CN101535597B - 钻具、自钻式岩石锚杆、用于自钻式岩石锚杆的锚定装置、用于钻具的轴以及用于钻具的端部联接器 - Google Patents

Abstract

一种钻具(10)，其结合有第一端和第二端、在所述端之间延伸的轴(13、90)。第一端具有用以穿入岩石的钻头(15)。钻头与轴具有互补的螺纹。钻头和轴包括相对旋转止挡装置(82、83)，所述相对旋转止挡装置(82、83)确保钻头在沿第一方向的钻孔期间保持松弛。本发明本身还涉及自钻式岩石锚杆(10)、钻头(15)、钻轴(13、90)、轴联接器(94)、锚定装置(23)、以及端部联接器(95)。

Description

钻具、自钻式岩石锚杆、用于自钻式岩石锚杆的锚定装置、用于钻具的轴以及用于钻具的端部联接器

技术领域

本发明涉及适于在采矿掘进业中使用以提供顶和壁的支承的钻具和岩石锚杆。本发明适用于例如煤矿中常见的硬岩以及软岩层应用，应当理解的是，赋予此说明书使用的术语“岩石”广泛的意义，涵盖上述两种应用。本发明本身上还涉及一种钻头、钻轴、相关联的联接器以及锚定装置。

背景技术

顶和壁的支承在采矿掘进作业中至关重要。矿井和隧道的壁和顶由必须加固以防止坍塌可能性的岩层组成。岩石锚杆被广泛用于加固该岩层。

在常规岩层支承系统中，使用钻杆对岩石进行钻孔，然后移除该钻杆，然后将岩石锚杆安装在所钻凿的孔内并通常使用树脂或水泥基的灌浆将该岩石锚杆固定在适当位置。

为了改进此过程，已提出了自钻式岩石锚杆，借此还可将该锚杆用作钻杆。因而，利用自钻式岩石锚杆，可一次性钻孔和安装锚杆。

尽管自钻式岩石锚杆提供极大地改进岩石锚杆安装时间的可能，但自钻式岩石锚杆未得以广泛使用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种钻具，其包括第一端和第二端、在两端之间延伸的轴以及止挡件，第一端具有穿入岩石的钻头，该钻头与轴具有互补的螺纹，上述止挡件限制钻头在轴上的旋转，以使得钻头在沿第一方向的钻孔期间与轴保持松弛螺纹连接。

在一种形式中，止挡件限制钻头在轴上的旋转，从而在钻孔期间保持轴的端面与钻头的端面之间的间隔。这样，上述止挡件防止在钻孔期间可能出现钻头束缚到轴的端部上的情况。

在具体形式中，上述止挡件包括配合邻接面，一个面布置在钻头上，而另一个面布置在轴上。在一种形式中，钻头和轴中的一个设置有突起，而另一个设置有凹槽，该突起和凹槽具有提供止挡件的邻接面中相应的一个面。

在一种形式中，轴形成为通常由钢制成的整体结构。在另一形式中，上述轴由多个部件组成。在具体形式中，上述轴包括主要部分和端部部分。该主要部分和端部部分通过适当的联接器(诸如螺纹联接器)互连，同时该端部部分包括结合螺纹联接器的末端，从而接纳钻头和止挡件的配合邻接面中的一个面。

在一种形式中，该主要部分为常规钻杆，而端部部分被设置为允许改进(retrofitting)钻杆以包括止挡件的联接器。在具体形式中，上述联接器被布置为旋入设置在钻杆端部上的现有螺纹联接器，该钻杆的端部传统上已设置成用以容纳钻头。为此，不需要对钻杆进行改型而允许钻具包括止挡件。

根据本发明的另一方面，所提供的自钻式岩石锚杆包括第一端和第二端、在两端之间延伸的轴、以及沿着轴的邻近第一端的第一部分延伸的锚定装置，该锚定装置具有与上述轴上的外螺纹配合的内螺纹，第一端具有钻头和止挡件，该钻头在沿第一方向钻孔期间穿入岩石，而该止挡件用于限制锚定装置在轴上的旋转，从而使锚定装置在钻孔期间与该轴保持松弛螺纹连接。

在具体形式中，止挡件限制锚定装置在轴上的旋转，从而在钻孔期间保持锚定装置的端面与钻头的端面之间的间隔。在具体形式中，上述止挡件包括配合邻接面，一个面布置在钻头上，而另一个面布置在锚定装置上。

在一种形式中，第二端适于连接至钻孔装置以允许锚杆旋转并推动该锚杆，且锚定装置包括心轴和覆盖该心轴的至少一个扩展元件，该心轴被安装到轴上的外螺纹并与该外螺纹配合，其中至少一个扩展元件在心轴以使得心轴相对于扩展元件朝着第二端移动的方向在轴上旋转时可操作以径向朝外移位，心轴的旋转在该轴以与所述第一方向相反的第二方向旋转时出现。

当根据本发明此方面的止挡件用于与以上形式的锚定装置连接时，其优点在于：止挡件将阻止锚定装置与钻头卡住，当轴沿第一方向旋转时在钻孔期间可能会出现上述卡住的情况。如果锚定装置确实卡住了，则当轴沿相反方向旋转时，不会使锚组件起作用，而心轴在此起作用期间需要在轴的外螺纹上自由地旋转。

在一种形式中，止挡件的配合邻接面中的一个面直接设置在心轴上。

在可替代布置中，至少一个扩展元件连接至连接器而形成锚组件，该锚组件被布置为卡合在钻头的端面与轴的端面之间。在此布置中，止挡件的配合邻接面中的一个面直接设置在连接器上。在此形式中，止挡件被布置为当将连接器布置在轴端上时采用脱离状态，使得该止挡件不会防止锚定装置在轴上旋转，并且在连接器与轴间隔开时采用接合状态。在此接合状态中，止挡件起作用，从而防止锚组件围绕轴旋转，借此防止心轴在钻孔期间朝着钻头轴向移动。

在一种形式中，使止挡件在心轴移动到预定位置时从脱离状态移动到接合状态。在此位置上，心轴通常突出到轴端上方并使心轴沿将心轴朝向钻头轴向移动的方向围绕轴旋转的作用下移动到适当位置。

为确保止挡件不防止锚定装置起作用，使该止挡件在心轴于其相对旋转作用下从预定位置移动时从接合状态移动到脱离状态。

在一种形式中，钻头和锚定装置中的一个设置有突起，而另一个设置有凹面，该突起和凹面具有提供止挡件的邻接面中相应的一个面。在一种形式中，凹面相对于其中形成有该凹面的钻头或锚定装置的肩部表面以锐角倾斜。在一种形式中，凹面至少在钻孔期间容纳突起。在具体形式中，凹面连接至形成一个配合邻接面的至少一个直立壁，其中，突起包括形成止挡件的另一邻接面的前缘。

在一种形式中，凹面相对于肩部表面以锐角倾斜。

在一种形式中，该角度的大小比形成在轴上的外螺纹的螺旋角大至少20％。

在具体形式中，突起的最大高度小于凹面的最大深度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于钻具的钻头，该钻具包括钻头本体和钻头柄，该钻头本体包括位于一端的用于钻凿岩石的装置，而钻头柄结合有螺纹，其中，钻头设置有与钻头柄相连的肩部表面，其中，该肩部表面形成止挡件的一部分。

在一种形式中，止挡件包括钻头的肩部表面上的凹面。在此布置的具体形式中，凹面连接至至少一个直立壁。

在具体形式中，凹面相对于肩部表面以锐角倾斜。

在一个实施例中，该角度的大小大于形成在钻柄上的外螺纹的螺旋角。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于自钻式岩石锚杆的锚定装置，该锚定装置用于当位于钻孔内时保持锚杆，该锚定装置包括心轴和覆盖该心轴的至少一个扩展元件，其中至少一个扩展元件在心轴与至少一个扩展元件之间的预定相对移动时径向向外移位，其中至少一个扩展元件连接至连接器而形成锚组件，所述锚组件被键接到心轴上，且该锚组件包括止挡件的部分。

在具体形式中，止挡件设置成阻止锚组件围绕轴线旋转，并防止心轴在沿第一方向的钻孔期间沿着锚杆轴在一个方向上轴向移动。

在一种形式中，止挡件包括设置在连接器上的突起。在具体形式中，突起包括引导缘。

在一个可替代形式中，连接器包括本体部分和至少一个连接腿，所述各腿承载附属片。在一种形式中，附属片靠近腿的端部而设置并与连接器一体地形成，该附属片适于在钻孔期间不起作用而在锚定装置的锚定期间起作用。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于钻具的轴，该轴包括相对的第一端和第二端，其中，第一端结合从第一端突出并形成止挡件的一部分的肩部表面。

在一种形式中，第一端还结合有螺纹孔，该螺纹孔布置成用以容纳具有柄的钻头，该柄具有互补的外螺纹。在具体形式中，上述轴包括主要部分和端部部分，该主要部分和端部部分互连并轴向对齐，且该端部部分结合轴的第一端。

在又一方面中，本发明提供了一种用于钻具的端部联接器，该端部联接器具有相对的第一端和第二端、沿着联接器的端部部分形成并延伸至第二端的螺纹柄，其中，肩部表面从第一端突出并形成止挡件的一部分。

附图说明

为了方便起见，下文将参照附图描述本发明的实施例。应将附图和相关描述的详细内容理解为并未取代本发明前述广泛性描述的概要。

在附图中：

图1是钻具的示意性透视图；

图2A是图1钻具的第一端的分解图；

图2B是图1钻具的第一端的另一分解图；

图3是图1钻具的第一端的侧视图；

图4是位于岩层中时图1钻具的第一端的剖面图；

图5A是部分地处于坍缩状态且部分地处于扩展状态的图1钻具的连接器的俯视图；

图5B是部分地处于坍缩状态且部分地处于扩展状态的图1钻具的连接器的侧视图；

图6A是图1钻具的钻头的仰视图；

图6B是图1钻具的钻头的侧视图；

图7A是图1中的钻具的侧视图，其中钻头与图5A和图5B的连接器脱离；

图7B是图7A中钻头与连接器接合的钻具；

图8A是可替代钻具的侧视图；

图8B是图8A中钻具的剖面图；

图9是又一可替代钻具的示意性透视图；

图10是用于又一可替代钻具的钻轴的侧视图；

图11是图10的钻轴的剖面图；以及

图12是图10的钻轴的端部联接器的透视图。

具体实施方式

图1示出了自钻式岩石锚杆10，其结合第一(钻孔)端11、第二(螺母)端12以及在相对端11、12之间延伸的轴13。通常由钢制成的轴13沿其长度的主要(第二)部分为实心，且该轴结合内部通道14(参见图4)，该内部通道沿着锚杆的邻近钻孔端的末端(第一)部分。该内部通道经由横向端口60和端部端口61在两个位置与轴的外部连通。

在使用中，自钻式岩石锚杆10连接至钻孔和锚杆支承设备(未示出)并用作(参见图4)在岩层500中钻出孔100的钻杆。此后，如以下将更详细说明的，将岩石锚杆10固定到适当位置，从而为岩层500提供支承。

钻孔端11结合钻头15和锚定装置23，该钻头15结合位于其一端的钻尖16，而该锚定装置23在使用过程中被布置成将锚杆保持在钻孔内。锚定装置23沿着锚杆的第一部分延伸并用于将锚杆10保持在钻孔内，从而在将灌浆引入孔100以永久性地将岩石锚杆固定在适当位置，和/或使得该锚杆张紧以至于岩层500处于受压状态之前，将岩石锚杆暂时固定在适当位置。

在图2A至图6B中最佳地看到钻孔端11的详细情况。

在钻孔作业期间，钻孔装置通常将右旋旋转引导至钻轴。为确保钻头15在钻孔作业期间不会与轴分离，钻头15和轴13之间的螺纹连接为右旋螺纹，从而趋向于在钻孔作业期间形成钻头与轴之间的螺纹连接。

钻头15包括钻头本体17和钻头柄18，该钻头本体17包括位于其外端的钻尖16，而该钻头柄18结合诸如位于其外表面上的外螺纹22之类的紧固装置。通道19从柄18的末梢延伸至钻头本体17的末端。当将钻头15固定至轴端20时，通道19被布置为与轴的内部通道14的端部端口61流体连通(图4中清晰可见)。轴端20包括与钻头柄18上的外螺纹22互补的内螺纹21(参见图4)。因而，可容易地将钻头15旋拧在轴13的轴端20上。

钻头15设置有与钻头柄18相连的下端表面80。端表面80大致与钻头柄垂直地延伸。当已安装了钻头时，肩部表面朝向轴13。肩部表面包括结合一个直立壁82的至少一个凹面81。在所说明的形式中，凹面81大致平行于下表面80，但在另一种形式中，凹面81可以以相对于下端表面的锐角α(在图6B中所示)倾斜。该角度α的大小需要大于在钻柄上形成的外螺纹的螺旋角。角度α的大小比在锚杆轴13上形成的外螺纹38的螺旋角大至少20％。换言之，凹面可以以近似于与图6B中的右旋螺纹相反的左旋螺纹倾斜。直立壁82将形成下面将作详述的止挡件的一部分。

锚定装置23被布置在钻头15下方并包括一对扩展元件24，该对扩展元件被设计为使其从附图所示的缩回位置向外移动至扩展状态(未示出)，其中，扩展元件24接合钻孔100的壁101。

扩展元件24通过连接器或夹紧带(bail strap)25互连。该连接器通常由钢制成并包括大致为圆形的主体部分26和连接腿27。连接腿27被铆接(或以其它方式固定)至扩展元件24的近端28。扩展元件连接至连接器以形成锚组件。通过使得连接器25由钢制成，则其能伸缩，借此提供允许扩展元件枢转的活铰链，以至于扩展元件容易地在其缩回位置和扩展位置之间移动。

本体部分26优选为大致为圆形并包括用以容纳钻头柄18的中心孔84。本体部分26在朝向钻头15的表面上设置有至少一个突起或直立榫83。优选为在本体部分的中部区域位置，即孔84与本体部分外围之间的位置处冲压出榫舌83。榫舌83具有图5B清晰可见的大致V形，但也可具有其它适当的形状，例如U形或半圆形。该榫舌的最大高度小于凹面81的最大深度。该榫舌包括引导缘85，即连接器以左旋方向旋转情况下的引导。引导缘85基本上垂直于本体部分26的平面。上述榫舌将由凹面81容纳并能在钻孔期间紧靠直立壁82。因此，该榫舌将形成下面将作详述的第一相对转动止挡装置的部分。

如果锚定装置易于被卡于轴端20，则各腿27可承载第二止挡件或引导附属片42A、42B，即连接器以左旋方向旋转情况下的引导。附属片42A、42B被设置为邻近腿的远离本体部分26的端部并与连接器成为一体。在图5A和图5B中，出于说明性原因，将附属片42A显示为缩回位置而将附属片42B显示为扩展位置。因此，附属片适于在钻孔(右旋旋转)期间不起作用，而在锚定(左旋旋转)期间起作用。附属片的几何形状为任选的。

锚定装置23还包括心轴29，该心轴包括相对的斜面30和31。在示例性形式中，心轴29包括头部32和两个悬垂腿33和34，且头部32的相对面以及腿33和34的相对边缘表面形成相应倾斜面30和31。头部32可具有两个相对凹槽以容纳连接器的腿的部分。

心轴布置为使得斜面30和31为基本上平的并设计为与扩展元件24的内表面35邻接，从而心轴朝着轴的螺母端12的相对移动使得扩展元件从其缩回位置移动至扩展位置。

为了实现相对移动，将心轴联接至锚杆轴，在所示布置中，通过与在心轴29的头部32中的内孔37中形成的内螺纹36以及在锚杆轴13上形成的外螺纹38螺纹连接来实现该相对移动。

心轴29和锚杆轴13之间的螺纹连接为左旋螺纹，以便当岩石锚杆(在轴的右旋旋转下)经历钻孔作业时，心轴和该轴之间的任何相对移动将使得心轴朝着钻孔端移动，借此确保扩展元件不会移至其扩展状态。然而，如果存在过多的移动，则心轴对连接器施加作用力而使其抵靠钻头，而由于心轴不能从轴上转下，以至于心轴不能左旋旋转，借此防止锚定装置起作用。

为了防止这种情况发生，通过使得直立壁81和榫舌83的邻接面配合来设置止挡件。当这两个面接合时，止挡件起作用并限制锚定装置在轴上旋转，从而在钻孔期间保持锚定装置的端面与钻头的端面之间的间隔。

图7A和图7B最佳地示出了止挡件的操作。如图7A最佳示出的，钻头15的下表面80和轴13的端部之间设置有间隙。该间隙足够大以使得当连接器位于轴端上时，直立壁81与榫舌83脱离。因此，止挡件不起作用且不阻止心轴29在轴上的任何旋转。但是，如果使心轴在钻孔端11的方向上沿着轴旋绕时，最终将使得连接器上升而离开轴13，借此使得榫舌83与直立壁81接合，如图7B所示。这使得止挡件变得起作用，并防止心轴在该方向上进一步旋转。而且在该位置上，连接器25仍与钻头的下表面分离，以至于心轴在轴上保持松弛螺纹连接。

当锚杆10经历左旋旋转时，由于止挡件的两个邻接面不会阻止心轴在该方向上的运动，因此，不存在对心轴从轴上转下的阻碍。

锚定装置23还可包括未示出的环形带，可将该环形带布置在扩展元件24的末端周围。该环形带通常由聚合材料或橡胶材料制成，并设置用于仅在运输和开始钻孔期间将扩展元件24保持在一起。

连接器的附属片42A、42B被布置为具有两种状态。图3示出了第一状态，附属片42A、42B朝着心轴29折叠。当附属片在钻孔作业期间经历右旋旋转时，会出现这种情况。在图5A所示朝右的第二状态中，附属片从连接器25的外围朝外突出。在锚杆的相反转动期间会出现这种情况，且该情况由在此转动的作用下穿入钻孔的壁表面101的附属片引起。在第二(或扩展)状态下时，存在附属片接合钻孔的壁表面的更大趋势。一旦它们夹紧，锚定装置就开始相对于轴滑动，借此引起某些相对移动。此运动反过来致使心轴开始从上述轴转下(winddown)，借此使得扩展元件朝外移位。

因此，连接器25能执行多种功能。第一功能是将扩展元件保持为以设定距离轴向远离轴的端部。第二功能是将心轴和扩展元件旋转地结合在一起。第三功能是提供孔，以便能将钻头旋入轴中。第四功能是形成转动止挡装置的一部分，该转动止挡装置阻止心轴过紧地与钻头螺接。第五功能是提供在锚定期间夹紧孔壁的附属片，借此使得锚定装置相对于轴旋转。

图9示出了岩石锚杆10的变型。岩石锚杆50包括锚杆10的多个特征件，且相同的特征件用相同的附图标识来表示。

在锚杆50中，扩展组件51设置为包括扩展元件24和布置在锚杆50的轴13周围的套环52。套环52以与前述实施例的连接器25相同的方式发挥作用并与扩展元件24的近端28互连。

与前述实施例相反，扩展组件51被定向，以使得扩展元件的末端40朝向钻孔端11而非前述实施例中的螺母端12。为防止扩展组件51朝着螺母端12移动，将组件51定位在保持装置53上，该保持装置包括轴向固定至锚杆轴13的止推环54以及布置在止推环54与套环52之间的滑动环55。

在符合前述实施例的布置中，组件51结合所布置的心轴29，以便将该心轴的斜面30和31设计为与扩展元件24的内表面35邻接。如此，阻止了心轴29和扩展元件24之间围绕轴心线的相对转动。此外，心轴29朝着轴的螺母端12的相对移动致使扩展元件从其缩回位置移动至其扩展位置。此外，心轴通过螺纹联接器(未示出)联接至锚杆轴。心轴29和锚杆轴13之间的螺纹连接为左旋螺纹，以便当岩石锚杆(在轴的右旋旋转下)经历钻孔作业时，心轴和该轴之间的任何相对移动将使得心轴朝着钻孔端移动，借此确保扩展元件不会移至其扩展状态。在锚杆50的左旋旋转作用下，扩展元件的旋转发生但未示出，锚定装置23还可结合上述带以促进此旋转。由于心轴部29和扩展组件51一起旋转，因此，此旋转转移至心轴29，从而启动装置23并实现心轴朝着螺母端12的移动。

在与前述实施例相似的方式中，止挡件被设置用以防止心轴朝着钻头过度地移动。但是在此实施例中，形成止挡件的一个配合面的榫舌83直接形成在心轴29上。

如图1所示，岩石锚杆10包括沿着轴13的主要部分的套筒62。套筒62从锚定装置23附近穿过螺母端12并延伸至螺母端12附近。套筒的目的是提供循环通路的至少部分，从而允许流体从螺母端12经过而到达钻孔端11。循环通路由形成在锚杆轴13与套筒62之间的通道以及内部通道14实现。内部通道14经由横向端口60与形成在轴13与套筒62之间的通道连通。

循环通路还包括形成在套筒62与钻孔100的壁101之间的外部通道64。通过使得钻尖16以大于套筒62半径的距离径向延伸而形成外部通道。

套筒62由套环66密封于末端65。套环66能将内螺纹结合到外螺纹38上，该外螺纹加工于轴13的上部上。

还通过与申请人的澳大利亚专利申请No.2006202778中详细描述的驱动联接器43内嵌接合来密封套筒62的近端67，此处通过引用将该申请并入本说明书中。

可将支承板和球形垫圈72布置在轴13上并由传动螺母43卡住。支承板被布置为抵靠岩层500的外面。

在操作之前，适当地将锚定装置23螺旋在轴13上，直到轴端20紧靠连接器25的本体部26的下侧为止。然后将钻头15旋入轴端的内螺纹21，直到钻头柄端86接合内螺纹21的底部87为止。

在操作过程中，经由传动螺母43将锚杆10固定至钻孔装置，这使得岩石锚杆沿第一方向旋转。在由轴与套筒62之间的通道形成的循环通道、内部通道60和外部通道64周围泵送钻孔流体，以冲洗岩石锚杆的岩石开凿面。流体从已冲洗传动螺母43中的端口引入或排出。

在完成钻孔阶段时，钻孔装置随之使得锚杆沿相反的方向旋转。当相对移动由扭矩销阻止时，传动螺母43绕轴13旋转。这使得附属片42(如果存在)朝外张开，以至于连接器夹紧壁面101，从而使得扩展元件24和心轴29开始相对于锚杆轴滑动。锚定装置与轴之间引起的相对移动致使心轴使得该轴的螺纹松弛，以至于扩展元件径向地朝外移位而接合钻孔的岩石表面。

当扩展元件与壁面接合时，通过继续将第二方向上的扭矩施加到传动螺母43而使得锚杆承受张力。在特定点，扩展元件24受到强大的作用力而抵靠岩壁面，以至于心轴不能进一步向下移动轴。这有效地限制锚杆，并防止其进一步旋转。这将使得扭矩在传动螺母43处增大直到该传动螺母到达将剪断扭矩销的点，借此使得传动螺母相对于轴移动。然后，该相对移动致使螺母卷紧上述轴。

一旦传动螺母能沿着锚杆轴移动，则该传动螺母将(直接或者通过支承板)与岩层500的外面接合，当锚杆在传动螺母与锚定装置之间有效长度缩短时，该岩层的外面将使得锚杆承受张力。一旦锚杆处于足够的张力，则此时可移除钻孔装置，或者可为了进一步进行支承，进行经由传动螺母43中的端口引入灌浆以将锚杆安装在适当位置的最后阶段。

在可替代实施例中，如图8A和图8B所示，钻具包括第一端和第二端(后者未示出)以及在两端之间延伸的轴13′。第一端具有穿入岩石的钻头15′。钻头15′和轴13分别具有互补的螺纹22′和21′。钻头的肩部表面80′和轴的端部包括相对旋转的止挡件，该止挡件确保钻头沿第一方向的钻孔期间保持松弛。这里的术语″松弛″是指分离扭矩不超过联接扭矩的10％，即不需要扳手或铁锤，而只需要用手力来拆卸钻具。

钻头和轴中的一个设置有突起83′，另一者设置有凹槽81′。该突起与凹槽81′的直立壁82′邻接以阻止钻头和轴的相对转动。螺纹21′与螺纹22′匹配，从而突起83′将进入凹槽81′中以提供钻头的肩部表面80′与轴13′的端部之间的最小间隙。前述实施例已更详细地描述了该突起和凹槽。

图10至图12示出了轴90，其可替代图8A和图8B的钻具的轴13′。在前述实施例中，轴90包括第一端92上的突起91并结合内螺纹93，该内螺纹布置用以容纳钻头15的螺纹柄。如此，结合柄90的钻具能以与图8A和图8B所示的钻具相同的方式发挥作用。

但是，与制造为一体式元件的轴13相反，轴90包括主要部分94和端部95。这些部分94和95与端部部分95轴向对齐，该端部部分结合螺纹联接器93以接纳钻头及其末端上的突起91。

在所示例的形式中，主要部分94为常规钻杆并包括邻近第二端99形成的驱动元件98，第二端被布置为连接至钻孔设备以用于将转动和推力供应至钻具。端部部分95为端部联接器形式，该端部联接器结合布置为旋入设置在钻杆94的端部上的螺纹孔97内的螺纹柄96(图12中最佳地示出)。此螺纹孔97被设置为容纳常规钻杆构造中的钻头。如此，通常被形成为铸件的端部联接器95提供简单布置，从而将常规钻杆转换为能结合如上所述止动机构的钻杆。具体而言，可改进端部联接器95而不需要对钻杆94作任何修改。

在所附的权利要求以及相对转动止挡装置的前述中，除了上下文需要或由于表达语言或必然的暗示，将词语″包括(comprise)″或诸如″包括(comprises)或″包括(comprising)″的变体用作包括的意思，即，表明所述特征存在但不排除发明各种实施例中存在或增加其他特征。

此公开要求澳大利亚专利申请No.2006236010和No.2006236012中公开内容的优先权，此处通过引用将其并入。

在不脱离本发明精神或范围的前提下可对前述部分作出变型和/或更改。

Claims (35)

1.一种钻具，具有钻具轴线并包括沿轴线间隔开的第一端和第二端、在所述端之间延伸的轴、以及止挡件，所述第一端具有用以穿入岩石的钻头，所述钻头和所述轴具有互补的螺纹，所述止挡件限制所述钻头在所述轴上绕所述钻具轴线的旋转，以使所述钻头在沿第一方向的钻孔期间与所述轴保持松弛的螺纹连接，其中所述止挡件包括配合的邻接面，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面，且一个所述邻接面布置在所述钻头上，而另一个所述邻接面布置在所述轴上。

2.根据权利要求1所述的钻具，其中所述止挡件限制所述钻头在所述轴上的旋转，从而在钻孔期间保持所述轴的端面与所述钻头的端面之间的间隔。

3.根据权利要求1或2所述的钻具，其中所述钻头和所述轴中的一个设置有突起，而另一个设置有凹槽，所述突起和所述凹槽具有提供所述止挡件的所述配合的邻接面中相应的邻接面。

4.根据权利要求1或2所述的钻具，其中所述轴包括主要部分和端部部分，所述主要部分和所述端部部分互连并轴向对齐，并且其中所述端部部分容纳所述钻头并结合有所述配合的邻接面中的一个邻接面。

5.根据权利要求4所述的钻具，其中所述主要部分和所述端部部分具有互补的螺纹并通过位于所述端部部分上的螺纹柄互连，并且所述端部部分与布置在所述主要部分中的螺纹孔螺纹接合。

6.根据权利要求4所述的钻具，其中所述主要部分包括钻杆。

7.根据权利要求1或2所述的钻具，其中所述轴包括允许流体在所述钻具的所述端之间流过的内部通道。

8.一种自钻式岩石锚杆，具有锚杆轴线并包括沿所述锚杆轴线间隔开的第一端和第二端、在所述端之间延伸的轴、以及沿着所述轴的邻近所述第一端的第一部分延伸的锚定装置，所述锚定装置具有与所述轴上的外螺纹配合的内螺纹，所述第一端具有钻头和止挡件，所述钻头用以在沿第一方向的钻孔期间穿入岩石，所述止挡件用于限制所述锚定装置在所述轴上绕所述锚杆轴线的旋转，以使所述锚定装置在钻孔期间与所述轴保持松弛的螺纹连接，其中所述止挡件包括配合的邻接面，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面，且一个所述邻接面布置在所述钻头上，而另一个所述邻接面布置在所述轴上。

9.根据权利要求8所述的自钻式岩石锚杆，其中所述止挡件限制所述锚定装置在所述轴上的旋转，从而在钻孔期间保持所述锚定装置的端面与所述钻头的端面之间的间隔。

10.根据权利要求9所述的自钻式岩石锚杆，其中所述第二端适于连接至钻孔设备，用以允许所述锚杆旋转并允许推动所述锚杆，并且所述锚定装置包括心轴和覆盖所述心轴的至少一个扩展元件，所述心轴被安装到所述轴上的外螺纹并与所述外螺纹配合，其中所述至少一个扩展元件可操作以在所述心轴沿使所述心轴相对于所述扩展元件朝着所述第二端移动的方向在所述轴上旋转时径向向外移位，所述心轴的所述旋转被布置为在所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向旋转时发生。

11.根据权利要求10所述的自钻式岩石锚杆，其中所述止挡件的所述配合的邻接面中的一个邻接面设置在所述心轴上。

12.根据权利要求10所述的自钻式岩石锚杆，其中所述至少一个扩展元件被连接至连接器从而形成锚组件，所述锚组件被布置为卡合在所述钻头的所述端面与所述轴的端面之间。

13.根据权利要求12所述的自钻式岩石锚杆，其中所述止挡件的所述配合的邻接面中的一个邻接面设置在所述连接器上，并且所述止挡件被布置为当所述连接器布置在所述轴端时呈脱离状态，以使所述止挡件不会防止所述锚定装置在所述轴上的旋转，并且在所述连接器与所述轴间隔开时呈接合状态，在所述接合状态中，所述止挡件防止所述锚组件围绕所述轴旋转，从而防止所述心轴在沿所述第一方向的钻孔期间朝着所述钻头轴向移动。

14.根据权利要求13所述的自钻式岩石锚杆，其中，在所述心轴绕所述轴沿引起所述心轴朝着所述钻头轴向移动的方向转动的作用下，使所述止挡件在所述心轴移动至预定位置时从所述脱离状态移动至所述接合状态。

15.根据权利要求13所述的自钻式岩石锚杆，其中，在所述心轴绕所述轴沿引起所述心轴朝着所述第二端轴向移动的方向转动的作用下，使所述止挡件在所述心轴从所述预定位置移动时从所述接合状态移动至所述脱离状态。

16.根据权利要求8或9所述的自钻式岩石锚杆，其中所述钻头和所述锚定装置中的一个设置有突起，而另一个设置有凹面，所述突起和所述凹面具有提供所述止挡件的所述邻接面中相应的一个邻接面。

17.根据权利要求16所述的自钻式岩石锚杆，其中所述凹面相对于其中形成有所述凹面的所述钻头或所述锚定装置的肩部表面以锐角倾斜。

18.根据权利要求17所述的自钻式岩石锚杆，其中所述锐角的大小比形成在所述轴上的所述外螺纹的螺旋角大至少20%。

19.根据权利要求16所述的自钻式岩石锚杆，其中所述突起的最大高度小于所述凹面的最大深度。

20.一种用于钻具的钻头，所述钻头包括钻头本体和钻头柄，所述钻头本体包括位于一端的用于切割岩石的装置，所述柄结合有螺纹，该螺纹绕钻头轴线延伸并布置成与钻具的轴上的互补螺纹接合，其中所述钻头设置有与所述钻头柄相连的肩部表面，其中所述肩部表面形成部分止挡件，以限制所述钻头在所述钻具上绕所述钻头轴线的旋转，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面。

21.根据权利要求20所述的钻头，还包括所述钻头的所述肩部表面上的凹面，所述凹面形成部分所述止挡件。

22.根据权利要求21所述的钻头，其中所述凹面连接至所述邻接面。

23.根据权利要求21或22所述的钻头，其中所述凹面相对于所述肩部表面以锐角倾斜。

24.根据权利要求21或22所述的钻头，其中所述凹面垂直于钻头轴线。

25.根据权利要求23所述的钻头，其中所述锐角的大小大于形成在所述钻柄上的外螺纹的螺旋角。

26.一种用于自钻式岩石锚杆的锚定装置，所述锚定装置用于当位于钻孔内时保持所述锚杆，所述锚定装置包括心轴和覆盖所述心轴的至少一个扩展元件，其中所述至少一个扩展元件在所述心轴和所述至少一个扩展元件之间的预定相对移动时径向向外移位，其中所述至少一个扩展元件连接至连接器，以形成锚组件，所述锚组件被键接到所述心轴，并且所述锚组件包括部分止挡件，以阻止所述锚组件围绕岩石锚杆轴的轴线旋转并防止所述心轴在沿第一方向的钻孔期间沿着所述锚杆轴在一个方向上轴向移动，其中所述止挡件包括配合的邻接面，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面，且一个所述邻接面布置在所述锚组件上。

27.根据权利要求26所述的锚定装置，还包括设置在所述连接器上的突起，所述突起结合有所述一个邻接面。

28.根据权利要求26或27所述的锚定装置，其中所述连接器包括本体部分和至少一个连接腿，所述腿承载附属片。

29.根据权利要求28所述的锚定装置，其中，所述附属片设置成邻近所述腿的端部并与所述连接器成为一体，并且所述附属片适于在钻孔期间不起作用而在所述锚定装置的锚定期间起作用，从而抑制所述锚定装置在所述岩石锚杆旋转时在钻孔内旋转。

30.一种用于钻具的轴，所述轴具有轴线并包括沿所述轴线间隔开的相对的第一端和第二端，其中所述第一端布置成接纳钻头并结合有从所述第一端突出并形成部分止挡件的肩部表面，以限制所述钻头在所述轴上绕所述轴线的旋转，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面。

31.根据权利要求30所述的轴，其中所述第一端还结合有螺纹孔，所述螺纹孔布置成接纳具有柄的所述钻头，并且所述柄具有互补的外螺纹。

32.根据权利要求30或31所述的轴，还包括主要部分和端部部分，所述主要部分和所述端部部分互连并轴向对齐，且所述端部部分结合了所述轴的第一端。

33.根据权利要求32所述的轴，其中所述主要部分和所述端部部分具有互补的螺纹并通过所述端部部分上的螺纹柄互连，所述螺纹柄与布置在所述主要部分中的螺纹孔螺纹接合。

34.根据权利要求32或33所述的轴，其中所述主要部分包括钻杆。

35.一种用于钻杆的端部联接器，所述端部联接器具有联接器轴线和沿所述联接器轴线间隔开的相对的第一端和第二端、沿着所述联接器的端部部分形成并延伸至所述第二端的螺纹柄，其中，从所述第一端突出肩部表面，并且该肩部表面形成部分止挡件，所述第一端布置成接纳钻头，所述止挡件布置成限制所述钻头在所述联接器上绕所述联接器轴线的旋转，至少一个直立壁形成所述止挡件的邻接面。

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