CN106460511A - 摩擦锚杆 - Google Patents

Abstract

一种用于摩擦接合钻凿到岩层中的钻孔32的内表面的摩擦锚杆40。所述摩擦锚杆40包括：圆形的管42，其纵向裂开，并且其具有前端和尾端以及在所述管内朝向所述前端的扩展器机构。伸长杆或缆索47设置在所述管42内，并且在处于一端处的所述扩展器机构和处于另一端处的锚固布置结构之间延伸。环43焊接至所述管42的尾端，并且所述杆或缆索47穿过所述环延伸，与所述锚固布置结构连接。限制器构件35与所述环43相邻地设置在所述管42内，并且至少部分地绕所述杆或缆索47延伸，且与所述杆或缆索47接合。所述管42具有与所述环43相邻的弱化区域HAZ，且限制器构件35在所述管42内在所述管42的前端的方向上纵向延伸越过所述弱化区域HAZ。所述限制器构件45包括突出部38，该突出部38突出穿过所述管42的纵向裂缝，以与所述钻孔32的面对壁接合。

Description

摩擦锚杆

技术领域

本发明涉及一种为了稳定岩层使其不破裂或者坍塌而在岩层中使用的岩石锚杆。这样的岩石锚杆在采矿、掘进和挖掘行业中广泛地使用。本发明主要关注摩擦岩石锚杆，并且这种岩石锚杆的基本形式由纵向裂开的钢管构成，该钢管被强制推入到钻凿到岩层中的钻孔中，使得管的外表面摩擦接合钻孔的内表面。因而，管被摩擦地锚固在钻孔内，并且通过锚固作用来稳定岩层。

本发明涉及上述类型的岩石锚杆的特殊形式，其能够通过内部扩展机构而径向扩展，从而促进径向扩展，并且因而促进锚杆与钻孔的内表面的摩擦接合。这种形式的岩石锚杆被称为扩展式岩石锚杆。

背景技术

通过将钻孔钻凿到岩层中、将岩石锚杆插入到钻孔中并且使扩展机构在锚杆的管内扩展而安装扩展岩石锚杆。扩展岩石锚杆包括通常纵向裂开的伸长的管，其中扩展机构位于管内，通常朝向被首先插入到岩层或者岩壁中的钻孔内的管的前端。扩展机构被连接至延伸至岩石锚杆的尾端并且附接至锚固器的柔性缆索或实心杆。通过拉动或者旋转柔性缆索或实心杆实现扩展机构的扩展。

被钻凿到岩层中的钻孔的直径趋向于比管的外径小，使得管在使扩展机构扩展之前已经在钻孔内摩擦配合。这使得岩石锚杆与钻孔壁的摩擦接合最大化。这种插入方法相对地简单，并且与采用树脂或者水泥浆以将岩石锚杆锚固在钻孔内的其它形式的岩石锚杆相反。

扩展岩石锚杆的安装简便性与其中通常采用树脂筒的树脂锚固锚杆的安装相反。在锚杆插入钻孔中之前，树脂筒需要插入到钻孔中。树脂筒的插入有时非常困难，这是因为通常隧道壁延伸至相当的高度，所以可能不便接触树脂筒要被插入的钻孔。另外，所采用的树脂相对昂贵并且具有有限的保质期。

水泥浆岩石锚杆比树脂锚固锚杆廉价，但是水泥的应用比树脂更费力。水泥灌浆需要水泥混合设备以及泵送和输送设备，从而将混合后的水泥输送到钻孔中。

树脂或者水泥锚固岩石锚杆通常锚固在钻孔中，以与摩擦岩石锚杆相比提供更大水平的岩石加固性或者稳定性，这是因为与摩擦岩石锚杆的摩擦接合相比，这些锚杆通常在钻孔壁和树脂或者水泥之间具有更好的粘合性。同样地，特别是对于水泥锚固岩石锚杆，沿岩石锚杆和钻孔壁的全部长度存在适当粘合。然而，安装速度和成本的优势使得摩擦岩石锚杆在适当的环境下更具吸引力。

如果锚杆暴露于由锚杆已经被安装到的岩层引起的过量负荷，则任何形式的岩石锚杆都易于断裂。断裂能够是拉伸或者剪切断裂，或者能够是拉伸和剪切断裂的组合。在扩展岩石锚杆中，锚杆能够由于管破裂而断裂。只要锚杆的杆或缆索不是也断裂，则能够容忍这种断裂。然而，如果岩石锚杆被施加负荷的程度达到管以及杆或缆索两者都断裂，则存在朝向钻孔的敞开端(岩石锚杆的尾端)的岩石锚杆的那一段能够以相当大的动量从钻孔弹出的潜在可能，从而对于紧邻的工人和设备造成危险。能够从钻孔弹出的岩石锚杆的那一段能够包括杆或缆索以及管的一部分、附接至缆索或者杆的尾端的锚固机构和岩板。有时，弹出的那一段中还能够包括其它附件。

因而，应易于明白，将期望防止上述这种弹出。

发明内容

根据本发明，提供一种用于摩擦接合钻凿到岩层中的钻孔的内表面的摩擦锚杆，该摩擦锚杆包括：1)伸长的、大致圆形的管，该管纵向裂开以便径向扩展，管具有前端和尾端以及扩展器机构，扩展器机构设置在管内，处在前端的区域中，用以施加趋向于使管的至少一部分径向扩展的负荷；2)伸长的杆或缆索，该杆或缆索纵向地设置在管内，并且在杆或缆索的第一端处或朝向杆或缆索的第一端与扩展器机构连接，且在杆或缆索的相对的第二端处或朝向杆或缆索的相对的第二端与定位在管的尾端处的锚固布置结构连接；3)环，该环被焊接至管的尾端，并且杆或缆索穿过环超过管的尾端延伸，与锚固布置结构连接，限制器构件与环相邻地设置在管内，限制器构件至少部分地绕杆或缆索延伸并且与杆或缆索接合；4)管具有与环相邻的弱化区域，并且限制器构件在管内在管的前端的方向上纵向延伸越过弱化区域；5)限制器构件包括突出部，该突出部突出穿过管的纵向裂缝，用以接合钻孔的面对壁，岩石锚杆插入到所述钻孔中。

根据本发明的摩擦锚杆有利地能够防止岩石锚杆的杆或缆索的在不存在限制器构件的情况下能够被弹出钻孔的那一部分以及附接至杆或缆索的这一部分的部件和附件在负荷下弹出，由此提高岩石锚杆附近的工人和设备的安全性。这通过限制器构件与钻孔的面对壁表面和杆或缆索中的每一个之间的相互作用来实现。趋向于使杆或缆索弹出的负荷通过在限制器构件和杆或缆索之间的接合而传递至限制器构件，并且通过在限制器构件和钻孔表面之间的摩擦接合对该负荷起反作用，因而防止了在低于由于摩擦接合而存在的最大摩擦负荷的负荷下弹出。在限制器构件和管的内表面之间也能够存在摩擦相互作用，用以增加抵抗杆或缆索脱离管的运动的摩擦接合的水平。

本发明还涉及一种在摩擦岩石锚杆中使用的限制器构件。

杆或缆索的能够从钻孔弹出的那一部分是这样的部分，即：该部分处于杆或缆索的断裂的、朝向钻孔的敞开端的一侧上，并且取决于断裂发生的位置，该部分能够包括从杆或缆索的小部分至大部分任何地方。

管的弱化区域是管的靠近焊接至管的尾端的环或与焊接至管的尾端的环相邻的区域。弱化区域通常是管的刚好在岩石锚杆的其余部分所插入的钻孔之外的那一部分，或者是延伸到钻孔中一小段的那一部分。在任一情况下，管的弱化区域与钻孔的表面不具有摩擦接合，或者具有不显著的摩擦接合。当在弱化区域处发生断裂时，断裂以内的管的部分留在钻孔内就位，与钻孔表面摩擦接合，并且通过管的该段的纵向裂缝，使得限制器构件能够摩擦接合钻孔表面，从而限制杆或缆索弹出。如上所述，限制器构件还能够与管的同一段的内表面摩擦接合，从而增加对杆或缆索弹出的摩擦阻力。

由于将环焊接至管的动作通常以弱化该区域中的管的强度的方式改变与环相邻的管的强度，所以称其为弱化区域。该弱化作为在焊接期间产生的热的结果而发生，并且可替代地，该区域被称为“热影响区域”。尽管如此，弱化区域或者热影响区域中的弱化可能不是始终发生到这样的程度，即，管被充分地弱化，使管在足够的负荷下，优先于管的其它部分、范围或区域，在该区域中断裂。另外，焊接技术的变化能够使得弱化区域或者热影响区域中的弱化可忽略，或者再次至少不足以使管在该区域(优先于管的其它部分、范围或区域)中断裂。无论如何，在本行业中普遍理解的是，管在焊接环后最可能被弱化的地方是热影响区域或者是管的靠近或者与环相邻的区域。

热影响区域通常将发生在环的约20mm内。热影响区域通常能够发生在环的最多40mm内。这适用于采用具有在33mm和47mm之间的外径以及在2mm和4mm之间的壁厚的管的岩石锚杆。

有效地，本发明提供在管的弱化区域以内的摩擦接合，使得管在该区域处的断裂结合杆或缆索的断裂不会使杆或缆索不受约束而从钻孔弹出。摩擦接合能够在弱化区域以内的任何适当位置处，诸如与弱化区域开始相邻的地方或者与弱化区域间隔开的地方。限制器构件维持与弱化区域以内的面对钻孔表面以及杆或缆索的连接或接合，从而抵抗并且优选地限制杆或缆索的弹出。限制器构件还能够维持与管的内侧表面的连接或接合。

限制器构件的突出部突出穿过管的纵向裂缝，从而与岩石锚杆所插入的钻孔的面对壁接合。突出部能够包括增强与钻孔壁的摩擦接合的轮廓，并且在本发明的一些形式中，该轮廓为此能够包括横跨突出部侧向延伸的突肋或倒钩等。能够可替代地采用其它形状的轮廓，并且这种轮廓能够包括从限制器构件，或者从限制器构件的突出部的表面突出以与钻孔壁的接合的多个指部或齿等。所述轮廓能够进行选择，以咬入到钻孔壁中，特别是在限制器构件在管以及杆或缆索断裂时的弹出方向上移动时，咬入钻孔壁。例如，在设置有倒钩时，倒钩能够倾斜，使得限制器构件在弹出方向上的移动导致倒钩趋向于一旦发生该移动就夹紧或者咬入钻孔壁。可替代地，突出部的壁接合表面能够为平坦或光滑表面，或者能够包括纵向或侧向凹槽。突出部的壁接合表面的轮廓能够提供对钻孔壁表面中的变化的适应，诸如具有将受挤压的柔性。

突出部的轮廓可以诸如在管断裂之前夹紧或者咬入钻孔壁中，并且在本发明的一些形式中，这种咬入或者夹紧将在将岩石锚杆安装到钻孔中时发生。在安装之后在岩层中相对于限制器构件的少量移动也将趋向于将突出部的带轮廓的表面固定在轮廓中的能够夹紧或者咬入钻孔壁的位置。

使用突出穿过形成在管中的纵向裂缝的突出部以与钻孔壁接合提供了对杆或缆索弹出的主要阻力，而限制器构件和管的内侧表面之间的接合提供辅助阻力。每种接合提供的阻力的水平能够不同，使得主要阻力不是必需大于辅助阻力。

限制器构件能够以任何适当的量延伸越过弱化区域，从而提供与面对的钻孔表面以及可选地与管的内侧表面的适当摩擦接合，从而在杆或缆索以及管都断裂时限制杆或缆索从钻孔弹出。在迄今为止完成的测试中，限制器构件的总长度为从约50mm至约150mm。与较短长度相比，优选的是更长长度的限制器构件。适当的总长度包括从50mm至300mm，但是150mm是优选的。虽然如下所解释的那样，各种因素能够影响限制器构件的长度，但是更长长度的限制器能够通过提高与面对的钻孔表面的摩擦接合的程度而是有利的。

在限制器构件和越过弱化区域的面对的钻孔表面之间产生的摩擦的水平需要足以抵抗或者限制杆在来自岩层的负荷下以及在管和杆或缆索断裂后弹出。摩擦的水平可以取决于岩石锚杆的预期负荷而变化。摩擦水平还将取决于限制器构件的材料，以及其与面对的钻孔表面以及可选地与管的内侧表面的相互作用。虽然管的内侧表面能够被粗糙化，从而提高摩擦接合，但是为了最佳摩擦接合，也能够选择限制器构件的材料。迄今为止已经成功地采用的适当材料包括高密度聚乙烯(HDPE)，其已经展现出有利的摩擦质量。

限制器构件在管内在管的前端的方向上纵向延伸越过弱化区域。这允许限制器构件的一端在弱化区域的任一侧上延伸，或者允许限制器构件仅在弱化区域的朝向管的前端的一侧上延伸。

限制器构件与环相邻地设置在管内。这允许限制器构件与环间隔隔开，但是非常接近，或者甚至是与环接合。这还允许限制器构件与环间隔开，诸如离环最多约650mm。

在限制器构件的外侧表面和管的面对的内侧表面之间存在接合的情况下，这种接合能够是全接合或者部分接合。全接合有利地最大化管的内侧表面和限制器构件的外侧表面之间的摩擦接触。全接合确认(recognize)管具有纵向裂缝，使得在全接合中，仅存与管的绕裂缝的那些部分的接合。

能够可替代地存在限制器构件不具有与管的面对的内侧表面的全接合的布置结构。例如，限制器构件可以与管的可用的内侧表面的一部分接触，并且在圆筒形管中，限制器构件可以与内侧表面的270°接触。为了提供纵向裂缝，管的可用的内侧表面可以为约300°，并且限制器构件可以与该全表面面积或者较小的面积接触。与管的内侧表面的接触量能够取决于所需的摩擦负荷的大小。

能够通过在限制器构件和管之间的配合的紧密度来增加在限制器构件和弱化区域以内的管的内侧表面之间产生的摩擦的水平。限制器构件能够包括中心孔，用以接纳杆或缆索。限制器构件的外径能够接近或者等于管的限制器构件要接合的那一部分的管的内径。限制器构件的外径能够大于管的内径。这在钻凿到岩层中的钻孔具有比管的外径小的直径的情况下是有利的，使得随着管被插入到钻孔中，管趋向于被压缩。因而，由于管被压缩，所以限制器构件和管的内侧表面之间的摩擦接合增大。

优选地，留在管内侧的限制器构件的外径约等于在管被插入到钻孔中之前的管的内径。这具有与上文所述相同的优势，因为随着管被强制推入到钻孔中，限制器构件和管的内侧表面之间的摩擦接合增大，但是此外，限制器更易于在管被插入到钻孔中之前插入到管中。

如果替代形状提供增强的摩擦夹紧，或者管不是圆筒形的，诸如，例如是六边形的，则限制器构件能够形成管状，而不是形成为圆筒。

如上所述，被钻凿到岩层中的钻孔的直径趋向于比管的外径小，使得当管被插入到钻孔中时，管趋向于受压缩。假定管纵向裂开，则对管的压缩将导致裂缝的宽度缩窄或减小。在这种布置结构中，随着管的插入进行，能够迫使在管插入到钻孔中之前插入到管中的限制器构件与管的内表面形成紧密的摩擦接合。

限制器构件能够以任何适当的方式安装，例如，限制器构件能够如上所述地作为单个部件形成，该单个部件包括带有中心孔的圆筒，并且在将限制器构件和杆或缆索插入到管中之前，能够将杆或缆索插入穿过该中心孔。可替代地，限制器构件能够首先插入到管中，并且其次能够将杆或缆索插入穿过该中心孔。可替代地，限制器构件能够作为单个部件形成，该单个部件包括具有中心孔的圆筒，但是该部件能够在该部件的壁的长度上，在该部件的外侧表面和中心孔之间纵向开槽或开缝，使得限制器构件能够纵向开口并且绕杆或缆索布置，而不需要将杆或缆索穿过该孔插入。

在能够有助于将限制器构件安装到岩石锚杆的管中的另一替代例中，限制器构件能够以两个分开的部件的形式形成。这些部件能够是对称或者非对称的。因而，所述部件中的一个能够包括突出部，或者两个部件都能够包括突出部的一部分，使得当该两个部件被组装在一起时，突出部完全地形成。这在组装根据本发明的岩石锚杆时提供优势。通过这种两部件的布置结构，在杆或缆索以及扩展机构中的每一个被安装到管中时，但是在杆或缆索已经被定位在其最终安装位置处之前，限制器构件的第一部件能够容易地插入到管中。可替代地，在该中间位置中，在管内存在易于将限制器构件的第一部件插入到管中的足够空间。第一部件将包括限制器构件的中心孔的一部分，并且将定位在杆或缆索的一侧上。

能够通过将第二部件施加至杆或缆索的另一侧而将限制器构件的第二部件插入到管中，并且随着杆或缆索被推动至最终安装位置，第二部件也能够被推动。因而，第二部件能够附接至杆或缆索或者绕杆或缆索放置在适当位置，并且能够与杆或缆索一起推入到管中。限制器构件的尺寸能够是这样的，即：使得将需要力以将限制器构件的第二部件与其附接的杆或缆索推动到管中，因为随着第二部件进入管，第二部件将开始与管的内侧表面摩擦接合，并且随着第二部件接近其在管内的最终位置，第二部件将摩擦接合限制器构件的第一部件。能够通过普通的安装器械，诸如锤子、木槌、气动或者液压机或者其它机械推动装置来提供适当的安装力。岩石锚杆的尾端的标准构造通常将包括第二部件的尾端能够接合的垫圈。垫圈是附接至杆或缆索的尾端的锚固器的一部分，使得能够向锚固器施加力，从而将杆或缆索插入到管中，并且锚固器和杆或缆索的向内移动导致限制器构件的第二部件的向内移动。

一旦安装了第一和第二部件两者，则第一和第二部件将接触，并且限制器构件能够与管的内侧表面稳固地摩擦接触。突出部将突出穿过管中的纵向裂缝，以与钻孔表面接合。之后，限制器构件将以在杆或缆索和管断裂的情况下限制杆或缆索从钻孔弹出所需的方式起作用。

在本发明的一些形式中，第一和第二部件在安装在管中时沿着在杆或缆索的任一侧上的倾斜或成角度的表面接合。有利地，随着两个部件朝着彼此移动，第一和第二部件有效地楔合在一起，从而确保两个部件之间的稳固连接。这有助于安装，因为安装开始阶段所需的力是较低的(由于第一和第二部件之间的楔合直到两个部件处于几乎完全安装位置之前都不发生)，并且随着第一和第二部件接合并且开始楔合而增大。此外，在其中一个部件包括突出部时，该部件能够被首先插入到管中。这是有利的，因为被焊接至管的尾端的环对这样的突出部起障碍的作用，如果限制器构件不以两部件的形式形成，由于这样的突出部将突出超过环的内径，所以否则限制器构件将需要变形来推动超过环。

限制器构件的第一和第二部件的倾斜或者成角度的表面能够视需要为平滑面或者粗糙面，以便保持它们在岩石锚杆的操作期间不分离。第一和第二部件之间的摩擦负荷能够足以将它们定位在一起，或者能够采用适当的定位布置结构。例如，第一和第二部件能够被胶粘在一起。可替代地，第一和第二部件中的一个或者两者能够在它们的尾端上包括唇部或指部，当限制器构件被完全安装时，该唇部或指部定位在岩石锚杆的环的与限制器构件的其余部分相反的一侧上。可替代地，环能够座置在限制器构件的尾端中的环形凹槽或通道内，从而定位限制器构件。限制器构件能够视需要而与岩石锚杆的其它部件相互作用，从而定位限制器构件。上述布置结构还能够应用于沿着成角度的表面不接合的第一和第二部件，以及应用于不包括下文所述的类型的突出部的第一和第二部件。

在另一替代中，限制器构件能够以两部件的形式形成，其中第一部件是本体，并且第二部件为突出部或者包括突出部。本体能够包括限制器构件的大部分，或者能够包括除了突出部之外的限制器构件的基本全部。在本体包括除了突出部之外的限制器构件的基本全部的情况下，本体能够是管(tube)或者圆筒，该管或者圆筒绕杆或缆索延伸并且与其接合，并且可选地还能够接合管的内侧表面。本体和突出部能够包括协作配合的连接器，用以将它们连接在一起。在一种形式中，本体能够包括开口或多个开口，用以接纳形成为从突出部的底侧延伸的销或多个销或类似件。所述销能够形成用以提供与本体的卡扣连接。所述销能够替代地是单独的带螺纹的螺栓，所述带螺纹的螺栓穿过突出部，并且与本体内的带螺纹的开口螺纹连接。螺栓的头部能够座置在突出部中的凹部中，以便不与旨在接合钻孔的壁表面的突出部的那一部分产生干涉。

能够采用将突出部连接至本体的其它布置结构。例如，本体的外表面能够包括凹部，用以容纳突出部的底部或者基部，或者突出部的底部或者基部能够包括一个或更多个突出部，该一个或更多个突出部延伸到本体中的一个或更多个凹部或开口中。能够使用胶水或者粘合剂。将采用的布置结构是这样的布置结构，即，确保突出部相对于本体固定，但是允许突出部与本体分离，直到需要限制器构件的完全安装。能够形成这种一般类型的其它布置结构，并且这些布置结构在本发明的范围内。

在本体包括除了突出部之外的限制器构件的大部分的情况下，本体能够是部分地绕杆或缆索延伸并且接合杆或缆索的部分管(part tube)或部分圆筒。本体还能够可选地接合管的内侧表面。本体可以为圆筒，例如，该圆筒包括纵向裂缝或狭槽，在组装这种形式的限制器构件时，突出部的基部延伸到所述纵向裂缝或者狭槽中。裂缝或者狭槽可以是楔形的，并且突出部的基部能够具有互补形状，用以在本体和突出部之间楔合连接。能够形成这种一般类型的其它布置结构，并且这些布置结构在本发明的范围内。

上述布置结构允许突出部由与本体不同的材料形成。这在其中通过限制器构件的不同材料增强与管的内部表面以及与钻孔壁的表面的相应的摩擦接合的情况下可以是有利的。

上述形式的限制器构件的安装能够为通过将第一部件连接至杆或缆索，与形成在杆或缆索上的任何邻靠部邻靠。能够在装配第一部件之前或者之后将金属箍模锻(swage)在杆或缆索上。金属箍能够是被配合至杆或缆索并且然后模锻到杆或缆索上的管段。垫圈能够被定位成介于金属箍和第一部件之间。然后，带有组装到杆或缆索上的除了第二部件(突出部)之外的所有固定物的杆或缆索能够被插入到管中，之后第二部件能够被配合至第一部件，并且然后完成限制器构件的安装。

一种选项是以两部件形式来形成上述布置结构的第一部件，与其中限制器构件由两部件形成的早前的示例相同，但是在本发明的该后一形式中，突出部依然为分离的部件，用于在后面连接至第一部件，而与第一部件本身是否由两个或更多个部件形成无关。

作为替代或者除了限制器构件和管的内表面之间的摩擦接合之外，管还能够与限制器构件相互作用，以便在管在弱化区域断裂时抵抗限制器构件和弱化区域以内的管的部分之间的相对移动。在本发明的一些形式中，管能够在限制器构件已经被插入到管中之后向内变形，以便形成推入到限制器构件的侧壁中的凹痕。为此，限制器构件必须由柔性或者有延展性的材料形成，并且在本发明的一些形式中，在由HDPE形成的限制器构件中提供这些特征。同样地能够采用其它塑料材料。在本发明的这种形式中，侧壁变形还有助于在岩石锚杆的操作期间维持第一和第二部件不分离。

在本发明的其它形式中，限制器构件和管的面对表面能够被胶粘在一起，以在管断裂时抵抗限制器构件和管的内侧部分之间的相对移动。胶粘能够与上述类型的变形结合。

应明白，限制器构件将由这样的材料制成，所述材料不被预期本身在负荷下断裂。因而，虽然杆或缆索以及管能够断裂，但是限制器构件将保持其结构和整体性，并且将在断裂期间维持与钻孔壁，以及可选地与管的内表面的摩擦接合。限制器构件能够由其制成的上文引用的塑料材料被预期用以确保限制器构件在杆或缆索以及管断裂的情况下本身将不断裂。

提供接合面对的钻孔壁表面的突出部还在将岩石锚杆安装到钻孔中时向限制器构件自身施加压缩力，其有利地起作用，以将两部件式的限制器构件的第一和第二部件维持在一起。限制器构件与杆或缆索接合地绕杆或缆索延伸。上文已经通过将限制器构件的一个端部接合或者邻靠在其上的金属箍模锻至杆或缆索而给出一种接合形式。与杆或缆索的接合有必要足以在管以及杆或缆索断裂的情况下防止杆或缆索从钻孔弹出。在限制器构件和杆或缆索之间的接合能够采取任何适当的形式。在岩石锚杆包括杆而非缆索的本发明的一些形式中，杆将通常包括沿着杆长度的表面突肋或者螺纹。这些表面突肋或者螺纹不是岩石锚杆的操作必然需要的，而是作为用于岩石锚杆构造的类型的杆的正常部件而提供。当采用这种类型的杆时，能够在限制器构件绕着安装的杆的那一段中移除突肋或者螺纹，从而确保在杆和限制器构件之间实现紧密配合。然而，杆和限制器构件之间的配合不需要如此紧密，以防止或者显著地限制杆的致动扩展器机构的移动。通常通过旋转该杆或者在杆上轴向拉动来致动扩展器机构，并且杆和限制器构件之间的配合不能够到防止这种移动的程度。

从限制器构件绕着安装的杆的那一段移除突肋或者螺纹还允许其余的突肋形成邻靠部，限制器构件的前端能够在岩石锚杆的安装状态下邻靠在该邻靠部上。有利地，这是能够形成邻靠部的简单方式。通过这种邻靠部，杆不能被弹出，同时限制器构件被保持稳固地固定在管内。在管的内侧表面和限制器构件的面对表面之间的，以及在限制器构件的孔和杆之间的配合的紧密性优选地足以使邻靠螺纹在岩石螺杆的操作期间不推入到限制器构件的孔中。

应明白，能够采用任何形式的邻靠部，并且它们能够与杆一体地形成，或者作为杆的附加物。邻靠部还能够被应用于在岩石锚杆中使用的缆索。从限制器构件绕着安装的杆的那一段移除突肋或者螺纹是一种形成邻靠部的方式，而其它替代包括在杆中形成突出部，诸如通过对杆卷边，或者如上所述的那样通过将金属箍模锻在杆或缆索上。

附图说明

为了可以更充分地理解本发明，现在将参考附图描述一些实施例，其中：

图1是现有技术的岩石锚杆的透视图。

图2是图1的岩石锚杆的截面图。

图3是根据本发明的一个实施例的限制器构件的透视图。

图4是安装在岩石锚杆的尾端中的图3的限制器构件的透视图。

图5是图4的布置结构的截面图。

图6示出了安装了根据本发明的限制器构件的一个部件的岩石锚杆的尾端。

图7示出了图6的布置结构，其中限制构件的第二部件被定位以用于安装。

图8是图7的布置结构的截面图。

图9和10是图3的限制构件的分离部件的透视图。

图11是根据本发明的另一实施例的限制器构件的透视和分解图。

图12是安装在岩石锚杆中的图11的限制器构件的截面图。

图13示出了杆的带有通过模锻而附接的金属箍的那一段。

具体实施方式

图1是与根据本发明的限制器构件一起使用的示例岩石锚杆的透视图。岩石锚杆10包括伸长的、通常为圆形的管11，管11包括纵向裂缝12，该纵向裂缝12使得管11能够径向扩展。管11具有前端13和尾端14。扩展器机构15被设置在管11内，处在前端13区域中，并且可操作用以施加趋向于使管11的至少前端13径向扩展的负荷。扩展器机构15能够采取任何适当的形式，并且包括楔形布置结构，该楔形布置结构包括至少一对楔元件，该至少一对楔元件随着它们相对于彼此移动而扩展。

岩石锚杆10还包括杆16，所述杆16被纵向地设置在管11内，并且所述杆16在一端处与扩展器机构15连接，而在另一端处与整体由标识符17指示的锚固布置结构连接。在岩石锚杆的一些形式中，杆16的连接至锚固布置结构17的端部通过楔形布置结构连接。

锚固布置结构包括被焊接至管11的尾端14的环18、垫圈19、被拧到杆16的尾端上的螺母20、以及定中插塞21。螺母20是盲孔螺母，该盲孔螺母被拧到杆16的端部上，但是一旦螺母20完全旋转到杆的端部上，螺母将不再相对于杆16进一步旋转。因此，螺母20的进一步旋转导致杆16旋转。为了进一步的附接安全性，螺母20能够被胶粘至杆16的端部。

在所示的岩石锚杆10中，螺母20在一个方向上的旋转使杆16在引起扩展器机构15扩展的方向上旋转。岩石锚杆的可替代形式能够包括缆索而非刚性杆16，并且在那些布置结构中，通过向缆索施加拉力而使扩展器机构15扩展。

在图1中未示出岩板，岩板通常将座靠在环18的面对岩层的侧面上并且支承顶靠在岩石锚杆10已经安装到的岩层的端面上。岩板将由岩石锚杆施加至该岩板的负荷分散在与岩石锚杆10安装到其中的钻孔的开口紧邻的岩壁上。

在图2中示出岩石锚杆10的截面图，并且该图也示出关于这些岩石锚杆的使用已经遇到的问题。在图2中，扩展机构被示出包括一对楔元件25和26。楔元件25以螺纹接合方式连接至杆16，而楔元件26诸如通过焊接而固定至管11的内侧表面。应明白，在图2的岩石锚杆10的定向中，楔元件25相对于楔元件26向下移动将导致扩展器机构15扩展，从而引起管11至少在扩展器机构15的区域中径向扩展。通过旋转螺母20来使杆16旋转，从而使楔元件25相对于楔元件26向下移动。楔元件25和26之间的相互作用防止元件25与杆16一起旋转。

图2还示出座靠在环18的内侧表面上的岩板27。图2中所示的焊接处于环18和管11之间。已经关于图1描述且在图2中出现的其它特征保留相同的附图标记。

图2的岩石锚杆10的截面图是从图1中所示的修改的，以示出岩石锚杆10在三个的位置处的断裂。首先，管11已经邻近环18断裂。其次，杆16已经断裂，并且现在包括分离的前部29和尾部30。第三，管11已经邻近杆部分29的自由端断裂。这种断裂通常在杆16断裂时发生。由于第一和第二断裂，所以包括杆16的尾部30、锚固机构17、管11的小部分31以及岩板27的岩石锚杆10的那一部分都能够在负荷下从岩石锚杆10插入其内的钻孔32弹出。

应明白，尽管管11在两个位置处断裂，但是在断裂之间的管11的部分33在钻孔32内保持在适当位置而不被弹出，这是因为管11的该部分33与钻孔32的内部表面保持摩擦接触。

杆16的断裂能够发生在沿着杆16的长度的任何部位处。然而，已经发现管11的断裂发生在管的已经通过将环18焊接至管的动作(action)而弱化的区域中。该动作通常以弱化该区域中的管的强度的方式来改变与环18相邻的管11的强度。弱化作为在焊接期间产生的热的结果而发生，并且该区域也被称为“热影响区域”。热影响区域通常将发生在环18的约20mm内。

本发明在于一种采用限制器构件的岩石锚杆，并且在图3中示出该构件的一种形式。限制器构件35以两个部件36和37的形式形成，并且包括从部件36突出的一体的突出部38。除了突出部38之外，限制器构件35如图所示为部分圆筒形(part cylindrical)，但是在本发明的其它形式中，限制器构件35能够是非圆筒形管状的。限制器构件35为圆筒形(除了突出部之外)，以适配限制器构件35要插入到其中的管11的内径。

限制器构件35还包括中心孔39，该中心孔39具有与本发明对其应用的岩石锚杆的杆的外径基本相同的直径。同样地，孔的形状能够与图3中所示的不同，从而适配非圆形的杆，诸如正方形或者六边形的杆。

图4在透视图中示出了根据本发明的岩石锚杆40的尾端，并且示出了延伸穿过管42的纵向裂缝41的突出部38。岩石锚杆40包括环43、垫圈44和螺母45，所述环43、垫圈44和螺母45与岩石锚杆10的相同特征具有相同的操作。

图5在截面图中示出图4的布置结构，并且该图还示出限制器构件35绕杆47的紧配合。绕杆47的配合是紧密的，但是不防止杆47在需要使岩石锚杆10的楔元件25相对于楔元件26移动以使扩展器机构15扩展时旋转。限制器构件35能够绕杆47松配合，或者如图所示紧密配合。紧密配合是优选的。图5还示出了限制器构件35的外表面与管42的内侧的面对表面形成接合。这种接合是可选的，但是如果提供，则优选的是显著的摩擦接合。

当比较图2和5的岩石锚杆时，能够看出限制器构件35延伸远超过这样的部位，即：在该部位处，管11已经在附图标记31处断裂。在所示实施例中，限制器构件在弱化区域的任一侧上延伸，但是在可替代实施例中，限制器构件能够仅在弱化区域的朝向管的前端13的一侧上延伸。限制器构件能够与环18或者43间隔开，诸如与环间隔开最多约650mm。

此外，对于全部或者至少大部分长度，限制器构件35与管42的内侧表面摩擦接合地延伸。因而，限制器构件35在管的弱化区域或者热影响区域(在图4中标以HAZ)以内并且远超过该弱化区域或热影响区域接合管42的内侧表面。

限制器构件35的所示形式还包括突出部38，用于限制岩石锚杆40的尾端从钻孔弹出。突出部38被形成为摩擦接合岩石锚杆40插入到其中的钻孔的内侧表面。突出部38具有包括多个倒钩46的轮廓，所述多个倒钩增强与钻孔壁(图2中的壁32)的摩擦接合。倒钩46横跨突出部38侧向地延伸，并且倾斜，使得限制器构件在弹出方向上的移动导致倒钩46趋向于在该移动发生时夹紧或者咬入到钻孔壁中。

图5还示出在限制器构件35以内的杆47的一段上形成在杆47的外表面上的突肋49。突肋49已经被从杆的限制器构件绕着安装的那一段移除，并且这允许突肋49形成邻靠部，限制器构件35的前端能够在岩石锚杆的安装状态下邻靠在该邻靠部上。通过该邻靠，限制了杆47的弹出，同时限制器构件35保持稳固地固定为与管42的内侧表面以及与岩石锚杆40安装在其中的钻孔的壁表面32处于摩擦接合。在管42的内侧表面与限制器构件35的面对表面之间的，以及在限制器构件35的孔39与杆47之间的配合的紧密度优选地足以使突肋49在岩石锚杆40的操作期间不会推入到孔39中。如上所述，能够采用其它形式的邻靠部。

因而，在所示意的布置结构中，与杆16的断裂结合的在HAZ区域处的断裂不会使管42的尾端以及在该尾端处的部件和附件从钻孔弹出。相反，限制器构件35维持在HAZ以内的管42的内侧表面和杆16之间的摩擦连接，以及与壁表面32的摩擦连接，使得杆部分30及相关联的部件和附件的弹出受到抵抗并且最优选地受到限制。

为了易于安装，限制器构件35的两部件式布置结构是优选的。参考图6和7，当杆47未被完全插入到管42中时，第一部件36绕杆47安装到管42中。部件36更容易地首先安装到管42中，因为如果限制器构件35形成为单件，则难以经过环43将突出部38插入。应明白，如果限制器构件35完全形成为圆筒，则构件的插入的难度不是那么难。然而，当包括突出部时，两部件式构造是优选。

在如图6中所示地将第一部件36插入到管42中的情况下，能够安装第二部件37，并且随后杆47能够被推入到管42中，从而采取图4中所示的位置。在图7中，示出了部件37被定位成在前端位于管42的开口52处并且尾端与凸缘53邻靠接合的情况下插入。随着杆47被推入，部件37被推入到管42中。

通过提供定位在环43的尾侧上的唇部或指部50，防止了部件36从图6的安装位置移动。图8在截面图中示出了图6的布置结构，并且示出了环43座置在与指部50相邻的凹槽51中。

此外，由于在第一部件36和第二部件37之间的倾斜接合表面，所以第二部件37不接合第一部件36，直到接近部件37完全插入到管42中为止。图9和10分开地示出第一部件36和第二部件37，并且示出了相应的倾斜接合表面54和55，倾斜接合表面54和55在第一部件36和第二部件37的接合形式中形成倾斜接合线56(参见图3)。在这些图中示出接合表面54和55是平滑的，但是在本发明的其它形式中，那些表面能够是粗糙的，用以促进部件36和37之间的更牢固接合。可替代地，所述表面中的一个表面54或55能够包括浅凹和其它突出部，使得所述浅凹和突出部在部件36和37的连接形式中匹配。更进一步地，为了接合的目的，表面54和55能够带台阶或者以其它方式成形。

在图11中示意了本发明的可替代布置机构，其中限制器构件以两部件的形式形成。在该图中，限制器构件60包括在图11中形成为圆筒61的第一部件，该圆筒61为完全圆筒(complete cylinder)并且包括中心且圆形的孔62。圆筒61包括一对间隔开的开口63，从突出部66的底侧65延伸的卡扣连接器64能够进入到所述一对间隔开的开口63中并且被卡扣在其中。突出部66包括在早前的图中示出为倒钩46的类型的一组倒钩67。倒钩67以与倒钩46相同的方式操作，用以接合钻孔壁的壁表面。

图12示出了岩石锚杆的尾端的截面图，限制器构件60已经配合到该岩石锚杆。为了清楚的目的，在钻孔的外侧示出图12的图示。

图12示出了管70，该管70像早前的管11和52那样包括纵向裂缝，突出部穿过所述纵向裂缝延伸。杆71纵向地设置在管70内，并且延伸至包括螺母72的锚固布置结构。杆71延伸穿过垫圈73以及被焊接至管70的外侧表面的环74。螺母72、垫圈73和环74中的每一个都根据早前实施例的等同特征操作。

限制器构件60的圆筒61绕杆71的尾部设置。与图5的布置结构不同，杆71的突肋75没有在限制器构件60的区域中移除，相反，突肋75沿着杆71继续延伸至杆的端部，并且在限制器构件60和杆71之间的邻靠通过模锻(swage)到杆71上的模锻金属箍76来提供。图13示意了杆71的金属箍76模锻到其处的部分。金属箍76能够例如是模锻到杆71的如图所示的适当位置中的一段长度的管(例如，30mm)。

插入在金属箍76和圆筒61的面对端77之间的是垫圈78。圆筒61的相对端79被示出与垫圈73接合。

图12示出了与圆筒61连接配合的突出部66。从图11和12中能够看出，卡扣连接器64具有颈部80和头部81，头部81在中央裂开。连接器64还是弹性的，使得颈部和头部的相对侧能够随着连接器64穿过较小直径区段D₁进入开口63而朝着彼此向内偏移，并且然后能够张开、展开或向外偏移，使得头部81偏移到开口63的较大直径区段D₂中。这将头部81卡扣在较大直径区段D₂中，并且将突出部66固定至圆筒61。

图11至13所示的布置结构提供了将限制器构件60配合在适当位置的可替代布置结构。那些图的布置结构允许在金属箍76被模锻到杆71上之前或之后将圆筒61配合至杆71，并且一旦配合，杆71和相关联的部件就能够被完全插入到管70中。如果圆筒61的外径稍微小于管70的内径，则杆及其相关联的部件的插入将不存在阻力。对于圆筒61的外径的替代是与管70的内径轻微摩擦配合，或者甚至是的过盈配合，并且在那些情况下，将需要将圆筒61强制推入到管70中。

一旦杆71已经被定位在管70内，就能够通过将卡扣连接器64插入到开口63中而将突出部66配合至圆筒61。一旦连接器64张开或者向外展开，使得头部81移动到开口63的较大直径D₂，突出部66就被稳固地连接至圆筒61。

图12的组件然后能够被插入到钻凿到岩层中的钻孔中，并且当突出部66的外部带倒钩的表面67接合面对的钻孔壁时，其将趋向于将圆筒61朝向管70的相对内表面推动并将增加在圆筒61和管70之间的摩擦接合。因此，在突出部66的倒钩表面67和钻孔壁的面对表面之间将存在摩擦阻力，并且在圆筒61和管70的内侧表面之间将存在摩擦接合。所有的阻力都将趋向于在杆71和管70两者都断裂时抵抗杆71的一部分以及螺母72、垫圈73和环74的弹出。

在关于限制器构件35的两部件式构造的讨论之后，将容易理解的是，圆筒61也能够形成为多个部件，所述多个部件形成完整的圆筒61或者部分圆筒。

此外，将容易理解的是，卡扣连接器64仅是突出部66能够被连接至圆筒61的一种方法，并且能够采用诸如在上文中讨论的其它布置结构。

除了特别描述的那些之外，本文所述的发明可允许多种变体、改型和/或添加，并且应理解，本发明包括落入本公开的精神和范围内的所有这些变型、改型和/或添加。

Claims (24)

1.一种用于摩擦接合钻凿到岩层中的钻孔的内表面的摩擦锚杆，所述摩擦锚杆包括：

伸长的、大致圆形的管，所述管纵向裂开以便径向扩展，且所述管具有前端和尾端以及扩展器机构，所述扩展器机构设置在所述管内，处在所述前端的区域中，用以施加趋向于使所述管的至少一部分径向扩展的负荷；

伸长的杆或缆索，所述杆或缆索纵向地设置在所述管内，并且在所述杆或缆索的第一端处或朝向所述杆或缆索的第一端与所述扩展器机构连接，且在所述杆或缆索的相对的第二端处或朝向所述杆或缆索的相对的第二端与定位在所述管的所述尾端处的锚固布置结构连接；

环，所述环被焊接至所述管的所述尾端，并且所述杆或缆索穿过所述环超过所述管的所述尾端延伸，与所述锚固布置结构连接，限制器构件与所述环相邻地设置在所述管内，所述限制器构件至少部分地绕所述杆或缆索延伸并且与所述杆或缆索接合；

所述管具有与所述环相邻的弱化区域，并且所述限制器构件在所述管内在所述管的所述前端的方向上纵向延伸越过所述弱化区域；

所述限制器构件包括突出部，所述突出部突出穿过所述管的纵向裂缝，用以接合钻孔的面对壁，所述岩石锚杆插入到所述钻孔中。

2.根据权利要求1所述的摩擦锚杆，所述突出部沿着所述纵向裂缝纵向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦锚杆，所述突出部包括这样的轮廓，即：所述轮廓具有横跨所述突出部侧向延伸的突肋或倒钩。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件以在40mm和300mm之间的量延伸越过所述弱化区域。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件的长度为从约50mm至约300mm。

6.根据权利要求5所述的摩擦锚杆，所述限制器构件的长度约为150mm。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件是管状的，并且包括中心孔，用以接纳所述杆或缆索。

8.根据权利要求7所述的摩擦锚杆，所述限制器构件是圆筒形的。

9.根据权利要求7或8所述的摩擦锚杆，在所述管插入到所述钻孔中之前，所述限制器构件具有接近或等于所述管的内径的直径。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件与越过所述弱化区域的所述管的内侧表面接合，以在所述限制器构件和越过所述弱化区域的所述管的内侧表面之间产生足够的拖曳，使得在所述管在所述弱化区域中断裂并且所述杆或缆索断裂而形成前杆或前缆索部分和尾杆或尾缆索部分时，所述限制器构件抑制所述尾杆或尾缆索部分从所述岩石锚杆弹出。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件是管状的，并且包括中心孔，用以接纳所述杆或缆索，并且所述限制器构件包括狭槽或狭缝，所述狭槽或狭缝在该部件的外侧表面和所述中心孔之间纵向穿过所述限制器构件的长度。

12.根据权利要求1至10中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件形成为两个分离的部件。

13.根据权利要求12所述的摩擦锚杆，所述两个部件在安装到管中时接合，并且所述接合沿着在所述杆或缆索的任一侧上的所述两个部件的倾斜或成角度的面进行。

14.根据权利要求13所述的摩擦锚杆，所述接合形成楔形接合。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的摩擦锚杆，所述第一和第二部件中的一个或两个包括位于其尾端处的唇部或指部，当所述限制器构件被完全装入时，所述唇部或指部定位于所述岩石锚杆的所述环的与所述限制器构件的其余部分相反的一侧上。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的摩擦锚杆，所述第一和第二部件中的一个或两个包括位于其尾端处的环形凹槽或通道，所述岩石锚杆的所述环能够座置在所述环形凹槽或通道中。

17.根据权利要求1至15中的任一项所述的摩擦锚杆，所述管向内变形，以形成凹痕，所述凹痕推进到所述限制器构件的侧壁中。

18.根据权利要求1至17中的任一项所述的摩擦锚杆，所述杆包括沿着所述杆的长度的表面突肋或螺纹，所述表面突肋或螺纹在所述杆的所述限制器构件绕着安装的那一段中被移除。

19.根据权利要求18所述的摩擦锚杆，与所述限制器构件的所述前端相邻的所述杆的所述突肋或螺纹形成邻靠部，所述限制器构件的所述前端邻靠在所述邻靠部上。

20.根据权利要求1至19中的任一项所述的摩擦锚杆，所述限制器构件形成为两个部件，其中第一部件是本体，并且第二部件是所述突出部。

21.根据权利要求20所述的摩擦锚杆，所述本体和所述突出部包括将所述本体和所述突出部连接在一起的协作配合的连接器。

22.根据权利要求21所述的摩擦锚杆，所述本体包括开口或多个开口，用以接纳形成为从所述突出部的底侧延伸的销或多个销或类似件。

23.根据权利要求22所述的摩擦锚杆，所述多个销被形成用以提供与所述本体的卡扣连接。

24.一种与摩擦锚杆一起使用的限制器构件，所述摩擦锚杆用于摩擦接合钻凿到岩层中的钻孔的内表面，所述摩擦锚杆包括：

伸长的、大致圆形的管，所述管纵向裂开以便径向扩展，且所述管具有前端和尾端以及扩展器机构，所述扩展器机构设置在所述管内，处在所述前端的区域中，用以施加趋向于使所述管的至少一部分径向扩展的负荷；

伸长的杆或缆索，所述杆或缆索纵向地设置在所述管内，并且在所述杆或缆索的第一端处或朝向所述杆或缆索的第一端与所述扩展器机构连接，且在所述杆或缆索的相对的第二端处或朝向所述杆或缆索的相对的第二端与定位在所述管的所述尾端处的锚固布置结构连接；

环，所述环被焊接至所述管的所述尾端，并且所述杆或缆索穿过所述环超过所述管的所述尾端延伸，与所述锚固布置结构连接，所述管具有与所述环相邻的弱化区域；

所述限制器构件被布置用于与所述环相邻地插入到所述管中，以在所述管内在所述管的所述前端的方向上纵向延伸越过所述弱化区域并且绕所述杆或缆索延伸，并且与所述杆或缆索接合，

所述限制器构件包括突出部，所述突出部突出穿过所述管的纵向裂缝，用以与钻孔的面对壁接合，所述岩石锚杆插入到所述钻孔中。