CN1108331A - 岩石锚桩 - Google Patents

Abstract

一种包括一根长形构件的岩石锚桩。至少在该 长形构件的一部分上装有一个扩胀装置，用来扩胀上 述长形构件的那一部分的横断面尺寸。当对扩胀装 置施加适当的力时，上述横断面尺寸也能减小。本发 明还包括一个和岩石锚桩一起使用的张紧装置，和一 个具有岩石锚桩与张紧装置的挠性锚桩组件。

Description

本发明涉及岩石锚桩。更具体的说，本发明涉及一种岩石锚桩，一种和岩石锚桩一起使用的张紧装置和一种挠性锚桩组件。

本发明的第一个方面是提供一种岩石锚桩，它包括：

一个长形构件;以及

一个至少装在上述长形构件的一部分上，用来使长形构件的这一部分的横截面尺寸增大的扩胀装置，当在该扩胀装置上施加适当的力量时，也能使上述横截面尺寸缩小。

在使用时，一个张紧装置布置在靠近长形构件的一端，以便夹住长形构件，并在长形构件内保持适当的张力。上述张紧装置上有一个通道，上述长形构件穿过该通道，并通过该通道把适当的力施加在该长形构件上。

上述长形构件可以是一根多股钢丝绳。上述扩胀装置可以是一个套筒的形状，此套筒能套在上述钢丝绳的一股钢丝的一部分上，而钢丝绳的其他各股钢丝沿着径向围绕着该套筒，以便在这一部分上使钢丝绳胀大。

上述岩石锚桩可以有一个设置在长形构件的一端的挡块，该挡块具有比扩胀装置大的横断面尺寸，所以不能通过上述通道。因此，一旦扩胀装置通过了上述通道，而上述挡块紧靠在箍紧装置上时，传给长形构件的过大的张力将使长形构件一下子断裂。上述挡块可以用挤压的方法固定在钢丝绳的一个自由端上。

本发明的第二个方面是提供和岩石锚桩一起使用的张紧装置，该张紧装置具有：

一个夹住上述岩石锚桩的长形构件的箍紧装置，该箍紧装置上有一个长形构件能够通过的通道;

一个迫使箍紧装置箍住长形构件的压紧装置;以及

一个装在压紧装置上用来张紧长形构件的张紧构件。

大家知道，岩石锚桩常常用，例如，水泥浆锚固在钻孔里，或者用设置在锚桩一端的机械外壳和与锚桩的另一端形成的螺纹部分相配合的螺母来锚固。在后一种情况下，该螺母要紧靠住一个适当的，例如由一个圆拱形垫圈所形成的支承表面。很容易理解，本发明省去了上述带螺纹的部分。此外，实际上，任何形式的岩石锚桩都可以用上述装置来张紧。特别是，从降低成本和方便使用的目的出发，上述岩石锚桩可以是挠性的，具体的说，可以是一段多股钢丝绳。

上述装置还可以有一个用来调整上述通道的横截面尺寸的调整装置。

上述箍紧装置可以有一个夹爪组件，该组件具有许多分离的夹爪，在使用时，长形构件通过由这些夹爪所形成的通道。上述各个夹爪都有一个锥形的外表面，使得上述夹爪组件基本上呈截锥形。这些夹爪可以用一个适当的夹持装置，例如一个弹簧圈构件，夹持在一起。

压紧装置可以有一个第一元件，该元件上有一个与夹爪的锥形外表面相符的锥形座，和一个第二元件，该元件设置在第一元件上，使用时，当夹爪组件被迫靠近上述锥形座时，它能使夹爪组件保持在它的位置上，以便夹爪紧紧地箍住上述长形构件。

第二元件设置在第一元件内，可以调整，使用时，用于迫使夹爪组件靠住上述锥形座。

移位装置有一个设置成能相对于上述压紧装置的第一元件进行调整的第三元件。

该调整装置可以在第三元件内形成一个支承表面。该支承表面的位置是这样确定的，当第三元件向第一元件移位时，该支承表面支承着夹爪组件，并且使夹爪组件向锥形座的大端移动。该支承表面可以在第三元件内的推力构件上形成。

各夹爪可以有一个光滑的内表面。当在岩石锚桩上加上载荷时，光滑的内表面使得夹爪在箍住长形构件时能相对于长形构件作摩擦滑动。因此，当突然在长形构件上施加力量，并且该力量足够大时，箍紧装置就会相对于长形构件滑动，而长形构件却不会断裂。

换一种方式，各个夹爪也可以有粗糙的内表面，以便于箍紧锚杆而不发生滑动。

第二元件可以是能调校的，这样，使用者就能调整夹爪的箍紧力。

本发明的第三个方面是提供一种挠性锚桩组件，它包括：

一个如上面本发明的第一方面所述的岩石锚桩;和

一个张紧长形构件的张紧装置，该张紧装置上有一个通道，当超过上述适当的张力时，长形构件便滑过该通道，上述通道的尺寸是这样确定的，即，当张力超过时，就在扩胀装置上施加适当的力，以减小其横断面尺寸，让长形构件的这部分通过该通道。

这个张紧装置可以是本发明的第二方面中的张紧装置。

下面参照附图详细描述本发明的实施例，附图中：

图1是本发明第三方面的第一个实施例的挠性锚桩组件的一部分的侧断面图;

图2是本发明第三方面的第二个实施例的挠性锚桩组件的一部分的侧断面图;

图3是图2中的挠性锚桩组件在使用时的侧视图;

图4是本发明第一方面的岩石锚桩的一部分在变形前的侧断面图;

图5是上述岩石锚桩的一部分在变形后的立体图;

图6是本发明的第二方面的张紧装置的侧断面图;

图7是图6中的张紧装置沿Ⅶ-Ⅶ线的正断面图;

图8是岩石锚桩在使用时的侧断面图，它具有一个图6所示的张紧装置。

在图1中，标号10整体地表示本发明第三方面的第一个实施例的挠性锚桩组件的一部分。

该挠性锚桩组件10有一个岩石锚桩12。该岩石锚桩12有一根多股钢丝绳14，该钢丝绳14有一根被许多根螺旋形地绕在上面的外部股绳18所包围的中央股绳16。股绳16、18是冷拔的，具有多边形的横断面。

上述岩石锚桩12还有一个呈套筒20状的扩胀装置，它沿着钢丝绳14的一部分22套在上述中央股绳16的一部分上，并被外部股绳18所包围。套筒20是用延展性材料制作的，例如，是铜管或者钢管。钢丝绳14上不带套筒20的部分的直径是d，而带套筒20的那部分的直径是D，很明显，直径D大于直径d。

由于套筒20是用延展性材料制成的，当施加力量使钢丝绳14的上述直径D缩小到直径d时，套筒20能够在径向发生变形。

上述挠性锚桩组件10还有一个呈夹爪组件24状的箍紧装置，用于箍紧钢丝绳14，并在钢丝绳14中维持适当的张力。该夹爪组件24在使用时装在胀大部分22以内。该组件24上有一个通道26，当张力超过上述适当值时，钢丝绳就会在该通道中滑动，通道26的尺寸是这样确定的，即，当超过上述张力时，胀大部分22就产生径向变形，沿着箭头62的方向被拉过通道26。

上述组件10还包括一个压紧装置28，用于迫使夹爪组件24箍紧钢丝绳14。夹爪组件24有三个夹爪30，这三个夹爪形成了通道26。夹爪30各有一个锥形的外表面32。具体的说，夹爪组件24呈截锥形，在使用时，它的小头离开胀大部分22最远。各夹爪30的内表面36是光滑的。夹爪30由一个环形夹子31圈在一起。

压紧装置28有一个第一元件或螺母38，和一个第二元件或螺母40。第一螺母38上有一个与夹爪组件24配合的锥形座42。第二螺母用螺纹拧入第一螺母38内，以迫使夹爪组件24紧靠在座42上。因此，在使用时，当相对于第一螺母38拧紧第二螺母40时，夹爪组件24的夹爪30就被迫箍紧钢丝绳14。

上述组件10还有一个第三元件或螺母44，它与第一螺母38配合。上述第一螺母38有一个带螺纹的突出部分46，而第三螺母44则有一个带螺纹的座套48，突出部分46可以用螺纹拧在它上面。因此，第三螺母44能相对于第一螺母38作轴向位移。

很容易理解，施加在钢丝绳14上的，造成胀大部分22拉过通道26的张力的值，在某种程序上决定于通道26的直径与钢丝绳14的胀大部分22的直径D的比例。更具体的说，如果通道26的直径与胀大部分22的直径D的比例增大，那么钢丝绳14上的张力值就要减小。

同样也很容易理解，如果夹爪组件24相对于第一螺母38从锥形座42的小头50移开，那么钢丝绳14的胀大部分22就将更容易进入通道26。这样就会导致使胀大部分22沿着箭头62的方向相对于夹爪组件24运动所需要的张力减小。因此，组件10有一个呈推力件52形状的调整装置，在推力件52上形成了一个位于第三螺母44内的支承面53。推力件52的位置是这样确定的，即，当第三螺母44向第一螺母38移动时，支承面53紧靠住夹爪组件24，并且使夹爪组件24向离开锥形座42的小头50的方向移动。因此，借助于调整第三螺母44相对于第一螺母38的位置，就能在某种程度上改变张力。推力件52是管状的，而支承面53的尺寸和夹爪组件24的小头34的相似。

第三螺母44上有一个截头锥形的表面54，在使用时，该表面纳入一个安装在一个钻孔78前边的机械外壳80内（见图3）。

钢丝绳14的端头56（见图3）上有一个挤压在它上面的挡块126。因此，一旦胀大部分22通过了通道26，上述挡块126就靠在第二元件40上，如果加在钢丝绳14上的张力进一步增加，就会使钢丝绳14断裂。

在使用时，要安装挠性锚桩组件10时，先把夹爪组件24放在第一螺母38内，靠住锥形座42。再把第三螺母44拧在第一螺母38上，并根据所需要的张力调整第三螺母44相对于第一螺母38的位置。把第二螺母40穿过钢丝绳的端头56，拧入第一螺母38，迫使夹爪30箍住钢丝绳14。装配好之后，把螺母38、40、44点焊在一起，防止它们在组件10内改变位置。钢丝绳14的端头56用机械壳体80固定在钻孔78内，钢丝绳14的另一端（图中未示出）伸出在钻孔78的进口的外面，而以第三螺母44的支承面54支承在机械壳体80上。钢丝绳14的预张拉是在装入钻孔78之前在一个夹具中进行的。在本实施例中，钢丝绳14预张拉到18到22吨左右，而钢丝绳14的破坏强度在30到40吨的范围内，优选值为35吨。

图2中，标号60整体地表示本发明第三方面的第二个实施例的挠性锚桩组件的一部分。参考图1，除特别说明的之外，同样的标号表示同样的零件。

在组件60中，每个夹爪30都在与钢丝绳14的胀大部分22靠住的端部的内表面上有一个倒角64。因此，在该夹爪组件24上形成了一个倒角口66。这个口有利于胀大部分22进入通道26，并能减少夹爪30对于钢丝绳14的轴向剪切作用。

此外，在组件60中，元件38、44是可滑动的，而不是用螺母来调整互相之间的位置关系。因此，在突出部分46和套座48上没有螺纹，突出部分46装在套座48内是可以滑动的。套座48内的平面68是支承表面53。上述第一元件38的尺寸做成能让夹爪组件24的小头34凸出在锥形座42的小头50的外面，以便靠在支承表面53上。

可以理解，压紧装置28不是在工地上安装在钢丝绳14上的。一当确定了所需要的箍紧力，元件38、44就按照所需要的间隙70的尺寸定位在钢丝绳上。然后，用适当的点焊72把元件38、44互相固定住。夹爪组件24被压紧在锥形座42上，一直到它的小头34靠在表面53上。在本实施例中，夹爪组件24用大约12吨的力，用液压方法预装。第二元件40呈垫圈74的形状，它用点焊76固定在第一元件38上，并起保持夹爪组件24的位置的作用。

第一元件38是用镍合金钢制作的，其锥形座42经过表面淬火。第三元件44是用软钢制作的。

图3表示该组件60处在钻孔78中的情形。第三元件44的截锥形表面54有一部分插入机械壳体80中，这是一个普通的壳体80。该机械壳体80与一个弹簧82连接，而弹簧又通过一个轴圈83安装在钢丝绳14上。弹簧82用于使壳体80在钻孔78中保持锚固的形状。

上述壳体80有四个咬住岩石的元件84。每个元件84上形成带棱的外表面86。此外，每个元件84都在内部形成锥形的内表面（图中未示出），因此，当壳体80装配起来之后，在壳体上就形成与表面54相配合的内表面。因此就可以了解，当钢丝绳14中的张力增加，而且第三元件44沿着箭头128的方向移动时，表面54就紧靠在上述壳体的内表面上，于是元件84就被胀开，紧紧地啃住钻孔78上的壁88。

本专业的技术人员能够了解，上述夹爪组件24和压紧装置28可以设置在伸出炮眼78之外的那一部分钢丝绳14上，而不是把在钢丝绳14端部的夹爪组件24和与它协同工作的压紧装置28安装在钻孔的前端。那样，钢丝绳14的胀大部分22就要布置在夹爪组件的下方和外面，而第三元件44则要做成能紧靠在适当的支承表面上，例如由一个布置在钻孔78进口处围绕着钢丝绳14的拱形垫圈（如图8中所示的那种）所形成的支承表面上。

可以理解，在使用时，岩石锚桩12会逐渐产生塑性变形。由图1和2可以看出，为了让胀大部分22通过通道26，必须使尺寸D减小到尺寸d。这是通过胀大部分22的径向变形而发生的，在使用时，这是通过套筒20的变形来达到的。图4中表示了变形前的套筒20，而图5中表示了变形后的套筒20。由图5可见，当钢丝绳14发生径向变形时，它的直径从D变到d，然后套筒20也变形，以适应钢丝绳14的外部股绳18。因此，在套筒20上形成了许多螺旋形的凹槽90。

由于套筒20有延展性，所以这种变形是逐渐发生的，这也就使得岩石锚桩组件10逐渐发生塑性变形。如上所述，借助于设定第三元件44相对于第一元件38的位置，使用者能够在某种程度上控制这种逐渐发生的塑性变形。具体地说，调整第三元件44相对于第一元件38的位置，就能在钢丝绳14的屈服极限范围内确定其将要产生塑性变形的张力。

当夹爪组件24及与其协同工作的压紧装置28设置在伸出钻孔78进口之外的钢丝绳14的那一部分上时，使用者经过适当的测量，就能够确定在顶盖或者壁中所发生的塑性变形或者移动的量。因此，使用者就能够判断，在那个特定区域的工作条件是否安全。

在图6至图8中，标号100整体地指一个根据本发明的第二方面和一个顶盖锚桩102一起使用的张紧装置（图8）。请参考图1至5，除特别说明之外，同样的标号指的是同样的零件。

和组件10和60一样，张紧装置100具有第一、第二和第三元件38、40、44。

在第三元件44上有一个凸形的支承表面104，而不是在第三元件44上形成截锥形的支承表面。

请看图8，其中表示了具有张紧装置100的顶盖锚桩102。上述顶盖锚桩102有一根柔性的顶盖锚杆，它是一段标准的多股钢丝绳106。这根钢丝绳106有设置在钢丝绳的第一端110上的机械外壳结构108。

上述顶盖锚桩102可容纳于在矿井的顶盖114上钻出来的钻孔78中。该顶盖锚桩102有一个盖在钻孔78的进口118上的拱形垫圈116。在该拱形垫圈116上形成一个孔120，使用时，钢丝绳106就通过这个孔。钢丝绳106的一部分122伸出拱形垫圈116之外。上述张紧装置100可固定在这一部分122上。在螺母44上形成的凸形支承表面104，在使用时，支承在拱形垫圈116上的凸形表面124上。

此外，在使用时，钢丝绳106和设置在钢丝绳端头110上的机械外壳108都在钻孔112内。拱形垫圈116放在位置使钢丝绳的122部分伸出孔120。然后，把122部分穿过张紧装置100，该张紧装置100已经松开，可让它穿过。张紧装置100所设置的位置使得支承表面104、122能互相靠住。然后，拧紧螺母40，使夹爪组件24箍住钢丝绳106。一当夹爪组件24在钢丝绳106上施加了适当的箍紧力，就转动螺母44，于是支承表面104紧靠表面124，并迫使螺母38远离螺母44，从而张紧钢丝绳106。

和组件10、60一样，每个夹爪30的内表面36是光滑的，以便该装置100在夹爪紧住时能相对于钢丝绳106有一些滑动。还有，螺母40要相对于螺母38进行调校，以便在使用时对钢丝绳施加所需要的箍紧力。调校是这样进行的，即，所需要的力量是指必须加在钢丝绳106上，使该装置100相对于钢丝绳106滑动的载荷。因此，当对钢丝绳突然施加力量时，如果达到上述载荷，不是钢丝绳断裂，而是张紧装置100相对于钢丝绳106进行滑动。这样，在使用中就能避免矿井顶盖114的突然塌陷，从而改善了矿井内部的安全性。

由于采用了钢丝绳106，当矿井顶盖114比较低时，把顶盖锚桩102装入钻孔112的操作就容易了。目前，刚性的顶盖锚杆常常是一段一段供应的，当将它们一段接一段送入钻孔内时，必须把它们联结在一起。因此，就可以明白，和具有刚性顶盖锚杆的顶盖锚桩相比，本发明导致了更快和更经济有效的锚固方法。

如上所述，张紧装置100可以用于钢丝绳14。然后，钢丝绳14的扩胀部分22设置在张紧装置100的外部和下方。当顶盖114移动时，钢丝绳14通过扩胀部分22的径向变形和钢丝绳14与张紧装置100之间的相对移动，被拉进钻孔78内。很清楚，很容易把这个作为顶盖114的移动量的指标。

各夹爪30的内表面36可以是粗糙的而不是光滑的，以便于箍紧钢丝绳14。

Claims (17)

1、一种岩石锚桩，它包括：

一个长形构件；和

一个装在上述长形构件至少一部分上的，用于扩胀上述长形构件的那一部分的横断面尺寸的扩胀装置，当对上述扩胀装置施加适当的力时，上述横断面尺寸能够缩小。

2、如权利要求1所述的岩石锚桩，其特征在于，其中的长形构件是多股钢丝绳。

3、如权利要求2所述的岩石锚桩，其特征在于，其中的扩胀装置是一个能够套在上述钢丝绳的一根股绳的一部分上，并被该钢丝绳的其他股绳沿径向围住，以便在该部分上使钢丝绳胀大的套筒。

4、如权利要求3所述的岩石锚桩，其特征在于，其中的套筒是用具有相当延展性的金属制成的。

5、如权利要求1至4中任何一项所述的岩石锚桩，其特征在于，它具有一个设置在长形构件一端的挡块，该挡块的横断面尺寸大于扩胀装置的横断面尺寸。

6、一种和岩石锚桩一起使用的张紧装置，此装置包括：

一个用于箍紧岩石锚桩的长形构件的箍紧装置，该箍紧装置上有一个长形构件能够通过的通道;

一个迫使箍紧装置箍紧长形构件的压紧装置;以及

一个装在压紧装置上，用于张紧长形构件的张紧构件。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，它还包括一个调整上述通道的横断面尺寸的调整装置。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，其中的压紧装置有一个夹爪组件，该组件有多个分离的夹爪，在使用时，这些夹爪形成一个可让长形构件通过的通道。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，其中的每个夹爪都有一个锥形的外表面，因此，上述夹爪组件基本上呈截头圆锥形。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，其中的压紧装置有一个第一元件，该元件上有一个与夹爪的锥形外表面相符的锥形座，和一个第二元件，该元件设置在第一元件上，使用时，当夹爪组件被迫靠近上述锥形座时，它能使夹爪组件保持在它的位置上，以便迫使夹爪紧紧地箍住上述长形构件。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，其中，移位装置有一个设置成能相对于压紧装置的第一元件进行调整的第三元件。

12、如权利要求11所述的装置，其特征在于，其中的调整装置在第三元件内形成一个支承表面，该支承表面的位置是这样确定的，当第三元件向第一元件移位时，该支承表面支承着夹爪组件，并且使夹爪组件向锥形座的大端移动。

13、如权利要求10至12中任何一项所述的装置，其特征在于，其中的每一个夹爪都具有光滑的内表面。

14、如权利要求10至12中任何一项所述的装置，其特征在于，其中的每一个夹爪都具有粗糙的内表面，以利于箍住顶盖的锚杆不发生滑动。

15、如权利要求13或14所述的装置，其特征在于，其中的第二元件是可以调校的，所以使用者能调整夹爪的箍紧力。

16、一种挠性锚桩组件，它包括：

一个如权利要求1至5中任何一项所述的岩石锚桩;和

一个张紧长形构件的张紧装置，该张紧装置上有一个通道，当超过上述适当的张力时，长形构件便滑过该通道，上述通道的尺寸是这样确定的，即，当张力超过时，就在扩胀装置上施加适当的力，以减小其横断面尺寸，让长形构件的这部分通过该通道。

17、如权利要求16所述的挠性锚桩组件，其特征在于，其中的张紧装置是权利要求6至15中任何一项中的张紧装置。

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