CN102203382A - 岩石锚缆索 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩石锚(10)，其包括：具有中空芯的缆索(12)；在缆索一端的膨胀机构(20)；管(14)，其作用于负载垫片(16)上，部分缆索位于其内；以及，楔形件(18)，其将缆索锁定到管上。

Description

岩石锚缆索

技术领域

本发明涉及适用于在岩石加固中使用的地锚。

背景技术

如本文中所使用的“岩石”包括岩层、水泥质体或相似的硬质材料。

以具有成本效益的方式在地下开采挖掘中提供支承是至关重要的。

例如液压或机械可延伸的钢制千斤顶、细长的木质支承件，垫包，机械促动或灌浆的岩石锚杆或缆索锚、和充满可凝结(settable)材料的袋子或管的支承结构都曾用来提供支承。

在较狭窄的挖掘现场，机械地锚由于空间限制而没有得到广泛接受。在有限空间里难以钻出长达2米的竖直孔用于钢锚。必须依赖使用联接杆的延伸钻进技术。钢锚的安装也成问题。钢锚应具有待支承采矿场高度大约两倍的长度且因此在安装时，必须由使用延伸套筒栓接在一起的若干较短部段构成。聚酯树脂通常用来将钢柄锚固于孔中。填充孔中螺栓柄周围的环形空间所需的树脂量可能很大且该树脂较为昂贵。此外，如果树脂量较大，那么树脂的结合强度被有效地降低且钢锚不能承载其所设计的负载。也难以评估安装品质，因为在安装时必须旋转该柄以打破树脂囊并混合树脂。不充分或过度旋转都会不利地影响树脂的剪切强度。

与柄的突出螺纹端接合的螺母抵靠面板被拧紧，面板与柄接合且承靠在岩面上。柄的螺母和突出端保持暴露。这是不合需要的，因为突出部件可能会严重地限制浅挖掘现场中人和机器的移动。

本发明的目的是为了提供可单独地或组合地使用以解决前述问题中某些或全部问题的岩石锚的各种部件。在下文中特别地参考用于水平窄礁地下支承应用中的锚对本发明展开描述，但这只是示范性的而不是限制性的。

发明内容

本发明提供一种岩石锚，其包括：细长柔性元件，其具有第一端和第二端；在第一端的锚膨胀机构；管状筒，第二端延伸到其内；和筒内的锁定装置，其允许该元件在筒内在第一方向移动，且当元件在筒内在与第一方向相反的第二方向移动时其将该元件锁定到筒上。细长元件优选地由绕纵向延伸的中空芯延伸的多根螺旋缠绕线材形成。中空芯可以任何适当方式形成，例如，通过绕中空成型器(former)缠绕多根线材。在一优选实施例中，通过从缆索移除多根螺旋缠绕的线材延伸所围绕的位于中心的芯线材而形成中空芯。

至少一个外部套筒或夹具可附连到缆索上。在无芯线材的情况下，套筒帮助保持螺旋缠绕的线材在适当位置。优选地，多个套筒在隔开的位置附连到缆索上。使用任何适当技术将每个套筒夹持到缆索上。

可以任何适当方式保护缆索避免腐蚀，例如利用防腐涂层或将缆索包入于护套中，即，塑料护套，其收缩包裹或另外粘附到缆索外部。

膨胀机构可为任何适当类型且可从收缩位置促动到膨胀位置以将缆索摩擦地锁定到岩面孔中的适当位置。

实际上，中空芯可被用作例如水泥质或树脂灌浆的流体可凝结材料的通路或者用于在安装缆索时形成空气流动路径。

缆索构造的性质可使得在形成中空芯后，张紧缆索使螺旋缠绕的线材略微向内朝向彼此移动，且以这种方式有效地密封中空芯以防止或限制从芯到缆索外部空间或在相反方向通过螺旋缠绕线材之间的间隙的空气或流体传递。

在本发明的一种形式中，岩石锚包括在管状筒一端具有内侧和外侧的负载分布面板和可被促动以对内侧施加力的机构。

该机构可为可弹性变形的偏压部件，其作用于负载分布面板的内侧上。

该偏压部件可为任何适当类型且优选地为例如橡胶的可弹性变形材料的主体，具有孔口或通路，该细长构件可穿过该孔口或通路延伸。

在本发明的一变型中，该机构为预加载部件，其可通过施加例如水的加压流体而膨胀。该部件可包括金属外壳，该金属外壳封闭一定体积，在压力下的水可被引入到该体积内。在该体积膨胀时，外壳扭曲且因此由外壳在细长构件上施加拉力，该拉力作用于细长构件与包围细长构件所插入的孔的岩面之间。

该膨胀机构可包括：楔形部件，其具有前端和后端且绕细长元件的第一端延伸，该楔形部件的前端延伸超过细长元件的第一端且楔形部件具有朝向后端减小的截面；壳装置，其具有内腔，该内腔具有与至少部分地位于内腔内的楔形部件互补的形状，壳装置具有包围细长元件的基部；以及，在细长构件上的挡止结构，其位置使得当细长元件在轴向移动时，使楔形部件的前端撞击反应表面，楔形部件被打入到内腔内从而使壳装置膨胀。

该锁定装置可包括：在细长元件上靠近第二端的挡止结构；在细长元件周围的楔形构件；以及，偏压构件，其作用于挡止结构与楔形构件之间且倾向于使楔形构件远离该挡止结构移位，而且其中楔形构件位于筒内且细长元件的第二端位于管状筒内且并不从管状筒突出。

管状筒可被成形为使得楔形构件作用于管状筒内的互补构造上。

锚膨胀机构优选地可被冲击促动，即，通过向硬表面(细长元件所在孔的盲端)冲击该细长构件的第一端来设置它。

管状筒可具有第一内部开口和第二外部开口以及在开口之间的通路，细长元件穿过该通路，且锁定装置可包括在通路内的楔形装置，该楔形装置可与该楔形装置互补渐缩件的通路表面接合。

偏压构件可作用于该元件与楔形装置之间。该偏压构件可促使该楔形装置朝向互补渐缩件的表面。这可能在第二方向。

细长柔性构件可包括弱化区。该区的弱化可以任何适当方式来进行，例如通过减小该区中元件的截面积或通过热处理或以其它方式加工该元件在该区中的一部分。

该区可在管状筒的第二外部开口与偏压构件之间。

筒可与面板接合或与面板一体地形成。面板可为圆顶状的。

该膨胀机构可包括：冲击套筒，其具有外部楔形表面和通路，细长元件的第一端延伸到该通路内；以及，壳装置，其至少部分地包围该楔形表面。

本发明还扩展到加固岩石的方法，其包括以下步骤：从岩面形成到岩石内的孔；在孔中放置细长柔性元件；促使细长元件的第一端朝向孔底部由此促动与第一端接合的锚膨胀机构；通过在自孔延伸的细长元件的一部分与岩面之间施加膨胀力来向细长元件施加拉力；在细长元件中靠近岩面处提供弱化区，当拉力大于预定值时该弱化区断开且在断开时，促动该锁定装置以将细长元件锁定到岩面处的面板上。

附图说明

将参考附图通过举例说明来进一步描述本发明，在附图中：

图1为根据本发明的岩石锚的局部剖视的侧视图。

图2显示处于安装配置的图1的岩石锚。

图3为在岩石锚的一端的部件的分解透视图。

图4为岩石锚相对端的部件的分解透视图。

图5为用于岩石锚的缆索的部分的透视图。

图6为图5的缆索的截面侧视图。

图7显示了被示出处于图2中的安装配置的锚如何被预加应力。

图8和9显示在不同的使用方式中发明的变型。

图10显示另一可能的改型。

具体实施方式

附图的图1为根据本发明的岩石锚10的局部剖视的侧视图，其包括一段细长的缆索12、管状筒14、圆顶状面板16、筒楔形件18和可冲击促动的膨胀机构20。

缆索12为柔性的且由七根螺旋延伸的线材24制成，如图5所示。根据安装要求将缆索切成需要的长度且缆索具有第一内端26和第二外端28。

缆索具有靠近第二端28的弱化区30。该区30可以任何适当方式弱化，例如通过移除个别线材24材料的一些或通过加热且然后冷却靠近区24的缆索材料的一些以改变缆索的强度。

一个或多个套筒32在选定位置压接到缆索。这些套筒充当固位装置且确保缆索的线材保持为所需的螺旋配置。

缆索12延伸穿过管状筒14。筒具有靠近端部36的内部渐缩构造34，且具有与渐缩端部34互补的圆锥形状的筒楔形件18位于管状筒内与渐缩端部34相邻。

套筒32A在特定位置被压接到缆索，在组装了锚之后，该位置在筒内。弹簧38在一方向作用于压接的套筒与筒楔形件的一端之间，其促使筒楔形件朝向该渐缩构造34。

如在图3中清楚地示出，管状筒在端部36具有外部环形凹槽40且密封件42与该凹部接合。筒的相对端44形成有向外延伸的凸缘46，其大小使得能沿着筒14长度滑动的圆顶状垫片16与凸缘接合，如图1所示。

图3显示了橡胶块122，将在本文中参看图8和9对其展开进一步描述。

可冲击促动的机构20在图4以分解配置显示且包括受压冲击套筒50，其与缆索的第一端26接合。套筒具有圆锥形楔形件54形式的外表面。

具有与楔形件54互补渐缩件的内表面58的膨胀壳装置56与楔形件接合。膨胀壳装置由多个叶片56A形成，叶片56A由圆形弹簧或类似装置(未图示)绕楔形件保持为管状形式，环形弹簧或类似装置位于由叶片基部62中的构造限定的环形槽60中。

压接到缆索上的套筒30B邻靠基部62的一侧。

图2显示了锚10与自岩面74形成于岩石72主体中的孔70接合。通常，在地下挖掘中从狭窄采矿场钻出该孔。例如，采矿场可有大约一米的高度且孔可具有从面74处的开口76到孔底部78约两米的深度。缆索12具有匹配孔深的长度。

缆索12具有充分的柔性且能弯曲，当在采矿场中时使得冲击机构20能插入到孔内。随着缆索被进一步推入到孔中，缆索被拉直。

冲击机构20必须冲击孔底部78以设置该机构。这通过手动地或者使用合适工具促使缆索更深入到孔中使得圆锥形楔形件的前端80冲击孔底部来实现。套筒30B然后倾向于驱动膨胀壳朝向端部80且壳膨胀为与孔壁82轻微摩擦接触。

图7示出使用千斤顶90来设置锚。千斤顶位于挖掘现场92中，且搁置于与岩面74相对的脚壁94上。从开口76突出的缆索的第二端28插入到筒中，在千斤顶中，筒自动地夹紧缆索。千斤顶的端部96作用于凸缘46和可能地面板16的相邻部分。作用于凸缘46上的千斤顶被促动以拉紧缆索12。缆索由此稍微伸长且，同时，略微促使筒14更深入孔中。在缆索中的预定拉力下，减弱强度区30断裂且千斤顶90由此与孔内的缆索长度脱离。当缆索断开时，孔内拉紧的位置倾向于收缩且套筒32A然后作用于弹簧38上，弹簧38依次促使筒楔形件18与端部36处的内部渐缩构造34磨擦接合。在这个过程中，缆索在第一端26由楔形件54夹紧到越来越大的程度且因此磨擦地且机械地锁定到孔中底部78附近。缆索由此磨擦地锁定到管状筒，且以拉紧状态经由机构20锁定到底部78附近的孔壁上。

作为替代或补充，锚可在适当位置被灌浆。移除七根线材缆索的中心线材24A且替换为柔性中空管98，参看图5和6。在灌浆后，管用于从孔底部排空空气。经由特殊设计的工具100(其在凸缘46连接到筒14内部，参看图2)通过管状面板和筒组件将任何适当类型的灌浆混合物注入到孔70的开口76中。灌浆可为水泥质的或树脂或任何其它合适形式。灌浆填充缆索周围的孔且孔内的空气能经由形成于膨胀壳中相邻叶片56A之间的槽56B从孔底部漏出。空气然后穿过管98从内端到延伸到外端102，外端102穿过工具100延伸。密封件42防止灌浆通过筒与孔壁之间的环形空隙漏出。

用柔性管替换内部线材并非必需的。一旦移除了内部线材，压接的套筒32就保持七根线材缆索为其原始形状。然后打开的圆形通道留在缆索内。当拉紧缆索时，使用图7所示类型的千斤顶，六根其余线材彼此紧密压靠且绕先前由内部线材24A所占据的空间提供有效密封。

面板与管状筒14可一体地制成。优选地，面板是圆顶状的使得它在预加载期间朝向岩面变形。这提供了缆索预加载的可见指示。

因为缆索是柔性的，锚能轻易地安装在浅采矿场中而无损锚长度。缆索的预加载为岩层提供了立即地面支承且在灌浆后在锚的长度上提供了满柱加固(full column reinforcement)。在狭窄的采矿场只有面板是暴露的。面板不存在粗糙边缘或麻烦的突出部且由此不会对采矿场中人或机器移动形成障碍。

图8示出了根据本发明的岩石锚120，其与上文中描述的岩石锚基本上相似，但是其额外地具有偏压部件122，偏压部件122与管状筒接合且承靠在负载分布面板的内面124或垫片126上。图9示出了处于安装配置的岩石锚100。

偏压部件由适当肖氏硬度和尺寸的橡胶固体块制成。位于中心的通路128延伸穿过橡胶块。通路的尺寸使得筒130能以轻微的摩擦配合穿过该通路。

尽管缆索132可包括弱化区，在该弱化区，当缆索被拉紧到预定程度时就会断裂，但这不是必需的。当使用岩石锚时，千斤顶(未图示)用于向筒的凸缘134上施加压缩力，如由箭头136所指示，其倾向于将筒更深入打入到岩面中的孔138内(见图9)。随着力量增加，偏压部件122被压缩到更大程度且最终垫片的内表面承靠在岩面140上，如图9所示。在此过程中，缆索可前移穿过管状筒的上端142和缆索的端部144，缆索的端部144在管状筒内，朝向凸缘134移动。

如果释放力136，那么偏压部件122立即开始膨胀且存在负载分布垫片远离岩面移动的趋势。当发生这种情况时，持续地作用于挡止结构148与楔形件150之间的弹簧146使楔形件被打入到互补构造152内且，在此过程中，楔形件被锁定到管状筒且也被锁定到缆索上。尽管如所述的那样机械地安装缆索，但灌浆现可被注入到孔中且空气可如之前所述的那样穿过缆索的中空内部而漏出。

图10示出了另一可能改型，其在安装时能用于向岩石锚预加应力。只示出了岩石锚的一部分，其邻近孔70的开口76，开口76自岩面74形成于岩石72的主体中。管状筒14从孔70稍微地突出且，如之前所述的那样，在一端具有向外延伸的凸缘46。

预加应力部件160与管状筒14接合，邻靠凸缘46和岩面74。

预加应力部件160由第一环形部段162和内部166组成，第一环形部段162具有承靠在岩面上的平坦的最外部凸缘164，内部166被折叠以限定中心孔口168，管状筒14以较小的公差穿过该中心孔口168。部分166的弯曲表面邻靠管状筒的外表面和凸缘46的相邻表面。第二环形部段170分别在其外部周围172与内部周围174焊接到环形部段162上。由此在两个环形部段的相对表面之间形成封闭的体积176。单向填料阀178被固定到环形部段162上且允许自合适源(未图示)将压力下的水引入到该体积176内。

一般而言，图10中的岩石锚以已描述的方式安装但是当变得必需对锚预加应力时，并非使用前述技术中的任何技术。而是使体积176充涨且在该过程中，膨胀的预加应力部件作用于凸缘46与岩面74之间且倾向于从孔70拉筒14。孔70内的缆索由此被拉紧。

预加应力部件可被构造成不同形状和大小且能(例如)通过向环形部段中的一个或两个添加肋条或其它加强构造而被适当地加固。

Claims (11)

1.一种岩石锚，其包括：细长柔性元件，其具有第一端和第二端；在所述第一端的锚膨胀机构；管状筒，所述第二端延伸到其内；以及，在所述筒内的锁定装置，其允许所述元件在所述筒内在第一方向移动，且当所述元件在所述筒内在与所述第一方向相反的第二方向移动时其将所述元件锁定到筒上。

2.根据权利要求1所述的岩石锚，其特征在于，所述管状筒具有第一内部开口和第二外部开口以及在所述开口之间的通路，且其中所述锁定装置包括在所述通路内的楔形装置，所述楔形装置可与所述楔形装置互补的渐缩件的通路表面接合，且所述细长元件延伸通过所述楔形装置；以及偏压构件，其促使所述楔形装置朝向互补渐缩件的表面。

3.根据权利要求2所述的岩石锚，其特征在于，所述细长柔性构件包括在所述管状筒的第二外部开口与所述偏压构件之间的弱化区。

4.根据权利要求1至3任一项所述的岩石锚，其特征在于，所述膨胀机构包括：冲击套筒，其具有外部楔形表面和通路，所述细长元件的第一端延伸到所述通路内；以及，壳装置，其至少部分地包围所述楔形表面。

5.根据权利要求1所述的岩石锚，其特征在于，所述膨胀机构包括：楔形部件，其具有前端和后端且绕所述细长元件的第一端延伸，所述楔形部件的前端延伸超过所述细长元件第一端且所述楔形部件具有朝向后端减小的截面；壳装置，其具有内腔，所述内腔具有与至少部分地位于在所述内腔内的楔形部件互补的形状，所述壳装置具有包围所述细长元件的基部；和在所述细长构件上的挡止结构，其位置使得当所述细长元件在轴向移动时，使得所述楔形部件的前端撞击反应表面，所述楔形部件被打入到所述内腔内由此使所述壳装置膨胀。

6.根据权利要求1所述的岩石锚，其特征在于，所述锁定装置包括：在所述细长元件上靠近所述第二端的挡止结构；绕所述细长元件的楔形构件；偏压构件，其作用于所述挡止结构与所述楔形构件之间且其倾向于使所述楔形构件远离所述挡止结构移位，且其中所述挡止结构和所述楔形构件位于所述筒内且所述细长元件的第二端位于所述管状筒内且并不从所述管状筒突出。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的岩石锚，其特征在于，所述细长柔性元件为细长缆索，其由绕纵向延伸的中空芯延伸的多根螺旋缠绕的线材形成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的岩石锚，其包括在所述管状筒一端具有内侧和外侧的负载分布面板和可被促动以对所述内侧施加力的机构。

9.一种岩石锚，其包括由绕纵向延伸的中空芯延伸的多根螺旋缠绕的线材形成的细长缆索，和在所述缆索第一端的锚膨胀机构以及至少在所述缆索第二端的负载分布面板。

10.一种加固岩石的方法，其包括以下步骤：从岩面形成到岩石内的孔；在所述孔中放置细长柔性元件；促使所述细长元件的第一端朝向所述孔底部由此促动与所述第一端接合的锚膨胀机构；通过在自所述孔延伸的所述细长元件的一部分与所述岩面之间施加膨胀力来向所述细长元件施加拉力；在所述细长元件中靠近所述岩面处提供弱化区，当拉力大于预定值时所述弱化区断开且在断开时，促动锁定装置将所述细长元件锁定到所述岩面处的面板上。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在促动所述锁定装置之后，将流动的可凝结材料注入到所述孔内所述细长元件周围，且允许所述孔内的空气通过所述细长构件中纵向延伸的中空芯漏出到大气中。

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