CS272771B2 - Method of rocky structure stabilization and tubular stabilizer for realization of this method - Google Patents

Description

Vvnález ^se ‘^tÝ^ká způsobu stabilizace skalní struktury spočívající v tom, že se vyvrtá vrt, do něj se zasune trubicovitý stabilizátor, který je tenčí než je vrt, a tento trubicovitý stabilizátor se rozepne pro zakotvení ve vrtu.

3e známo, že se tohoto způsobu stabilizace používá proti rozpadu skalních struktur tím, že stabilizátory udržují jednotlivé části skály u sebe. Tímto způsobem se brání tomu, aby stávající trhliny, které často vznikají při trhacích pracích, dále rostly. Hustota stabilizátorů potřebných pro stabilizaci skalní struktury závisí na tom, jak velké síly je zapotřebí. Různé typy hornin mají také různé tendence k tvorbě trhlin.

V americkém patentovém spisu č, 4 459 067 je znázorněn skalní stabilizátor, který obsahuje uzavřenou trubici opatřenou v podélném směru záhyby, která se uvede pod tlak, aby se rozepnula pro zakotvení do skály. Tento stabilizátor zajištuje výborné ukotveni a přijatelné rozpětí průměrů vrtů je velmi široké. Stabilizátor je však poměrně drahý.

V kanadském patentovém spisu č. 1 171 310 je popsán stabilizátor s podélnými záhyby, který se rozpíná ve vrtu pomocí trnu, jenž se vtlačuje do stabilizátoru. Rozpínání je poměrně komplikované a vyžaduje poměrně značnou silu.

V americkém patentu č. 3 922 867 a 4 012 913 jsou znázorněny skalní stabilizátory, obsahující trubici s podélnou štěrbinou. Stabilizátory jsou nejprve širší, než je vrt a jsou vháněny do vrtu. Vsouvání vyžaduje sílu, která je stejně velká, jako je kotevní síla, a přípustný rozsah průměrů vrtů je velmi úzký.

V americkém patentovém spisu č. 3 349 567 je znázorněn skalní stabilizátor, obsahující trubici, která se vsouvá do vrtu a po té se rozpíná v určitých bodech pulzujícími magnetickými poli vyvolávanými rázy vysokého napětí v cívce, která se v sondě dočasně vsune do stabilizátoru. Takové kotvení je pravděpodobně nebezpečné vzhledem k výši potřebného napětí a není skutečně vyzkoušeno v praxi.

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález, jehož podstatou je způsob stabilizace skalní struktury pomocí vrtů, do nichž se vkládají rozpínatelné stabilizátory ve formě trubek, které jsou tenčí, než je vrt, přičemž trubky se rozepnou pro zakotvení ve vrtu, přičemž . podle vynálezu zahrnuje vkládáni rozpínatelného stabilizátoru sestavení vnitřního pružného tělesa, které se vsouvá do vnější kovové trubky, přičemž toto vnitřní pružné těleso se po té připojí ke zdroji tlakové kapaliny a po té, co sestava kovové trubky a pružného tělesa byla vsunuta do vrtu, se vnitřní pružné těleso uvede pod řízený tlak tlakovou kapalinou, přičemž tímto tlakem se stěny kovové stabilizační trubky plasticky deformují a 'jsou roztaženy do těsného dotyku se stěnou vrtu včetně jejích povrchových nerovností a pružně rozpínají skálu okolo vrtu, načež se tlak uvnitř rozpínatelného pružného tělesa uvolní a stabilizátor se nechá zakotvený ve vrtu smrštivým záběrem mezí stěnou plasticky roztažené trubky a elasticky deformovaným povrchem skalní struktury po obvodě vrtu.

Podle dalšího znaku vynálezu se sestavení kovové stabilizační trubky a vnitřního roztažitelného pružného tělesa provádí před vsunutím kovové stabilizační trubky do vrtu.

Vnitřní pružné těleso se může vsouvat do kovové stabilizační trubky před tím vsunuté do vrtu. S výhodou se do před tím vsunuté kovové stabilizační trubky vsouvá vnitřní rozpínatelné pružné těleso kratší než je trubka, přičemž toto pružné těleso se v axiálním směru posouvá do polohy, v níž se má trubka rozepnout, načež se sestava pružného tělesa a kovové trubky uvede pod tlak a rozepne. Po uvolnění tlaku ve vnitřním pružném tělese se toto tělesa posune podél kovové trubky do druhé rozpínací polohy, v níž se vnitřní pružné těleso znovu uvede pod tlak pro opětovné plastické roztažení kovové trubky do smrštivého záběru se skálou v axiálně posunuté poloze.

Vynález se rovněž vztahuje na trubicový stabilizátor pro stabilizaci skalní struktury výše uvedeným způsobem, sestávající z kovové trubky, do níž je vloženo vnitřní pružné trubicové těleso s uzavřeným předním koncem a s otevřeným zadním koncem, připojeným ke zdroji tlakové hydraulické kapaliny.

Vnitřní pružné trubicové těleso je s výhodou volně vloženo do kovové trubky. Kovová trubka může být opatřena podélnou štěrbinou probíhající po celé její délce. Kovová trubka může mít válcový průřez s plochou oblastí. Stejně tak může být opatřena na svém vnějším povrchu zdrsněnou oblastí obsahující výstupky.

Podle dalšího znaku vynálezu má vnitřní pružné trubicové těleso kratší délku, než kovová trubka. Kovová trubka může mít v průřezu výchozího tvaru přečnívající okraje, z nichž jeden okraj má vlnitý tvar a druhý okraj má ozubený tvar.

Podle dalšího provedení může nést kovová trubka obvodovou dosedaci přírubu pro dosednutí na opěrnou desku na vstupu do vrtu.

Způsob stabilizace podle vynálezu umožňuje provádět stabilizaci skalní struktury rychle, spolehlivě a s malými provozními náklady. Rovněž stabilizátor tvořený kombinací trubky a pružného tělesa má jednoduchou konstrukci a nízké pořizovací náklady. Použitím vynálezu se tak dají proti známému stavu techniky snížit náklady na stabilizaci skalní struktury. Způsob podle vynálezu je snadno adaptabilní na konkrétní potřeby úpravou délek stabilizovaných vrtů, jejich počtu a hustoty.

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňují obr. 1 příčný řez rovinou 1-1 z obr. 4 vrtem ve skále, do níž byla vložena kovová trubka, přičemž uvnitř kovové trubky je rozpínatelné pružné trubicové těleso, obr. 2 je řez rovinou 2-2 z obr. 5, odpovídající obsahu obr. 1, avšak ukazující kovovou trubku stabilizátoru po rozepnutí tak, že se zakotvila do skály, obr. 3 řez rovinou 3-3 z obr. 6, odpovídající obr. 1 a 2, avšak ukazující kovovou trubku zakotvenou do vrtu po té, co bylo rozpínatelné pružné trubicové těleso vyjmuto, obr. 4 až 6 podélné řezy odpovídající obr. 1 až 3, obr. 7 schematické zobrazení pracovníka obsluhy, osazující stabilizátor do stropu skalní dutiny, například tunelu, obr. 8 až 10 řezy odpovídající obr. 1 až 3, avšak ukazující obměněné provedení stabilizátoru, obr. 11 až 13 řezy odpovídající obr. 1 až 3 a ukazující další obměněné provedení stabilizátoru, obr. 14 až 17 příčný řez čtyřmi jinými formami stabilizátoru, obr. 18 pohled na úsek stabilizátoru,,vyznačený šipkami 18 na obr. 15, a obr. 19 podélný řez stabilizátorem s osazením pro opěrnou desku.

Skalní stabilizátor znázorněný na obr. 1 až 7 obsahuje kovovou trubku 11, například z oceli a s výhodou z měkké oceli. Jeden z jeho konců je tvarován do tvaru dosedaci příruby 12, která tvoří oporu pro opěrnou desku 13.

Rozpínatelné pružné trubicové těleso 15 je vytvořeno z pryže, například jako hadice z vyztužené pryže, která je spojena s pracovním nástrojem 14, jenž je nejlépe patrný z obr 4 a 7. Pryžová hadice je osazena na základě 16 a svými konci je vůči této základně 16 utěš něna. Základna 16 je osazena na tyči 18., patrné z obr. 7. Hadicí 17, která je připojena k čerpadlu 20 přes přívodní ventil 21, jak ukazuje obr. 7, může být pružné trubicové těleso 15 stabilizátoru, spojené s pracovním nástrojem 14, uvedeno pod tlak tlakovou kapalinou čímž se radiálně rozpíná.

Na obr. 7 je znázorněno osazení kovové trubky 11 stabilizátoru. Pracovní nástroj 14 s pružným trubicovým tělesem 15 stabilizátoru se nejprve vsouvá do kovové trubky 11 a je ho použito pro vsouvání celé sestavy stabilizátoru jako celku do vrtu 23, jak ukazuje obr. 7, 4 a 1. Potom se ventil 21 aktivuje pro uvedení pružného trubicového tělesa 15 stabilizátoru pod tlak, čímž se toto těleso rozpíná a tlačí kovovou trubku 11 proti stěnám vrtu takovou silou, že se trubka deformuje plasticky a rozpíná se proti stěnám vrtu, kterým předává sílu rozšiřující vrt pružnou deformací skály, jak ukazují obr. 5, 7 a 2. Dále se kovová trubka 11 plasticky deformuje tak, že se přizpůsobuje nerovnoměrnostem ve vrtu, jak je znázorněno záměrně zkresleným způsobem na obr. 5. Potom se pružné trubicové těleso 15 zbaví působení tlaku a pracovní nástroj 14 se odstraní, přičemž se nechá kovová trubka 11 stabilizátoru zakotvena ve vrtu, jak ukazují obr. 3 a 6.

Pružně deformovaná skála se smrštuje více, než plasticky deformovaná kovová trubka 11 stabilizátoru, takže smrštěním dojde k těsnému dotyku mezi kovovou trubkou a stěnou vrtu, který kovovou trubku stabilizátoru zakotví plástovým třením. Kovová trubka může být s výhodou vytvořena z měkké oceli a hydraulický tlak může být například 50-100 MPa. Oe třeba poznamenat, že stěna vrtu není nikdy hladká a často není vrt zcela přímý, ale je poněkud spirálovitý. Není příliš obtížné vrtat díru, která je méně přímá a má méně hladký povrch, než je obvyklé. Plastické přizpůsobeni kovové trubky stabilizátoru nepravidelnostem vrtu zlepšuje zakotvení. V některých skalních horninách dojde rovněž k plastickému přetvoření horniny samotné.

Kovová trubka 11 stabilizátoru může být například 1 až 3 ni dlouhá nebo delší a může být použita ve vrtu s průměrem například 25 až 45 mm. Ve všech obrázcích až na obr. 7 je kovová trubka liznázorněna zkrácená.^Pružné trubicové těleso 15 může být přibližně stejně dlouhé jako kovová trubka 11, takže se může rozpínat po celé délce kovové trubky. Může být také kratší než kovová trubka 11 a může být použito pro rozpínáni částí kovové trubky a potom zbaveno tlaku, znovu zasunuto do kovové trubky pro rozepnutí její jiné části, takže se kovová trubka nakonec celá rozepne. Někdy může být žádoucí rozpínat pouze část kovové trubky přilehlé dnu vrtu tak, aby se získal tyčový prvek, například kotva, zakotvená na svém konci.

Na obr. 8 až 10, které odpovídají obr. 1 až 3, je znázorněno alternativní řešení kovové trubky 11. Kovová trubka 11 stabilizátoru je v profilu mírně zvlněná. Obr. 8 ukazuje kovovou trubku před rozepnutím, obr. 9 během rozpínání a obr. 10 kovovou trubku stabilizátoru zakotvenou ve vrtu.

Obr. 11 až 13 odpovídají též obr. 1 až 3, avšak ukazují další obměněné provedení kovové trubky 11 stabilizátoru. Kovová trubka 11 má plochou část 31 a podélnou štěrbinu 32. protilehlou ploché části, takže jsou vytvořena dvě křídla 33, 54. Plochá část 31 je tlačena proti stěně vrtu rozpínatelným pružným trubicovým tělesem 15, jak ukazuje obr. 12 a když je pružné trubicové těleso zbaveno působení tlaku, bude plocha původní ploché části 31 působit jako pružina pro tlačení křídel 33 a 34 směrem ven tak, že zlepšují kotevní účinek třením. Mezi kovovou trubkou 11 v ploše původní ploché části 31 a stěnou vrtu po té, co je kovová trubka ukotvena, bude pravděpodobně vůle.

Na obr. 14 a 17 jsou znázorněny modifikované příčné řezy kovovými trubkami 11 stabilizátoru se štěrbinami. Na obr. 15 má kovová trubka 11 stabilizátoru kruhový průřez. Podélná štěrbina může být buň přímá jako v provedení znázorněném na obr. 11 až 13 nebo může být upravena jako na obr. 18. jeden okraj 35 je potom zvlněný a druhý okraj 36 je ozubený. Vždy dojde k tomu, že zub ozubeného okraje 36 zabere do zvlněného okraje 35, čímž se zabrání smrštění a zvýší se tím kotevní síla.

Kovová trubka 11 na obr. 16 má přes sebe položené podélné okraje. Kovová trubka 11 na obr. 14 má okraje zahnuté a tyto zahnuté okraje se navzájem dotýkají. Mezi okraji může být rovněž otevřená štěrbina. Na obr. 17 jsou znázorněny tři rozdílné způsoby dosahování hrubosti vnějšího povrchu kovové trubky 11 stabilizátoru. Kovový pásek tvořící kovovou trubku 11 stabilizátoru může mít vyčnívající místní návarky tvořící výstupky 40 nebo může být v celé tlouštce stěny opatřen vruby nebo zvlněními vnějšího povrchu, tvořící odpovídající výstupky 41, 42. Zdrsněním povrchu jakýmkoli znázorněným nebo neznázorněným způsobem se obvykle dosáhne zvýšení síly potřebné k vytržení trubky stabilizátoru.

Na obr. 19 je zázorněna alternativa dosedaci příruby 12. Válec 37 je připojen třecím svařováním ke kovové trubce 11 stabilizátoru pro vytvoření opěry pro opěrnou desku 13.

Není třeba, aby kovová trubka byla vsouvána do vrtu společně s pružným trubicovým tělesem připojeným k pracovnímu nástroji. Kovová trubka může být místo toho nejdříve samostatně vsunuta do vrtu a potom může být rozpínavé pružné trubicové těleso vsunuto do této kovové trubky. Příklady pracovních nástrojů vhodných pro kotvení skalních stabilizátoťů jsou popsány v amerických .patentových spisech č. 1 630 470 a 1 863 286.

Claims (13)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob stabilizace skalní struktury pomocí vrtů, do nichž se vkládají rozpínatelné stabilizátory ve formě trubek, které jsou tenčí, než je vrt, přičemž trubky se rozepnou pro zakotvení ve vrtu, vyznačený tím, že vkládání rozpínatelného stabilizátoru.zahrnuje sestavení vnitřního pružného tělesa, které se vsouvá do vnější kovové trubky, přičemž toto vnitřní pružné těleso se po té připojí ke zdroji tlakové kapaliny a po té, co sestava kovové trubky a pružného tělesa byla vsunuta do vrtu, se vnitřní pružné těleso uvede pod řízený tlak tlakovou kapalinou, přičemž tímto tlakem se stěny kovové stabilizační trubky plasticky deformují a jsou roztaženy do těsného dotyku se stěnou vrtu včetně jejích povrchových nerovností a pružně rozpínají skálu okolo vrtu, načež se tlak uvnitř rozpínatelného pružného tělesa uvolní a stabilizátor se nechá zakotvený ve vrtu smrštivým záběrem mezi stěnou plasticky roztažené trubky a elasticky deformovaným povrchem skalní struktury po obvodě vrtu.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že sestavení kovové stabilizační trubky a vnitřního roztažitelného pružného tělesa se provádí před vsunutím kovové stabilizační trubky do vrtu.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že vnitřní pružné těleso se vsouvá do kovové stabilizační trubky, před tím vsunuté do vrtu.
4. 4. Způsob podle bodu 3, vyznačený tím, že do před tím vsunuté kovové stabilizační trubky se vsouvá vnitřní rozpínatelné pružné těleso kratší než je trubka, přičemž toto pružné těleso se v axiálním směru posouvá do polohy, v níž se má trubka rozepnout, načež se sestava pružného tělesa a kovové trubky uvede pod tlak a rozepne.
5. 5. Způsob podle bodu 4, vyznačený tím, že po uvolnění tlaku ve vnitřním pružném tělese se toto těleso posune podél kovové trubky do druhé rozpínací polohy, v níž se vnitřní pružné těleso znovu uvede pod tlak pro opětovné plastické roztažení kovové trubky do smršti vého záběru se skálou v axiálně posunuté poloze.
6. 6. Trubicový stabilizátor k provádění způsobu podle ktréhokoli z bodů 1 až 5, vyznačený tím, že sestává z kovové trubky (11), do níž je vloženo vnitřní pružné trubicové těleso (15) s uzavřeným předním koncem a s otevřeným zadním koncem, připojeným ke zdroji tlakové hydraulické kapaliny.
7. 7. Trubicový stabilizátor podle bodu 6, vyznačený tím, že vnitřní pružné trubicové těleso (15) je volně vloženo do kovové trubky (11).
8. 8. Trubicový stabilizátor podle bodu 6 nebo 7, vyznačený tím, že kovová trubka (11) je opatřena podélnou štěrbinou (32) probíhající po celé její délce.
9. 9. Trubicový stabilizátor podle kteréhokoli z bodů 6 až 8, vyznačený tím, že kovová trubka (11) má válcový průřez s plochou oblastí (31).
10. 10. Trubicový stabilizátor podle kteréhokoli z bodů 6 až 9, vyznačený tím, že kovová trubka (11) je opatřena na svém vnějším povrchu nejméně jednou zdrsněnou oblastí obsahující výstupky (40, 41, 42).
11. 11. Trubicový stabilizátor podle kteréhokoli z bodů 6 až 10, vyznačený tím, že vnitřní pružné trubicové těleso (15) má kratší délku než kovová trubka (11).
12. 12. Trubicový stabilizátor podle kteréhokoli z bodů 6 až 11, vyznačený tím, že kovová trubka (11) má v průřezu výchozího tvaru přečnívající okraje (35, 36), z nichž jeden okraj (35) má vlnitý tvar a druhý okraj (36) má ozubený tvar.

    5 CS 272771 B2
13. 13. Trubicový stabilizátor podle kteréhokoli z bodů 6 až 12, vyznačený tím, že kovová trubka (11) nese obvodovou dosedaci přírubu (12) pro dosednutí na opěrneu desku (13) na vstupu do vrtu.