CN117716113A - 双楔子岩石锚杆 - Google Patents

Abstract

一种岩石锚杆(1)，包括基于楔子的扩张机构。该扩张机构包括驱动楔子(8)，该驱动楔子(8)用于在所述岩石锚杆(1)张紧时使中间楔子(9)扩张，其中该中间楔子(9)用于使附接到该岩石锚杆(1)的外部管(4)的楔子置扩张。所述中间楔子(9)的使用使得所述岩石锚杆(1)能够更大地扩张。

Description

双楔子岩石锚杆

本申请要求2021年8月5日提交的EP 21189971.1的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于加固诸如岩层的地层的锚杆，并且具体地是涉及用于促进这种锚杆的更容易安装和预张紧的技术。

背景技术

地层，诸如岩石结构或岩层，通常使用岩石锚杆进行加固。例如，岩石锚杆通常用于加固隧道坑顶以及用于稳定岩石壁、斜坡和岩脉。根据例如要加固的地层的类型，使用各种类型的岩石锚杆或锚栓。

一种常见类型的岩石锚杆是可液压扩张的岩石锚杆，其提供有可扩张主体，该可扩张主体将被打到地层中，然后通过引入加压压力介质而扩张，使得可扩张主体压靠钻孔的孔壁，从而接合地层。可液压扩张的岩石锚杆从CZ 25706U1已知。

另一种类型的岩石锚杆是摩擦锚杆。这种岩石锚杆可以通过驱动装置(诸如，台车)打到地层中。摩擦锚杆的衍生品是可机械扩张锚杆，其包括伸长的可扩张外部主体(有时称为对开管)和中心杆，该中心杆在外部主体内部从提供有螺母的尾部部分延伸到可操作地连接到扩张机构的引导部分，以用于在中心杆旋转时使外部主体扩张。

在将可机械扩张的岩石锚杆安装在地层中时，操作驱动装置，以重复地冲击岩石锚杆的外部主体，从而迫使外部主体进入地层中。当锚杆被充分地打到地层中时，锚杆通过扩张机构的操作而扩张，从而引起外部主体的扩张。

AU2010223134B2公开了一种可机械扩张的摩擦锚杆。

EP3635220 A1和WO201513743公开了现有技术的可机械扩张的岩石锚杆。

有时，尽管扩张机构的最大扩张，但是锚杆仍没有正确地锚固到地层。

发明内容

因此，本发明的目的是通过实现岩石锚杆的更大扩张范围来减轻上述问题。

根据本发明的第一方面，这些目的和其它目的通过所附独立权利要求1中限定的岩石锚杆以及从属权利要求中限定的替代性实施例来实现。

所述岩石锚杆包括中心杆、沿所述中心杆的长度的至少一部分围绕所述中心杆设置的管状外部主体、以及用于使所述管状外部主体管径向扩张的扩张机构。

扩张机构包括附接到中心杆的第一楔子装置，和第二楔子装置，该第二楔子装置在第一楔子装置和外部主体的尾部部分之间附接到外部主体。

第一楔子装置和第二楔子装置被构造成使得在第一楔子装置在第一方向上朝向岩石锚杆的尾部部分移动时，第一楔子装置能够围绕岩石锚杆的纵向轴线径向向外推动第二楔子装置，从而使外部主体径向扩张。

第一楔子装置包括附接到中心杆的驱动楔子和中间楔子，该中间楔子围绕驱动楔子的至少一部分设置在驱动楔子和第二楔子装置之间，其中该驱动楔子和该中间楔子被构造成使得在该驱动楔子在第一方向上朝向岩石锚杆的尾部部分移动时，该驱动楔子能够径向扩张中间楔子，其中第一楔子装置因此能够利用已径向扩张的中间楔子推动第二楔子装置径向向外。

驱动楔子可以提供有第一楔子表面和第二楔子表面，该第二楔子表面用于与该驱动楔子的第一楔子表面对接。

根据替代性方案a)，第一楔子表面可以是平面的，并且第二楔子表面可以是平面的。另选地是，根据替代性方案b)，第一楔子表面可以具有沿着每个相应的第一楔子表面的长度恒定的第一横截面形状S，其中第二楔子表面具有沿着每个相应的第二楔子表面的长度恒定的恒定的第二横截面形状S，并且其中第一横截面形状与第二横截面形状配合。

当驱动楔子进一步移动到中间楔子中时，驱动楔子和中间楔子的对接的楔子表面使得驱动楔子和中间楔子之间的伸长的接触表面能够推动中间楔子扩张。随着中间楔子的柄部弯曲并且/或者变形，主楔子和中间楔子的接触的区域移动。如果已经使用锥形驱动楔子表面，则当驱动楔子形移动到中间楔子形中时将产生点压力。

如果岩石锚杆是根据替代性方案b的岩石锚杆，则第一楔子表面和第二楔子表面可以全部具有垂直于岩石锚杆的纵向轴线的恒定的横截面形状，即，在由垂直于岩石锚杆的纵向轴线的平面限定的横截面中看到的横截面形状。

中间楔子可以提供有一个或多个外部楔子表面，该一个或多个外部楔子表面包括锥形引入部分和沿着岩石锚杆的纵向轴线延伸的后部部分。

当第一楔子装置在驱动楔子的驱动方向上移动时，锥形前部部分使得中间楔子能够与第二楔子装置正确对准。

后部部分可以成形为使得当中间楔子完全扩张时，该后部部分与引入部分对准。

当第一楔子装置在第一方向上移动时，对准使得该外部主体能够基本上线性地扩张。

中间楔子可以设置有沿着中间楔子的大部分长度渐缩的一个或多个外部楔子表面。

驱动楔子可以包括至少一个肩部，用于向中间楔子施加驱动力，以在第一方向上推动中间楔子。

在推动驱动楔子进入中间楔子时，中间楔子由附接到外部管的第二楔子装置从一侧支撑，并且由驱动楔子的楔子表面从该中间楔子的另一侧推动。在中间楔子扩张时，其最终邻接驱动楔子的肩部，使得附加驱动力可以在肩部和中间楔子之间的交界面处传递，而不引起中间楔子的进一步扩张。这使得能够改进对中间楔子的扩张量的控制，并且使得能够向中间楔子施加增加的力。

肩部可以被构造成使得中间楔子能够相对于驱动楔子从未扩张位置移动到扩张位置，并且被构造用以提供止动表面，该止动表面防止该中间楔子在驱动楔子上进一步移动超过扩张位置。

因此，当中间楔子已经到达其扩张位置时，肩部首先接合中间楔子，从而使得驱动楔子的驱动力能够主要扩张该中间楔子，直到该中间楔子完全扩张到规格为止。如果在驱动楔子上没有提供这样的肩部，则该中间楔子的进一步扩张将是可能的，从而使得第二楔子装置能够进一步扩张。

中间楔子可以制成一体。

中间楔子的一体式设计能够更容易地组装岩石锚杆。

中间楔子可以包括围绕岩石锚杆的纵向轴线分布的多个楔子部分。

中间楔子的多件式设计能够实现更大的制造公差，并且能够将楔子部分用于具有不同尺寸的中心杆的不同尺寸的岩石锚杆。

中间楔子可以包括弹性保持装置，该弹性保持装置构造用以使楔子部分相对于岩石锚杆的纵向轴线纵向对准，并且构造用以允许该楔子部分径向扩张。

保持装置保持中间楔子部分组合在一起，因此能够更容易地组装岩石锚杆。

保持装置可以包括一个或多个弹性周向带，所述一个或多个弹性周向带围绕岩石锚杆的纵向轴线延伸并且分别接合楔子部分的对应凹部，所述弹性带例如是O形环。

弹性带提供了保持中间楔子部分组合在一起的简单且坚固耐用的装置，并且如果在岩石锚杆的组装或操纵期间受到损坏，则该弹性带是可拆卸且可更换的。

中间楔子可以在其后部部分提供有肩部，用于通过第二楔子装置的接合来限制该中间楔子沿着岩石锚杆的纵向轴线的轴向移动。

中间楔子和驱动楔子被构造成使得中间楔子的至少一部分在被驱动楔子扩张时邻接外部主体，从而在中间楔子进一步扩张时径向扩张外部主体。

附图说明

图1示出了现有技术的岩石锚杆。

图2a-图2b示出了根据本公开的第一实施例的岩石锚杆的引导部分(以虚线示出的中心杆)。

图2b以横截面示出了岩石锚杆。

图3a-图3b示出了图2a-图2b的岩石锚杆的中间楔子的第一实施例。

图3b以横截面示出了中间楔子。

图4示出了图3a-图3b中所示的中间楔子的替代性实施例(具有弹性周向带以保持部件对准的多部件实施例)。

图5示出了驱动楔子和中间构件的对接楔子表面的横截面形状的示例。类似的对接的楔子表面可以提供在中间构件和第二楔子装置之间。

图6示出了提供有肩部的中间楔子的替代性实施例，该肩部用于限制中间楔子相对于第二楔子装置沿着岩石锚杆的纵向轴线的移动。

图7a-图7c示出了岩石锚杆的实施例的透视图，其中图7a中是全视图、图7b中是截面图，并且图7c中是隐去中心杆的截面图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据示例性实施例的岩石锚杆1。

如图2所示，岩石锚杆1包括中心杆2、沿中心杆2的长度的至少一部分围绕中心杆2设置的管状外部主体4。岩石锚杆1进一步包括扩张机构，用于使管状外部主体4径向扩张。在该实施例中，扩张机构提供在岩石锚杆1的引导部分处，但是在其它实施例中，扩张机构可以替代性地沿着岩石锚杆1的长度进一步向后提供。岩石锚杆1的引导部分是在安装岩石锚杆1时岩石锚杆1首先插入钻孔中的部分。扩张机构包括附接到中心杆2的第一楔子装置6和第二楔子装置7，该第二楔子装置在第一楔子装置6和外部主体4的尾部部分18之间附接到外部主体4。

第一楔子装置6和第二楔子装置7构造成使得在第一楔子装置6在第一方向D上朝向岩石锚杆1的尾部部分18移动时，第一楔子装置6能够围绕岩石锚杆1的纵向轴线15径向向外推动第二楔子装置7，从而使外部主体4径向扩张。当第一楔子装置和第二楔子装置围绕岩石锚杆1的纵向轴线相对彼此闭合移动时，通过第一楔子装置6和第二楔子装置7的相互配合的倾斜楔子表面推动第二楔子装置径向向外来实现扩张。

根据本公开，第一楔子装置6包括附接到中心杆2的驱动楔子8和中间楔子9，该中间楔子在驱动楔子8和第二楔子装置7之间围绕驱动楔子8的至少一部分设置。驱动楔子8和中间楔子9被构造成使得在驱动楔子8在第一方向D上朝向岩石锚杆1的尾部部分18移动时，驱动楔子8能够径向扩张中间楔子9，其中第一楔子装置6因此能够利用已径向扩张的中间楔子9推动第二楔子装置7径向向外。

尽管第一楔子装置6被描述为附接到中心杆2，但是应当理解的是，只是第一楔子装置6的驱动楔子8附接到中心杆2，并且中间楔子9能够相对于中心杆2移动，但在功能上与驱动楔子8相关联，使得它们一起工作。换句话说，第一楔子装置6被锚固到中心杆2。

第一楔子装置6通过使驱动楔子8朝向岩石锚杆1的尾部部分18移动而扩张。这种移动在该实施例中通过旋转中心杆2来实现，该旋转则通过旋转图7a-图7c中所示的盲螺母来实现，但是在其它实施例(图中未示出)中，驱动楔子8可以替代性地移动，而不旋转中心杆(即，不相对于中心杆2移动驱动楔子8)，这通过将中心杆2朝向外部主体4的尾部部分18移动，诸如通过使用另一种类型的螺母，该类型的螺母允许螺母在螺母旋转时拉动中心杆2，即不是盲螺母。

驱动楔子8提供有第一楔子表面10，并且其中中间楔子9提供有第二楔子表面11，该第二楔子表面用于与驱动楔子8的第一楔子表面10对接。第一楔子表面10是平面的，第二楔子表面11是平面的。这里，平面应被解释为具有在相应平面中延伸的部分，所述部分是每个相应的楔子表面的、用于将楔入力传递到第一楔子表面10和第二楔子表面11中的另一个楔子表面的对应楔子表面的部分。驱动楔子8和中间楔子9的其它部分可以延伸到相应平面之外。

在替代性实施例中，第一楔子表面10不是平坦的，而是第一楔子表面10可以具有沿着每个相应的第一楔子表面10的长度恒定的第一横截面形状S1，其中第二楔子表面11具有沿着每个相应的第二楔子表面11的长度恒定的恒定的第二横截面形状S2，并且其中第一横截面形状S1与第二横截面形状S2配合。图5中示出了这种横截面形状S1、S2的示例，其中第一楔子表面10具有垂直于岩石锚杆1的纵向轴线的恒定的横截面形状，并且其中第二楔子表面11具有垂直于岩石锚杆1的纵向轴线的恒定的横截面形状。该恒定的横截面形状可以例如限定平坦表面或具有弓形横截面形状的表面。

如图3a-图3b所示，中间楔子9提供有一个或多个外部楔子表面17，该外部楔子表面17包括沿着岩石锚杆1的纵向轴线15延伸的锥形引入部分13和后部部分14。后部部分14成形为使得当中间楔子9完全扩张时，后部部分14与引入部分13对准，但是在其它实施例中，替代性地是，后部部分14可以成形为不与引入部分13对准。在又一替代性实施例中，中间楔子9提供有沿着中间楔子9的大部分长度渐缩的一个或多个外部楔子表面17。因此，外部楔子表面17的长度在中间楔子形9扩张时从较短长度L1增加到较长长度L2，如图3a和图3b所示。

如图3a所示，驱动楔子8包括至少一个肩部12，用于向中间楔子9施加驱动力，以在第一方向D上推动中间楔子9。肩部12构造成使得中间楔子9能够相对于驱动楔子8从未扩张位置移动到扩张位置，并且构造用以提供止动表面，从而防止中间楔子9在驱动楔子8上进一步移动超过该扩张位置。如果在驱动楔子8上没有提供这样的肩部12，则中间楔子9的进一步扩张将是可能的，从而使得第二楔子装置7能够进一步扩张。

中间楔子9制成一体，但在其它实施例中，例如图4所示的实施例中，替代性地是，中间楔子9可包括围绕岩石锚杆1的纵向轴线15分布的多个楔子部分16(图4实施例中是两个楔子部分)。当制成一体件时，该一体件可以通过任何合适的制造方法制成，诸如通过模制或通过将多个部件附接在一起(诸如通过焊接它们)以形成一体式部件。

当使用多个楔子部分16时，优选地是，中间楔子9可以包括弹性保持装置5，该弹性保持装置5被构造用以相对于岩石锚杆1的纵向轴线纵向对准楔子部分并且被构造用以允许楔子部分16径向扩张。该保持装置包括一个或多个弹性周向带，该一个或多个弹性周向带围绕岩石锚杆的纵向轴线15延伸并且分别接合楔子部分16的对应凹部，该弹性带例如是O形环。

在中间楔子9的替代性实施例中，中间楔子9在其后部部分提供有肩部3，以用于通过第二楔子装置7的接合来限制中间楔子9沿着岩石锚杆1的纵向轴线15的轴向移动。

Claims (15)

1.一种岩石锚杆(1)，包括中心杆(2)，

管状外部主体(4)，所述管状外部主体(4)围绕所述中心杆(2)沿着所述中心杆(2)的长度的至少一部分设置，以及

扩张机构，所述扩张机构用于使所述管状外部主体(4)径向扩张，其中所述扩张机构包括

第一楔子装置(6)，所述第一楔子装置(6)附接到所述中心杆(2)，以及

第二楔子装置(7)，所述第二楔子装置(7)在所述第一楔子装置(6)和所述外部主体(4)的尾部部分(18)之间附接到所述外部主体(4)，

其中，所述第一楔子装置(6)和所述第二楔子装置(7)被构造成使得在所述第一楔子装置(6)在第一方向(D)上朝向所述岩石锚杆(1)的尾部部分(18)移动时，所述第一楔子装置(6)能够围绕所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)径向向外推动所述第二楔子装置(7)，从而径向扩张所述外部主体(4)，

其特征在于，所述第一楔子装置(6)包括附接到所述中心杆(2)的驱动楔子(8)和中间楔子(9)，所述中间楔子(9)在所述驱动楔子(8)和所述第二楔子装置(7)之间围绕所述驱动楔子(8)的至少一部分设置，其中所述驱动楔子(8)和所述中间楔子(9)被构造成使得在所述驱动楔子(8)在所述第一方向(D)上朝向所述岩石锚杆(1)的尾部部分(18)移动时，所述驱动楔子(8)能够径向扩张所述中间楔子(9)，其中所述第一楔子装置(6)因此能够利用已径向扩张的所述中间楔子(9)径向向外推动所述第二楔子装置(7)。

2.根据权利要求1所述的岩石锚杆(1)，其中，所述驱动楔子(8)提供有第一楔子表面(10)，并且其中，所述中间楔子(9)提供有用于与所述驱动楔子(8)的所述第一楔子表面(10)对接的第二楔子表面(11)，其中，所述第一楔子表面(10)是平面的，并且其中，所述第二楔子表面(11)是平面的。

3.根据权利要求1所述的岩石锚杆(1)，其中，所述驱动楔子(8)提供有第一楔子表面(10)，并且其中，所述中间楔子(9)提供有用于与所述驱动楔子(8)的所述第一楔子表面(10)对接的第二楔子表面(11)，其中，所述第一楔子表面(10)具有沿着每个相应的第一楔子表面(10)的长度恒定的第一横截面形状(S1)，其中，所述第二楔子表面(11)具有沿着每个相应的第二楔子表面(11)的长度恒定的恒定的第二横截面形状(S2)，并且其中，所述第一横截面形状(S1)与所述第二横截面形状(S2)配合。

4.根据权利要求3所述的岩石锚杆(1)，其中，所述第一楔子表面(10)具有垂直于所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)的恒定的横截面形状，并且其中，所述第二楔子表面(11)具有垂直于所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)的恒定的横截面形状。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)提供有一个或多个外部楔子表面(17)，所述一个或多个外部楔子表面(17)包括锥形引入部分(13)和沿着所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)延伸的后部部分(14)。

6.根据权利要求5所述的岩石锚杆(1)，其中，所述后部部分(14)成形为使得当所述中间楔子(9)完全扩张时，所述后部部分(14)与所述引入部分(13)对准。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)提供有沿着所述中间楔子(9)的大部分长度渐缩的一个或多个外部楔子表面(17)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述驱动楔子(8)包括至少一个肩部(12)，所述至少一个肩部(12)用于向所述中间楔子(9)施加驱动力，以在所述第一方向(D)上推动所述中间楔子(9)。

9.根据权利要求8所述的岩石锚杆(1)，其中，所述肩部(12)构造成使所述中间楔子(9)能够相对于所述驱动楔子(8)从未扩张位置移动到扩张位置，并且构造用以提供止动表面，所述止动表面防止所述中间楔子(9)在所述驱动楔子(8)上进一步移动超过所述扩张位置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)被制成一体。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)包括围绕所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)分布的多个楔子部分(16)。

12.根据权利要求11所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)包括弹性保持装置(5)，所述弹性保持装置(5)构造用以使所述楔子部分(16)相对于所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)纵向对准，并且构造用以允许所述楔子部分(16)径向扩张。

13.根据权利要求12所述的岩石锚杆(1)，其中，所述保持装置包括一个或多个弹性周向带，所述一个或多个弹性周向带围绕所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)延伸并且分别接合所述楔子部分(16)的对应凹部。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)在其后部部分(19)处提供有肩部(3)，用于通过所述第二楔子装置(7)的接合来限制所述中间楔子(9)沿着所述岩石锚杆(1)的纵向轴线(15)的轴向移动。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的岩石锚杆(1)，其中，所述中间楔子(9)和所述驱动楔子(8)构造成使得所述中间楔子(9)的至少一部分在被所述驱动楔子扩张时邻接所述外部主体(4)，从而在所述中间楔子(9)进一步扩张时径向扩张所述外部主体(4)。