CN110952921A - 岩钻机、岩钻设备和加固岩石表面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩钻机、岩钻设备和加固岩石表面的方法，这通过灌浆材料实现。所述灌浆材料(13)被馈送通过所述岩钻机(6)到达钻孔工具(7)，该钻孔工具被连接到所述岩钻机。所述岩钻机包括冲洗馈送路径，其被用于所述灌浆材料的馈送。

Description

岩钻机、岩钻设备和加固岩石表面的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在利用岩石锚杆加固岩石表面时将灌浆材料注入到钻孔的设备。钻孔通过岩钻机钻出，该岩钻机设置有用于馈送灌浆材料的装置。

本发明还涉及一种岩钻设备，其设置有用于注入灌浆材料的设备并且涉及一种加固岩石表面的方法。

本发明的技术领域更具体地说是限定在独立权利要求的前序部分中。

背景技术

在矿场、建筑工地和其它作业区域中存在加固岩石表面并由此确保它们的安全性和适合于预期目的的需求。用于岩石加固的常用方法是岩石锚固。在这种加固系统中，通过灌浆材料将若干岩石锚杆固定在钻孔中。以这种方式，岩层被结合在一起，从而降低了坍塌的风险。有若干种不同的用于插入灌浆材料的系统。然而，现有的注入装置已经显示出包含一些缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖且改进的岩钻机，其能够将灌浆材料馈送到钻孔。本发明还涉及一种新颖且改进的岩钻设备并且涉及一种在加固岩石表面时馈送灌浆材料的方法。

根据本发明的岩钻机的特征在于第一独立装置权利要求的特征部分特征。

根据本发明的岩钻设备的特征在于第二独立设备权利要求的特征部分特征。

根据本发明的方法的特征在于独立方法权利要求的特征部分特征和步骤。

所公开的解决方案的构思是岩钻机包括用于将灌浆材料馈送到钻孔的集成装置。该装置包括至少一个馈送端口，用于将灌浆材料馈送到岩钻机的至少一个冲洗馈送路径。所述冲洗馈送路径被构造用以将经由岩钻机馈送到馈送端口的灌浆材料输送到能够连接到岩钻机的岩钻工具。在所公开的解决方案中，灌浆材料被馈送通过岩钻机的内部结构。然后，灌浆材料与岩钻机内部的冲洗系统的一个或多个部件接触。

所公开的解决方案的优点在于，当灌浆材料被馈送通过岩钻机的基本结构时，岩钻机可以没有布置在前端和钻孔工具之间的任何单独的馈送适配器。换句话说，钻孔工具可以直接连接到岩钻机的柄部或对应的集成元件。该特征的优点在于，当省去附加的馈送适配器时，钻孔设备可以更短，并且还有，由岩钻机的冲击装置生成的冲击脉冲在多余的适配器的重量的衰减效果不存在时将被更有效地传递到钻孔工具。

所公开的解决方案的另一个优点是，当与设置有复杂的注入适配器的已知解决方案相比时，所公开的解决方案的结构可以是简单且耐用的。所公开的解决方案可以在不同的岩钻机中实施，并且还可以容易地被改装到现有的装置上。

根据一个实施例，岩钻机包括冲洗系统，该冲洗系统用于将冲洗流体馈送到钻孔工具。冲洗系统能够连接到加压空气源或加压水源，并且当这种加压流体的流动被引导到钻孔工具时，钻头被冷却并且钻屑从钻孔中被冲走。然后，所述灌浆材料的馈送端口可以布置成与所集成的冲洗系统流体连接。灌浆材料被馈送通过冲洗系统到达钻孔工具。该实施例的优点在于，当利用基本冲洗系统时，不需要单独的流体通道或软管，并且该结构可以是简单且耐用的。另一个优点是冲洗流体可以被用于在灌浆完成之后从岩钻机内部冲洗灌浆材料。

根据一个实施例，在灌浆材料已经被馈送通过岩钻机之后，冲洗岩钻机的内部结构。冲洗可以在每个钻孔之后进行，或者替代地是，仅在完成注入序列之后进行冲洗，该注入序列包括注入多个钻孔。

根据一个实施例，钻孔单元的基本冲洗系统具有双重目的：在钻孔操作期间将冲洗流体馈送到钻孔工具；以及馈送灌浆材料或流体。另一方面，由于冲洗系统被用于将灌浆材料的残余物冲洗出岩钻机，因此冲洗系统实际上可具有三重目的。

根据一个实施例，岩钻机包括冲洗壳体和至少一个冲洗端口，该冲洗端口用于将冲洗流体馈送到冲洗壳体。冲洗壳体内部的内部空间与中空的钻孔工具流体连接。灌浆材料的馈送端口位于冲洗壳体处。然后，灌浆材料被构造成被馈送通过冲洗壳体到达钻孔工具。冲洗壳体典型地是位于岩钻机的前部处。由于壳体的基本结构简单，因此将所述灌浆馈送端口布置到冲洗壳体是相对容易的。此外，用改进的冲洗壳体代替传统的冲洗壳体是容易的，由此可以广泛地实施该解决方案。

根据一个实施例，冲洗壳体或冲洗头连接到至少一个冲洗流体馈送管道和至少一个灌浆材料馈送管道。此外，当灌浆材料是树脂并且与冲洗壳体连接执行混合时，冲洗壳体然后可以连接到三个馈送管道，即连接到冲洗流体馈送管道和两个树脂组分馈送管道。

根据一个实施例，岩钻机的后端部分(即相对于钻孔工具的相反端)设置有馈送端口，该馈送端口用于将灌浆材料从该后端部分朝向前端部分馈送，并且最终馈送到被连接到岩钻机的钻孔工具。然后，灌浆材料可以被布置用以在岩钻机内部的一个或多个纵向管道内部流动。例如，管道可以被布置用以居中地穿过岩钻机的冲击装置的活塞。岩钻机可以设置有利用后馈送原理的冲洗系统，并且该冲洗系统包括穿过整个岩钻机的冲洗通道。然后，灌浆材料的馈送系统可以实施现有的后馈送冲洗通道和其它装置。

根据一个实施例，灌浆材料和冲洗流体被馈送通过相同的馈送端口到达冲洗系统或壳体。然后，冲洗系统或壳体具有一个单个馈送端口，该单个馈送端口对于灌浆材料馈送和冲洗流体馈送两者来说是共用的。在该实施例中，基本冲洗系统不需要修改。

根据一个实施例，混合装置位于朝向后端离钻孔工具和岩钻机的前端一定距离处。换句话说，混合装置位于岩钻机的最前端之前。这样，可以使用传统的钻孔工具和自钻式锚杆锚固件，并且在前端和钻孔工具之间不需要单独的混合适配器或对应的附加元件。

根据一个实施例，灌浆材料在进入冲洗系统之前被预先混合。然后，混合装置可以被支撑在岩钻机的一侧。当混合装置位于岩钻机的内部结构之外时，混合装置然后可以容易地进行维护，并且如果需要的话，也可以容易进行更换。另一个好处是，由于灌浆材料馈送，所以基本冲洗壳体或冲洗头不需要修改。因此，灌浆材料馈送系统可以被改装到现有的岩钻机上。此外，所公开的灌浆材料馈送系统的外部安装和所包括的混合装置为系统的装置和软管的安装和定位提供了灵活性。

根据一个实施例，冲洗流体馈送管线或管道可配备有灌浆馈送单元。因此，灌浆馈送单元可以被容易地安装到冲洗馈送系统，由此灌浆系统能够易于维护并且可以进行改装。灌浆馈送单元可以至少包括灌浆馈送阀，并且还可以额外包括混合装置。

根据一个实施例，岩钻机设置有混合装置，用于将灌浆树脂的至少两种树脂组分彼此混合。混合装置可以被集成在钻孔机内部，或者它可以是安装在钻孔机的外表面上的外部装置。

根据一个实施例，混合装置位于岩钻机的本体之外并且被安装到与馈送端口流体连接的馈送管道。换句话说，混合装置是用于在灌浆材料进入岩钻机的内部结构之前执行预先混合的外部单元。

根据一个实施例，混合装置位于岩钻机的本体内部并且被布置成与馈送端口连接。混合装置可以包括安装在馈送端口处的可拆卸的料筒或单元。然后，混合装置可以位于钻机的本体内部，并且在需要时仍然可以容易地被移除。

根据一个实施例，混合装置位于岩钻机的冲洗壳体内部。该解决方案的优点在于混合装置由冲洗壳体的结构保护。另一个优点在于，当混合装置或元件位于冲洗壳体内部时，冲洗水在正常冲洗操作开始时自动且有效地冲洗该混合装置或元件。

根据一个实施方案，混合装置包括螺杆表面、螺旋形、迷宫或对应的成型表面，用于使所馈送的两种分开的树脂组分流体流混合并形成一种均匀的树脂物料。混合装置的结构可以被设计成使得所述混合元件在需要时被容易且快速地替换和清洁。混合装置可以包括料筒型混合元件，以便于维护。

根据一个实施例，灌浆树脂由两种组分形成并包含组分A和B。树脂组分A是基础组分，树脂组分B是硬化剂。有时，组分A也被称为基础树脂，并且组分B也被称为催化剂。使用灌浆树脂的一个优点在于可以快速固化，从而允许以最小的等待时间紧固插入的岩石锚杆。这样，可以提高加固过程的效率。

根据一个实施例，经由岩钻机馈送到所钻出的孔的灌浆材料是混凝土或其它基于水泥的灌浆材料。然后，灌浆水泥可以在被馈送到馈送端口之前与水预先混合，或者替代地是，灌浆混凝土的两个组分可以被分开馈送到馈送端口，并且然后用被布置成与岩钻机相连接的混合装置混合。预先混合装置可以位于岩钻机之外，并且可以连接到例如灌浆馈送管线。当灌浆材料作为两个组分被馈送到馈送端口时，混合装置然后可以位于馈送端口处或冲洗壳体内部。在所有情况下，混合都发生在灌浆材料离开岩钻机之前。

根据一个实施例，能够连接到岩钻机的钻孔工具是自钻式锚固锚杆，其包括中空轴以及位于锚杆的远端处的钻头，该中空轴用于馈送冲洗流体和所注入的灌浆材料通过其中。钻孔完成后，钻孔工具被留在钻孔内。在该实施例中，岩石锚杆用作钻孔工具、灌浆材料注入器和张紧的岩石加固元件。优点在于整个过程能够通过岩钻机来执行，而无需任何离开钻孔的转位移动。因此，该过程可以是快速且有效的。

根据一个实施例，钻孔工具是传统类型的钻孔工具，其包括一个或多个钻杆和单独的钻头。然后，钻孔工具被构造用于在钻孔阶段之后反转过来，并且同时在反转阶段期间，灌浆材料通过钻孔工具注入到钻孔内。在注入阶段之后，将加固岩石锚杆插入钻孔中。加固锚杆的安装通过在钻出的孔处转位的单独的锚杆馈送装置来执行。

根据一个实施例，该解决方案涉及一种岩钻设备，该岩钻设备设置有本文献中公开的岩钻机。该岩钻设备包括可移动的载架和连接到该载架的一个或多个钻臂。所述钻臂中的每一个钻臂都在其远端部处设置有钻孔单元。钻孔单元包括进给梁，用于支撑能够在该进给梁上移动的岩钻机。岩钻机包括用于将灌浆材料馈送到能够连接到岩钻机的钻孔工具的装置。由此，灌浆材料可以通过岩钻机和钻孔工具注入到正在钻出的钻孔中。灌浆材料被馈送通过钻机的内部结构，并且不需要单独的馈送适配器或对应的单独的馈送部件。

根据一个实施例，该解决方案涉及一种加固岩石表面的方法。在该方法中，钻孔首先通过岩钻机钻到岩石表面。此后，灌浆材料通过岩钻机和钻孔工具注入到钻孔。带有插入的灌浆材料的钻孔设置有岩石锚杆，在灌浆材料固化后，该岩石锚杆将被刚性地固定到岩石。

根据一个实施例，该解决方案涉及一种使用树脂作为灌浆材料的方法。然后，树脂灌浆材料的树脂组分通过混合装置混合，该混合装置被布置成与岩钻机连接。换句话说，所述组分通过组分馈送通道或组分管道输送到岩钻机，并且仅在岩钻机处被混合在一起。在注入灌浆树脂或灌浆循环结束后，可以通过冲洗流体来冲洗上述混合装置。冲洗能够通过使用水或所述树脂组分中的一种树脂组分(即基础组分或硬化组分)来进行。

可以组合上面公开的实施例和特征，以便形成具有所需的上述特征的解决方案的合适解决方案。

附图说明

在附图中更详细地描述了一些实施例，在附图中

图1是用于地下钻孔的岩钻设备的示意性侧视图；

图2是岩钻机的示意性顶视图，该岩钻机设置有用于经由岩钻机的内部结构和钻孔工具将灌浆材料馈送到钻出的孔的系统；

图3是另一种灌浆材料馈送布置的示意性顶视图；

图4是岩钻机的示意性顶视图，该岩钻机设置有后馈送系统，该后馈送系统用于通过整个岩钻机轴向地馈送冲洗剂和灌浆材料；并且

图5是示出与岩石加固有关的一些原理和特征的图。

为了清楚起见，附图以简化的方式示出了所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1示出了岩钻设备1。岩钻设备1包括可移动的载架2和连接到载架2的至少一个吊臂3。在吊臂3的远端部处是钻孔单元4。钻孔单元4可以包括进给梁5和被支撑在该进给梁5上的岩钻机6。钻孔工具7能够连接到岩钻机6。岩钻机6至少包括用于使钻孔工具7围绕其纵向轴线旋转的旋转装置。当岩钻机6实施冲击钻孔原理时，则它包括用于生成冲击脉冲的冲击装置，该冲击脉冲被传递到钻孔工具7。岩钻机6和吊臂3可以转动，使得钻孔能够被钻到坑道和其它地下空间的坑壁和顶壁，以便安装加固岩石锚杆。钻孔单元4可以包括单独的锚杆馈送装置8，用于将锚杆安装到钻出的孔中，或者替代地是，可以使用自钻式锚杆，则不需要单独的馈送器8。岩钻机6包括用于将灌浆材料馈送到钻出的孔的装置。为清楚起见，在图2至图4中未示出用于馈送灌浆材料的装置。

图2公开了一种岩钻机6，其包括旋转装置9和冲击装置10。钻孔工具7连接到柄部11或对应的安装元件。钻孔工具7产生钻孔12，在钻孔完成之后，通过钻孔工具7将灌浆材料13注入钻孔12内部。在钻机6的前端部分处是冲洗壳体14，其是钻机6的基本冲洗系统FS的一部分。冲洗流体(诸如水或加压空气)可以通过冲洗壳体14的内部的冲洗馈送端口15输送。钻孔工具7的后端与冲洗壳体14的内部空间流体连接，由此馈送的冲洗流体可以进入钻孔工具的中心冲洗通道FC并且可以通过处在钻头16处的冲洗开口排出。冲洗系统FS还可以包括冲洗阀17或用于控制冲洗剂的馈送的对应元件。

图2还公开了冲洗壳体14包括专用的馈送端口18，用于将灌浆材料馈送通过冲洗壳体14和冲洗通道FC到达钻出的孔12。灌浆材料馈送系统GS还包括加压源19(诸如泵)，其被构造用以将灌浆材料组合物A和B输送到混合装置M。混合装置M通过合适的混合元件(诸如螺旋或迷宫)将上述组分混合在一起，使得所述组分可以正确反应，并且然后开始硬化过程。此后，将预先混合的物料输送到馈送阀20，馈送阀20控制灌浆材料到冲洗壳体14的馈送流动。混合装置M、馈送阀20、馈送通道和冲洗壳体14可以通过经由灌浆材料馈送系统GS馈送组分A或B中的一种组分而被冲洗，以便移除混合的物料。替代地是，馈送阀20可以位于混合装置M之前。此外，替代地是，混合装置M可以位于馈送端口18处，如参考附图标记M'所指示的那样。岩钻机6及其冲洗系统FS和灌浆材料馈送系统GS的操作可以通过一个或多个控制单元CU来控制，所述一个或多个控制单元CU配备有一个或多个处理器和计算机程序，该计算机程序包括用于控制所包括的装置的控制指令和策略。

图3公开了一种岩钻机6，其与图2的解决方案的不同之处在于，冲洗系统FS和灌浆材料馈送系统GS利用一个共用的馈送端口18，用于通过冲洗壳体将冲洗剂或灌浆材料馈送到钻孔工具7。此外，馈送阀20被构造用以控制冲洗剂和灌浆材料到冲洗路径的馈送。

图4公开了利用后馈送原理的岩钻机6，其中将冲洗剂和灌浆材料通过穿过冲击装置10和旋转装置8的中心轴向通道输送。在该实施例中，在钻机6的前端处不需要冲洗壳体。冲击装置可以包括活塞21，活塞21设置有中心开口，以便将冲洗剂或灌浆材料通过该中心开口朝向柄部11引导，柄部11与旋转装置9一起也具有中心开口。

加压装置19和组分A和B的存储器可以位于岩钻设备的载架上，并且上述组分可以通过软管输送到岩钻机。同样的原理也涉及冲洗系统。

图5公开了与所公开的加固方法有关的特征和步骤。在上面已在本文献中讨论过这些方面。

附图和相关描述仅旨在说明本发明的思想。在其细节层面中，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (9)

1.岩钻机(6)，

其特征在于，

所述岩钻机(6)包括：

冲洗壳体(14)和至少一个冲洗端口(15)，该冲洗端口用于将冲洗流体馈送到所述冲洗壳体(14)；

至少一个馈送端口(18)，所述至少一个馈送端口用于灌浆材料(13)；以及

至少一个冲洗馈送路径，所述至少一个冲洗馈送路径与所述馈送端口(18)流体连通，并且被构造用以将经由所述岩钻机(6)馈送到所述馈送端口(18)的所述灌浆材料输送到岩钻工具(7)，所述岩钻工具能够连接到所述岩钻机(6)；其中，

用于所述灌浆材料(13)的所述馈送端口(18)位于所述冲洗壳体(14)处，由此所述灌浆材料(13)被构造成被馈送通过所述冲洗壳体(14)到达所述钻孔工具(7)。

2.根据权利要求1所述的岩钻机，其特征在于：

所述岩钻机(6)包括冲洗系统(FS)，所述冲洗系统用于将冲洗流体馈送到所述钻孔工具(7)；并且

所述馈送端口(18)与所集成的所述冲洗系统(FS)流体连通，用于将所述灌浆材料(13)通过所述冲洗系统(FS)馈送到所述钻孔工具(7)。

3.根据权利要求1或2所述的岩钻机，其特征在于：

所述灌浆材料(13)和所述冲洗流体被构造成被馈送通过相同的所述馈送端口(18)到达所述冲洗系统(FS)，由此所述冲洗系统(FS)具有一个单个的馈送端口(18)，所述馈送端口(18)是馈送所述灌浆材料(13)和所述冲洗流体共用的。

4.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的岩钻机，其特征在于：

所述岩钻机(6)设置有混合装置(M)，用于将灌浆树脂的至少两种树脂组分(A、B)彼此混合。

5.根据前述权利要求1-4中的任一项所述的岩钻机，其特征在于：

能够连接到岩钻机(6)的所述钻孔工具是自钻式锚固锚杆，其包括中空轴和位于所述锚杆的远端处的钻头，所述中空轴用于将所述冲洗流体和所注入的所述灌浆材料(13)馈送通过所述中空轴。

6.一种岩钻设备(1)，包括：

可移动的载架(2)；

至少一个钻臂(3)；

钻孔单元(4)，所述钻孔单元位于所述钻臂(3)的远端部分处，其中，所述钻孔单元(4)包括进给梁(5)和岩钻机(6)，所述岩钻机以可移动的方式被支撑在所述进给梁(5)上；以及

用于将灌浆材料(13)馈送到钻孔工具(7)的装置，所述钻孔工具能够连接到所述岩钻机(6)，以便将所述灌浆材料(13)注入到由所述岩钻机(6)钻出的钻孔(12)；

其特征在于，

用于馈送所述灌浆材料(13)的所述装置是所述岩钻机(6)的一部分，所述岩钻机与前述权利要求1-5中所公开的装置一致。

7.一种加固岩石表面的方法，所述方法包括：

通过岩钻机(6)将钻孔(12)钻到所述岩石表面；

通过被连接到所述岩钻机(6)的钻孔工具(7)注入灌浆材料(13)；以及

将岩石锚杆布置到所述钻孔(12)；

其特征在于，

包括：通过所述岩钻机(6)的冲洗馈送路径馈送所注入的所述灌浆材料(13)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

包括：在所述灌浆材料(13)被馈送之后，通过将冲洗流体馈送通过所述冲洗馈送路径，冲洗所述冲洗馈送路径。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，

包括：使用树脂作为所述灌浆材料(13)；以及

通过混合装置(M)混合树脂的所述灌浆材料的树脂组分，所述混合装置(M)被布置成与所述岩钻机(6)连接。

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