CN100519991C - 用于安装自钻孔膨胀岩栓的方法和设备以及自钻孔膨胀岩栓 - Google Patents
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Abstract
一种用于在岩壁或者岩顶中安装自钻孔膨胀岩栓(2)的方法和设备中，该岩栓具有钻头部分(5)、膨胀部分(9)和连接部分(10)，在岩石破裂步骤中，为自钻孔岩栓(2)提供岩石破裂运动和冲洗液以产生钻孔，并且在膨胀步骤中，将受压膨胀流体引入到膨胀部分(9)中，以使其膨胀从而固定到所述钻孔内。膨胀流体通过一个回转设备(6)引入，于是岩栓(2)在所述岩石破裂步骤过程中可以自由移动，并且使该回转设备(6)在所述膨胀步骤中紧固抵靠岩栓(2)，以这种方式在膨胀流体源和膨胀部分(9)之间形成用于膨胀流体的密封通道。本发明还涉及一种自钻孔岩栓。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1和7各前序的用于安装自钻孔膨胀岩栓的方法和设备以及根据权利要求13前序的自钻孔膨胀岩栓。
背景技术
管状膨胀岩栓被用在矿井和隧道中以稳定岩石表面和/或者提供锚固设备用作要悬挂在岩石表面的各种装备的支撑。将这样的岩栓固定到钻孔中是通过对管状本体施加压力以获得岩栓抵靠钻孔表面的永久固定而实现。
现有的这种管状膨胀岩栓通常被引入到提前钻好的钻孔中随后被施加压力。
特别地，在一些使用场合岩栓被安装在不稳固的岩石上时，可以看出，来自钻孔表面的岩石碎片趋向于向内移动从而阻碍岩栓插入孔中。
日本专利申请2-373505(Kumaigai等人)描述了一种自钻孔膨胀型岩栓，该岩栓本身的前端具有一个钻头。这种措施使其能够避免为引入岩栓而必须提前钻一个栓孔。但是根据这一专利文献的设备没有提供有效的装置来高效地实施膨胀步骤的实际方案。
发明内容
本发明的一个目的在于根据上述提供一种方法和设备，以针对现有技术的问题提供解决方案。
本发明的另一个目的在于根据上述提供一种膨胀岩栓，解决了现有技术的岩栓的问题。
这些目的在通过相应的权利要求1、7和13中的特征部分的特征的方法和设备中实现。
因此就可以更紧密更牢固地安装岩栓，根本地降低了每个岩栓的安装费用并且也降低了整个隧道或者矿井的运行费用。
通过为岩石钻孔机械提供回转设备就能够实施钻孔步骤以及随后在无需收缩该岩栓钻孔机械的情况下使所述岩栓膨胀，以连接单独的膨胀流体源，所述钻孔机械可以是任意的标准岩石钻孔机械。
这样就加快了安装程序并且提供了更稳固的安装，因为所述岩栓不必从所述岩石钻孔机械中释放，另外取而代之的是，在膨胀步骤过程中，所述岩石钻孔机械可以持续地与岩栓连接，由此不再需要其它外部措施和设备来防止岩栓从钻孔中脱落。
优选地，所述回转设备包括一个受压流体作用的密封设备，用于在膨胀步骤中获得密封的通道。这个方案使得易于在距离岩栓所在位置一定距离的位置处安全地控制该密封操作。特别地，优选的和有效的是该密封是在流体进口的两个轴侧提供的，因为这使所述回转设备和岩栓的相对转动位置是任意的。
优选使用膨胀流体用于紧固目的，因为这使得不需要另外的流体源。
其它优点是通过本发明的其它特征获得的，这将在下面解释。
附图说明
将以一个实施例为背景并且将参考附图对本发明进行描述，其中：
图1示意性地示出一个在安装自钻孔岩栓过程中的钻孔机械，该机械使用了本发明的设备，
图2示出与发明的岩栓在轴向上结合的根据本发明的设备，
图3是说明本发明的方法的图表，和
图4是根据本发明的膨胀岩栓的轴向截面图。
具体实施方式
图1示出传统钻孔机械1，其可在一个滑道上往复运动，该钻孔机械依次由一个钻机(未示出)支撑。该钻孔机械1提供岩石破裂运动和能量给自钻孔岩栓2，该岩栓2将被安装到将要在具有岩石表面3的岩壁或者岩顶中钻出的钻孔4中。特别地，该钻孔4是通过位于自钻孔岩栓2端部的钻头5产生的。
在完成制造整个岩栓的钻孔的过程之后，岩石表面相对于岩栓的位置将由虚线3’表示，也就是位于所述岩栓2的最接近端。
回转设备6通过保持器7刚性连接到所述钻孔机械上。
在完成钻孔步骤后，致动该回转设备6使得在膨胀流体源8和自钻孔岩栓2的膨胀部分之间以下面描述的方式形成密封通道。这使在不必从岩栓上移走钻孔机械的情况下完成包括钻孔步骤和膨胀步骤的整个安装过程成为可能。
图2中详细示出了回转设备6与膨胀自钻孔岩栓2结合(co-operation with)，其中，从其远端看，膨胀自钻孔岩栓2包括由钻头和钻头保持器组成的钻头部分5。所述钻头保持器连接到膨胀部分9，该膨胀部分依次在其近端连接到连接部分10。该连接部分10在其内侧设有螺纹12用以安装到从未示出的钻孔机械伸出的钻孔机械接合器11，该钻孔机械接合器11具有相应的螺纹。
该回转设备具有回转外壳13，该回转外壳在一个端部区域装入一对密封环14和15，它们由具有一个或者多个径向流体通道的定距环16分开。在回转外壳13内侧另一个区域，优选与密封环14和15的位置相对地布置活塞17，活塞17与回转外壳13内侧形成的缸19一起形成工作室18，该工作室18通过环状活塞密封件20和21密封。
在工作室18压力升高时，活塞17沿轴向向左移动，如图所示，并且通过隔离套筒22在密封环14和15上提供一个轴向压力。因此密封环14和15将承受足够大到使它们径向向内膨胀的轴向压力，于是它们将提供抵靠在膨胀岩栓2的连接部分的圆柱表面外侧的安全稳固的密封。
在所示的实施例中，膨胀流体通过螺纹接管23进入到回转外壳，该螺纹接管连接到未示出的压力流体源。
所述螺纹接管23旋入回转外壳的内部空间，所述空间一方面通过紧固流体通道24与工作室18连通。另一方面，所述空间与压力控制阀25连通，该压力控制阀包括阀体26，该阀体通过抵靠在阀座28上的螺旋弹簧27弹簧加载。
当所述螺纹接管23内侧空间中的流体压力超过预定限度时，该压力将迫使阀体向左，如图2所示，于是完成了所述膨胀流体源(未示出)与岩栓2的膨胀部分9之间的连通。
所说的限度设定成当所述的螺纹接管23内部的空间施加压力，流体压力将开始进入到工作室18于是在向左的方向上压活塞17，如图2所示。当这个行程完成后，工作室18内的压力升高，同样所述空间内的压力升高。因此同样升高的压力将作用于阀座28中的阀体26的轴向表面上，于是来自流体的力将随后移动阀体26。
这将提供以下可能性，使膨胀流体沿着阀孔穿过所述阀，并且从此处沿径向穿过定距环16中的所述开口(多个开口)，进一步穿过连接部分10中的膨胀流体进口29，穿过一个斜孔，该斜孔从膨胀流体进口29穿过连接部分10引导到达膨胀部分9的内部。
在图3中，安装发明的岩栓的过程开始于30。31表示完成岩石钻孔步骤，32表示将所述回转设备紧固抵靠在所述岩栓上，33表示使一直和钻孔机械连接着的岩栓膨胀，34表示释放所述回转设备并且释放所述钻孔机械，35表示结束该安装程序。
在图4中用轴向截面表示该自钻孔膨胀岩栓2与所述回转设备分离，从而更清晰地解释其特征。在该岩栓的远端的钻头部分5包括钻头5’和具有结合螺纹或者其它连接装置的钻头保持器5”。
所述的膨胀部分9按常规起作用，而所述连接部分10提供一个用以与回转设备6结合的圆柱形表面36(如图2所示)，并且具有一个与膨胀部分9的内部连通的膨胀流体进口29。
钻孔时，按照惯例冲洗液从钻孔机械排出，并流经一个冲洗液管37，该冲洗液管同心地布置在膨胀部分9内部的并终止于所述钻头保持器5”，该冲洗液从钻头保持器处流经一个或者多个出口通道38，从而在钻头表面提供冲洗。
在不背离本发明的范围的情况下可以对本发明进行修改。举例来说，回转设备可以不同地构造而成，例如可以通过单独的装置来完成紧固抵靠所述岩栓，例如通过一个单独的流体连接器连接到相应于图2中的活塞17的活塞上。另外可以提供其它装置或者马达来形成一个密封通道。
举例来说，所述阀25在大约150bar的压力下打开。
所述的密封设置可以别的方式构造，但是优选地是密封是在两个轴向隔开的位置上完成的，这两个位置与岩栓的膨胀流体进口匹配。岩栓的连接部分10可以别的方式构造和设计，但是它必须具有在所述岩栓和所述回转设备的各个旋转位置与回转设备结合的表面和膨胀流体进口(多个进口)。优选地是，所述表面36是圆柱形的，但是其它形式的表面例如部分圆柱形、圆锥形等也是可以的。
所述回转设备优选紧固到并且由任意的传统岩石钻孔机械支撑。该支撑可以是任意合适的种类，例如可以是任意刚性的钢材剖面的，并且它能够旋到该钻孔机械上，同样也能够旋转到所述的回转设备上。
所述岩栓也可以别的方式构造，也就是在所述的连接部分和膨胀部分之间的接合具有一个更传统的构造。所述钻头部分5可以包括一个整体单元代替两个分开的部分。所述膨胀流体进口也可以布置成与所述的连接部分分离，例如位于所述膨胀部分外侧的一个单独的套筒中，该套筒最接近于所述的连接部分。
Claims (14)
1、一种用于在岩壁或者岩顶中安装自钻孔膨胀岩栓(2)的方法，该自钻孔膨胀岩栓具有钻头部分(5)、膨胀部分(9)和连接部分(10)，
在岩石破裂步骤中，为自钻孔岩栓(2)提供岩石破裂运动和冲洗液以产生钻孔，和
在膨胀步骤中，将加压的膨胀流体引入到所述膨胀部分(9)中，以使其膨胀从而固定到所述钻孔内，
所述方法的特征在于，通过回转设备(6)引入所述膨胀流体，该回转设备(6)被布置成在安装岩栓的过程中与连接部分(10)区域处的向外表面(36)结合，于是，在回转设备的停止状态下，岩栓(2)在所述的岩石破裂步骤过程中自由移动，在回转设备的工作状态下，使该回转设备在所述膨胀步骤过程中紧固抵靠岩栓(2)，这样在膨胀流体源和膨胀部分(9)之间形成用于膨胀流体的密封通道。
2、如权利要求1所述的方法，其中，使回转设备(6)紧固抵靠岩栓(2)是通过作用在密封设备(14、15)上的压力流体完成的。
3、如权利要求2所述的方法，其中，密封设备(14、15)在岩栓膨胀流体进口(29)的轴向两侧上密封。
4、如权利要求2或3所述的方法，其中，膨胀流体用于紧固。
5、如权利要求2或3所述的方法，其中，紧固是通过压力流体作用在活塞设备(17)上完成。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，活塞设备(17)与具有两个分开的密封环的密封设备(14、15)结合。
7、一种用于在岩壁或者岩顶中安装自钻孔膨胀岩栓(2)的设备，该岩栓具有钻头部分(5)、膨胀部分(9)和连接部分(10)，所述设备包括：
用于将加压膨胀流体引入到所述膨胀部分中的装置，用于使膨胀部分在膨胀步骤中膨胀，从而被固定到钻孔内，
所述设备的特征在于，所述用于引入加压膨胀流体的装置包括回转设备(6)，该回转设备被布置成在安装过程中与连接部分(10)区域处的向外表面(36)结合，于是，在回转设备(6)的停止状态下，岩栓(2)在岩石破裂步骤过程中自由移动，并且在回转设备(6)的工作状态下，使该回转设备在所述膨胀步骤中能够紧固抵靠所述岩栓(2)，从而在膨胀流体源和所述膨胀部分(9)之间形成用于膨胀流体的密封通道。
8、如权利要求7所述的设备，其中，回转设备(6)包括密封设备(14、15)，以便压力流体在紧固回转设备(6)时起作用。
9、如权利要求8所述的设备，其中，密封设备(14、15)被布置成在岩栓膨胀流体进口(29)的轴向两侧上密封。
10、如权利要求8或9所述的设备，其中，密封设备(14、15)能够通过膨胀流体被紧固。
11、如权利要求8或9所述的设备，其中，活塞设备(17)在紧固时起作用。
12、如权利要求11所述的设备，其中，活塞设备(17)与具有两个分开的密封环的密封设备(14、15)结合。
13、一种自钻孔岩栓(2)，其具有钻头部分(5)、膨胀部分(9)和连接部分(10)，并且包括冲洗液通道(37)和膨胀流体进口(29)，所述岩栓的特征在于，所述膨胀流体进口(29)位于连接部分(10)区域处的向外的表面(36)上，所述的表面具有适于同回转设备(6)结合的径向和轴向延伸，使得所述岩栓(2)在岩石破裂步骤过程中自由移动，并且在膨胀步骤中，通过使回转设备(6)紧固抵靠岩栓(2)的所述表面而经所述膨胀流体进口(29)在膨胀流体源和所述膨胀部分(9)之间形成用于膨胀流体的密封通道。
14、如权利要求13所述的自钻孔岩栓，其中，所述表面(36)是圆柱形的。
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