专利名称：钻孔器和岩栓的集成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩栓装置。
本发明特别是用于在地下开采操作中使顶壁，侧壁或矿壁得以固定，参考此类应用在下文中将对本发明进行说明。但，本发明并不局限于此应用领域。
把螺栓固定在岩石基体中的常用先有技术首先要在岩石上钻一个几英尺深的孔。然后钻轴和钻头从孔中退出，并且以一通常方式装入一相应尺寸的岩栓。
此类操作比较费力费时。进一步说，在开采和挖掘时岩石结构通常是不稳固的，从而使钻孔操作存在潜在的危险。因为需要多次相互独立的操作，故先有技术很难实现自动化，并且实现自动化的成本较高。
本发明的一个目的是在于克服或至少改善先有技术的一个或多个上述不足之处。
根据本发明，提供一个自钻孔的岩栓集成装置，该装置包括一螺栓，它具有一钻孔件，该钻孔件位与螺栓第一端相邻的位置，螺栓的另一端可用来与旋转驱动装置相连；连接装置，它可用来在钻孔状态下传递转矩并防止钻孔件和螺栓之间相对轴向移动，因此，在所述驱动装置作用下钻孔件和所述螺栓共同旋转时，钻孔件即可在岩石基体上打孔；所述连接装置在锚定状态下由于施加在所述螺栓上的一预定极限值的轴向分力作用可允许钻孔件和螺栓之间发生相对轴向位移；和定位装置，它可在所述相对轴位移的作用下把所述螺栓固定在所述孔中。
在一最佳实例中，定位装置包括一个把螺栓一端分割成两个等分辅助部分的纵向延伸的槽；一个与钻孔件相邻端协同工作的辅助楔形件。在锚定状态下，楔形件迫使螺栓的两个等分的辅助部分向外运动从而与周围的岩石基体锁定啮合。
在本实例的一个变型中，钻孔件包括多个相互内连接的纵向延伸的楔形部，这些楔形部按嵌套方式设置于由螺栓上分离开的端部之间所限定的相应结构区段内。由于此种结构，螺栓可在其整个长度上膨胀并被锚定，或者在其长度的几个相互独立的部分上膨胀并被锚定，从而提高锚定效果。
在一本发明最佳实例中，螺栓和钻孔件通过利用一可断裂连接装置在钻孔状态下使两者相互间暂时连接构成一体。在施加一预定轴向载荷条件下，可断裂连接装置会折断，从而使锚定操作开始，这样，就使分离开的螺栓部分与楔形件进入膨胀啮合，从而逐渐使螺栓部分向外运动使之与周围的岩石基体啮合。
在一变型中，一轴向孔延伸并贯穿装置的整个长度，在螺栓上孔的两侧延伸有纵向槽，但两槽由上述孔分隔开，该槽向可断裂部延伸。
在另一变型中，螺栓和钻孔件可作成相互独立件，并通过利用横向延伸穿过楔形件和周围的分离开的螺栓部的一个或多个剪切销来使两者相连。剪切销的工作方式与所述可断裂连接装置相同。
在另一最佳实施例中，定位装置包括一装有化学粘接剂的易碎容器，在锚定状态下由于预定轴向载荷所造成的螺栓轴向移动会使该容器破裂。由此，粘接剂在螺栓周围扩散使螺栓固定在周围的岩石中。
在此实施例中，连接装置最好包括一个设置在螺栓和钻孔件中间的套筒。该套筒最好利用连接装置与螺栓相连，该连接装置可为如下形式一可断裂部或一个横向延伸穿过螺栓端部和套筒外围部分的剪切销。
最好，钻孔件与套管的另一端刚性连接，这样装粘接剂的易碎容器就可定位于套内的中间间隔中。在施加一预定轴向载荷情况下，可断裂部或剪切销会断裂，从而使螺栓向钻尖方向轴向移动。此种移动会使易碎容器破裂，故而使粘接剂散布在套筒端部和螺栓四周。
在上述两实施例中，螺栓最好能利用一个与相应方形卡盘啮合的方形头部与可选择控制的旋转驱动装置相连。
最好，钻孔件包括一个碳化钨尖端或硬尖端和一个把岩石渣从尖端处移走的与尖端相邻的扭曲或开有槽的钻杆部分。
正如所希望的，螺栓还包括一与其驱动端相邻的螺纹部，该部分便于使螺栓与支撑板或类似件相连从而有助于使螺栓附近的岩石基体保持稳定。
参阅附图，利用实例将对本发明最佳实施例进行说明，附图包括
图1是按本发明装置第一实施例螺栓部和钻孔件的侧视示意图；图2是按本发明装置第二实施例的螺栓部和钻孔件的侧视示意图；图3是图2沿2—2线剖切的横截面图；图4是膨胀或锚定状态下第一实施例中螺栓件的示意图；图5是按本发明第三实施例的螺栓部和钻孔件的侧视示意图；图6是本发明第四实施例的侧视示意图，此实施例中，钻孔件包括一组纵向彼此分隔开的楔形部，楔形部用来在相应螺栓纵向部分上提供更好的锚定效果；图7是按本发明第五实施例的螺栓和连接装置的侧视示意图；图8是用来与图7所示螺栓相连的钻孔件，粘接剂容器和包绕套管的分解示意图；图9是图7和图8中装置的局部侧视截面示意图，示出了在粘接剂容器破裂后位于固定或锚定位置上的本装置。
先参阅图1至4，本发明第一实施例提供了一种膨胀型岩栓组件。
自钻孔岩栓装置1包括一个支撑一钻孔件3的螺栓2，钻孔件3位于螺栓第一端4的邻近位置。钻孔件包括一切割头5，该切割头5可具有一支撑在钻杆6末端上的碳化钨尖端或其它适用的尖端。
螺栓2的另一端7可和一个与一相应卡盘(未示出)啮合的可选择控制的旋转驱动装置相连。当然，也可采用其它恰当的啮合装置诸如螺母。螺栓2在其驱动端7的附近位置还可包括有一螺纹部分。
装置1还包括一个通常由9表示的定位装置。在此第一实施例中，定位装置包括一个形成于螺栓第一端4处的一沿纵向延伸的端部开启的槽10。该槽限定出两个相对设置的螺栓部11，12。构成定位装置9的部分的还有一楔形部13，它形成在钻孔件3的相应端14处。
按图1，2，3中所示的本发明实施例，螺栓2和钻孔件3构成一体，并且连接装置由一个使钻杆6与螺栓2相连的可断裂部8构成。
正如所希望的那样，钻杆6和螺栓2是扭曲的或是开有槽的，从而提供出螺旋槽15和16。
在使用中，装置1最好与驱动装置相连，在下文将详述的旋转钻孔状态或轴向冲击状态下可对驱动装置进行选择。
在操作第一阶段，即在钻孔状态下，选择好旋转驱动装置并使之作用于端部7。所施加的转矩通过螺栓2，经横向可断裂部8，传递到钻孔件3上。当切割头5钻入岩石基体中时，利用螺旋槽15.16把岩石渣从孔中送出。
一旦组件钻至岩石内的指定深度，即把工作状态选成冲击驱动状态，这样有一预定极限值的轴向载荷即可作用于螺栓的裸露端。此轴向载荷可使可断裂部8断裂，这样通过使螺栓2相对于与孔盲端毗邻的静止尖端3向内即可使锚定操作开始进行。这会使分离开的螺栓部11，12沿中间楔形部13向前推移，从而使螺栓部向外膨胀而与周围岩石锁定啮合。
一旦该装置被夹持定位，固定板或类似件即可与螺栓的外露端部14相连，并按通常方式利用一相应螺帽17来使固定板或类似件定位从而使螺栓四周的岩石基体区域保持稳固。
图2和3示出了图1所示装置的一个变型。该装置与图1中所示的类似，不同之处仅在于轴向孔18在装置的整个长度上延伸，纵向槽19和20在图5所示螺栓2上孔18的两侧延伸从而构成可断裂部8。轴向孔18的用途是允许润滑剂和/或粘接剂被泵送到钻孔件3上。
图5示出了可断裂连接装置的一个变型。在此实施例中，该部分与图1所示的类似，不同之处仅在于可断裂连接装置由剪切销21组成，该剪切销把钻孔件的钻杆6与螺栓的第一端4连接到一起。
图6示出了第一实施例的一个变型，该装置可应用于与较软或不稳定顶壁或矿壁有关的应用中，此种情况下单点锚定无法达到足够的锚定效果。在此实施例中，钻孔件包括一组沿纵向彼此分隔的楔形部13，楔形部13设置在由围绕的螺栓部12之间所限定的相应结构部分内。此变型的工作方式与前述实施例大体相同。然而在此实例中，纵向彼此分隔的楔形部可使螺栓在其整个长度的绝大部分上膨胀。由此，如果螺栓穿过较软的岩石层，即可获得更加牢固的锚定效果。与此类似，如果同时遇到稳固和不稳固的岩石层，那么在较稳固的岩石层中可获得足够的锚定效果。
此实施例的另一变型(未示出)包括相互独立的纵向锚定部分，这些部分分布在螺栓不膨胀部分之间，这样通过适当选择设计膨胀部即可与稳固和不稳固岩石层的特定结构段达到最佳啮合。
因此，综合上述有关实施例中所述内容，螺栓可起锚定作用，它可以提供全长度锚定，或者根据顶壁岩层的特定结构和类型也可选用其它中间结构从而提供出指定程度的锚定效果。
下面参阅图7，8，9，现将对本发明第五实施例进行说明。如果可能，相同的参考标号用来指示相应的部件。
同样，装置1包括一个与一用3表示的钻孔件相连的螺栓2。钻孔件在其自由端带有一个具恰当尖端的切割头5。
与前述类似，钻孔件3通过利用一由22表示的连接装置与螺栓2的第一端4相连。
在此情况下，定位装置是一管状外套筒23。此套筒利用一恰当的键结构24连接固定，该键24设置在钻孔件上并与由环绕套筒设置的相应槽25协同工作。套筒另一端通过可断裂装置与螺栓2相连，该可断裂装置是采用剪切销21的形式。
在套筒23内的辅助间隙中设置有一装有快速凝固化学粘接剂的易碎容器26。该容器沿轴向设置在螺栓第一端4和钻孔件3相邻端27之间。
在应用中，该装置按与前述实施例相同的方式钻入岩石中，直至累栓位于指定深度。
其后，旋转驱动装置脱开啮合，工作方式选择成轴向冲击驱动方式。在轴向冲击力作用下，剪切销21断裂，从而使锚定操作开始，这样螺栓2沿轴向向钻孔件3移动，钻孔件3与孔的盲端相互抵靠。与此同时，套筒可允许螺栓杆下移。
因此，螺栓迫使易碎的粘接剂容器26抵靠住钻孔件的钻杆，从而使该容器破裂。螺栓的进一步移动使粘接剂绕套筒的端部分布，如果螺栓杆未能下降到足以使粘接剂自由散布的程度，那么可推动套筒部使螺栓杆下移。在此之后，化学粘接剂部分地包裹住螺栓，使其固定于周围的岩石中。
此实施例特别适合应用于不稳固岩石层中，此类不稳固岩石层在使用膨胀型岩栓时容易发生裂纹或断裂。
在所述最佳实施例中包括有用作连接装置和转扭传递装置的可断裂部和剪切销，而其它实施例可包括有比如说卡盘或其它机构，这些机构在预定轴向载荷作用于定位装置时可以脱开啮合，脱开耦合或者可断裂从而允许轴向位移的发生。
再者，虽然特别是在试图实现自动化时最好采用一单一的工作方式可变的驱动装置，但也可使用相互独立的旋转驱动装置和冲击驱动装置。
钻孔件也可由替代材料诸如玻璃纤维或甚至由合适的塑料构成，使用这些材料即可在不再需要钢制螺栓部时将螺栓部去除，并且换上新的尖端可再次使用。
可以发现本发明装置通过免除单独的钻孔步骤和螺栓安装步骤，故而大大减小了安装时间。另外，钻孔/岩栓集成组件可按常规方式存放在储存箱中，通过对专用岩栓机进行遥控操作可容易地实现上述组件的自动安装。除了该装置具有显著商业价值之外，它在安全开采方面也有巨大意义，这是因为由于采用遥控操作，钻孔操作区附近的灰尘就不再令人感到危险，并且可使由于塌方造成的人身伤亡减至最小。
尽管本发明是参考特定实例来描述，但对那些对此技术很了解的人来说应能理解本发明可用其它形式的实施例来实现。
权利要求
1.钻孔器和岩栓的集成装置包括一螺栓件和一位于螺栓一端的钻孔件，该螺栓在其另一端可与旋转驱动装置相连；连接装置，该装置在钻孔时用来传递转矩并防止螺栓件和钻孔件之间的轴向位移，这样钻孔件即可在利用所述驱动装置与所述螺栓共同旋转时在岩石基体上钻孔；所述连接装置在锚定状态下在螺栓受预定极限值的轴向力作用时可允许钻孔件和螺栓之间发生轴向位移；和定位装置，该装置由于轴向位移的作用，可把螺栓固定于孔中。
2.按权利要求1的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于在与钻孔件相邻端上一楔形部相连的螺栓的一个端部上连接装置包括有一纵向延伸的横向槽。
3.按权利要求2的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于所述螺栓和钻孔件构成一体，并且楔形部和钻孔件之间的连接部分是一可断裂部。
4.按权利要求3钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于所述螺栓和钻孔件是相互独立的，并且楔形部和钻孔件之间的连接部是一个或多个贯穿所述楔形部和所述钻孔件的剪切销。
5.按权利要求1的岩石钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于所述岩栓和钻孔件做成一体，并且具有一个贯穿该装置整个长度的轴向孔，在所述螺栓的两侧均有一纵向槽，该槽从与所述钻孔件相邻的所述螺栓端部处开始延伸，所述孔和所述槽之间的区域由一可断裂部组成，因此，当在所述锚定状态下所述可断裂部断裂时，即可在所述螺栓上形成一个具有两个相对缘的纵向延伸的横槽，该槽与所述钻孔件端部上的一楔形部啮合，这样在所述锚定状态下，迫使所述槽的缘相互离开从而使所述螺栓固定于所述孔中。
6.按权利要求2或5的岩石钻孔集成装置，其特征在于在其端部附近所述槽呈楔形，其形状轮廓与钻孔件相邻端的形状相一致。
7.按权利要求2的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于钻孔件包括一组相互内连接的，纵向延伸的楔形部，该组楔形部按成串嵌套方式设置在螺栓分叉端部之间的槽中的相应结构区段上。
8.按权利要求1的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于所述定位装置包括一管状套筒，该套筒具有纵向外部键槽，该键槽从其一端开始延伸并滑动地安装在所述螺栓的所述端上，钻孔件具有辅助键部，该键部在钻孔件位于所述套筒中时可与所述键槽滑动啮合。所述钻孔件，所述套筒和所述螺栓限定出一个位于钻孔件和螺栓之间的一个纵向延伸腔，一装有化学粘接剂的可断裂容器即位于此腔中。
9.按权利要求8的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于所述连接装置包括一个或多个剪切销，这些剪切销在套筒螺栓和钻孔件之间横向延伸。
10.按权利要求1的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于螺栓在其驱动端具一螺纹部，从而可与支撑板和一螺帽相连。
11.按权利要求1的钻孔器和岩栓集成装置，其特征在于钻孔件的钻杆和螺栓是扭曲的或者可开有槽，从而可提供出螺旋槽。
12.参阅附图中的图1和4，或图2或图5或图6或图7到9，在上文中对钻孔器和岩栓集成装置进行了说明。
全文摘要
本发明涉及一种钻孔器与岩栓的集成装置(1)，它包括一螺栓件(2)和一位于螺栓件一端的钻孔件(3)，该螺栓的另一端可与旋转驱动装置相连。连接螺栓与钻孔件的一可断裂部在钻孔时用来防止螺栓与钻孔件间轴向位移，因此在螺栓和钻孔件一起旋转情况下，钻孔件可用来在岩石基体上钻孔。连接装置(8)在锚定状态下由于轴向冲击作用可使可断裂部断裂，并使螺栓和钻孔件间发生轴向位移，还能使与钻孔件协同工作把螺栓固定于孔中的锁定装置(11，12，13)膨胀。
文档编号E21B10/00GK1121365SQ94191782
公开日1996年4月24日 申请日期1994年4月11日 优先权日1993年4月16日
发明者基伦·邓茨 申请人:割煤有限公司