CN101048573B - 细长形抗拉支撑件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调整屈服岩石锚杆，包括：细长形抗拉支撑件，其与至少一个开槽件相互作用；以及容置件，所述的容置件能够容置细长形抗拉支撑件，并将开槽件保持在所述细长形抗拉支撑件与容置件之间，其中，细长形抗拉支撑件延伸超过容置件一长度，该长度对应于最终失效之前的预定屈服量。通过在细长形抗拉支撑件上开槽，使得无论移过长度如何均保持可控的屈服，从而该锚杆具有可调整性。

Description

细长形抗拉支撑件
技术领域
本发明涉及一种细长形抗拉件，更具体地但并不排他地涉及一种用于在采矿和巷道掘进操作中稳定岩石的抗拉件。
背景技术
自从采矿工业开始起，岩石的稳定在采矿和巷道掘进操作中一直都很重要。无支撑的岩石和巷道壁可能会塌陷而会使人员丧命、破坏设备，并且会由于巷道需要再次打开而推迟施工进度。这在由于开凿巷道而导致地震活动或者发生岩石移位的区域是极为重要的。传统的岩石锚杆会因为塑性变形而产生少量屈服，然后则会由于不具备吸收足够能量的特性而不加警告地突然断裂。
发明内容
本发明提供了一种通过开槽件进行开槽从而使其位移可控的可调整屈服岩石锚杆，在第一实施例中，该可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件；至少一个开槽件；以及容置件，所述容置件能够容置所述细长形抗拉支撑件，并且具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述细长形抗拉支撑件与所述容置件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于最终失效之前的预定屈服量。
另一个实施例中的可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件；至少一个开槽件，其中，所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；可膨胀的岩石锚壳，所述岩石锚壳的尺寸设定成能够容置所述细长形抗拉支撑件，并且具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述细长形抗拉支撑件与所述岩石锚壳之间，其中，所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于最终失效之前的预定屈服量。
另一个实施例中的可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件；至少一个开槽件，所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，所述容置件具有开口(孔)，所述开口的尺寸设定成能够将所述细长形抗拉支撑件容置于所述开口(孔)中，且所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；以及可膨胀的岩石锚壳，其环绕所述容置件。
另一个实施例中的可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件，其具有近端和远端；至少一个开槽件，其中，所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，其具有开口(孔)，所述开口(孔)的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置于所述开口(孔)中，且所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽，用于将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间；其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；可膨胀的岩石锚壳，其环绕所述细长形抗拉支撑件的远端；以及预张紧件，其用于使所述远端在所述可膨胀的岩石锚壳中移动。
另一个实施例中的可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件，其具有近端和远端；至少一个开槽件，其中，所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，其具有开口(孔)，所述开口(孔)的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置于所述开口(孔)中，并且，所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；移动指示器，其设置在所述细长形抗拉支撑件的、延伸超过所述容置件的近端上；可膨胀的岩石锚壳，其环绕所述细长形抗拉支撑件的远端；以及预张紧件，其邻近所述容置件，用于使所述远端在所述可膨胀的岩石锚壳内移动。
另一个实施例中的可调整屈服灌浆岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件；至少一个开槽件，所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，其具有开口(孔)，所述开口(孔)的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件容置于所述开口(孔)中，并且所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；以及设置在所述细长形抗拉支撑件上的防粘物。
另一个实施例中的可调整屈服灌浆岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件，具有近端和远端；至少一个开槽件，其中所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，其具有开口(孔)，所述开口(孔)的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置于所述开口(孔)中，并且所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；以及设置在所述细长形抗拉支撑件上的防粘材料。
另一个实施例中的一种灌浆可调整屈服岩石锚杆包括：细长形抗拉支撑件，具有近端和远端；至少一个开槽件，其中所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件干涉配合；容置件，其具有开口(孔)，且所述开口(孔)的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置在所述开口(孔)中，并且所述开口(孔)具有至少一个保持凹槽以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；以及移动指示器，其设置在所述细长形抗拉支撑件的、延伸超过所述容置件的近端上。
另一个实施例中的用于在屈服岩石锚上设置预张紧力的设备，包括：能够传递力到一容置件的预张紧件，所述容置件的内部包含有未张紧的细长形抗拉支撑件以及开槽件；通过所述预张紧件传递力的装置，其用于移动所述细长形抗拉支撑件、容置件和开槽件并使其到达张紧状态，在所述张紧状态下所述细长形抗拉支撑件相对于所述容置件和开槽件移动，并且所述开槽件使所述细长形抗拉支撑件中发生形变。
一种调整岩石锚的总屈服的方法，包括下列步骤：选择具有已知塑性屈服特性的细长形抗拉支撑件；选择至少一个开槽件；选择所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉量；进行计算以确保所述干涉量产生屈服的力比所述细长形抗拉支撑件发生塑性变形所需的力小；设定所述细长形抗拉支撑件的、用于所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉的长度。
该实施例包括一种调整灌浆岩石锚的总屈服的方法，包括下列步骤：选择具有已知塑性屈服特性的细长形抗拉支撑件；选择具有已知屈服性能的浆料；选择至少一个开槽件；选择所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉量；进行计算以确保所述干涉量产生屈服的力比所述细长形抗拉支撑件发生塑性变形或者所述浆料产生屈服所需的力小；以及设定所述细长形抗拉支撑件的、用于所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉的长度。
用于安装可调整屈服机械式岩石锚的方法的实施例，包括：在岩面中钻孔；选择锚壳；选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件；将所述细长形抗拉支撑件的远端插入穿过所述锚壳；使所述远端越过所述锚壳一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；在所述细长形抗拉支撑件和所述锚壳之间插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚；将所述可调整屈服机械式岩石锚的所述细长形抗拉支撑件的所述远端插入孔中；使所述锚壳膨胀；以及在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
用于安装可调整屈服机械式岩石锚的方法的另一个实施例，包括：在岩面中钻孔；选择锚壳；选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件；将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过所述锚壳；将所述细长形抗拉支撑件的远端以及所述锚壳插入所述孔中；使所述锚壳膨胀；选择具有开口(孔)的锚头(bale)；使所述细长形抗拉支撑件的近端从所述锚头的开口(孔)穿过并越过所述锚头一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；在所述细长形抗拉支撑件和所述锚头之间的开口(孔)中插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚；以及在所述细长形抗拉支撑件的所述近端连接托板。
用于安装灌浆可调整屈服机械式岩石锚的方法的另一个实施例，包括：在岩面中钻孔；选择适于岩石条件的适当浆料；选择具有开口(孔)的锚头；选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件；将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过所述锚头的所述开口(孔)；使所述细长形抗拉支撑件的远端越过所述锚头一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；在所述细长形抗拉支撑件和所述锚头之间的开口(孔)中插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚；将所述可调整屈服机械式岩石锚的细长形抗拉支撑件的远端插入所述孔中；对所述孔进行灌浆；以及在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
用于安装可调整屈服机械式岩石锚的方法的另一个实施例，包括：在岩面中钻孔；选择适于周围条件的适当浆料；选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件；将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过锚壳；将所述细长形抗拉支撑件的远端和所述锚壳插入所述孔中；对所述锚壳进行灌浆；选择具有开口(孔)的锚头；使所述细长形抗拉支撑件的近端通过所述开口(孔)穿过所述锚头一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；在所述细长形抗拉支撑件和所述锚头之间的开口(孔)中插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚杆；以及在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
根据本发明一实施例的张紧件包括容置件，所述容置件具有开口(孔)或者洞，所述开口(孔)或者洞的横截面与所述细长形抗拉支撑件的横截面相同，从而对应于细长形抗拉支撑件的通路，其中，所述开口(孔)的长度的一部分或多个部分可以向着所述容置件的一端向外倾斜，并且设置在所述开口(孔)中的至少一个分离的开槽件设置在所述开口(孔)中并进入每个倾斜部分中。如果使用多于一个的分离的开槽件，则所述开槽件可以设置在绕着细长形抗拉支撑件以及开口(孔)间隔的一个或多个倾斜部分中，并且在使用中，当细长形抗拉支撑件移动到容置件的开口(孔)中时，所述开槽件进入开口(孔)的渐狭小的一个或多个倾斜部分中，以将张紧的细长形抗拉支撑件卡紧在开口(孔)中。
在本发明的一个形式中，张紧件可以是锥形螺母，其设置在径向可膨胀的岩石锚头中，位于容置件中的截锥形腔开口(孔)的倾斜部分中，并且围绕开口(孔)中的细长形抗拉支撑件。
可膨胀的岩石锚头可以是这样的形式，其包括多个环绕锥形螺母、且可在锥形螺母作用下自岩石锚杆的细长形抗拉支撑件径向向外移动的锚壳或锚片。在本发明的该实施例中，细长形抗拉支撑件可以穿过锥形螺母的空腔，并且开槽件借助开槽效应移动到锥形螺母空腔的渐窄倾斜部中，从而将抗拉支撑件与锥形螺母锁紧，并且在张紧力作用下将锥形螺母拉入周围的锚壳中。
在本发明的另一个实施例中，张紧件可以是组合的可径向膨胀的岩石锚头，其中，可膨胀的锚壳或者锚片一起限定了张紧件，其中每个锚片都包括有倾斜凹槽，这些倾斜凹槽一起限定了开槽件所在的开口(孔)的倾斜部分。
在本发明的另一个实施例中，张紧件可以是圆柱体的形式，其形成轴向贯通的开口(孔)，并且所述杆的一个或多个倾斜部分即可以是截锥形空腔也可以是一组环绕所述开口(孔)且其中设置开槽件的倾斜凹槽。
该实施例可以用来对位于建筑构件的开口(孔)中的、或者位于孔的外侧上的锚进行加强的锚索进行后张紧，其中，岩石锚杆或者锚索束(细长形抗拉支撑件)被锚固。
虽然开槽件可以是任何适当的形式，但是，当使用圆金属球形式的(即公知的滚珠支撑件)这种大规模生产的硬化支承件时，开槽件更便宜并且不要求特殊的加工。
根据本发明一实施例的张紧件包括锚头，所述的锚头具有供细长件通过的开口(孔)，其中，所述开口(孔)的长度的一个或多个部分向着所述容置件的一端向外倾斜，并且在所述开口(孔)的一个或多个倾斜部分中，围绕所述细长件设置多个分离的开槽件；在使用中，当细长形件移入到容置件的开口(孔)中时，所述开槽件由细长形件带入开口(孔)的一个或多个尺寸渐窄的倾斜部分中，以在张紧时将细长形件卡紧在开口(孔)中。
细长形抗拉支撑件可以是具有圆形、椭圆形、方形、“I”形或者“L”形横截面的金属杆，其既可以是中空的也可以是实心的，并且由延性比制造锚头用金属的延性更好的金属制成。细长形件可以通过机械加工、锻造、铸造、挤压或者任何其它公知的冶金工艺制造。金属杆可以是侧面光滑的，从而在张紧时具有更大的可控屈服，可以减少由于开槽件遇到不同直径或者不同表面状况的部分时产生的峰值。
虽然锚头开口(孔)的倾斜部分可以是连续的截锥形，但是根据本发明，所述倾斜部分包括至少一个倾斜凹槽以及可选的多个锥形凹槽，多个锥形凹槽间隔环绕开口(孔)且在每个凹槽中均设置开槽件以将负荷峰值减至最小。
凹槽的横断面最小的部分终止于锚头的第二端的开口(孔)中。
附图说明
现在将参考附图仅以非限制性的例子描述本发明的实施例，所述附图中示出了阐释性的、可能的实施例。
图1是本发明的岩石锚的一个实施例的局部截面侧视图，该岩石锚位于预先钻好的孔中。
图2是图1中的岩石锚的锚头的放大截面侧视图。
图3是从本发明的岩石锚的第二实施例的锚壳上方看过去的轴测图。
图4是包括图3所示锚壳的岩石锚头的俯视图。
图5是本发明的抗拉件的另一个实施例的截面侧视图，包括有一安装好的预张紧件。
图6是抗拉件实施例的截面侧视图。
图7是本发明的岩石锚杆的锚头的俯视图。
图8是图7所示锚头沿线2-2剖开的正视图。
图9是图7和图8中的锚头在使用时的局部示意性截面正视图。
图10是本发明的岩石锚杆的侧视图，该岩石锚杆位于采矿巷道的顶壁(顶面)的预钻孔中。
图11示出了图10中的锚杆在使用时的作用。
图12是本发明的两种岩石锚杆的性能对比曲线。
图13是全灌浆岩石锚杆的例子。
图14是容置体(锚头)的剖面图。
图15是岩石锚杆的性能比较曲线。
图16示出了几种类型的传统锚头，这些传统锚头可以与本发明相结合用在细长形抗拉件的远端，并且这些传统锚头还可以替换为改进的锚头。
图17是传统的胀壳式锚与改进的胀壳式锚的比较图。
图18是传统的锚与屈服机械胀壳式锚的屈服特性的比较图，虚线表示端部进行卷边之后可能出现的附加屈服。
图19A是一安装好的、可通过液压膨胀锚固的外部屈服锚。
图19B是一可通过液压膨胀的锚。
图20是一还未安装的屈服灌浆岩石锚。
图21是一局部灌浆的可屈服锚杆。
图22是当全灌浆时本发明屈服15.24厘米(6英寸)的测试结果。
图23是一外部屈服的局部灌浆岩石锚杆，其具有移动指示器。
图24是灌浆钢筋的测试曲线。
图25是带有外部屈服锚的自钻孔锚。
图26是屈服桁架锚杆。
图27A-E是开槽件的各种实施例。
具体实施方式
图1中显示了本发明的岩石锚的一个实施例，其包括细长形抗拉支撑件10、容置件(例如，可膨胀的锚头)12、岩面垫圈14和张紧螺母16。如果通过机械加工成型，则细长形抗拉支撑件10可以是钢条或者钢筋。
图2中示出了容置件(例如锚头)12，图示具有锚螺母(锥形螺母)18(其为可选构件)，且在该实施例中还具有四个围绕锚螺母18和细长形抗拉支撑件10的锚片或者锚壳20。
容置件(例如锚头)12的锚螺母(锥形螺母)18包括：截锥形的锥形开口(孔)22，在该开口(孔)中围绕细长形抗拉支撑件10等间距地设有四个开槽件24(硬化的滚珠支承件)；端盖26，用于将所述开槽件保持在锥形螺母的锥形开口(孔)22中；以及锚头臂盘28和弹簧垫圈30，用于将锚头保持在细长形抗拉支撑件10上的适当位置。容置件(例如锚头)12的可膨胀的锚壳20实质上是传统的可膨胀的锚壳。至于锚头臂盘28，在图4中可以更加清楚地看出其包括四个锚头臂(bale arm)32，所述的锚头臂点焊到四个锚壳20的上端部。
在使用时，锚头通过弹簧垫圈30设置于细长形抗拉支撑件10的上端或者说远端的期望位置、或者邻近所述上端或者说远端设置，然后与锚头一起进入岩面36上已经预先钻好的孔34中。然后用手向下猛拉细长形抗拉支撑件10，使细长形抗拉支撑件10向下移动通过锚螺母(锥形螺母)18，以与开槽件(滚珠)24接合，并使得开槽件(滚珠)在该开口(截锥形的腔)22中抵靠着锚壳20的倾斜壁和抗拉支撑件的侧面而至少部分向下旋转，直到该抗拉支撑件在开槽件(滚珠)24作用到上和锚螺母(锥形螺母)18上的径向压力的作用下稍稍锁定到锚头上。此时岩面垫圈14位于细长形抗拉支撑件10的带螺纹的自由端上方，并且通过张紧螺母16压靠在岩面36上。这时持续转动张紧螺母将会使开槽件(滚珠)24进一步卡紧在细长形抗拉支撑件10和锚螺母之间，并且细长形抗拉支撑件10在岩面垫圈和容置件(例如锚头)12之间张紧。在设定完锚杆之后，锚头和岩面垫圈14之间的细长形抗拉支撑件上的张力增加(可能由于岩层分离而导致)将会使开槽件24挤压入开口(腔)22的侧壁中，并且/或者开槽件(滚珠)将会在细长形抗拉支撑件10上开槽，从而使得细长形抗拉支撑件10在承受增大的张力负荷的同时屈服。
开槽件可以是硬度比细长形抗拉支撑件或者容置体的硬度大、从而能使细长形抗拉支撑件的表面发生变形和移位的任意装置。开槽件可以具有能使该细长件的表面发生变形和移位的任意形状，如球形、圆柱形、楔形、正方形等。
在本发明的岩石锚的另一个实施例中，省略了锚螺母，锚壳20包括位于其内表面上的保持凹槽38，该保持凹槽38从锚壳的上端向着锚壳开口(孔)中的如下位置倾斜：所述位置逐渐变浅并过渡到锚壳20的弧形内表面上，如图4所示。
如图4所示的、使用带有凹槽的锚壳的锚头，其使用方式与图1实施例完全相同，该锚头包括端盖26和锚头臂盘28，其中设置在保持凹槽38中的开槽滚珠与凹槽的倾斜基底和细长形抗拉支撑件10的侧面接触。
在图5所示的另一个实施例中，细长形抗拉支撑件(抗拉件)10包括：具有呈截锥形(例如与图1、2中的锚螺母18的形状)开口(孔)的容置体40、端盖(滚珠保持盖)26、张紧螺母16和开槽件24。该张紧装置中使用的锚杆(anchor rod)或者锚索(anchor cable)在其位于预钻孔34中的上端或者说远端可以设置任何形式的锚——如图6所示，以将细长形抗拉支撑件的该端部锚固到孔的任一侧壁上——如果该细长形抗拉支撑件用作岩石锚杆的话；或者锚固在孔的另一端上的岩面托板上——当该细长形抗拉支撑件用作待张紧的建筑用混凝土构件时。如图6所示，在该实施例中，在细长形抗拉支撑件10为一杆件的情况下，其可以通过螺母16张紧。如果(可选地)使用脚螺母(toe nut)张紧所述的杆件，则在使用之后，将其从杆的螺纹端移除，此时开槽件会由于该杆件的张紧力而保持在容置体40的开口(孔)的锥形腔中。细长形抗拉支撑件上的增大的张力将向上拉拽螺纹端使其穿过容置体40，同时细长形抗拉支撑件10保持对负荷的支撑，并且通过容置体40产生屈服。可选地，设置到位的细长形抗拉支撑件10或者张紧绳索可以通过液压张紧装置而拉紧。
图7至图9示出了容置件(锚头)100、110和细长形抗拉杆112。这些图中所示的容置件(锚头)100、110包括容置体114，所述容置体114通常是圆柱形的硬金属体，并且包括：开口(孔)116，在使用时细长形抗拉杆112位于其中；至少一个凹槽(保持凹槽)118，例如锥形凹槽或者槽口，所述凹槽(保持凹槽)118相对于开口(孔)116均匀地间隔；以及位于容置体114底侧的凹部120，开口(孔)116终止于该凹部120中。
容置件(锚头)100、110的凹槽(保持凹槽)118从锚头的顶面向内、向着邻近锚头中的开口(孔)116的位置渐细，如图8、图9所示。槽口的锥度可以是相对于开口(孔)116的轴线成4-12°，特别是在6°至10°之间。槽口或者凹槽(保持凹槽)118在凹部120的基部(台阶宽度121)上方位置处终止于开口(孔)116中，从而形成了开口(孔)116的短的、周向完整的台阶高度122；在使用时，该开口(孔)116的长度与凹槽(保持凹槽)118的侧面之间的垂直面124一起为抗拉杆112提供通过锚头开口(孔)116的抗偏导引部。
锚头或者容置件100可以包括在其位于一对凹槽(槽口)118之间的外壁中的沟槽126，仅在图7中示出，该沟槽126中可以设置灌浆管。为了适应沟槽126的深度，图9示出的凹部120的直径比图8中所示的直径小。
细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10、抗拉杆112可以制成任意特定应用场合下所需要的长度，也可以具有任何轮廓或形状，但是典型的是横截面为圆形且侧面光滑，并且根据该实施例，可以在距其一端的部分长度上开设螺纹，以连接张紧螺母16。
每一凹槽(保持凹口或者锚头槽口)118都承载至少一个硬化的开槽件128，例如滚珠支承件，如图9所示，在所述开槽件128所在槽口的上端处，所述开槽件128的直径比该槽口的锥形侧壁底部与抗拉杆112的侧面之间的距离要小，并且，在槽口中较低的位置，所述开槽件128的尺寸比槽的侧壁底部与抗拉杆之间的距离要大。
在使用岩石锚之前，开槽件128预先安置在抗拉杆上锚头或者容置件100所需要的位置上。这些支承件可以通过如下方式预先安置：将锚头放在一铁砧上的、用于细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10、抗拉杆112的孔的上方，然后在压力作用下将开槽件(支承件)向下推压进凹槽118，并咬入抗拉杆的侧面。可选地，开槽件(支承件)还可以如下预先安置：将该开槽件(支承件)放在容置件110的凹槽(槽口)118中，并且将所述容置件(锚头)置于其在抗拉支撑件上的预想位置的上方，然后通过铁砧孔向下牵引或者拖拉抗拉杆，使支承件变成位于槽口的锥形侧壁和抗拉支撑件侧面之间的开槽件，然后咬入抗拉杆的较软的材料中，如图9所示；开槽件将锚头锁定到抗拉杆112上的期望位置，并且能够防止在使用之前以及在将锚杆安装到预钻孔中的过程中锚头相对于抗拉杆发生移位。在图9示出的锚头中，支承件锁定在抗拉杆112上位于凹槽(槽口)118的半圆基部(台阶宽度121)上方一点的位置。为了提供具有特定的抗拉杆材料延性、以及尽量精确的负荷-屈服关系的岩石锚杆，应使用预定尺寸的支承件，从而在预先安置期间，在将支承件压到槽口基部(台阶宽度121)上时，能咬入抗拉杆预定深度。
为了改变使用过程中的张力负荷(细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10、抗拉杆112将会因为抗拉杆材料的延性变形而产生屈服并通过容置体(锚头))，容置体(锚头)可以包括比图中所示的四个更多或者更少的支承件承载凹槽(槽口)118，开槽件128可以是各种尺寸的滚珠支承件、滚针支承件、滚柱支承件、开槽件或者任何其它形状，并且/或者使用具有各种延性的金属制成的抗拉杆。另外，每个凹槽或者支承件承载凹槽(槽口)118均可以承载多个具有适当尺寸的、在槽口中彼此叠置的开槽件128。
图13显示了内部屈服的全灌浆岩石锚杆。锚杆的细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10包覆防粘物，所述的防粘物可以是适合的塑料材料、蜡或者适当材料制成的套管。
在使用中，如图10所示，岩石锚杆置于在岩面132中预先钻好的孔130中，且容置件(锚头)100位于孔中的预定位置。
然后在抗拉杆突出于孔口的近端处、在可选地设有螺纹的端部上设置岩面垫圈134和张紧螺母136。
如果抗拉杆112和容置件(锚头)100是通过孔中的粘结材料经灌浆后固定，则岩石锚可以包括位于锚头沟槽126中的灌浆管，所述的灌浆管在孔中的细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10、抗拉杆112的上端和岩面垫圈134中的孔之间延伸。灌浆管可以通过适合的塑料系带或者类似的东西保持在容置件(锚头容置体)100和细长形抗拉支撑件(抗拉杆)10、抗拉杆112上的适当位置。
在对孔130进行后灌浆时，来自灌浆泵的软管连接到孔130外侧上的灌浆管的端部，这样孔内填充浆料138，以利用可硬化的浆料使锚杆从孔的上端到岩面垫圈实现全长灌浆。
当对孔进行灌浆时，为了防止浆料进入锚头中的凹槽(槽口或容置凹口)118以及凹部120，槽口或者凹部120被塞有例如蜡、硅树脂或者类似物的适合的堵塞材料。
可选地，也可以在该孔中预先填充浆料或者适合的树脂混合物——其可以是传统的胶囊形式，然后驱动锚杆进入位于孔中的这些市场上有售的材料中。根据这种形式的锚杆设定，锚头的上端可以是向上渐细的，以便于锚头进入未硬化的浆料或者树脂中。当使用树脂来定位锚杆时，锚杆在以通常的方式进入树脂并与之混合时需要旋转。
在一些应用场合，特别是当使用较为昂贵的树脂时，该孔仅需从锚头到锚头下方的、不会损害岩石锚杆屈服特性的位置进行部分灌浆。在以这样的方式将岩石锚杆点锚固时，在抗拉支撑件上距锚头110下侧的预定位置处必须设置适合的浆料塞，所述浆料塞可以由弹性材料制成，以包容住孔中的、硬化之前的最初的液态浆料。
通过利用可硬化的材料将岩石锚、以及在矿井作业中以特定方式环绕岩石锚的那些部件完全定位在孔中，借助岩石锚杆的屈服特性可以遏制大量岩层分离和扩张(可能由于矿井作业或爆破而产生的地震波或者岩石超应力的作用而造成)以及因此造成的失效——如图11所示，其中，顶面已经靠近底壁，且抗拉支撑件具有尺寸Y的屈服量，同时以锚杆及环绕锚杆的部件的设计负荷而保持对负荷的支撑，从而牢靠地保持分离的顶部岩石使其不会落入矿井作业区。
如图9所示，锚杆产生屈服的原因在于：抗拉杆112上的、沿图示箭头方向增加的张力负荷使得预先设置在抗拉杆中的开槽件128进一步压入抗拉杆中并在抗拉杆中开槽以形成沟槽140——如图9所示；并且在开槽件128的下方，借助相对固定的锚头，抗拉杆被下降的岩面以及与岩面抵靠的、下降的岩面垫圈的拉动而远离锚头，如图11相对于图10所示。在抗拉杆屈服期间使开槽件在抗拉杆上开槽所需的力将决定抗拉支撑件在屈服时对顶壁负荷的承载能力。抗拉杆112包覆的防粘介质使得抗拉杆在屈服期间能够在不受可硬化材料干扰的情况下移动穿过可硬化的材料，如图11中的抗拉支撑件的上端所示，以确保抗拉支撑件在预定的、正在增加的或者已经增加的负荷下产生的屈服具有可预测性。该岩石锚既可用于强度大的浆料中也可用于强度小的浆料中——即使不知道浆料的实际强度，这是因为如果浆料的强度比较小，则容置件(锚头)将会进入浆料柱中；反之，当浆料的强度较大时，细长形抗拉支撑件将被开出槽。
图15比较了传统的锚杆1和一个预先设置好的屈服锚杆2、一个未预先设置的屈服锚杆3。在负荷测试之前，预先设置好的屈服锚杆3移动或者变形大约5.08厘米(2英寸)以对锚头进行预先设置，除此之外，两个屈服锚杆是相同的。如果使期望屈服行程完结处的端部胀大以防止该端部移动穿过容置体，则屈服锚杆可以达到相同的最大值。根据本发明的、特定的岩石锚的承载屈服特性可以由抗拉支撑件在设置到孔中进行操作时、位于容置件(锚头)100上方的长度来确定。
图12示出了本发明的两个锚杆在屈服时的负荷支撑能力。两个锚杆的抗拉杆112是侧面光滑的杆，其采用C1070钢制成，直径为14mm、屈服强度是大约100,000psi、极限强度是大约140,000psi。两个容置件(锚头)100的直径均为42mm，并且均具有三个凹槽118，每个凹槽118都容纳一单个开槽件——直径为0.47498厘米(0.187英寸)的开槽件(滚珠支承件)128。滚珠支承件由C440不锈钢制成。
图12中的拉伸测试曲线A所对应的锚杆的开槽件(滚珠开槽件)128没有如所述的那样被预设在抗拉杆中，其只是在抗拉支撑件通过锚头移动时被压迫入抗拉杆材料中。另一方面，曲线B对应的锚杆滚珠如上所述地预设在抗拉杆材料中，并且从图中可以看出，在该锚杆的测试期间，该锚杆在被拉伸穿过锚头仅2mm时就承受了几乎全部的作用到抗拉支撑件上的张力负荷，而在屈服期间承载保持在80至110巴(70巴＝6吨)之间。
本发明并不局限于这里描述的具体细节。例如，图8的锚头可以终止于凹部(槽)120的基部，而略窄的、且没有凹槽118那么深的平行的侧部槽可以从凹槽118延伸到锚头的底侧，以便于将任一侧的抗拉杆槽的材料从锚头上除去，否则，这些材料将有可能过度积聚，从而会穿过抗拉杆与用于容置抗拉杆的开口(孔)的侧面(台阶高度122)之间的交界面而周期性地挤出，并可能在锚杆屈服期间造成卸载峰值。
图1至图9示出了包括细长形抗拉支撑件10、抗拉杆(细长形抗拉支撑件)112的可调整屈服岩石锚杆的一个实施例。抗拉支撑件通常是钢杆，例如钢筋或者其它的在建筑业广泛应用的普通结构件。所有等级和硬度的钢只要满足需要都可以考虑。图2示出了至少一个开槽件24——通常是硬化的钢质滚珠支承件，其将与如图2至图9所示的容置件12、110结合使用，所述的容置件12、110能接收细长形抗拉支撑件10、112并且具有至少一个保持凹槽38、凹槽118以将开槽件24、128定位和保持在所述细长形抗拉支撑件与所述保持凹槽之间；其中，细长形抗拉支撑件10、抗拉杆(细长形抗拉支撑件)112延伸超出容置件一长度Y，该长度对应于最终失效之前的预定屈服量。
图14示出了具有开口(孔)116的容置件100，其中开口(孔)116具有至少一个入口直径以及较小的座直径(seat diameter)，所述的座直径与入口直径之间具有4-12度的角度150。另外，图9和图14示出了开口(孔)具有抗偏部(台阶高度122)，其中所述的抗偏部(台阶高度122)被限定为具有一个内部尺寸，所述的内部尺寸大于细长形抗拉支撑件10、抗拉杆(细长形抗拉支撑件)112的外部尺寸但是小于等于细长形抗拉支撑件10、抗拉杆(细长形抗拉支撑件)112的外部尺寸的125％。台阶深度123与台阶宽度121一起影响开槽件(在预张紧之后开槽件将搁靠在台阶宽度121上)的开槽过程。台阶宽度121决定开槽件和细长形抗拉支撑件之间的干涉量。重要的是保持整个加强构件笔直且将其均匀地送入容置件(锚头)中以防止大的摩擦力以及细长形抗拉支撑件的可能弯曲。
图1至图4示出的是一种可调整屈服岩石锚杆，其包括细长形抗拉支撑件10，在该实施例中图示为被加工光滑的钢筋。所述的至少一个开槽件24是硬化的钢质滚珠支承件，其中开槽件24与细长形抗拉支撑件10干涉配合。开槽件24插入可膨胀的岩石锚壳20中，该锚壳的尺寸设定为可以容置细长形抗拉支撑件10，并且具有至少一个保持凹槽38，以将开槽件24定位并保持在岩石锚壳20和抗拉支撑件10之间；其中，细长形抗拉支撑件10延伸超过可膨胀的岩石锚壳20一长度L 15，该长度对应于在最终失效之前的预定屈服量。
在图16至图18中显示了可调整屈服岩石锚杆的实施例，其包括带有至少一个开槽件128(参看图9)的细长形抗拉支撑件10，其中开槽件与细长形抗拉支撑件干涉配合并形成沟槽140。图7至图9示出了带有开口(孔)116的容置体114，开口(孔)116的尺寸设定为可以将细长形抗拉支撑件112容置于开口(孔)116内，并且开口(孔)116具有至少一个凹槽(保持凹槽)118，以将开槽件128定位和保持在所述容置体与所述细长形抗拉支撑件之间；其中，细长形抗拉支撑件延伸超过容置件一长度(如图17所示)，该长度对应于最终失效之前的预定屈服量。图16示出了若干传统的机械式锚壳的例子，这些机械式锚壳可以如图17所示用通常的沟槽(锚头和容置体)140进行替换，以形成环绕容置体的可膨胀的岩石锚壳200。该可膨胀的岩石锚壳还包括箍筋(stirrup)210，该箍筋具有供细长形抗拉支撑件112通过的孔215。抗拉支撑件移过的屈服长度220是屈服和移动的总量；在细长形抗拉支撑件(细长形件)10最终失效之前，该总量可以进行调整。屈服长度在理论上没有限制——从5.08厘米(2英寸)到6096厘米(200英尺)的范围内均有可能，唯一的限制因素是细长形抗拉支撑件(细长形抗拉件)10的长度以及移过的距离，所述移过的距离在变得不可接受(例如隧道从顶面到底面的高度的50％)之前均是可接受的。在实际应用中，典型的屈服锚杆的正常屈服长度范围为约12.7厘米(5英寸)至254厘米(100英寸)，不过这个范围可以根据具体的应用场合增加或者减少到任意理论上的长度。图4示出了开槽件是选自由滚珠支承件、滚针支承件、滚柱支承件、开槽件支承件和它们的组合所构成的群组中的支承件(图27示出了一些可能的实施例)。
在图27A中，容置件的形状形成为适于容置楔形的开槽件。楔形开槽件必须制造得足够小以防止将细长形抗拉支撑件锁死于容置件中。在图27B中，容置件的形状形成为适于容置呈锥形滚针支承件形式的开槽件。锥形支承件沿其长度方向开槽，并且当设置在容置件的凹槽中时，锥形支承件相对于容置件内的细长形抗拉支撑件以4-12度(通常为6-8度)的角度定位。在图27C中，容置件的形状形成为适于容置呈滚针支承件形式的开槽件。在图27D中，容置件的形状形成为适于容置呈滚珠支承件形式的开槽件，但是没有台阶。这种没有台阶的结构能防止将细长形抗拉支撑件锁死于容置件内，但是产生的屈服要比带台阶时少。图27E是一改动后的容置件，其使用滚珠支承件，而这些滚珠支承件通过螺钉72施压定位。这种组件在现场可以更容易地设定，并且较容易调整，不过螺钉需要正确地进行调整，以使细长形抗拉支撑件准确对中。
图18显示了传统的锚杆(机械胀壳式锚)1和屈服锚杆(预张紧的屈服机械胀壳式锚)3的比较。测试结果显示，屈服锚杆3在失效之前的屈服量大约为220mm，而传统的锚杆1的屈服量仅约为60mm。测试实例是利用如下实施例的沟槽(容置件(锚头))140获得的：该沟槽(容置件(锚头))140带有4个凹槽，每个凹槽保持一个开槽件128，所述的开槽件128是直径为0.39624厘米(0.156英寸)的滚珠支承件，并且所述容置件(锚头)具有0.3175厘米(0.125英寸)的台阶宽度121，以供搁置开槽件(滚珠支承件)128。在该测试中，作用于传统的锚杆1上的超过18吨的最大负载也可由一改动后的屈服锚杆4(图中用点线表示)来实现，该屈服锚杆4在最终失效之前阻止细长形抗拉支撑件的端部穿过沟槽(容置体)140，从而在经受了预定量的、可接受的屈服行程之后在失效之前达到同样的最大负载的承载能力。
用来定位和保持开槽件的凹槽也可以是与容置体的开口(孔)横交(intersect)的螺纹孔。而开槽件则是硬化的螺钉，该硬化的螺钉设置在预定深度以作用于细长形抗拉支撑件。在另一方法中，螺钉可以将开槽件与细长形抗拉支撑件相抵靠地定位和保持于容置体中。
图5是图6的一个修改方案，其中，可调整屈服岩石锚杆包括：带有近端11和远端15的细长形抗拉支撑件10，以及至少一个开槽件128，其中开槽件128与细长形抗拉支撑件10干涉配合。
图7-图9显示了带有开口(孔)116的容置体114，开口(孔)116的尺寸设计成适于将细长形抗拉支撑件10的近端11容置在开口(孔)116中，并且该开口(孔)116具有至少一个凹槽(保持凹槽)118，用于将开槽件128定位和保持在所述容置体114与细长形抗拉支撑件之间；其中，细长形抗拉支撑件的近端11(参看图5)延伸超过容置体一长度，该长度对应于在最终失效之前的预定屈服量。如图6所示，一容置件(例如，传统的可膨胀岩石锚壳)12环绕细长形抗拉支撑件10的远端15。图5示出了与容置体40、114相邻的预张紧件17，以在容置件(例如，可膨胀岩石锚壳)12内移动远端15并且设定开槽件。抗拉支撑件可以是钢筋，该钢筋在近端11处加工成具有光滑的表面，而在远端15则形成螺纹以在远端处与传统的锚头接合。开槽件可以是选自由滚珠支承件、滚针支承件、滚柱支承件、开槽件支承件和它们的组合构成的群组的支承件。
图6示出的实施例中显示了连接在细长形抗拉支撑件10上的指示物，该指示物是一可视的指示物，其在安装完预张紧件后安装到细长形抗拉支撑件的露出的近端11上，以使露出的标度值能反映容置体在预张紧之后移过的距离。在开始运动之后帽76脱落，从而提供最新动静的快速指示。
图7至图12显示了可调整屈服灌浆岩石锚杆的一个实施例，其包括细长形抗拉支撑件112和至少一个开槽件128，其中开槽件与细长形抗拉支撑件112之间具有沟槽(干涉配合)140。容置体114带有开口(孔)116，且开口(孔)116的尺寸设计成能够将细长形抗拉支撑件112容置在开口(孔)116内，并且开口(孔)116具有至少一个凹槽(保持凹槽)118以将开槽件128定位和保持在所述容置体与细长形抗拉支撑件之间；其中，细长形抗拉支撑件延伸超过容置体一长度Y，该长度Y对应于在最终失效之前的预定屈服量。细长形抗拉支撑件包括设置在其上的防粘物。所述的防粘物选自由蜡、塑料、油、油脂、脂肪酸盐、固体润滑剂、套管或者它们的结合所构成的群组。
图9示出了用于定位和保持开槽件128的凹槽118是沿着容置体的开口(孔)延伸、并终止在平坦台阶(台阶宽度121)中的槽，所述的平坦台阶(台阶宽度121)具有台阶高度122，所述的台阶高度122决定了开槽件和细长形抗拉支撑件之间的沟槽(干涉)140的总量，典型的台阶高度是开槽件(例如滚珠支承件)的直径的25-75％。
图19A示出了可调整外部屈服的组合式岩石锚杆的一个实施例，所述的组合式岩石锚杆包括具有近端310和远端320的中空的细长形抗拉支撑件300。图19B示出了通过液压施力使未膨胀的中空锚杆328成为胀大的中空锚杆329的过程，所述胀大的中空锚杆329将锚杆锚固在周围的壁中，以固定已安装好的、胀大的锚杆330的端部。图7-图9示出了至少一个开槽件128，其中开槽件128与中空的细长形抗拉支撑件300之间具有沟槽(干涉配合)140。容置体114具有开口(孔)116，且开口(孔)116的尺寸设计成适于将中空的细长形抗拉支撑件300的近端310容置于开口(孔)116内，并且该开口(孔)116具有至少一个凹槽(保持凹槽)118以将开槽件128定位和保持在所述容置体与所述细长形抗拉支撑件之间；其中，细长形抗拉支撑件300的近端310延伸超过该筒状的容置体一长度，该长度对应于在最终失效之前的预定屈服量。
中空的细长形抗拉支撑件300的远端320连接有可膨胀的中空的锚杆(Swellex锚杆)330。在中空的细长形抗拉支撑件300的、延伸越过容置体的近端310上可以连接可视的指示物315。在安装时，在容置体114和岩面400之间可以设定托板垫圈340。中空的细长形抗拉支撑件300的远端320典型地设有螺纹以连接Swellex
Figure GA20191491200580031585201D00182
锚杆330，并避免膨胀过程中的任何泄漏。Swellex
Figure GA20191491200580031585201D00183
锚杆是指一种部分压缩的中空管，其在注入高压水或者其它不可压缩的流体时会膨胀。
图20至图23示出了另一个实施例，其既可以表示一全长灌浆式的可调整屈服岩石锚也可以表示部分灌浆式的可调整屈服岩石锚，该岩石锚包括具有近端11和远端15的细长形抗拉支撑件10。在图20中示出的是组装好的可屈服岩石锚杆在安装和灌浆之前的情形。容置体114安装在细长形抗拉支撑件(细长形抗拉件)10的、具有光滑表面的远端15上。远端15的末端49可以膨大以防止容置体114通过。在近端11处，垫圈48和锥形座47(可选)通过端部的锁紧螺母46保持在适当的位置。如图7至图9所示，至少一个开槽件128与细长形抗拉支撑件10干涉配合以产生沟槽(凹槽)140。沟槽(凹槽)140用来吸收岩石移动的能量，从而不会使锚杆如其他传统的系统一样最终失效并断开。图21示出了安装好的可屈服岩石锚杆，其部分灌浆70，并且具有与细长形抗拉支撑件(例如，杆)10(有或者没有通气管)连接的适合的浆料塞55。该部分灌浆系统设置成具有最小的锚长度56，以防止由于没有足够的支撑负载的灌浆柱体而导致的意外失效。
图22示出了全长灌浆时本发明的测试结果，其中，屈服长度Y设定为15.24厘米(6英寸)行程。端部没有膨大或者卷边，因此，在屈服长度Y的完结处，容置体114从细长形抗拉支撑件10的端部脱落。测试实例是对钢管进行灌浆然后拉出。所有测试实例使用相同的由C1070钢制成的、直径为1.5875厘米(5/8英寸)的光滑杆作为机械锚固式岩石锚杆。上述测试中使用的锚头具有三个槽，每个槽都具有直径为0.47498厘米(0.187英寸)的滚珠支承件，并且该锚头上还具有0.2794厘米(0.11英寸)的承载台阶。图示在屈服行程期间的最大负荷为14吨。
容置件110具有开口(孔)116，且开口(孔)116的尺寸设定为适于将细长形抗拉支撑件10的近端11容置于开口(孔)116内，并且开口(孔)116具有至少一个凹槽(保持凹槽)118用以将开槽件128定位和保持在容置体与所述细长形抗拉支撑件之间；其中，细长形抗拉支撑件10的近端11延伸超过容置件110一长度Y，该长度Y对应于在最终失效之前的预定屈服量。
在细长形抗拉支撑件10的、延伸超过容置体的近端11上可以添加例如可视标记的移动指示器。露出的近端11的可视长度本身就是可视指示器，但是如果岩面移动缓慢使得在一段时间内没有注意到这一点，则可以增加一套测距标记，例如显示在标尺上。也可以使用例如跳闸指示器(trip flag)、或者警告蜂鸣器、警铃或闪光灯等其它形式的移动指示器，这样如果容置体114沿着露出的近端11的长度方向向下移动预定量之后断开了某一预定触点，则这些指示器可以被触发。当细长形抗拉支撑件10是钢筋时，通常在近端11处加工出光滑的表面以具有较高的可重复性——如图24中所示的、对一灌浆钢筋实施例的测试结果。无论是全长灌浆还是部分灌浆，细长形抗拉支撑件10必须用防粘物进行处理，所述的防粘物特别地选自由蜡、塑料、套管或者它们的结合构成的群组。
开槽件128可以是任何足够硬的材料，只要其足以在细长形抗拉支撑件10上开出沟槽(凹槽)140。唯一的限制就是开槽件128必须是一单独的、相对于容置体114和细长形抗拉支撑件10均可动的构件。试验表明，开槽件128咬入容置体114会由于提前锁死而导致屈服减少及过早失效，进而导致细长形抗拉支撑件10过早断裂。
当开槽件128是选自由滚珠支承件、滚针支承件、滚柱支承件、开槽件支承件和它们的组合所构成的群组的支承件时，容置体114必须具有适于相对于每个选定的开槽件具有最佳性能的凹槽(保持凹槽)118。凹槽(保持凹槽)118决定开槽件128和容置体114之间的干涉量，而其他因素则影响容置体114的总体性能。容置体114必须考虑到沟槽(凹槽)140的材料要从容置体114中排出，否则可能发生开槽件128的过早锁死，进而最终失效可能过早发生。容置体114还必须确保细长形抗拉支撑件10沿笔直的路径移动穿过容置体114，以防止容置体114倾斜，容置体114的这种倾斜也有可能锁死其中的一个开槽件128。
图1和图5示出了用于在一屈服岩石锚上设定预张紧力的装置的实施例，其包括能传递力到(锚头)容置体114的本体76，所述容置体114的内部包括有未张紧的细长形抗拉支撑件(细长形抗拉件)10和开槽件128。本体76包含装置77，装置77能通过本体76传递力以移动细长形抗拉支撑件10、容置体(锚头)114、以及开槽件128进入张紧状态，在所述张紧状态时，细长形抗拉支撑件(细长形抗拉件)10相对于锚头114和开槽件128移动，开槽件128使细长形抗拉支撑件(细长形抗拉件)10中产生形变。装置77可以借助一组螺纹通过本体76来传递力，这组螺纹在旋转时使本体76的直径变大，从而使细长形抗拉支撑件进入张紧状态。本体76也可以是中空的金属环，其例如可以在液压作用下膨胀以预先设定锚头(参见Swellex
Figure GA20191491200580031585201D00201
)。装置77也可以是液压油缸，其能够相对于细长形抗拉支撑件移动锚头。装置77也可以是作用在锚头和一垫圈之间的开槽件，以相对于细长形抗拉支撑件移动锚头。装置77也可以是类似于凸轮轴突出部的锥形滚柱，且该滚柱在旋转时膨胀以迫使本体抵靠着锚头膨胀。
图25是本发明整体构思的一种改进，其中细长形抗拉支撑件的远端15包括牺牲钻头88，该牺牲钻头88在达到足够钻孔深度之后保持埋入的状态。近端11包括容置件，该容置件包含开槽件。这种方案在使用指示器时有用，因为近端11总是使屈服锚杆固定在这一端。这种组合式屈服自钻孔锚和传统的自钻孔锚的区别在于：至少最后的杆只有一小段螺纹部以固定到联轴器87上，而且杆的其余部分是有螺纹的。
图26示出了桁架锚杆(truss bolt)，该桁架锚杆可以通过使用容置件(例如，屈服机械式锚)100或者将楔75替换成可屈服锚头型锁紧件来产生屈服。图中还示出了一对容置件(例如，机械式锚壳)12或者灌浆柱锚桁架盘500。
在另一个实施例中，调整岩石锚的总屈服的方法包括下列步骤：
首先选择塑性屈服特性已知的细长形抗拉支撑件。塑性屈服的定义是当钢在经受超出其弹性回复范围的拉伸、但还未达到最终失效和断裂之前产生的永久性伸长。塑性屈服点对于增大本发明的性能以增大失效之前的屈服而言是很重要的。如果材料的塑性屈服过低，则可以用不同的材料替换，或者用具有更大尺寸横截面(如果是使用圆形截面，则是直径更大)的材料替换，或者可以使用在单个容置体中设置多个细长形抗拉支撑件的并联系统。当要求的可控位移较小——仅为15.24厘米(6英寸)或更小时，则允许在细长形抗拉支撑件(例如，细长形抗拉件)10的塑性屈服区间内工作。
一旦细长形抗拉材料的塑性变形已知，则可以开始选择至少一个开槽件。开槽件可以是任何尺寸或者形状，唯一的限制在于其硬度应比细长形抗拉支撑件的硬度大，以防止由于磨损导致的提前失效。如果开槽件比容置件或者细长形抗拉支撑件软，则随着开槽件的侵蚀以及因此造成的与细长形抗拉支撑件的接触变弱，受控位移期间的负载可能减少。开槽件的数量可以在从一到几乎无穷大的范围内变化——只要开槽件的数量不会彼此干涉，且不会引起细长形抗拉支撑件卡在容置件中并突然断裂。
下一步是选择开槽件和细长形抗拉支撑件的干涉量。必须考虑的因素是，仅有一个开槽件时干涉量不能太大，否则开槽件可能开槽过深从而可能会退出容置体。理想的干涉深度是开槽件的宽度的25-75％，每一装置在使用之前都应该进行测试，以确定干涉深度并不会大到使细长形抗拉支撑件产生锁死和塑性变形。
在不同情形下需要不同的负荷-位移性能以及对振动的反应性能，以安全处理工作。因此，通过计算确保由干涉量引起的屈服力小于细长形抗拉支撑件发生塑性变形所需的力，就可以确保该装置以可预测的方式屈服。当细长形抗拉支撑件具有光滑表面、且具有多个干涉深度均不超过50-75％的开槽件时，屈服读数会非常稳定(在没有力的尖峰或者剧烈波动的情况下)。干涉深度是开槽件形成的槽深与开槽件的尺寸的相对值。
一旦容置体和开槽件相对于选定好的特定细长形抗拉支撑件进行了最优化设计之后，接下来就要设定细长形抗拉支撑件的、用于开槽件与细长形抗拉支撑件之间干涉的长度。该长度将对应最终失效(或者由于容置体穿过细长形抗拉支撑件的端部造成，或者是由断裂产生)之前将要被吸收的总的力的大小。通常，细长形抗拉支撑件的端部会进行改动以防止其穿过容置体从而导致抗拉支撑件最终失效。需要考虑的因素是该装置在最终失效之前可接受的行程总量。
调整灌浆岩石锚的总屈服的方法与上面的方法类似，包括下述步骤：选择具有一塑性屈服特性的细长形抗拉支撑件；选择至少一个开槽件；选择在开槽件和细长形抗拉支撑件之间的干涉量。
区别在于选择具有已知屈服特性的浆料的步骤。这一点部分地由屈服岩石锚杆锚固位置的情况确定。由于周围岩石层的强度，一些位置需要强度非常大的浆料，例如水泥；而另一些位置处可能只要强度较小的浆料。因此，在选择细长形抗拉支撑件和开槽件的数量、类型及其干涉特性时，浆料的屈服特性可能是一种限制因素。
接下来是一计算步骤，该计算步骤要确保由干涉量引起的屈服力比细长形抗拉支撑件产生塑性变形或者浆料产生屈服所需的力小。因此这里浆料用作需要一并考虑的、附加的屈服机制。
最后的步骤是设定细长形抗拉支撑件的、用于开槽件和细长形抗拉支撑件之间干涉的长度。浆料也应考虑在内，因为浆料会增加行程距离；并且在计算总屈服时也要将浆料考虑在内。
安装可调整屈服机械式岩石锚的方法与传统的类似，但还是有些区别。安装的第一步是在岩面中钻孔。最好是不用做任何改动的标准孔，孔的深度必须足以容置锚杆的总长，这其中包括细长形抗拉支撑件延伸超过容置件的长度。下一步是选择与岩石材料类型一致的锚壳。然后选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件，并且将细长形抗拉支撑件的远端穿过锚壳。然后将远端穿过锚壳一预定距离(该预定距离对应于期望的屈服)。然后将开槽件插入细长形抗拉支撑件和锚壳之间，以形成可调整屈服机械式岩石锚。然后将该可调整屈服机械式岩石锚的细长形抗拉支撑件的远端插入孔中，然后使锚壳膨胀。然后可以在近端连接托板。在到达消费者手中之前可以在工厂中执行该方法，而本发明的装配以及在初始安装阶段的张紧可以在最后使用时进行。
另一种安装可调整屈服机械式岩石锚的方法包括：在岩面中钻孔，并且选择适合的锚壳。然后选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件。然后将细长形抗拉支撑件的远端穿过锚壳。然后将细长形抗拉支撑件的远端和锚壳插入孔中，并且使锚壳膨胀。
然后，选择具有开口(孔)的容置件(锚头)，并且通过开口(孔)从近端穿入，并使近端超出锚头一预定距离，该预定距离对应于期望的屈服。然后将开槽件插入细长形抗拉支撑件和锚头之间的开口(孔)中，形成可调整屈服机械式岩石锚。然后在近端的、位于容置体和岩面之间的位置连接托板。
另一种用于安装灌浆可调整屈服机械式岩石锚的方法也包括在岩面中钻孔。然后选择适于岩石条件的浆料。然后根据浆料选择具有开口(孔)的容置体(锚头)。然后选择合适的具有近端和远端的细长形抗拉支撑件。然后将细长形抗拉支撑件的远端穿过锚头的开口(孔)。然后使所述远端超过锚头一预定距离，该预定距离对应于期望的屈服。然后在细长形抗拉支撑件和锚头之间的开口(孔)中插入开槽件，以形成可调整屈服机械式岩石锚。然后将可调整屈服机械式岩石锚的细长形抗拉支撑件的远端插入所述孔中。可以在安装岩石锚之前或者安装岩石锚之后对孔进行灌浆，最后在近端连接托板。
另一种用于安装可调整屈服机械式岩石锚杆的方法包括：在岩面中钻孔；选择适于周围状况的浆料；选择具有近端和远端的细长形抗拉支撑件；将细长形抗拉支撑件的远端穿过锚壳；将细长形抗拉支撑件的远端和锚壳插入孔中；对所述锚壳进行灌浆；选择具有开口(孔)的锚头；使近端通过开口(孔)穿过并超过锚头一预定距离，该预定距离对应于期望的屈服；在细长形抗拉支撑件和所述锚头之间的开口(孔)中插入开槽件，以形成可调整屈服机械式岩石锚；以及在近端连接托板。

Claims (46)

1.一种可调整屈服岩石锚杆设备，包括：
细长形抗拉支撑件；
至少一个开槽件，其与所述细长形抗拉支撑件可动地抵靠连接；
容置件，所述容置件能够容置所述细长形抗拉支撑件，并且能将所述开槽件保持在所述细长形抗拉支撑件与所述容置件之间，其中，在安装之前及安装过程中，所述开槽件在压力作用下被预张紧并咬入所述细长形抗拉支撑件内，以提供特定的预先设置的屈服，并且其中，所述细长形抗拉支撑件包括光滑表面，以便在张紧时具有更大的可控屈服，所述光滑表面被构造为减少由于所述开槽件遇到不同直径或表面状况的部分时产生的峰值，并且所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于最终失效之前的预定屈服量。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述容置件具有至少一个用于将所述开槽件定位和活动地连接在所述细长形抗拉支撑件和所述容置件之间的保持凹槽。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述保持凹槽是斜坡。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述开槽件是滚珠支承件、滚针支承件或滚柱支承件。
5.如权利要求1所述的设备，还包括：
成对的桁架盘，每个所述的桁架盘都具有桁架柱脚，其中，每个所述桁架盘对应连接至所述细长形抗拉支撑件；
水平锚索，其张紧在所述桁架柱脚之间。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述容置件包括一开口，所述开口具有至少一个入口直径以及较小的座直径，所述的座直径与所述入口直径之间具有4-12度的角度。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述开口具有抗偏部，所述抗偏部的内部尺寸大于所述细长形抗拉支撑件的外部尺寸但小于等于所述细长形抗拉支撑件的外部尺寸的125％。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述抗偏部具有一台阶深度和一台阶宽度，所述的台阶宽度控制所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉。
9.如权利要求1所述的设备，还包括：
可膨胀的机械式岩石锚壳，所述机械式岩石锚壳的尺寸设定成能够容置所述细长形抗拉支撑件，并且具有至少一个保持凹槽以将所述开槽件定位和保持在所述细长形抗拉支撑件与所述锚壳之间，其中，所述细长形抗拉支撑件延伸超过所述可膨胀的岩石锚壳一距离，所述距离对应于最终失效之前的预定屈服量。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述可膨胀的岩石锚壳具有终止在一台阶中的沟槽，所述台阶的宽度能容置所述开槽件，其中结合了所述开槽件的所述台阶的宽度对应于所述细长形抗拉支撑件中的开槽的深度。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述可膨胀的岩石锚壳包含容置件，所述的容置件是具有开口的锚头。
12.如权利要求9所述的设备，还包括改进的箍筋，所述箍筋用于固定所述岩石锚壳并且具有供所述细长形抗拉支撑件延伸穿过的孔。
13.如权利要求1所述的设备，还包括：
可膨胀的机械式岩石锚壳，其环绕所述容置件。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述可膨胀的岩石锚壳还包括箍筋，所述箍筋具有供所述细长形抗拉支撑件通过的孔。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述容置件具有至少一个用于将所述开槽件定位和活动地连接在所述细长形抗拉支撑件和所述容置件之间的保持凹槽，并且其中用于定位和保持所述开槽件的所述保持凹槽是与所述容置件的所述开口横交的螺纹孔。
16.如权利要求15所述的设备，还包括硬化的螺钉，所述螺钉被设置到预定的深度以调整所述开槽件与所述细长形抗拉支撑件之间的干涉。
17.如权利要求1所述的设备，还包括：
开口，所述开口的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置于所述开口中，且所述开口具有至少一个保持凹槽，用于将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间；其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；
可膨胀的机械式岩石锚壳，其环绕所述细长形抗拉支撑件的远端；
预张紧件，其邻近所述容置件，以使所述远端在所述可膨胀的岩石锚壳中移动。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述可膨胀的岩石锚壳是利用锥形锚头的传统锚壳。
19.如权利要求1所述的设备，其中，所述开槽件通过螺钉保持在适当的位置。
20.如权利要求2所述的设备，还包括：
所述细长形抗拉支撑件的近端和远端；
移动指示器，其设置在所述细长形抗拉支撑件的、延伸超过所述容置件的近端上；
可膨胀的岩石锚壳，其环绕所述细长形抗拉支撑件的远端；以及
预张紧件，用于使所述远端在所述可膨胀的岩石锚壳内移动，并且将所述开槽件设定于所述保持凹槽中。
21.如权利要求20所述的设备，其中，所述细长形抗拉支撑件是钢筋，其被加工成在近端具有光滑的表面，而在远端具有螺纹。
22.如权利要求10所述的设备，其中，所述开槽件是硬化的钢质滚珠支承件，并且所述台阶高度是所述滚珠支承件直径的25-75％。
23.如权利要求20所述的设备，其中，所述预张紧件是带螺纹的两件式构件，其在旋转时膨胀，通过所述细长形抗拉支撑件的张紧在所述岩石锚壳和所述容置件之间产生张力。
24.如权利要求23所述的设备，其中，所述移动指示器是可视的指示器，其在操作完所述预张紧件之后安装到所述细长形抗拉支撑件的露出的近端上，从而使得露出的读数能反映所述容置件在预张紧之后产生的行程距离。
25.如权利要求1所述的设备，还包括设置在所述细长形抗拉支撑件上的防粘物。
26.如权利要求25所述的设备，其中，所述防粘物选自由蜡、塑料、油、油脂、脂肪酸盐、固体润滑剂、套筒和它们的组合所构成的群组。
27.如权利要求25所述的设备，其中，所述容置件中填充有堵塞材料。
28.如权利要求25所述的设备，其中，所述容置件具有一开口，所述开口具有至少四个沟槽，每个沟槽倾斜6-8度，并且其中所述开槽件是直径至少为0.39624厘米的钢质滚珠支承件，每个所述沟槽中具有宽度至少为0.3175厘米的台阶，其中所述滚珠支承件在预张紧之后搁置在所述台阶上。
29.如权利要求1所述的设备，还包括：
位于所述细长形抗拉支撑件内的空腔，并且所述细长形抗拉支撑件具有近端和远端；
设置于所述容置件上的开口，所述开口的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置于所述开口中，且所述开口具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，且所述长度对应于最终失效之前的预定屈服量；以及
可膨胀的锚杆，其被施压时连接至中空的所述细长形抗拉支撑件的远端。
30.如权利要求29所述的设备，还包括：
可视的指示物，其连接在所述细长形抗拉支撑件的、延伸超过所述容置件的近端。
31.如权利要求29所述的设备，还包括：
指示器，其连接在所述细长形抗拉支撑件的近端，并且在所述容置件移动预定距离之后脱落。
32.如权利要求29所述的设备，其中，中空的所述细长形抗拉支撑件的远端开设有螺纹以连接所述可膨胀的锚杆。
33.如权利要求29所述的设备，其中，所述可膨胀的锚杆是部分被压缩的中空管，其在水压力作用下膨胀。
34.如权利要求1所述的设备，还包括：
所述细长形抗拉支撑件的近端和远端；
设置于所述容置件上的开口，所述开口的尺寸设定为能够将所述细长形抗拉支撑件的近端容置在所述开口中，并且所述开口具有至少一个保持凹槽，以将所述开槽件定位和保持在所述容置件与所述细长形抗拉支撑件之间，其中，所述细长形抗拉支撑件的近端延伸超过所述容置件一长度，所述长度对应于在最终失效之前的预定屈服量；以及
移动指示器，其设置在所述细长形抗拉支撑件的、延伸超过所述容置件的近端上。
35.如权利要求1所述的设备，还包括：
用于在所述屈服岩石锚杆设备上设置预紧力的装置，所述装置包括：
本体，所述本体能够将力传递到内部包含有未张紧的所述细长形抗拉支撑件以及所述开槽件的所述容置件；
其中，所述细长形抗拉支撑件具有近端，所述装置位于所述近端，以通过所述本体传递力，从而移动所述细长形抗拉支撑件、容置件和开槽件并使其处于张紧状态，所述张紧状态是指所述细长形抗拉支撑件相对于所述开槽件移动，并且所述开槽件通过开槽使所述细长形抗拉支撑件发生形变，其中所述细长形抗拉支撑件延伸穿过所述开槽件，从而通过在所述细长形抗拉支撑件上进一步开槽来实现可控的屈服。
36.如权利要求35所述的设备，其中，所述通过所述本体传递力的装置是所述本体内的一组螺纹，其在旋转时使所述本体的高度变大，从而使所述细长形抗拉支撑件进入张紧状态。
37.如权利要求35所述的设备，还包括可膨胀的岩石锚壳，所述可膨胀的岩石锚壳是利用锥形锚头的传统锚壳，其中，所述传递力的装置是中空的金属环，其在液压作用下膨胀从而预先设定所述锚头。
38.如权利要求35所述的设备，还包括可膨胀的岩石锚壳，所述可膨胀的岩石锚壳是利用锥形锚头的传统锚壳，其中，所述装置是液压油缸，其相对于所述细长形抗拉支撑件移动所述锚头。
39.如权利要求35所述的设备，其中，所述容置件具有沟槽，而所述装置是被压在所述容置件内的沟槽与一具有螺母的垫圈之间的所述开槽件的至少其中一个，以相对于所述细长形抗拉支撑件移动所述容置件，其中所述细长形抗拉支撑件延伸超出与所述开槽件相邻的所述容置件。
40.如权利要求35所述的设备，其中，所述装置是锥形滚柱，其在旋转时膨胀，从而迫使所述本体抵靠着所述锚头膨胀。
41.一种调整岩石锚的总屈服的方法，包括下列步骤：
选择具有一定塑性屈服特性的细长形抗拉支撑件；
选择至少一个开槽件；
选择所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉量；
进行计算以确保所述干涉量产生屈服的力比所述细长形抗拉支撑件发生塑性变形所需的力小；
设定所述细长形抗拉支撑件的、用于所述开槽件和所述细长形抗拉支撑件之间的干涉的长度。
42.如权利要求41所述的方法，还包括下列步骤：
选择具有一定屈服性能的浆料；
进行计算以确保通过所述干涉量产生屈服的力比所述细长形抗拉支撑件发生塑性变形或者所述浆料产生屈服所需的力小。
43.如权利要求41所述的方法，还包括：
选择锚壳；
将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过所述锚壳；
使所述远端穿过所述锚壳一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；
在所述细长形抗拉支撑件和所述锚壳之间插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚；以及
预张紧所述可调整屈服机械式岩石锚。
44.如权利要求41所述的方法，还包括：
选择锚壳；
在岩面中钻孔；
将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过所述锚壳；
将所述细长形抗拉支撑件的远端和所述锚壳插入所述孔中；
使所述锚壳膨胀；以及
在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
45.如权利要求41所述的方法，还包括：
在岩面中钻孔；
选择适于岩石条件的适当浆料；
将所述可调整屈服机械式岩石锚插入所述孔中；
对所述孔进行灌浆；以及
在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
46.如权利要求41所述的方法，还包括：
选择锚壳；
在岩面中钻孔；
选择适于周围条件的适当浆料；
将所述细长形抗拉支撑件的远端穿过所述锚壳；
将所述细长形抗拉支撑件的远端和所述锚壳插入所述孔中；
对所述锚壳进行灌浆；
选择具有开口的锚头；
使所述细长形抗拉支撑件的近端通过所述开口穿过所述锚头一预定距离，所述预定距离对应于期望的屈服；
在所述细长形抗拉支撑件和所述锚头之间的开口中插入开槽件，以形成所述可调整屈服机械式岩石锚；以及
在所述细长形抗拉支撑件的近端连接托板。
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