器泵送溶剂介质的第三泵。
26.根据一个实施例，馈送的溶剂介质是溶剂或油脂或凝胶(高粘度)或水基混合物。
27.根据一个实施例，在混合装置中混合的树脂材料通过溶剂介质被冲洗出注入器头。可以通过刚好在实际灌浆树脂材料被馈送之后将混合后的材料推到混合头的外部、钻出的孔的外部或者推到钻出的孔的顶部，从而来清洁该系统。这样，系统被清洁，并且可以在处理几个孔之间等待。之后，移除溶剂混合物，并通过将溶剂混合物推到混合头外部，在实际灌浆树脂材料被馈送之前推到钻出的孔的底部，或者推到地面，即钻出的孔的外部，从而用树脂混合物代替溶剂混合物。
28.根据一个实施例，溶剂馈送系统包括专用的第三馈送管线，用于将溶剂介质从第三泵馈送到混合装置。
29.根据一个实施例，溶剂馈送系统能够通过溶剂阀交替地连接到第一馈送管线和/或第二馈送管线。因此，该系统利用树脂基础组分的共用的馈送管线。当使用高粘度溶剂(如油脂或凝胶)时，这一点尤其有效，因为这样将会在软管中产生活塞效应以用来清洁馈送管线。应该注意的是，仅以特定量的时间或体积内馈送溶剂，只是为了清洁混合装置和注入头。溶剂也可以以替代性或顺序的方式泵送。
30.根据一个实施例，所公开的设备能够连接到采矿机。然后，采矿机的进给装置被构造用以在钻出的孔内插入和移动注入器头和混合装置。
31.根据一个实施例，所公开的解决方案还涉及一种采矿机，该采矿机包括：可移动载体；以可移动方式连接在载体上的一个或多个悬臂；用于将灌浆树脂注入到钻出的孔中的设备；以及位于悬臂的远侧端部的一个或多个打锚杆单元，以用于在注入灌浆树脂后将岩石锚杆或对应的伸长的加固件馈送到钻出的孔中。悬臂设有进给装置，用于在钻出孔的内移动注入设备的注入头。采矿机的注入设备是根据该文献中公开的特征的设备。
32.根据一个实施例，所公开的解决方案还涉及一种将灌浆树脂注入到多个钻出的孔中的方法，其中该方法包括：将注入器头插入钻出的孔内；为注入器头提供混合装置；通过流体入口布置将基础树脂组分a和树脂催化剂b馈送到注入器头；通过混合装置在钻出的孔内将馈送的基础树脂组分和树脂催化剂混合成树脂混合物；在钻出的孔的底部部分处开始注入树脂混合物，并在注入期间朝着钻出的孔的开口移动注入器头和混合装置；完成注入并将注入头从钻出的孔中移除；以及在设置有灌浆树脂的钻出的孔内安装金属岩石加固件。该方法还包括：将具有不同凝固时间的两种不同的树脂混合物依次注入到钻出的孔中；为流体入口布置提供两条树脂馈送管线；通过第一馈送管线以选择的顺序馈送具有不同凝固时间的第一树脂基础组分a1和第二树脂基础组分a2。树脂催化剂b与所选择的基础组分
a1或a2一起同时通过第二馈送管线馈送。
33.根据一个实施例，解决方案的目的是向钻出的孔提供在钻出的孔内的具有不同凝固时间的两个或更多个树脂部分，以便实施岩石锚杆的所谓弹簧效应。在该实施例中，钻出的孔的底部具有较短的凝固时间，而钻出的孔的其余部分具有较长的凝固时间。当底部固化得更快时，可以在其余的树脂材料固化之前紧固岩石锚杆，从而可以预张紧岩石锚杆。
34.根据一个实施例，混合装置包括螺旋表面、螺旋体、迷宫或对应形式的表面，用于使馈送的两个单独的树脂组分流体流混合并形成一个均匀的树脂块。与注入器头连接的混合装置或元件是具有几个不可移动的混合元件或表面的静态混合器，用于在所馈送的组分从注入器头喷射出之前将它们混合在一起。混合装置的结构可以设计成使得所提到的混合元件在需要时容易且快速地替换和清洁。混合装置可以包括筒型混合元件，以便于维护。此外，混合装置的尺寸使得它可以插入小直径的钻出的孔内。
35.根据一个实施例，所公开的注入系统包括一个或多个控制单元，用于选择性地控制所需树脂组分的馈送和量(馈送慢速树脂、快速树脂、催化剂、抑制剂)，冲洗馈送管线(溶剂馈送)，以及控制注入头在钻出的孔内的运动(馈送和缩回)。控制单元可以设置有一个或多个注入序列，并且该系统可以设置有自动化操作模式。控制单元可以响应于钻孔的直径来控制树脂的馈送(流速)和注入头的缩回运动。因此，可控参数至少是流速和运动速率。
36.以上公开的实施例和特征可以组合，以便形成具有上述特征中所需的那些特征的合适的解决方案。
附图说明
37.在附图中更详细地描述了一些实施例，在附图中
38.图1是旨在用于地下钻孔和岩石加固的岩石钻机的示意性侧视图，
39.图2是用于将灌浆材料馈送到钻出的孔的布置系统的示意性侧视图，
40.图3是示出与岩石表面的加固措施相关的一些特征的示意图，
41.图4是用两种类型的树脂材料填充后的钻出的孔的示意性侧视图，
42.图5是图4的钻出的孔在配备有岩石锚杆之后的示意性侧视图，
43.图6是用于将灌浆材料注入钻出的孔的设备的示意图，以及
44.图7是示出与岩石加固相关的一些原理和特征的图表。
45.为了清楚起见，附图以简化的方式示出了所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
46.图1示出了岩石钻机，这是采矿机1的示例。岩石钻机包括可移动载体2和连接到该载体2的至少一个悬臂3。在悬臂3的远侧端部部分处的是钻孔单元或锚杆插入单元4。该单元4可以包括进给梁5和支撑在其上的钻岩机6。钻孔工具能够连接到钻岩机6。钻岩机6包括至少一个旋转装置，以用于围绕其纵向轴线旋转该钻孔工具。钻岩机6和悬臂3可以转动，使得钻孔7可以钻到隧道和其它地下空间的坑壁8和坑顶9，以便安装加固岩石锚杆。该单元4还可以设置有打锚杆单元10和用于馈送灌浆树脂混合物的设备11。钻孔机6、打锚杆单元10和树脂馈送设备11可以连接到钻孔单元4，使得它们可以在钻出的孔7的中心轴线上转位，
或者替代地是，它们中的全部或一些可以安装到专用悬臂或其它支撑结构上。在悬臂3的远侧端部处的是至少一个进给装置12，以用于相对于悬臂3的远侧端部移动装置6、10、11。此外，在载体2上可以有为第一树脂基础组分a1提供的第一容器13、为第二树脂基础组分a2提供的第二容器14、用于溶剂介质s的第三容器15和用于树脂催化剂b的第四容器16
47.图2公开了设有开口7a和底部7b的钻出的孔7。在钻出的孔7的内部插入设置有混合装置18的注入器头17。注入器头17连接到流体入口布置19，该流体入口布置19包括第一馈送管线20、第二馈送管线21和可选的第三馈送管线22。第一馈送管线20是组分a1和a2的共同的馈送管线，而第二馈送管线是专用于组分b的。第三馈送管线22用于馈送溶剂试剂s，但是如果管线20或21用于溶剂馈送，该系统可以没有任何第三管线22。馈送管线20-22可以是软管或管子。在图2中，树脂混合物23通过注入器头17和混合装置18馈送到钻出的孔7的底部7b。在注入期间，该系统同时缩回r。
48.图3公开了与加固岩石表面相关的步骤。这些问题已经在本文中讨论过。
49.图4公开了钻出的孔7填充有两种类型的树脂混合物23a、23b。在钻出的孔7的底部7b处，注入了快速凝固树脂混合物23b，并且钻出的孔的其余部分直到孔7的开口7a，或者接近孔的开口7a，填充有慢速凝固树脂混合物23a。
50.在图5中，岩石锚杆24被推入到钻出的孔7中，使得其远侧端部延伸至所提到的快速凝固树脂混合物23b，该快速凝固树脂混合物23b快速硬化并锁定岩石锚杆24的所述端部。此后，可以在缓慢凝固树脂混合物23a硬化之前紧固岩石锚杆24。这样可以实现弹簧效应。弹簧效应通过孔7b的底部与开口7a之间的虚线25图示。
51.图6公开了灌浆树脂馈送系统和设备11。在先前的图中已经示出和讨论了这些特征中的许多特征。存在用于树脂成分a1、a2和b以及还有用于溶剂s的容器13-16。此外，已经讨论了插入钻出的孔7内并设置有馈送管线20-22的注入器头17。然而，图6示出了与树脂组分a1、a2、b和溶剂s的泵送相关的一些附加问题。该设备11包括设置有两个泵27和28的树脂泵送布置26。共同的第一馈送泵27被构造用以将第一树脂基础组分a1或第二树脂基础组分a2交替地馈送至第一馈送管线20。第二馈送泵28专用于将催化剂b馈送至第二馈送管线21。此外，第一馈送泵27和第二馈送泵28是容积泵，并且被构造成同步操作，由此相对于馈送的催化剂b，馈送的树脂基础组分a1或a2的体积是恒定的。第一馈送泵27和第二馈送泵28可以通过共同的致动器29例如马达m来提供动力。泵27、28可以连接到马达m的共同的输出轴30。设备11包括至少一个馈送阀31，用于选择性地将共同的第一馈送泵27的入口通道32连接到为第一树脂基础组分a1提供的第一容器13，或者连接到为第二树脂基础组分a2提供的第二容器14。第二馈送泵28总是连接到第四容器16。在树脂馈送管线中可以存在止回阀33。
52.该设备还包括溶剂馈送系统34，该溶剂馈送系统34被构造用以馈送溶剂介质s，以冲洗注入器头17和混合装置18。溶剂馈送系统34包括用于从第三容器15泵送溶剂介质s的第三泵35。泵35可以通过致动器36来致动，该致动器可以是例如马达m。存在专用的第三馈送管线22，用于将溶剂介质s从第三泵35馈送至混合装置18。
53.控制单元cu可以控制所公开的系统和相关的泵、致动器和阀的操作。
54.图6进一步公开了容器13-16可以连接到加压或干燥剂/通风干燥器系统37，以便于其内容物的馈送。
55.应当注意，图6中公开的设备11也可以用稍微不同的组件和布置来实施。例如，泵
可专用于a1，另一个泵用于a2，第三个泵用于b。
56.图7是说明本文献中公开的一些问题的简图。
57.附图和相关描述仅旨在说明本发明的构思。在本发明的细节上，本发明可以在权利要求书的范围内变化。