专利名称：改进的可灌树脂膨胀锚固件及其安装方法
技术领域：
本发明涉及锚杆以及安装锚杆的方法，具体地说，涉及与粘结材料结合起来使 用的锚杆。本发明已经开发成主要用于在采矿用途中使用的锚杆，且在下文中将参 照该用途来描述。然而，应该理解，本发明并不仅仅局限于采矿用途。
背景技术：
在整个说明书中关于现有技术的任何讨论决不应该被认为是承认这种现有技 术是众所周知的或形成本领域常识的部分。己知三种主要类型的用于在矿洞中固定支承结构的锚杆。第一种是树脂锚固式 锚杆，通过将锚杆插入钻孔而将该锚杆安装在钻孔中，该锚杆包含快凝树脂化合物。 一旦树脂硬化，锚杆就可张紧由此支承结构。第二种是机械锚固式锚杆，该锚杆利用位于锚杆末端的膨胀组件。该膨胀组件 一旦正向转动就会膨胀以将锚杆锚固在钻孔中。第三种是机械和树脂相结合的锚固式锚杆。这种锚杆利用树脂化合物结合机械 膨胀组件，以形成具有上述两种类型的优点的锚固件。通常这种锚杆通过首先将包含树脂化合物的易碎胶囊插入钻孔中而得以安装。 然后将锚杆插入钻孔中以使树脂胶囊破裂。 一旦树脂释放，就将锚杆进一步插入钻 孔中直到到达所想要的位置为止。然后施加正向的转动以致动膨胀组件，从而将锚 杆锁定在钻孔中，同时树脂硬化。这种类型的锚杆的缺点是，在插入过程中，使用者常常必须使锚杆轴向往复运 动以充分混合和分布树脂化合物，从而一旦树脂硬化，锚杆就形成坚固的结合。这 样，需要实施该往复运动的时间会显著增加安装成本。此外，已经发现所需的轴向插入力是过大的，因为钻孔和膨胀组件之间的细微 间隙只形成用于树脂流动的很小的路径。应该理解，在此插入过程中且在锚杆到达其所想要的位置之前，只要施加最小 的转动。也就是说，正向的转动导致膨胀组件在其到达最终位置之前立即不可逆地
锁定锚杆，而反向的转动会导致膨胀组件可能与锚杆杆身部脱开。本发明的目的是克服或改进现有技术的至少一个缺点、或提供有用的替换方案。发明内容根据本发明的第一方面，提供一种锚杆，该锚杆具有 细长的杆身；处于杆身的末端的膨胀组件，该膨胀组件可膨胀，从而一旦锚杆有相对的正向 转动，膨胀组件就将锚杆锁定在钻孔中；以及止动装置，止动装置使膨胀组件相对于锚杆锁定，从而一旦锚杆有反向转动就 共同转动。较佳的是，膨胀组件包括膨胀壳，该膨胀壳具有两个或多个纵向延伸的细长膨 胀叶片以用于将锚杆锁定在钻孔中。较佳的是，膨胀壳与杆身可滑动地配合，且由邻接构件支承在杆身上。更佳的 是，邻接构件是与杆身螺纹啮合的螺母。较佳的是，膨胀壳的直径基本等于锚杆杆身的直径，从而粘结材料更自由地流 动到膨胀壳下方的锚杆杆身的区域。较佳的是，膨胀组件包括与杆身螺纹啮合的卡盘，从而锚杆相对于卡盘的转动 导致卡盘的轴向移动，卡盘具有与膨胀叶片上的互补表面滑动键配合的表面，从而 一旦锚杆有相对正向的转动，就会导致叶片向外扩散变形。卡盘和膨胀壳较佳地适 于共同转动。较佳的是，止动装置是设置在锚杆杆身的末端的止动结构。更佳的是，止动结 构是固定地连接至锚杆杆身的凸缘构件。作为替换，止动结构是由锚杆杆身的一部 分来形成的，且锚杆的末端被压平以形成止动结构。较佳的是，每个叶片都包括多个与钻孔夹紧配合的、设置在叶片的外表面上的 夹紧结构。较佳的是，卡盘表面是成锥度的。较佳的是，卡盘包括一个或多个流体流动通道。根据本发明的第二方面，提供一种将第一方面的锚杆安装在岩层的钻孔中的方 法，包括以下步骤(i)将包含粘结材料的易碎胶囊插入钻孔中；(ii) 将锚杆插入钻孔中直到胶囊破裂为止，沿反向转动同时施加插入力以进 一步插入钻孔中；以及(iii) 沿正向转动锚杆以使膨胀组件膨胀，从而将锚杆锁定在钻孔中。 较佳的是，在步骤(ii)之后，锚杆杆身的主要部分被粘结材料包封。 较佳的是，反向转动可混合粘结材料。较佳的是，易碎胶囊通过反向转动而基本碎裂。较佳的是，在步骤(ii)之后，锚杆的头部离开岩层的表面基本上50mm。 较佳的是，粘结材料是双组分环氧树脂化合物。
现在将借助示例、参照附图来描述本发明的较佳实施例，在这些附图中 图1是根据本发明的锚杆的侧视图；图2是图1的锚杆的膨胀组件的放大图，该膨胀组件显示成可释放地锁定至锚 杆的杆身；以及图2是图1的锚杆的另一实施例的剖视图，该锚杆显示成安装在钻孔中。
具体实施方式
参见附图，锚杆包括细长的杆身1和位于杆身的末端的膨胀组件2。布置如此， 从而一旦锚杆有相对的正向转动，膨胀组件就膨胀以将锚杆锁定在岩层中的钻孔3 中。如同本技术领域中所通常的那样，所示的锚杆结合了双组分环氧树脂化合物来 使用以将锚杆固定在钻孔中。以压平部4的形式存在的止动结构位于锚杆杆身1的末端，且一旦锚杆有相对 反向的转动，就用来相对于锚杆锁定膨胀组件以便共同转动，如图2所最佳显示的。 在另一实施例(未示出)中，止动结构采取固定地连接至锚杆末端的凸缘构件的形 式。膨胀组件2包括膨胀壳5，该膨胀壳5具有三个纵向延伸的叶片6以用于将锚 杆锁定在钻孔中。每个叶片包括多个夹紧锯齿7，这些夹紧锯齿7外围地围绕其外 表面而设置，用于与钻孔夹紧配合。膨胀壳5包括间隙孔8，用于与锚杆杆身1的螺纹部分9滑动配合。带螺纹的 螺母10将膨胀壳支承在杆身上，从而膨胀组件2可固定在杆身的末端。膨胀组件还包括卡盘11，该卡盘11具有用于与杆身1螺纹啮合的螺纹孔12
从而锚杆相对于卡盘的转动会导致卡盘的轴向移动。卡盘包括与叶片6上的互补表 面成滑动键配合的斜面13，从而一旦锚杆有相对正向的转动，卡盘的轴向移动就 会导致叶片向外扩散变形。而且，叶片和斜面之间的配合允许膨胀壳和卡盘之间的 共同转动。卡盘11还包括流体流动通道14以允许树脂流动穿过卡盘而流到杆身1上。在图2所示的实施例中，膨胀壳5具有基本等于锚杆杆身1的直径的直径。因 为膨胀壳的外表面与锚杆杆身的外表面基本成一直线，所以树脂将在安装过程中更 自由地流动到膨胀壳下方的区域。理想的是，钻孔直径近似等于或稍稍小于膨胀壳的直径，从而在膨胀壳的周缘 和钻孔之间会产生转动阻力。如图3所最佳显示的，为了将锚杆安装入钻孔3，首先将易碎的树脂胶囊(未 示出)插入钻孔中。然后，将已经插穿过待支承的矿石结构15的锚杆插入钻孔中， 以使树脂胶囊破碎，且使树脂能向外流到组件上。然后反向转动锚杆，最初导致卡 盘11移动以邻接压平部4，由此相对于锚杆锁定膨胀组件以便共同转动。然后通过继续反向转动和向上的轴向力，将锚杆进一步插入钻孔中。树脂将从 膨胀组件2上方的区域穿过通道14且围绕膨胀壳的周缘而流到杆身l上。应该理 解，由于膨胀组件相对于锚杆是锁定的，膨胀组件就不可能在反向转动过程中与锚 杆脱开。继续反向转动插入过程以实施三个主要功能。首先，迫使树脂沿锚杆向下从而 包封杆身1的主要部分。其次，将锁定的膨胀组件有效地与双组分环氧树脂化合物 有效混合。最后，膨胀组件2的转动使易碎的树脂胶囊基本上碎裂。一旦锚杆头部16离开岩层表面约50mm，它就以传统的方式正向转动来使卡 盘轴向地移动远离压平部，从而使膨胀组件2膨胀以将锚杆锁定在钻孔中。应该理解，所示的锚杆减少了安装时间，因为反向的转动可更容易地克服膨胀 组件插穿过树脂时的阻力。此外，树脂化合物有效混合且树脂胶囊在插入过程中基 本碎裂，这也显著节省了安装时间。尽管已经参照具体的例子来描述了本发明，但是熟悉本领域的技术人员会理 解，本发明还可实施成许多其它形式。例如，应该理解，可使用许多其它合适的止 动结构来实施相同的功能而不脱离本发明的的范围。
权利要求
1.一种锚杆，具有细长的杆身；处于所述杆身的末端的膨胀组件，一旦所述锚杆有相对的正向转动，所述膨胀组件能够膨胀而将所述锚杆锁定在钻孔中；以及止动装置，一旦所述锚杆有反向转动，所述止动装置使所述膨胀组件相对于所述锚杆锁定而共同转动。
2. 如权利要求1所述的锚杆，其特征在于，所述膨胀组件包括膨胀壳，所述 膨胀壳具有两个或多个纵向延伸的细长膨胀叶片以用于将所述锚杆锁定在所述钻 孔中。
3. 如权利要求2所述的锚杆，其特征在于，所述膨胀壳与所述杆身可滑动地配合，且由邻接构件支承在所述杆身上。
4. 如权利要求3所述的锚杆，其特征在于，所述邻接构件是与所述杆身螺纹 啮合的螺母。
5. 如权利要求2至4中任一项所述的锚杆，其特征在于，所述膨胀壳的直径 基本等于所述锚杆杆身的直径，从而所述粘结材料更自由地流动到所述膨胀壳下方 的所述锚杆杆身的区域。
6. 如权利要求2至5中任一项所述的锚杆，其特征在于，所述膨胀组件包括 与所述杆身螺纹啮合的卡盘，从而所述锚杆相对于所述卡盘的转动导致所述卡盘的 轴向移动，所述卡盘具有与所述膨胀叶片上的互补表面滑动键配合的表面，从而一 旦所述锚杆有相对的正向的转动，就会导致所述叶片向外扩散变形。
7. 如权利要求6所述的锚杆，其特征在于，所述卡盘和膨胀壳适于共同转动。
8. 如前述权利要求中任一项所述的锚杆，其特征在于，所述止动装置是设置 在所述锚杆杆身的所述末端的止动结构。
9. 如权利要求8所述的锚杆，其特征在于，所述止动结构是固定地连接至所 述锚杆杆身的凸缘构件。
10. 如权利要求8所述的锚杆，其特征在于，所述止动结构是由所述锚杆杆 身的一部分来形成的。
11. 如权利要求10所述的锚杆，其特征在于，所述锚杆的所述末端被压平以形成所述止动结构。
12. 如权利要求2至11中任一项所述的锚杆，其特征在于，每个叶片都包括多个设置在所述叶片的外表面上的夹紧结构，所述夹紧结构用于与所述钻孔夹紧 配合。
13. 如权利要求6至12中任一项所述的锚杆，其特征在于，所述卡盘表面 是成锥度的。
14. 如权利要求6至13中任一项所述的锚杆，其特征在于，所述卡盘包括 一个或多个流体流动通道。
15. —种基本参照在附图和/或例子中示出的本发明的诸实施例中的任意一 个所述的锚杆。
16. —种将如权利要求1至15中任一项所述的锚杆安装在岩层的钻孔中的 方法，包括以下步骤.-(i) 将包含粘结材料的易碎胶囊插入所述钻孔中；(ii) 将锚杆插入所述钻孔中直到所述胶囊破裂为止，沿反向转动同时施加插 入力以进一步插入所述钻孔中；以及(iii) 沿正向转动所述锚杆以使膨胀组件膨胀，从而将所述锚杆锁定在所 述钻孔中。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，在步骤(ii)之后，所述锚杆杆身的主要部分被所述粘结材料包封。
18. 如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述反向转动混合所述粘结材料。
19. 如权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述易碎胶囊 通过所述反向转动而基本碎裂。
20. 如权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(ii) 之后，所述锚杆的头部离开所述岩层的表面基本上50mm。
21. 如权利要求16至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘结材料 是双组分环氧树脂化合物。
22. —种基本参照在附图和/或例子中示出的本发明的诸实施例中的任意一 个所述的安装锚杆的方法。
全文摘要
一种锚杆和将锚杆安装在岩层的钻孔(3)中的方法。该锚杆包括细长的杆身(1)和位于杆身的末端的膨胀组件(2)。该膨胀组件可膨胀，从而一旦锚杆有相对的正向转动，膨胀组件就将锚杆锁定在钻孔中。锚杆还包括止动装置(4)，该止动装置使膨胀组件相对于锚杆锁定，从而一旦锚杆有反向转动就共同转动。
文档编号E21D20/00GK101151437SQ200680010111
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者P·克雷格 申请人:简恩马股份有限公司