CN108291445B - 摩擦锚杆 - Google Patents

Abstract

一种摩擦锚杆组件，其用以摩擦地接合在岩层中形成的钻孔。该组件包括伸长管和经由伸长杆或缆索由锚固器机构作用的扩展器机构。保持器机构被安装用以在所述杆或缆索断裂时在所述杆或缆索和所述管之间作用，以防止所述杆或缆索从所述组件弹出。

Description

摩擦锚杆

技术领域

本发明涉及在岩层中使用以稳定岩层以免破裂或坍塌的摩擦锚杆组件，并且特别地但非排它地涉及一种摩擦锚杆，该摩擦锚杆构造用以在锚杆的部分响应于拉伸力和/或剪切力断裂将锚杆的所有部件都保持在所述组件内。

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扩展锚杆的部分以提供抵靠钻孔表面的摩擦锁定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，其中扩展器机构定位于管内，通常朝向被首先插入在岩层或者岩壁中的钻凿出来的钻孔内的管的前端。扩展器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，使得通过拉动或者旋转缆索或杆，实现扩展器机构的扩展。

被钻凿到岩层中的钻孔的直径趋向于比管的外径小，使得管在使锚杆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，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不同。包括大体上圆形的管以容纳伸长的摩擦锚杆的示例性摩擦锚杆组件在WO 2010/104460、US4,859,118和AU 2012-209052中进行了描述。

树脂锚固的锚杆通常包括树脂筒，在锚杆插入之前，该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，所以可能不便进出树脂筒所要插入的钻孔。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的锚杆廉价，但是水泥的应用比树脂的应用更费力。水泥灌浆需要水泥混合设备以及泵送和输送设备，用以将混合后的水泥输送到钻孔中。

树脂或者水泥锚固的岩石锚杆通常锚固在钻孔中，用以与摩擦岩石锚杆相比提供更大水平的岩石加固或者稳定作用，这是因为与摩擦岩石锚杆的摩擦接合相比，通常在钻孔壁和树脂或者水泥之间具有更好的结合作用。而且，水泥锚固的岩石锚杆通常能够沿岩石锚杆和钻孔壁的全部长度实现结合。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具有吸引力。

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失效。失效能够是拉伸或者剪切失效，或者失效能够是拉伸和剪切失效的组合。在扩展岩石锚杆中，锚杆能够由于管破裂而失效。只要锚杆的杆或缆索不是也失效，则通常能够容忍这种失效。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)两者都失效，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)锚固器机构和岩板。另外，弹出的那一段中还能够包括其它附件。因此，所需要的是解决这些问题的摩擦锚杆组件。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦锚杆组件，其构造用以在组件的部分断裂时防止组件的至少一部分且特别是该组件的向后端部部分在负荷的作用下弹出。因此，具体目的是提供一种减少人员的安全危险和岩石锚杆附近的设备损坏的可能性的摩擦锚杆组件。

本发明的另一个具体目的是提供一种岩石锚杆组件，其构造成经由一个或多个机构保持组件的断裂或破裂的部件，该组件在使用期间不要求组件的管部分被置于轴向张力下，这否则可能导致管破裂或裂开且在使用中从岩层钻孔中弹出。因此，具体目的是提供这样一种岩石锚杆组件，在该组件中，置于拉伸负荷下的仅有的部件包括在岩石锚杆组件内轴向地延伸的杆或缆索。

另一个目的是提供用以保持岩石锚杆组件的断裂或破裂的部件的保持机构，其作为保持器机构的组成部分独立于岩层起作用并且因此不依赖于岩层。具体目的是提供一种具有自立的和自身起作用的保持器机构的岩石锚杆组件，该组件消除了对于与包围摩擦锚杆组件的岩层相协作配合的需要。这种布置结构适合于为组件的可能由于在拉伸负荷和/或剪切负荷下断裂而破裂或分离的任何部件提供可靠的保持作用。

进一步的目的是提供一种岩石锚杆组件，其在使用时且特别是紧接在初始安装之后沿着组件的长度轴向地分布负载力。特别地是，具体目的是经由杆的初始拉伸负荷的分布减小杆内的拉伸力，以消除或减小杆的轴向伸长并且因此维持组件的有效性，以稳定岩层，使之免于破裂或坍塌。

这些目的部分地是通过作用在组件的管部分和组件的杆或缆索部分之间的保持器机构来实现的。这些目的也部分地是通过形成岩石锚杆组件的一部分的锚固器机构来实现的，该锚固器机构构造成接合包围岩石锚杆所插入的并且固定到内的钻孔的敞开端的岩层，其未将管置于张力下，这否则将增加管响应于包围岩石锚杆的岩层的移动而裂开、裂缝或失效的敏感性。

另外，这些目的通过提供用于将负荷从杆传递到径向外管使得杆内的拉伸力可以分布到管上(并且与管共享)的装置来实现。这种布置结构有利于减小组件的特定区域的负荷并且轴向地沿着组件的长度有效地分布负荷力。这部分地是经由保持器机构的一部分来实现的，该保持器机构的这一部分径向地定位在杆和管之间并且处在杆和管的轴向向后区域处，以便与位于组件的轴向前端处的主要的扩展器机构轴向地分离。

根据本发明的第一方面，提供了一种摩擦锚杆组件，该摩擦锚杆组件摩擦地接合形成在岩层中的钻孔的内表面，该组件包括：伸长的管，其具有前端和尾端；扩展器机构，其定位在管内并且朝向所述前端或在所述前端处定位并且构造用以向管施加径向扩展力，以将组件固定到岩层；伸长的杆或缆索，其在管内纵向地延伸并且在第一端处或朝向第一端连接到扩展器机构并且在第二端处或朝向第二端连接到锚固器机构，该锚固器机构定位在管的尾端或朝向管的尾端定位；保持器机构，其作用在管和杆或缆索之间，使得如果杆或缆索断裂，防止至少杆或缆索的长度部分从组件弹出；锚固器机构包括固定装置，其能够在杆或缆索的所述第二端处或朝向杆或缆索的所述第二端安装并且构造成抵靠管的尾端支承，通过调节在杆或缆索中产生张力，以作用于扩展器机构上并且产生径向扩展力；其特征在于：固定装置的至少一部分径向地向外突出超过管或附接到管的外部区域的部件，以便能够在围绕钻孔的外端的区域处抵靠岩层支承。

优选地是，固定装置包括螺母和径向地向外延伸超出管的凸缘，该凸缘构造成抵靠岩层支承。可选地是，螺母和凸缘非一体地形成，以便相对于彼此且相对于伸长的管是分离的部件。可选地是，螺母固定到杆或缆索的第二端，使得螺母的旋转提供杆或缆索的相应旋转。可选地是，根据另外的实现形式，螺母经由相协作配合的螺纹固定到杆或缆索的第二端，以允许杆或缆索经由螺母的旋转而轴向地移动。

优选地是，凸缘形成为能够被轴向地卡在螺母和管的环形尾端之间的环形垫圈。重要地是，环形垫圈形式的凸缘不通过焊接、粘合剂或其它机械附接装置机械地固定到管并且仅经由通过螺母与杆或缆索接合以便抵靠管的尾端将凸缘支承在合适位置上而在组件处可拆卸。这样的实施方式有利于避免当凸缘被由岩层的变化和迁移产生的轴向扩展力加载时拉伸负荷传递穿过管。

优选地是，凸缘和螺母非一体地形成；螺母直接地联接到杆或缆索；并且凸缘轴向地定位在螺母和管的尾端之间。优选地是，凸缘包括邻接部表面，该邻接部表面从管径向地向外延伸并且具有大体上面向管的前端的至少一部分，该邻接部表面能够由岩板接合，以从凸缘径向地向外延伸并且在围绕钻孔的所述外端的所述区域处抵靠岩层支承。因此，凸缘的径向外侧区域被暴露出来并且是可接近的，以与环形岩板的径向内部部分接触。根据一些实现形式，凸缘的尺寸可设定成直接抵靠包围钻孔的岩石表面定位，以避免对于分离的岩板的需要。可选地是，凸缘是环形的，为平垫圈的形式。可选地是，凸缘可具有弯曲的、成角度的或曲线的区域，以提供带轮廓的非平面的凸缘。

可选地是，凸缘的径向地向外突出超出管的外表面的那一区域包括近似地等于或大于凸缘在管和杆或缆索之间径向地向内延伸的距离的径向长度。可选地是，凸缘从管径向地向外延伸的距离大于杆或缆索的径向厚度的一半。可选地是，凸缘径向地向外突出超出固定到管的径向面向外的表面的环或轴套，使得凸缘径向地向外突出并超出环并且能够接触岩板的径向内部部分。这样的布置结构有利于在岩石锚杆被固定并锚固在钻孔内时防止管被置于拉伸负荷下。

优选地是，保持器机构包括：支座，其附接在管的尾端处或朝向管的尾端附接；以及衔接器，其在支座和杆或缆索的所述第一端的轴向中间设置在杆或缆索处；其中，衔接器构造成在杆或缆索断裂时径向地接合支座，以防止杆或缆索从组件弹出。支座和衔接器包括构造成径向地重叠以阻止杆或缆索相对于管向后移动的部分。

优选地是，保持器机构还包括径向地定位在杆和管的内表面之间的限制器；并且衔接器构造成径向地接合限制器，并且限制器构造成在杆或缆索断裂时径向地接合支座，以防止杆或缆索从组件弹出。限制器径向地和轴向地定位在衔接器和支座之间，使得杆或缆索的向后区域的轴向保持由衔接器、限制器和支座之间的径向和轴向邻接和摩擦接触产生。可选地是，限制器不是刚性地安装到管或杆或缆索上的并且仅经由相应的部件的紧密摩擦配合而围绕杆或缆索保持在适当位置上。因此，限制器具有一定的相对于管和杆或缆索的轴向移动程度。

可选地是，限制器是具有中心钻孔以接纳杆或缆索的轴套。可选地是，限制器形成为单个部件，该单个部件可以被纵向地裂开，以便允许限制器扩展和收缩。根据另外的实现形式，限制器可形成为两部分部件，该两部分被轴向地分开。可选地是，限制器周向地被分成两段，该两段可以在管内部独立地被插入和移除，以便围绕杆或缆索并且抵靠管的径向面向内的表面居中和定位。这样的布置结构有利于摩擦锚杆的初始组装和安装。在限制器形成为单个部件的情况下，限制器可以包括至少一个可移的动突出部、翼片、闩锁或凸耳。可选地是，限制器包括径向地向外突出超过管的倒钩，以接合径向地在外部安装在管处的支座。可选地是，倒钩与限制器一体地形成并且铰接地安装在限制器的主体处，以便能够径向压缩和扩展，以延伸超出管的外表面或者被压缩而径向地定位在管内。这样的布置结构有利于方便保持器机构作为摩擦锚杆的一部分的初始组装。可选地是，限制器可以包括形成在限制器的径向面向外的表面中的凹口，用以径向地接纳支座的至少一部分。可选地是，限制器可以包括径向地面向内的圆锥形或渐缩表面，以由衔接器接合。因此，限制器的径向厚度可以从向后端到向前段减小。限制器的圆锥形或渐缩表面构造用以在杆或缆索断裂且衔接器被迫轴向地且径向地抵靠限制器时，提供与固定到杆或缆索的区域的衔接器的干涉锁定。

可选地是，衔接器可包括从杆或缆索径向地向外突出的凸肋。可选地是，凸肋可以大体上在杆或缆索的长度的大部分上延伸。可选地是，杆或缆索的向后部分可以没有凸肋并且包括大体上光滑的圆柱形外表面。杆可以包括传统的带凸肋的或部分带凸肋的钢筋，如本领域技术人员将理解的。

有利地是，当杆经由锚固器机构被置于张力下时，杆的带凸肋的部分轴向地向后移位，使得径向地突出的凸肋在限制器下方经过，造成它径向地扩展。该扩展增加了限制器的径向面向外的表面和管的面向内的表面之间的摩擦接触，使得管将开始共享由岩石施加到杆上的负荷。因此，施加到轴向地向前的扩展器机构的最大负荷减小。这减小了扩展器机构失效的风险(由于防止了楔形部轴向地经过超出彼此)。由限制器的径向扩展施加(经由管)的另外的负荷由管的面向外的表面和组件所嵌入的岩石之间的摩擦承受。该负荷分布在由岩石施加的负荷明显地超过杆的强度的区域处是有益的。否则，在这种高负荷下，杆将是伸长的并且减小组件的用以稳定岩层免于破裂或坍塌的有效性。由于负荷经由轴向地向后的限制器分布到管上(经由在限制器的径向内侧区域处与杆的带凸肋的部分接触而产生的径向扩展)，减小了杆伸长的可能性(或幅度)。

可选地是，衔接器包括附接到杆或缆索的楔形部或套箍。可选地是，楔形部包括圆锥形的或渐缩的径向面向外的表面，以便与限制器的圆锥形或渐缩表面相协作配合，以便提供衔接器和限制器之间的干涉摩擦配合。这样的布置结构是有利的，因为杆或缆索和限制器之间的摩擦锁定的强度通过衔接器和限制器的相协作配合的邻接部表面的形状轮廓而得到了提高。

可选地是，支座包括从管径向地向内突出的翼片。可选地是，管包括纵向地延伸以便能够径向扩展和收缩的裂缝。根据这种实现形式，支座可以形成为在裂缝内延伸和固定以便形成桥接部的桥接翼片。根据这种实施方式，管的向后区域围绕轴线连续地延伸。这样的布置结构有利于在尾端处对管进行加固。可选地是，支座形成为具有通过焊接而固定到管的向后半部和径向地向内朝向杆或缆索弯曲的向前半部的金属翼片。

可选地是，支座包括附接到管并且能够与衔接器或限制器的至少一部分径向地接合的带或环。可选地是，带或环可以附接到管的径向内侧表面或径向外侧表面。在支座包括附接到杆的外表面的带或环的情况下，支座包括径向地向外突出超出管壁以便径向地重叠到带或环上的倒钩。

可选地是，扩展器机构包括安装在杆或缆索的所述第一端处的第一楔形部和固定到管的径向面向内的表面的第二楔形部。可选地是，第一楔形部通过协作配合的螺纹而被安装在杆或缆索处，使得第一楔形部能够经由杆或缆索在第一楔形部的内部钻孔内的旋转而沿着杆或缆索的轴向地移动。这样的布置结构包括具有固定装置的杆或缆索，且特别是具有刚性地安装到杆或缆索的第二端的螺母的杆或缆索。可选地是，第一楔形部可以不可移动地安装在杆或缆索处，使得固定装置的螺母经由协作配合的螺纹而旋转地安装在杆或缆索的第二端处。可选地是，扩展器机构可以包括附接到杆或缆索的一个或多个楔形部和附接到管的一个或多个楔形部。

优选地是，扩展器机构在内部被安装在管内并且不从管的前端突出。这样的布置结构对于将摩擦锚杆可靠地安装到钻孔内是有利的且有利于避免当摩擦锚杆经由机械加载设备(比如气动或液压冲击锤)被装载到钻孔内时的意外错位或对扩展器机构的损坏。

附图说明

现在将仅通过举例并且参考附图来说明本发明的具体实现形式，在附图中：

图1A是根据本发明的具体实现形式的、构造用于锚固安装在形成于岩层中的钻孔内的摩擦岩石锚杆组件的局部横截面图；

图1B是根据本发明的具体实现形式的、构造用于锚固安装在形成于岩层中的钻孔内的根据另外的实施方式的摩擦岩石锚杆组件的局部横截面图；

图2是图1A的岩石锚杆组件的管部分的尾端的透视图；

图3是穿过图1B的岩石锚杆组件的A-A的横截面图；

图4是根据本发明的另外的具体实现形式的摩擦岩石锚杆组件的尾端部分的局部横截面图；

图5是根据本发明的另外的具体实现形式的摩擦岩石锚杆组件的尾端部分的局部横截面图；

图6是图5的岩石锚杆组件的限制器部分的透视图；

图7是穿过图5的岩石锚杆组件的B-B的横截面图；

图8是图6的限制器部分形成为两件式部件的另外的具体实现形式；

图9A是根据本发明的另外的具体实现形式的摩擦岩石锚杆组件的尾端部分的局部横截面图；

图9B是根据本发明的另外的具体实现形式的摩擦岩石锚杆组件的尾端部分的局部横截面图。

具体实施方式

参考图1A，摩擦岩石锚杆组件10构造成安装并固定于在岩层15内延伸的钻孔36内。摩擦锚杆10通常是伸长的，其以纵向轴线52为中心并且主要地包括轴向地裂开的伸长的管25；总的由参考符号11标示的扩展器机构；总的由参考符号13标示的保持器机构和总的由参考符号12标示的锚固器机构。扩展器机构11朝向管25的前端16安装，而保持器机构13和锚固器机构12朝向管25的尾端41定位。特别地是，锚固器机构12从管25向后突出并且邻近包围钻孔的敞开端的岩层15的表面35定位在钻孔36的敞开端处并且从钻孔36的该敞开端延伸。

根据具体的实现方式，扩展器机构11由一对协作配合的楔形部14、17形成。第一楔形部14通常形成为具有内部钻孔的轴套，该内部钻孔具有径向地面向内的螺纹，以与设置在伸长杆22的第一端21处的相应的螺纹20接合和协作配合，该伸长杆22轴向地穿过管25从管尾端41延伸到管前端16。第一楔形部14因此在杆22处经由相应的螺纹是轴向地可调节的。第二楔形部17在朝向管前端16的位置处刚性地安装到管25的面向内的表面26。第一和第二楔形部14、17各自包括横向于轴线52对准的相应的接合表面18、19。因此，通过第一楔形部14沿杆22的线性轴向调节，第一楔形部14的接合表面18邻接第二楔形部17的接合表面19，以便迫使第一楔形部14从轴线52径向地向外并且抵靠管内表面26。扩展器机构11的径向扩展用于迫使管25径向地向外抵靠钻孔36的面向内的表面并使管25径向地向外抵靠钻孔36的面向内的表面变形，以便将摩擦锚杆组件10锁定在钻孔36内。

第一楔形部14的线性轴向移动由锚固器机构12提供，该锚固器机构12包括刚性地安装或结合到杆22的第二端40的螺母32。因此，螺母32围绕轴线52的旋转提供了螺纹20的相应旋转，这又朝向管尾端41拉动第一楔形部14，以提供径向扩展力。锚固器机构12还包括垫片31(可替代是称为垫圈)，该垫片具有中心孔33，以在第二端40处绕着和围绕杆22定位。垫圈31与螺母32、管25和锚杆组件10的其它部件非一体地形成，以便是独立的部件。垫圈31从杆22和管25径向地向外突出，使得通常朝向管前端16轴向地定向的邻接部表面37径向地向外延伸超出管25的径向地面向外的表面54。根据具体实现形式，垫圈31和表面37以一定距离径向地向外延伸超出管外表面54，该距离近似地等于或大于垫圈31从管内表面26朝向以轴线52为中心的杆22径向地向内突出的相应的径向距离。正如将理解的那样，垫圈31径向地延伸超出管壁的距离可以改变和进行选择，以适合具体应用。因此，垫圈31在管尾端41和杆第二端40处提供径向地向外延伸的凸缘。垫圈31因此径向地向外延伸超出(在岩层15内形成的)钻孔36的直径，使得邻接部表面37的至少径向外部区域能够直接地或间接地抵抗径向地包围钻孔的敞开端的岩层表面35支承。

根据具体实现形式，摩擦岩石锚杆组件10包括总的由参考符号30表示的岩板，其形成为具有径向外部部分和相应的径向内部部分的带轮廓的大体上环形的垫圈。径向外部部分包括构造成抵靠岩层表面35定位的大体上环形的(或者，在其它情形中是矩形的)邻接部表面47，而内部部分以环形边缘48终止，该环形边缘限定具有略大于管25的直径但小于垫圈31的相应的直径的中心孔。特别地是，岩板30的径向内侧边缘48构造成邻接垫圈表面37，使得垫圈31经由岩板30抵靠岩层表面35支承。因此，垫圈31从管25径向地向外突出，以提供岩板30的径向内部部分和垫圈31的径向外部部分之间的合适的径向重叠，进而允许垫圈31抵靠岩板30支承，岩板30则又抵靠岩层表面35支承。根据具体实现形式，垫圈31径向地向外突出超过管25，以便代表在管尾端41处的岩石锚杆组件10的径向最外区域、部分或部件，其未永久地机械地附接到管25。根据具体实现形式，管尾端41没有在管外表面54处的外部定位的环或轴套，这否则可能阻碍或遮蔽垫圈邻接部表面37并且妨碍或抑制与岩板30的径向内侧边缘48的邻接配合。根据另外的实施方式，垫圈31可以构造成经由邻接部表面37和岩石表面35之间相应的邻接而直接抵靠岩层15定位。

摩擦锚杆组件10特别地是适合于在杆22失效(即，断裂)的情况下防止组件的部分在负荷下弹出，这否则将代表对工人明显的安全风险并且对组件10附近的设备造成损坏。杆22的失效可排它地或除从岩层15作用于摩擦锚杆组件10上的剪切力之外由锚固器机构12和扩展器机构11之间产生的拉伸负荷产生。杆22的拉伸负荷也可以由岩层15的纵向移位产生，岩层15的纵向移位又向后推动岩板30、垫圈31和螺母32。如果杆22断裂，则保持器机构13(被安装在管25的尾端处)构造成卡住与第一端21和扩展器机构11断开连接的杆22的尾端并且防止杆22的该长度部分从组件10弹出和分离。保持器机构13进一步有利于在杆22失效的情况下还防止锚固器机构12的全部或一部分从组件10弹出。保持器机构13通过提供设置在管25处的部件和杆22或固定到杆22的部件之间的协作配合的摩擦接合而起作用。根据具体实现形式，保持器机构13包括总的由参考符号29表示的、固定到管25的支座和呈凸肋23的形式的至少一个衔接器，该至少一个衔接器在杆的处在螺纹20(通常定位在杆第一端21处)和杆22的从第二端40延伸的向后部分24之间的长度部分上从杆22径向地向外突出。杆向后部分24没有凸肋23，以便限定出大体上光滑的圆柱形杆段。保持器机构13还包括具有中心钻孔34的限制器轴套27，该中心钻孔34的尺寸设定成用以接纳杆22的向后部分24，其中限制器27包括在杆部分24和管25处的内表面26之间径向地延伸的直径，以便在所有时间上(包括在操纵期间、在使用中以及在杆22失效的情况下)保持杆22居中。

图1A的实施方式的略微变化在图1B和图3中示出。根据另外的实施方式，限制器27(形成为轴套)包括从环形的面向后的表面28轴向地延伸到环形的面向前的表面55的狭槽60。狭槽60的尺寸设定成用以允许轴套状限制器27的径向扩展和压缩。特别地是，轴套27能够随着杆22轴向地向后移位并且轴向地向后的凸肋23中的至少一个凸肋被迫进入限制器27内而径向地扩展，造成轴套27抵靠管25的面向内的表面26径向地扩展。这种构造有利于分布通过杆22传递的负荷力，以减小杆伸长的可能性(或幅度)。这种布置结构进一步有利于避免协作配合的楔形部14、17轴向地经过彼此。限制器27的径向扩展用于增加管25的面向外的表面54和岩层15之间的摩擦接触，这进而且与楔形部14、17相结合而将摩擦锚杆组件10牢固地锚固在岩层15内。根据图1B和图3的另外的实施方式，限制器27包括径向地向内凹进的凹口61，以便与支座29协作配合，如下面进一步描述的那样。

参考图1A和图2，管25包括具有纵向裂缝39的大体上圆柱形轮廓，以允许管在将组件10插入钻孔36内期间是有利的径向收缩，并且允许管径向扩展，以方便扩展器机构11朝向管25的前端16径向扩展。根据具体实现形式，支座29形成为具有近似地对应于裂缝39的宽度的宽度的大体上矩形的翼片，以便在管尾端41处桥接裂缝39。翼片经由焊接材料42而固定到限定出裂缝39的相对的边缘。翼片的轴向向前部分38不固定到裂缝边缘并且因此可以径向地向内弯曲，以便在管25的钻孔内朝向中心轴线52和杆22径向地突出，这作为岩石锚杆10的组装的最终阶段。根据具体实现形式，部分38的径向长度近似地等于管面向内的表面26和在向后部分24处的杆22的面向外的表面之间的径向距离的一半。翼片的前边缘51定位成邻接围绕杆向后部分24安装的限制器轴套27的环形的面向后的表面28。因此，防止了限制器27轴向位移超出翼片的前边缘51的轴向位置。保持器机构13(包括支座29、限制器27和衔接器)进行适配，使得如果杆22纵向地断裂，则杆22的向后部分和锚固器机构12经由衔接器、限制器27和支座29之间的摩擦接合而被保持在与管25联接的关系下。特别地是，由于在使用中穿过杆22的拉伸负荷，所以如果杆22断裂，则向后部分将以明显的动量向后行进。该向后行进被邻接限制器27的环形的面向前的表面55的轴向最后面的凸肋23阻止。又通过支座29的前边缘51(一旦翼片的向前部分38径向地向内弯曲)和限制器轴套27的面向后的环形表面28之间的摩擦接触而防止了限制器27轴向向后行进。根据图1B和图3的实施方式，翼片的轴向向前部分38构造成被接纳在凹口61内，以便轴向地保持限制器轴套27。特别地是，当杆22轴向地向后移位且凸肋23被推到限制器轴套27下方且被推到限制器轴套27内时，防止了轴套27轴向向后移动。凸肋23和轴套27之间的该接触又提供了限制器27的径向扩展和组件10在岩层15处的额外的轴向锁定。

本发明是有利的，因为保持器机构13仅仅在杆22断裂的情况下被置于负荷下，并且特别地是，为了实现杆22的破裂的部分的保持锁定，不要求管25置于张力下。这部分地是通过在负荷下不固定到管的尾端41以便避免在锚固器机构12的区域处管25的破裂和失效的可能性的锚固器机构12的相协作配合的构造来实现的。特别地是，通过组件10的力传递路径包括通过锚固器机构12(包括螺母32、垫圈31和岩板30)拉伸加载杆22，其中这后两个部件又通过拧紧的螺母32被置于压缩下，该螺母32通过旋转还使第一楔形部14抵靠第二楔形部17支承。因此，管25被置于轻微的轴向压缩下。这样的布置结构有利于避免在支座29的区域处的应力集中，该应力集中否则可能导致支座从管25分开和保持器机构13失效。该布置结构进一步有利于允许管25的不受阻碍的径向扩展(经由机构11)，否则如果管被置于拉伸负荷下，这可能受限制。根据图1至图3的实施方式进一步是有利的，因为桥接管纵向裂缝39的支座翼片在尾端41处对管25进行加固。径向加固还经由提供管25和杆22之间的径向桥接和加固的限制器轴套27实现。通过组件10的期望的力传递路径部分地是通过仅仅在未机械地附接到管25的垫圈31处的岩板30的安装来实现的。

在使用中，螺母32在组件10被初始地加载到钻孔36内期间旋转，使得垫圈31且特别是面向前的环形表面37被迫抵靠管25的环形尾端41，以便使垫圈31抵靠管25支承且岩板30抵靠岩石表面35支承。如果杆22纵向地断裂，则组件10的向后部分(包括杆部分24和锚固器机构12)将轴向地向后移位一定距离，该距离对应于杆22的在限制器面向前的表面55和轴向最靠后的凸肋23之间的轴向距离。杆22的该光滑(没有凸肋的)部分的轴向长度设定成使得锚固器机构12和杆向后部分24与岩石表面35分开一定距离，该距离可以由人员观察到，以识别摩擦锚杆组件10已经失效并且需要维护或更换。优选地是，最靠后的凸肋23和限制器表面55之间的轴向距离为20至40mm。限制器27还有利于在定位上支撑杆22并且防止杆22在运输和操纵期间上下移动。正如将理解的那样，支座翼片可包括固定到管25的任何形状轮廓和构造，以提供用以接触并抑制限制器27的轴向向后移动的径向延伸的邻接部。根据另外的实现形式，支座29可以与管25一体地形成并且可以包括管25的径向地向内变形的一个或多个区域，比如管25的卷曲区域、穿孔部分或裂开部分。

图4示出了组件10的另外的实施方式。根据该另外的实施方式，凸肋23未从杆22的向后部分24移除，而是代替地是，其大体上延伸杆22的在螺纹20和杆向后的第二端40之间的全部轴向长度。保持器机构13的衔接器部分形成在具有第一半部45a和第二半部45b的两部分轴套处，第一半部45a和第二半部45b关于杆22彼此相对地定位并且经由锁定弹簧夹46而固定在合适位置上。特别地是，每一个衔接器半部45a、45b包括周向地延伸的凹槽，用以安装和轴向地约束弹簧夹46，该弹簧夹46对每一个衔接器半部45a、45b提供径向压缩，以将衔接器45a、45b牢固地安装和夹紧在杆22处。每一个衔接器半部45a、45b可以由塑性材料形成，该塑性材料经由在凸肋23上的夹紧接合而是可变形的，以进一步增强衔接器45a、45b在杆22处的轴向锁定。可替代地是，一个或两个衔接器半部45a、45b均可包括凹槽或凹进相应的半部45a、45b的径向面向内的表面内的部分，以与杆凸肋23配合并且增加在杆22处的摩擦锁定。

根据该另外的实施方式，限制器轴套27包括大体上圆柱形的面向外的表面。轴套27还包括具有长度部分的径向面向内的表面44，其通常是圆锥形的，使得圆锥表面44的直径在对应于面向前的环形表面55的轴套27的轴向最靠前的端部处最大。圆柱形表面44的横向定向对应于衔接器45a、45b的径向面向外的表面的定向，衔接器45a、45b的该径向面向外的表面通常也是圆锥形的。因此，如果杆22在衔接器45a、45b的轴向前方的区域处断裂，衔接器45a、45b将轴向地向后行进，以便接触限制器的圆锥表面44，以将杆22的向后部分轴向地锁定和保持在限制器27处。限制器27因此经由与支座29的摩擦接合而被保持在管25处。根据图4的该另外的实施方式，限制器27包括径向向内凹进的凹口43，支座29的向前部分38和前边缘51被接纳在凹口43内，以便将轴套27轴向地保持在管25处。

图5至图7示出了图1的摩擦组件的又一实施方式。根据该另外的实施方式，限制器轴套27包括具有中心钻孔34的大体上圆柱形的套筒，该中心钻孔的尺寸设定成在杆22的光滑的向后部分24上且围绕杆22的该光滑的向后部分24接触地紧密配合。可压缩倒钩49从限制器27的径向外部表面径向地向外突出。倒钩49从限制器27的主圆柱形轴套径向地向外突出一定距离，该距离近似地等于圆柱形轴套27的壁厚。倒钩49在第一铰接端57处固定到轴套27，以便能够在形成在限制器轴套27的轴套壁内的凹穴53内径向位移。限制器27包括延伸限制器27的全部轴向长度的伸长狭槽62。狭槽62构造成允许轴套27的径向扩展和压缩，并且特别地是，当杆22在初始安装期间轴向地向后位移时以及当楔形部14相对于楔形部17轴向地移动时适应凸肋23插入到轴套27内。在限制器轴套27初始地加载到管27期间，倒钩49能够随着其被推入管25的内部而径向地压缩到轴套27内。根据另外的实施方式，管25还包括纵向裂缝39，该纵向裂缝39延伸前端和尾端16、41之间的全部轴向长度。环50通过焊接材料而在管尾端41处固定到管外表面54。因此，随着轴套27插入管25内，倒钩49当在环50下方经过时径向地压缩到凹穴53内。一旦倒钩49轴向地离开环50，其就从凹穴53径向地扩展到裂缝39内。因此，倒钩49的轴向向后端56构造成邻接环50并且将轴套27轴向地锁定在管25处，以防止轴向向后位移。与图1至图3的实施方式一样，轴套27的环形面向前的表面55构造成在杆22断裂时由轴向最靠后的凸肋23接合。杆向后部分24和轴套27经由倒钩向后端56和环50之间的摩擦接合而被锁定并且防止从管25轴向分离。

图5至图7的实施方式的另外的具体实现形式在图8中示出，图8采取了所论述的大部分特征和部件。根据该另外的实施方式，倒钩49刚性地形成在限制器27处，其中限制器主体由第一半部27a和第二半部27b形成。也就是说，限制器27被轴向地分离成两个半部。因此，为了组装保持器机构13，限制器第一半部27a被插入管25的内部，以便将倒钩49对准到裂缝39内，轴向地超出环50。限制器27的第二半部27b然后被插入，以使每一个半部27a、27b的纵长延伸的边缘58匹配，以形成大体上圆柱形的限制器27。

摩擦锚杆组件10的另外的实施方式在根据另外的简化构造的图9A中示出。根据该另外的实施方式，组件10没有中间的限制器27并且摩擦接合通过在轴向最靠后的凸肋23和支座翼片的前边缘51之间的直接摩擦接合接触来实现。也就是说，翼片的向前部分38包括比图1至图5的实施方式的部分38的对应长度大的径向长度，以便从管内表面25径向地延伸，以抵靠管向后部分24的外表面接触。图9的实施方式还可包括抵靠或围绕杆22定位的至少一个定中部件(未显示)，以便在杆22断裂时将杆22维持在轴线52处。定中部件可以形成为轴向地定位在最靠后的凸肋23的区域处或靠近该最靠后的凸肋23定位的轴套。可替代地是，定中部件可以形成为垫圈31的轴向延长部，其延伸到管内部，以至少部分地围绕或邻接杆22。因此，如果杆22断裂，则长度部分24能够抵靠翼片前边缘51滑动，直到边缘51接触凸肋23为止，以便防止杆22相对于管25的进一步轴向移动。

摩擦锚杆组件10的另外的实施方式参考图9B示出。图9B对应于图9A的布置结构，但是不同之处在于，翼片设置有环64，杆22穿过环64插入。特别地是，环64包括钻孔63，该钻孔63略微大于杆22的直径，以便允许杆22在环64内轴向地滑动。然而，钻孔63的尺寸设定成小于在带凸肋的部分处的杆22，使得随着杆22轴向地向后移位，杆的轴向最靠后的凸肋23(或者多个凸肋23)接合环64的面向前的表面65并且防止杆22的进一步轴向向后移动。如所述的那样，这样的构造有利于防止杆22的弹出(如果杆22在带凸肋的部分内的任何位置断裂)并且也防止明显的杆伸长。

根据图4至图9B的另外的实施方式，锚固器机构12如参考图1描述的那样，其中岩板30经由与垫圈31接触而抵靠岩石表面35支承，垫圈31未固定到管25并且特别地是经由螺母32抵靠管尾端41支承。

根据另外的实施方式，保持器机构13的支座可以形成为在管尾端41处从管内表面26径向地突出的环形环或邻接部。在该区域处的环或突出部还构造用以抑制限制器27的轴向向后移动。然而，与之前的实施方式一样，支座固定到管25，使得保持器机构13构造成作用于管25和杆22之间。

Claims (21)

1.一种摩擦锚杆组件(10)，所述组件(10)用以摩擦地接合在岩层(15)中形成的钻孔(36)的内表面，所述组件(10)包括：

伸长管(25)，其具有前端(16)和尾端(41)；

扩展器机构(11)，其定位在所述管(25)内并且朝向或在所述前端(16)处定位并且构造用以向所述管(25)施加径向扩展力，以将所述组件(10)固定到所述岩层(15)；

伸长杆(22)或缆索，其在所述管(25)内纵向地延伸并且在第一端(21)处或朝向所述第一端(21)连接到所述扩展器机构(11)并且在第二端(40)处或朝向所述第二端(40)连接到锚固器机构(12)，所述锚固器机构(12)定位在所述管(25)的所述尾端(41)处或朝向所述管(25)的所述尾端(41)定位；

保持器机构(13)，其作用在所述管(25)和所述杆(22)或缆索之间，使得如果所述杆(22)或缆索断裂，所述保持器机构(13)防止所述杆(22)或缆索的至少一长度部分从所述组件(10)弹出，其中，所述保持器机构(13)包括，

支座(29)，其附接在所述管(25)的所述尾端(41)

处或朝向所述管(25)的所述尾端(41)附接；以及

衔接器，其在所述支座(29)和所述杆(22)或缆索的

所述第一端(21)的轴向中间设置在所述杆(22)或缆索处；

以及

所述锚固器机构(12)包括固定装置，其能够在所述杆(22)或缆索的所述第二端(40)处或朝向所述杆(22)或缆索的所述第二端(40)安装并且构造成抵靠所述管(25)的所述尾端(41)支承，通过调节在所述杆(22)或缆索中产生张力，以作用于所述扩展器机构(11)上并且产生径向扩展力；

其特征在于：

所述固定装置的至少一部分径向地向外突出超过所述管(25)或附接到所述管(25)的外部区域的部件，以便能够在围绕所述钻孔(36)的外端的区域处抵靠所述岩层(15)支承，且

所述衔接器构造成在所述杆(22)或缆索断裂时径向地接合所述支座(29)，以防止所述杆(22)或缆索从所述组件(10)弹出。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述固定装置包括螺母(32)和径向地向外延伸超出所述管(25)的凸缘(31)，所述凸缘(31)构造成抵靠所述岩层(15)支承。

3.根据权利要求2所述的组件，其中：

所述凸缘(31)和所述螺母(32)非一体地形成；

所述螺母(32)直接地联接到所述杆(22)或缆索；并且

所述凸缘(31)轴向地定位在所述螺母(32)和所述管(25)的所述尾端(41)之间。

4.根据权利要求2或3所述的组件，其中，所述凸缘(31)包括邻接部表面(37)，所述邻接部表面(37)从所述管(25)径向地向外延伸并且具有面向所述管(25)的所述前端(16)的至少一部分，所述邻接部表面(37)能够由岩板(30)接合，以从所述凸缘(31)径向地向外延伸并且在围绕所述钻孔(36)的所述外端的所述区域处抵靠所述岩层(15)支承。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，所述凸缘(31)从所述管(25)径向地向外延伸的距离近似地等于或大于所述凸缘(31)在所述管(25)和所述杆(22)或缆索之间径向地向内延伸的距离。

6.根据权利要求4所述的组件，其中，所述凸缘(31)从所述管(25)径向地向外延伸的距离大于所述杆(22)或缆索的径向厚度的一半。

7.根据权利要求2所述的组件，其中，所述组件还包括岩板(30)，所述岩板(30)邻接所述凸缘(31)并且从所述凸缘(31)径向地向外延伸，以在围绕所述钻孔(36)的所述外端的所述区域处抵靠所述岩层(15)支承。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述保持器机构(13)还包括径向地定位在所述杆(22)或缆索和所述管(25)的内表面(26)之间的限制器(27)；并且

所述衔接器构造成径向地接合所述限制器(27)，并且所述限制器(27)构造成在所述杆(22)或缆索断裂时径向地接合所述支座(29)，以防止所述杆(22)或缆索从所述组件(10)弹出。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述限制器(27)是轴套，其具有中心钻孔(34)，以接纳所述杆(22)或缆索。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述限制器(27)形成为单个部件。

11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述限制器(27)形成为两部分部件，所述两部分部件被轴向地分开。

12.根据权利要求8所述的组件，其中，所述限制器(27)包括径向地面向内的圆锥形或渐缩形表面(44)，以由所述衔接器接合。

13.根据权利要求8所述的组件，其中，所述限制器(27)包括形成在所述限制器(27)的径向面向外的表面中的凹口(43)，以径向地接纳所述支座(29)的至少一部分。

14.根据权利要求9至12中任一项所述的组件，其中，所述限制器(27)包括径向地向外突出超过所述管(25)的倒钩(49)，以接合径向地在外部安装在所述管(25)处的所述支座(29)。

15.根据权利要求8所述的组件，其中，所述限制器(27)形成为纵向地裂开的单个部件，以使所述限制器(27)能够径向地扩展和收缩。

16.根据权利要求1所述的组件，其中，所述衔接器包括从所述杆(22)或缆索径向地向外突出的凸肋(23)。

17.根据权利要求1所述的组件，其中，所述衔接器包括附接到所述杆(22)或缆索的楔形部或套箍。

18.根据权利要求1所述的组件，其中，所述支座(29)包括从所述管(25)径向地向内突出的翼片。

19.根据权利要求8所述的组件，其中，所述支座(29)包括附接到所述管(25)并且能够与所述衔接器或所述限制器(27)的至少部分径向地接合的带或环(50)。

20.根据权利要求1所述的组件，其中，所述管(25)包括纵向地延伸以便能够径向扩展和收缩的裂缝(39)。

21.根据权利要求20所述的组件，其中，所述支座(29)包括桥接翼片，所述桥接翼片横跨所述裂缝(39)固定在所述管(25)的所述尾端(41)或朝向所述管(25)的所述尾端(41)固定，所述桥接翼片具有径向地向内弯曲以便在所述管(25)内朝向所述杆(22)或缆索延伸的一部分(38)。