EA021739B1 - Фрикционный болт - Google Patents

Abstract

Фрикционный болт (10) для сцепления посредством трения с внутренней поверхностью канала, высверленного в поверхности породы, содержащий удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу (11), которая выполнена с возможностью радиального расширения. Труба содержит передний конец (12) и задний конец (13). Расширительное устройство (14) расположено внутри трубы для приложения нагрузки, стремящейся радиально расширить по меньшей мере один участок трубы. Удлиненный натяжной элемент (19) расположен продольно внутри трубы и соединен в или около одного конца натяжного элемента с расширительным устройством и соединен в или около противоположного конца натяжного элемента с анкерным устройством (13). Натяжной элемент выполнен с возможностью расширять расширительное устройство и оставаться соединенным между расширительным устройством и анкерным устройством, пока расширительное устройство расширено. Расширительное устройство содержит пару расширительных элементов (15, 16), первый из которых закреплен относительно трубы, а второй прикреплен к удлиненному натяжному элементу, причем приведение в движение натяжного элемента вызывает относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, чтобы вызывать расширение расширительного устройства.

Description

(57) Фрикционный болт (10) для сцепления посредством трения с внутренней поверхностью канала, высверленного в поверхности породы, содержащий удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу (11), которая выполнена с возможностью радиального расширения. Труба содержит передний конец (12) и задний конец (13). Расширительное устройство (14) расположено внутри трубы для приложения нагрузки, стремящейся радиально расширить по меньшей мере один участок трубы. Удлиненный натяжной элемент (19) расположен продольно внутри трубы и соединен в или около одного конца натяжного элемента с расширительным устройством и соединен в или около противоположного конца натяжного элемента с анкерным устройством (13). Натяжной элемент выполнен с возможностью расширять расширительное устройство и оставаться соединенным между расширительным устройством и анкерным устройством, пока расширительное устройство расширено. Расширительное устройство содержит пару расширительных элементов (15, 16), первый из которых закреплен относительно трубы, а второй прикреплен к удлиненному натяжному элементу, причем приведение в движение натяжного элемента вызывает относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, чтобы вызывать расширение расширительного устройства.

Область техники

Настоящее изобретение относится к анкерному болту для использования в пласте породы с целью стабилизации пласта от растрескивания или обрушения. Настоящее изобретение относится преимущественно к фрикционным анкерным болтам, которые известны в промышленности как разрезанные устройства или фрикционные стабилизаторы. Анкерный болт данного типа состоит из стальной трубы, которую разрезают продольно и которую заталкивают в канал, высверленный в пласте породы так, что внешняя поверхность трубы сцепляется посредством трения с внутренней поверхностью канала. Таким образом, трубу закрепляют посредством трения в канале.

Предпосылки к созданию изобретения

Анкерные болты упомянутого типа очень широко используются в местах подземной разработки месторождений, поскольку их установка отличается простотой по сравнению с другими типами анкерных болтов. Для установки такого анкерного болта нужно всего лишь просверлить в пласте породы канал и затем забить в него анкерный болт. Если же применяются анкерные болты других типов, то для закрепления анкерного болта в канале используется полимер или цементный раствор. Что же касается болтов, закрепляемых посредством полимера, то для них обычно используется полимерная гильза, которая должна быть вставлена в канал, прежде чем вставить в него болт. Вставка полимерной гильзы в ряде случаев очень затруднительна, поскольку обычно стенки туннеля продолжаются до значительной высоты, так что доступ к каналам, в которые должна быть вставлена гильза, является неудобным. Кроме того, применяемый полимер является относительно дорогим и имеет ограниченный срок годности.

Цементируемые анкерные болты менее дорогие по сравнению с болтами, закрепляемыми посредством полимера, однако применение цемента является более трудоемким по сравнению с применением полимера. Цементация требует цементосмесительного оборудования, а также оборудования для закачки и доставки, чтобы подавать смешанный цемент в канал.

Несмотря на трудности, сопряженные с закреплением посредством полимера и цемента, болты, закрепленные таким способом, являются обычно значительно более эффективными с точки зрения усиления или стабилизации породы, поскольку такие болты имеют значительно лучшее сцепление между полимером или цементом и стенкой канала по сравнению со сцеплением посредством трения фрикционного анкерного болта. Поэтому обычно возникает необходимость в использовании большего количества фрикционных анкерных болтов по сравнению с болтами, закрепляемыми посредством полимера, или цементированными болтами, или же в качестве альтернативы фрикционные анкерные болты должны быть длиннее, чем болты, закрепляемые посредством полимера, и цементированные болты.

Существуют и другие недостатки, связанные с использованием фрикционных болтов, такие как относительно низкая прочность на срез; чувствительность к коррозии и ограниченная способность поддерживать анкерную плиту относительно поверхности породы.

Для устранения некоторых вышеописанных недостатков фрикционные болты часто подвергают дополнительному цементированию после установки. Предпочтительно дополнительное цементирование увеличивает прочность на срез и защищает от коррозии. Помимо дополнительного цементирования фрикционный анкерный болт можно также усилить стальным стержнем или тросом. В установке данного типа стержень или трос заталкивают внутрь трубы фрикционного анкерного болта сразу после закачки в нее цементного раствора. Несмотря на то, что каждая из упомянутых модификаций обычного фрикционного анкерного болта улучшает эксплуатационные характеристики болта, необходимо понимать, что они также значительно увеличивают время и стоимость установки анкерного болта. Например, дополнительная цементация может быть сложным процессом, учитывая, что обычно цементный раствор вводят через шланг для цементного раствора, конец которого подводят к переднему концу анкерного болта, после чего шланг вытягивают через длину анкерного болта, когда в анкерный болт закачивают цементный раствор. Если вытягивание шланга осуществляется слишком быстро, внутри трубы могут образоваться пустоты. К тому же, если цементный раствор слишком жидкий, то он может вытекать из заднего конца трубы и не заполнять ее. Кроме того, для оператора не всегда очевидно, что закачано достаточное количество цементного раствора для заполнения трубы, поскольку существующие конструкции не всегда предусматривают индикацию того, что труба заполнена. Таким образом, для надлежащей цементации крайне важен опыт оператора.

Задачей настоящего изобретения является устранение или, по меньшей мере, снижение недостатков, присущих известным конструкциям фрикционных анкерных болтов.

Раскрытие изобретения

В соответствии с настоящим изобретением создан фрикционный болт для сцепления посредством трения с внутренней поверхностью канала, высверленного в плоскости породы, причем фрикционный болт содержит удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу, которая выполнена с возможностью радиального расширения, причем труба содержит передний конец и задний конец, и расширительное устройство, расположенное в трубе, для приложения усилия, стремящегося радиально расширить по меньшей мере один участок трубы, удлиненный натяжной элемент, расположенный продольно внутри трубы и соединенный в или около одного конца натяжного элемента с расширительным устройством и

- 1 021739 соединенный в или около противоположного конца натяжного элемента с анкерным устройством, причем натяжной элемент выполнен с возможностью расширять расширительное устройство и оставаться соединенным между расширительным устройством и анкерным устройством, пока расширительное устройство расширено, причем расширительное устройство содержит пару расширительных элементов, первый из которых закреплен относительно трубы, а второй из которых прикреплен к удлиненному натяжному элементу, при этом приведение в движение натяжного элемента вызывает относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, чтобы вызывать расширение расширительного устройства.

Фрикционный болт в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно способен обеспечить более прочное или надежное сцепление между фрикционным болтом и внутренней поверхностью канала, в который вставлен болт, по сравнению с некоторыми другими известными анкерными болтами. Кроме того, размещение удлиненного натяжного элемента внутри трубы способно увеличить прочность фрикционного болта как на срез, так и на растяжение, в особенности, если натяжной элемент представляет собой жесткий натяжной элемент, например металлический стержень, шток или жесткий трос. Таким образом, натяжной элемент может представлять собой жесткий натяжной элемент, например металлический стержень, шток или жесткий трос, трос, который не является жестким, или он может представлять собой полый стержень.

Кроме того, поскольку такие фрикционные болты обычно используются с анкерной плитой, конструкция настоящего изобретения может быть такой, что если порода, поддерживаемая фрикционным болтом, разрушается и нагружает анкерную плиту, плита может быть выполнена с возможностью вызывать дополнительное приведение в движение натяжного элемента так, что расширительное устройство дополнительно расширяется, усиливая фрикционное сцепление между трубой и внутренней поверхностью канала. Таким образом, фрикционный болт в соответствии с изобретением выполнен с возможностью усиления фрикционного сцепления между ним и внутренней поверхностью канала при разрушении или растрескивании пласта породы в условиях, в которых некоторые фрикционные болты известного уровня техники будут выдвигаться либо частично, либо полностью из канала. Таким образом, предполагается, что фрикционный болт в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает улучшенную надежность в отношении выхода из канала в условиях, в которых пласт породы, поддерживаемый фрикционным болтом, растрескивается или разрушается.

В фрикционном болте в соответствии с изобретением труба может быть разрезана продольно, вдоль по меньшей мере одного участка ее длины, но предпочтительно по всей ее длине. Щель выполнена преимущественно с возможностью обеспечения радиального сжатия трубы, так что канал, в который вставляют трубу, может быть просверлен так, чтобы иметь внутренний диаметр, который немного меньше наружного диаметра трубы. В данной конструкции фрикционный болт принудительно вводят в канал, например, посредством молотка, при этом труба радиально сжимается в результате закрытия продольной щели. Естественная упругость трубы является такой, чтобы вызывать сцепление трубы со стенкой канала посредством трения. Таким образом, внешняя поверхность трубы сцепляется со стенкой канала посредством трения после вставки и перед любым расширением расширительного устройства. Расширение расширительного устройства может не вызывать никакого радиального расширения трубы, либо вызывать незначительное расширение, вернее, воздействие расширительного устройства должно усиливать фрикционное сцепление между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью отверстия.

Щель может также обеспечивать радиальное расширение трубы, но обычно это не требуется.

В фрикционном болте в соответствии с изобретением, в котором труба содержит продольную щель, удлиненная, преимущественно цилиндрическая внутренняя втулка может быть расположена внутри трубы и в постоянном сцеплении с внутренней поверхностью трубы. В данной конструкции внутренняя втулка замыкает или перекрывает продольную щель и продолжается, по существу, по длине щели.

Внутренняя втулка может быть продольно замкнутой, так что она может быть цилиндрической, или она может содержать регулировочный участок вдоль по меньшей мере одного участка ее длины, но предпочтительно по всей ее длине, чтобы позволить ей радиально сжиматься и расширяться. Это позволяет внутренней втулке сжиматься вместе с трубой, если трубу нужно сжимать для вставки в отверстие, а также позволяет втулке впоследствии расширяться при необходимости, когда расширительное устройство приводят в действие для расширения. Участок расширения может быть расположен в щели в трубе.

В упомянутой конструкции регулировочный участок внутренней втулки может представлять собой продолжающийся внутрь участок, который может быть У-образным. В данной конструкции продолжающийся внутрь участок может сжиматься или углубляться для радиального сжатия и может расширяться или уменьшаться по глубине для радиального расширения.

В качестве альтернативы внутренняя втулка может быть разрезана продольно вдоль ее длины, чтобы образовать продольный зазор, который может открываться или закрываться при расширении и сжатии трубы. При использовании внутренней втулки данного типа щель внутренней втулки может быть смещена от щели трубы (если она предусмотрена), и соответствующие щели могут быть приблизительно диаметрально противоположными.

Необходимо отметить, что внутренняя втулка может быть использована с продольно замкнутой

- 2 021739 трубой, а также трубой, которая является продольно разрезанной. Использование внутренней втулки с продольной замкнутой трубой будет обеспечивать преимущества для защиты натяжного элемента, расположенного внутри трубы, от воздействий проникающей воды или влаги. Например, труба фрикционного болта в соответствии с изобретением может подвергаться коррозии, если она изготовлена из корродирующего материала и если коррозия является такой, что проникает через всю толщину стенки трубы, в этом случае натяжной элемент внутри трубы будет подвергаться воздействию воды или влаги из окружающего пласта породы. Следовательно, использование внутренней втулки может обеспечить защиту от проникания воды или влаги во внутреннюю часть трубы, несмотря на любую серьезную коррозию, которая может проникать через толщину трубы. Отсюда следует, что внутренняя втулка может быть использована либо с, либо без дополнительной цементации, как будет описано ниже в данном документе.

Внутренняя втулка может быть выполнена из пластмассы, хотя могут быть использованы другие материалы, например гибкий металлический лист или резина.

Фрикционный болт в соответствии с изобретением может быть подвергнут дополнительному цементированию, а использование пластмассовой втулки, которая замыкает или перекрывает продольную щель, способно предотвратить вытекание цементирующей среды из внутренней части трубы, а также обеспечить сжатие и расширение трубы, которые требуются во время установки трубы и перед дополнительным цементированием. Кроме того, хотя введение цементного раствора само по себе способно защитить натяжной элемент от коррозии, цементный раствор обычно будет растрескиваться под давлением пласта породы, так что вода или влага может достигать натяжного элемента через трещины. Таким образом, введение втулки способно предотвратить данный доступ.

В альтернативной конструкции труба фрикционного болта является продольно замкнутой и содержит регулировочный участок на протяжении по меньшей мере одного участка ее длины, но предпочтительно по всей ее длине, для того чтобы обеспечить радиальное расширение и сжатие трубы, как требуется для вставки фрикционного болта в канал и для любого дальнейшего расширения трубы под воздействием расширительного устройства. Регулировочный участок может быть такой же или подобный тому, который описан выше в отношении внутренней втулки, так что регулировочный участок может содержать продолжающийся внутрь участок, который может быть выполнен, например, в У-образной форме, так что он способен сжиматься или расширяться во время радиального сжатия или расширения трубы.

Если труба является продольно замкнутой, то в ней может быть предусмотрено отверстие для обеспечения сборки расширительного устройства внутри трубы. Например, расширительное устройство может содержать пару клиньев, один из которых прикреплен к внутренней поверхности трубы, а другой - к удлиненному натяжному элементу. При этом в стенке трубы может быть предусмотрено сквозное отверстие для обеспечения прикрепления одного из клиньев к поверхности трубы, например, посредством сварки.

Как указано выше, расширительное устройство может содержать пару расширительных элементов, первый из которых закреплен относительно трубы любым пригодным способом, например посредством сварки или винтового крепежного средства, а второй прикреплен к удлиненному натяжному элементу, например, посредством сварки, резьбового зацепления или другого крепежного устройства, такого как устройство в виде устройства с клинораспорной гильзой, или посредством штифта. Приведение в движение натяжного элемента может быть таким, чтобы вызывать относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, чтобы вызывать расширение расширительного устройства. Первый и второй расширительные элементы могут представлять собой клиновидные элементы, так что относительное линейное перемещение между данными элементами вызывает расширение или сжатие, в зависимости от направления относительного перемещения.

Могут быть использованы другие типы расширительных устройств, которые пригодны для анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительно, чтобы расширительное устройство было расположено около переднего конца трубы, предпочтительно на его переднем конце или очень близко к нему. В предпочтительной конструкции передний конец трубы является конусным, чтобы облегчить вставку фрикционного болта в канал, и расширительное устройство расположено непосредственно около конусного участка.

В некоторых конструкциях анкер содержит гайку, которая соединена посредством резьбы с удлиненным натяжным элементом, и анкер дополнительно содержит опору, к которой примыкает гайка. Может быть использована гайка любого приемлемого типа, например шестигранная гайка или гайка с ушком. В данной конструкции натяжной элемент или гайка могут вращаться относительно друг друга для приведения в движение натяжного элемента для расширения расширительного устройства. В одном варианте осуществления вращают именно гайку, и посредством вращения в одном направлении натяжной элемент оттягивают в направлении от переднего конца трубы, чтобы привести в действие расширительное устройство. В качестве альтернативы анкер может представлять собой устройство с клинораспорной гильзой, и приведение в действие расширительного устройства осуществляется посредством протягивания натяжного элемента через устройство с клинораспорной гильзой, при этом устройство с клинораспорной гильзой поддерживает положение натяжного элемента. Данный последний вариант осуществления особенно пригоден для натяжных элементов в виде тросов.

- 3 021739

В альтернативной конструкции анкер может содержать гайку, которая прикреплена к натяжному элементу так, что вращение гайки вращает данный натяжной элемент. При этом гайка выполнена с возможностью зацепления пригодным инструментом, например гаечным ключом или гайковертом, так что натяжной элемент может быть приведен во вращение. В данной конструкции вращение натяжного элемента приводит в действие расширительное устройство, и это может быть осуществлено посредством резьбового зацепления между натяжным элементом и расширительным устройством.

Гайка может быть прикреплена к натяжному элементу любым пригодным способом, например посредством сварки или обжатия. В качестве альтернативы через гайку и натяжной элемент может быть вставлен штифт или гайка может представлять собой колпачковую гайку. Кроме того, гайка может быть выполнена за одно целое с натяжным элементом, например, посредством горячей штамповки.

В расширительном устройстве, которое содержит пару клиновидных элементов, натяжной элемент соединен с одним из клиновидных элементов с возможностью перемещения данного элемента относительно другого из клиновидных элементов. В конструкции, в которой анкер содержит гайку, которая соединена посредством резьбы с натяжным элементом, вращение гайки в одном направлении будет оттягивать натяжной элемент, который соответственно будет оттягивать один из клиновидных элементов относительно другого, тем самым вызывая расширение расширительного устройства. Вращение гайки в противоположном направлении будет вызывать сжатие расширительного устройства. При данной конструкции расширительное устройство может быть подвергнуто сжатию, если фрикционный болт должен быть извлечен из канала. Это может осуществляться, в частности, в том случае, если фрикционный болт вставлен в канал, диаметр которого больше наружного диаметра трубы болта. В данной конструкции болт сцепляется посредством трения со стенкой канала только после расширения расширительного устройства для расширения трубы, так что сжатие расширительного устройства сжимает трубу и позволяет вытащить болт из канала.

В альтернативной конструкции, в которой анкер содержит гайку, которая прикреплена к натяжному элементу, и натяжной элемент соединен посредством резьбы с клиновидным элементом расширительного устройства, тот же эффект достигается посредством вращения натяжного элемента, которое будет перемещать один из клиновидных элементов относительно другого, расширяя или сжимая расширительное устройство.

Необходимо отметить, что хотя сделана ссылка на расширительное устройство, содержащее пару клиновидных элементов, необходимо понимать, что расширительное устройство может содержать элементы, которые не являются клиновидными, например, кулачковые элементы, или может представлять собой альтернативное расширительное устройство.

Кроме того, хотя в приведенном выше описании сделана ссылка на одно расширительное устройство, необходимо понимать, что внутри трубы может быть продольно размещено более одного расширительного устройства.

При использовании резьбового зацепления между анкерным устройством и натяжным элементом или между расширительным устройством и натяжным элементом можно регулировать величину относительного вращения между натяжным элементом и анкерным устройством и расширительным устройством посредством ограничения длины резьбы или посредством использования опор или других пригодных ограничений, таких как деформация натяжного элемента.

Опора анкера может представлять собой плиту, которая расположена поперек заднего конца трубы. Размер плиты может быть таким, чтобы закрывать конец трубы, причем в данной конструкции плита может обеспечивать опору для кольца, которое закреплено в или около заднего конца трубы и которое используется для поддержки анкерной плиты, через которую проходит фрикционный болт. В данной конструкции предпочтительно опорная плита может поддерживать кольцо, когда анкерная плита тяжело нагружена пластом породы. Таким образом, повреждение кольца и соответственно анкерной плиты менее вероятно.

Могут быть использованы другие опорные конструкции. Например, гайка или устройство с клинораспорной гильзой может быть выполнено с возможностью примыкания к заднему концу трубы, так что опорная плита становится лишней, или задний конец трубы может быть сужающимся внутри до диаметра, который обеспечивает соединение впритык с гайкой или устройством с клинораспорной гильзой. В качестве другой альтернативы соединение впритык может быть обеспечено посредством заглушки, которую вставляют в задний конец трубы, и такое устройство может предусматривать фрикционную посадку или резьбовое соединение или любое другое пригодное соединительное устройство. Другие пригодные типы анкера находятся в пределах объема изобретения.

В одном варианте изобретения используется трубный концевой штуцер, который, по существу, закрывает задний конец трубы. Такой штуцер может представлять собой часть анкера, описанного выше, или может быть отдельным от анкера. В одном варианте трубного штуцера штуцер включает в себя первое отверстие для пропускания удлиненного натяжного элемента и второе отверстие для пропускания текучего материала внутрь трубы. Текучий материал может представлять собой полимер или цементный раствор, который закачивают внутрь трубы для предотвращения сжатия трубы под давлением пласта породы. В данной конструкции предпочтительно введение вышеописанной внутренней втулки для обес- 4 021739 печения подачи текучего материала к переднему концу трубы. Это осуществляется посредством образования прохода для текучего материала около переднего конца трубы. Второй проход между стенкой канала и втулкой обеспечивает удаление воздуха, который перемещается текучим материалом в первом отверстии. Второй проход может включать в себя щель в трубе, а также пространство между наружной поверхностью трубы и стенкой канала. Введение внутренней втулки, которая описана выше, способно также минимизировать вытекание полимера или цементного раствора из трубы, если труба содержит продольную щель.

Использование концевого штуцера может быть таким, чтобы обеспечить одно из преимуществ изобретения, которое состоит в том, чтобы минимизировать или устранить возможность вытекания цементного раствора из заднего конца трубы, когда цементный раствор обладает слишком низкой вязкостью. В конструкциях известного уровня техники конец трубы часто является открытым, оставляя большое отверстие для вытекания цементного раствора. В данном варианте осуществления настоящего изобретения задний конец трубы является, по существу, закрытым, тем самым ограничивая вероятность вытекания цементного раствора через данное отверстие.

Кроме того, использование концевого штуцера со вторым отверстием для пропускания текучего материала означает, что второе отверстие может быть выполнено с возможностью сопряжения с выпускным отверстием для цементного раствора или др., и поэтому устраняется необходимость подвода шланга к переднему концу анкерного болта. Кроме того, поскольку цементный раствор или полимер закачивают в трубу с ее заднего конца, труба будет заполняться материалом, перемещающимся к переднему концу, и оператор устройства для подачи цементного раствора будет получать сигнал о том, что труба заполнена, либо на основании повышенного противодавления в выпускном отверстии, либо если в стенке трубы предусмотрен регулировочный участок и предусмотрена внутренняя втулка, то цементный раствор или полимер будет перемещаться назад из переднего конца трубы по направлению к анкерной плите в заднем конце трубы, и оператор будет получать визуальный сигнал, когда цементный раствор или полимер появляются на анкерной плите. Таким образом, для надлежащей подачи цементного раствора во фрикционный болт требуется значительно меньшая квалификация оператора.

Концевой штуцер может быть выполнен из любого пригодного материала, такого как резина или металл. Концевой штуцер может взаимодействовать с анкерным устройством, таким как гайка. Концевой штуцер может содержать две детали, например, первую часть, выполненную в виде резиновой заглушки, и вторую часть, выполненную в виде металлической крышки или колпака, последняя из которых размещается на резиновом концевом штуцере и соединяется посредством гайки анкера. В данной последней конструкции каждая из деталей концевого штуцера может включать в себя отверстия для пропускания удлиненного натяжного элемента и для пропускания текучего материала. Две детали концевого штуцера могут быть выполнены с возможностью взаимодействия, например, посредством резьбового зацепления или другого соединения.

В вышеописанной конструкции концевого штуцера, при использовании во фрикционном болте внутренней втулки, задний конец внутренней втулки может быть выполнен с возможностью уплотнения с концевым штуцером для того, чтобы уплотнить от вытекания текучего материала из трубы. В одной конструкции концевой штуцер включает в себя паз, в котором может размещаться задний конец внутренней втулки. Размещение заднего конца в пазу концевого штуцера представляет собой, предпочтительно, плотную или тугую посадку, и для дополнительного усиления уплотнения между внутренней втулкой и концевым штуцером может быть использован клей.

Альтернативным использованием концевого штуцера является надлежащее размещение натяжного элемента внутри трубы. Другим альтернативным использованием концевого штуцера является фрикционное зацепление натяжного элемента с возможностью предотвращения перемещения натяжного элемента, которое могло бы вызвать расширение расширительного устройства и препятствовало бы установке фрикционного болта в канал. Один концевой штуцер может быть использован для достижения обеих целей.

Надлежащее размещение натяжного элемента внутри трубы обычно предусматривает концентричное размещение внутри трубы. Таким образом, концевой штуцер может размещаться в или над концом трубы и может включать центральное отверстие, через которое может проходить натяжной элемент. Неконцентричное отверстие может быть предусмотрено, если требуется неконцентричное размещение натяжного элемента внутри трубы.

Сцепление между концевым штуцером и натяжным элементом может представлять собой скользящее или плотное фрикционное сцепление. В некоторых конструкциях может быть использовано усиленное фрикционное сцепление для обеспечения преимущества аксиального размещения натяжного элемента во время вставки фрикционного болта в канал, особенно в тех случаях, когда наружный диаметр трубы фрикционного болта больше внутреннего диаметра канала. В таких случаях труба должна быть сжата радиально, когда ее задвигают в канал, причем для осуществления сжатия важно, чтобы расширительное устройство было расцеплено так, что труба может сжиматься. Однако если натяжной элемент может перемещаться внутри трубы во время установки, он может оттягиваться или перемещаться так, чтобы входить в зацепление с расширительным устройством и таким образом предотвращать или противодейство- 5 021739 вать радиальному сжатию трубы. Если же используется фрикционное сцепление упомянутого типа, то аксиальное перемещение натяжного элемента может быть предотвращено, таким образом, предпочтительно предотвращая случайное зацепление расширительного устройства.

При использовании упомянутого фрикционного сцепления между натяжным элементом и концевым штуцером сила трения, приложенная к натяжному элементу, не должна быть настолько большой, чтобы препятствовать вращению или аксиальному перемещению натяжного элемента, которые могут требоваться для приведения в действие расширительного устройства.

Приведенное выше описание расширительного устройства относится преимущественно к использованию клиновидных элементов, при этом для расширения устройства один клиновидный элемент перемещается относительно другого. В данном типе расширительного устройства для большинства применений, для расширения данного устройства потребуется только небольшое смещение незакрепленного или подвижного клиновидного элемента. Однако в некоторых применениях, особенно в слабой породе, перемещение подвижного клиновидного элемента может быть более значительным и потенциально могло бы быть достаточно большим для того, чтобы подвижный клиновидный элемент заходил целиком за закрепленный или неподвижный клиновидный элемент. В таком случае расширительное устройство будет оседать и не обеспечит усилия расширения на трубу, и таким образом преимущества введения расширительного устройства будут утрачены. Поэтому изобретение обеспечивает конструкции для ограничения перемещения или смещения подвижного клиновидного элемента, чтобы гарантировать, что клиновидные элементы будут оставаться рядом друг с другом, когда расширительное устройство приводят в действие для расширения.

В некоторых конструкциях, в которых используется резьбовое зацепление между натяжным элементом и гайкой анкерного устройства, длина резьбы может быть выбрана так, чтобы ограничить величину, на которую может быть оттянут натяжной элемент для перемещения подвижного клиновидного элемента. Резьба может быть выполнена с возможностью ограничения оттягивания натяжного элемента или может быть использована опора, например ось, которая проходит через натяжной элемент.

Данная конструкция может быть использована в том случае, если натяжной элемент находится в резьбовом зацеплении с одним из клиновидных элементов, так что вращение натяжного элемента ограничено, ограничивая величину перемещения клиновидного элемента.

Настоящее изобретение также обеспечивает монтажный инструмент для установки фрикционного анкерного болта в соответствии с изобретением и способ установки фрикционного анкерного болта данного типа.

Монтажный инструмент включает гильзу, которая выполнена с возможностью приложения ударной нагрузки к заднему концу фрикционного болта в соответствии с изобретением, чтобы вбить фрикционный болт в канал, который высверлен в стенке из породы. Гильза содержит отверстие для размещения заднего конца натяжного элемента и движущую поверхность вокруг отверстия для приложения ударной нагрузки. Глубина отверстия гильзы является достаточной для того, чтобы движущая поверхность входила в контакт с задним концом фрикционного болта без вхождения в контакт посредством ударной нагрузки с натяжным элементом.

Необходимо понимать, что движущая поверхность гильзы может быть выполнена с возможностью вхождения в контакт толчками с любой пригодной частью заднего конца фрикционного болта. Таким образом, движущая поверхность может входить в контакт с передней поверхностью заднего конца трубы фрикционного болта или концевой пластины, которая закрывает конец трубы или любой другой пригодной поверхностью фрикционного болта. Например, движущая поверхность может входить в контакт с передней поверхностью гайки, которая соединена с или прикреплена к заднему концу натяжного элемента, так что ударная нагрузка может быть приложена только к гайке или дополнительно к гайке, а также к другой поверхности или поверхностям заднего конца фрикционного болта. В данной конструкции ударная нагрузка может быть приложена к гайке и к заднему концу трубы фрикционного болта или к концевой пластине, которая закрывает задний конец.

Отверстие гильзы может быть выполнено с возможностью размещения заднего конца натяжного элемента и, если предусмотрена, гайки, которая соединена с или прикреплена к заднему концу натяжного элемента. Если гайка соединена с или прикреплена к заднему концу натяжного элемента, отверстие может быть ступенчатым, чтобы содержать первую часть, имеющую диаметр с возможностью размещения заднего конца натяжного элемента, и вторую часть, имеющую больший диаметр с возможностью размещения гайки, которая соединена с или прикреплена к заднему концу натяжного элемента. Гайка может представлять собой квадратную гайку или шестигранную гайку или гайку другой формы, причем вторая часть может содержать внутреннюю поверхность, соответствующую форме гайки.

Между первой и второй частями отверстия может быть образован выступ. Хотя данный выступ может быть использован для приложения ударной нагрузки к передней поверхности гайки, если такая нагрузка не требуется, выступ может быть расположен так, что при вхождении движущей поверхности гильзы в контакт с задним концом фрикционного болта выступ расположен на расстоянии от контакта с гайкой. Аналогично, внутренний конец отверстия гильзы может быть расположен на расстоянии от передней концевой поверхности натяжного элемента при вхождении движущей поверхности гильзы в кон- 6 021739 такт с задним концом фрикционного болта.

Гильза может быть выполнена с возможностью приложения усилия смещения к натяжному элементу и/или гайке, соединенной с или прикрепленной к заднему концу натяжного элемента, так что во время продвижения толчками фрикционного болта посредством гильзы натяжной элемент может удерживаться в положении, в котором расширительное устройство расцеплено, так что при необходимости труба фрикционного болта может радиально сжиматься, когда ее забивают в канал, имеющий уменьшенный диаметр по сравнению с наружным диаметром трубы. Кроме того, элемент смещения может быть использован для предотвращения перемещения с дребезжанием натяжного элемента во время забивания фрикционного болта.

Элемент смещения может представлять собой винтовую пружину, которая воздействует на задний конец натяжного элемента, например на концевую поверхность натяжного элемента, или оно может представлять собой резину или упругий полимер или др. Элемент смещения может также воздействовать на внутренний конец отверстия гильзы. Элемент смещения может быть прикреплен к внутреннему концу отверстия гильзы любым пригодным способом, например посредством винта, который проходит в отверстие гильзы через боковую стенку гильзы.

Способ установки фрикционного болта в соответствии с изобретением включает высверливание канала в стенке из породы, вставку переднего конца фрикционного болта в отверстие канала или совмещение переднего конца фрикционного болта с отверстием канала, приложение гильзы к заднему концу фрикционного болта, причем гильза содержит отверстие для размещения заднего конца натяжного элемента фрикционного болта и движущую поверхность для вхождения в контакт с задним концом фрикционного болта и приведение в движение гильзы толчками для забивания фрикционного болта в канал.

Способ может включать высверливание канала, имеющего внутренний диаметр, который меньше наружного диаметра трубы фрикционного болта, так что труба принудительно сжимается, когда фрикционный болт забивают в канал.

Для лучшего понимания изобретения и для того чтобы показать, как оно может быть реализовано, ниже будут описаны варианты его осуществления, приведенные в виде неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1А представляет собой вид в разрезе фрикционного анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1В представляет собой вид в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 1.

Фиг. 1С представляет собой вид в разрезе по линии В-В, показанной на фиг. 1.

Фиг. 2 представляет собой вид с частичным разрезом другого фрикционного анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе по линии В-В, показанной на фиг. 2.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе фрикционного анкерного болта, показанного на фиг. 1, который установлен в канале.

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе другого фрикционного анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе по линии В-В, показанной на фиг. 6.

Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе по линии А-А, показанной на фиг. 6.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе другого фрикционного анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 10 представляет собой вид в разрезе по линии В-В, показанной на фиг. 8.

Фиг. 11 представляет собой вид в разрезе другого фрикционного анкерного болта в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 12 изображает вид с частичным разрезом заднего конца анкерного болта, показанного на фиг. 1, с монтажным инструментом, прикрепленным к заднему концу.

Подробное описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе фрикционного анкерного болта в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Анкерный болт 10 содержит удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу 11, содержащую передний конец 12 и задний конец 13. Длина обычного анкерного болта может находиться в пределах от примерно 1 до примерно 5 м.

Труба 11 разрезана продольно вдоль по всей ее длине. Фиг. 1А представляет собой вид в разрезе трубы 11, показывающий щель 21. Расширительное устройство 14 расположено внутри трубы 11 и содержит пару клиновидных элементов 15, 16, которые контактируют вдоль наклонных поверхностей 17. Клиновидный элемент 16 прикреплен к внутренней поверхности 18 трубы 11 в переднем конце 12 трубы 11 посредством сварки, а клиновидный элемент 15 прикреплен посредством резьбового зацепления к переднему концу удлиненного натяжного элемента 19. Натяжной элемент 19 может представлять собой жесткий металлический шток или стержень или он может представлять собой трос. Очевидно, что относительное перемещение между клиновидными элементами 15 и 16 будет вызывать либо сжатие, либо

- 7 021739 расширение расширительного устройства 14 в зависимости от направления относительного перемещения. Перемещение клиновидного элемента 15 по направлению к заднему концу 13 трубы 11 будет вызывать расширение расширительного устройства 14.

Передний конец 12 трубы 11 является конусным для облегчения вставки анкерного болта 10 в канал, высверленный в поверхности породы. Конец 12 включает две щели на противоположных его сторонах, хотя на фиг. 1 видна только одна щель 20. Щели облегчают сжатие переднего конца 12 в соответствии с необходимостью для вставки в канал.

Натяжной элемент 19 продолжается за пределами заднего конца 13 трубы 11 и включает резьбовые концы 21 и 22. Шестигранная гайка 23 прикреплена к натяжному элементу 19 рядом с резьбовым концом 22.

Гайка 23 прикреплена к натяжному элементу 19 так, что вращение гайки 23 вращает натяжной элемент 19. Гайка 23 может быть прикреплена к натяжному элементу 19 посредством обжатия или сварки или любого другого пригодного крепежного устройства.

Вращение гайки 23 вращает натяжной элемент 19 так, что клиновидный элемент 15 аксиально смещается на резьбовом конце 21. Достаточное аксиальное смещение клиновидного элемента 15 будет сближать наклонные поверхности 17 и будет оказывать расширяющее давление на внутреннюю поверхность 18 трубы 11.

Гайка 23 представляет собой одну деталь анкера, который также содержит опору в виде концевой пластины 24. Концевая пластина 24 закрывает открытый задний конец 13 трубы 11 и расположена рядом с кольцом 25, которое приварено к внешней поверхности 26 трубы 11. Когда оно установлено, кольцо 25 примыкает к анкерной плите (не показанной), чтобы прикреплять анкерную плиту к поверхности стенки из породы, а когда анкерный болт находится под тяжелой нагрузкой, концевая пластина 24 обеспечивает дополнительную опору для кольца 25, чтобы противодействовать нагрузке, прикладываемой к анкерной плите. Таким образом, кольцо 25 поддерживается от повреждения концевой пластиной 24.

Анкерный болт 10 также включает концевой штуцер 27, который выполнен в виде заглушки или втулки, которая вставлена в открытый задний конец 13 болта 10. Концевой штуцер 27 может представлять собой пластмассовую или резиновую втулку и выполнен с возможностью фрикционной посадки относительно внутренней поверхности 18 трубы 11. Концевой штуцер 27 включает центральное отверстие, через которое проходит натяжной элемент 19, причем размеры отверстия приспособлены для обеспечения фрикционной посадки относительно внешней поверхности натяжного элемента 19.

Концевой штуцер 27 имеет двойное назначение. Во-первых, концевой штуцер 27 поддерживает крепежный конец натяжного элемента 19 концентричным с трубой 11. Таким образом, труба 11 ограничена от поперечного или радиального перемещения относительно трубы 11. Концентричное расположение натяжного элемента 19 также обеспечивает концентричное расположение концевой пластины 24 поперек открытого заднего конца 13 трубы 11 так, что концевая пластина 24 сохраняет свое положение поперек открытого заднего конца 13 трубы 11 для поддержки кольца 25.

Кроме того, концевой штуцер 27 сцепляется посредством трения с натяжным элементом 18 так, что предотвращается аксиальное перемещение натяжного элемента 19 во время вставки анкерного болта в канал. Важно обеспечить, чтобы натяжной элемент 19 не перемещался аксиально по направлению к заднему концу 13, вызывая сцепление между клиновидными элементами 15 и 16 и препятствуя радиальному сжатию трубы 11, когда ее вставляют в канал. Как описано выше, анкерные болты часто вставляют в канал, внутренний диаметр которого меньше наружного диаметра болта, так что наружный диаметр болта должен сжиматься, чтобы обеспечить вставку анкерного болта в канал. Посредством удерживания натяжного элемента 19 в положении, показанном на фиг. 1, клиновидные элементы удерживаются разнесенными, и труба 11 способна сжиматься, когда болт 10 вставляют в канал, имеющий уменьшенный диаметр.

Преимущество концевого штуцера 27 состоит в том, что он является простым и дешевым элементом, но он обеспечивает существенные преимущества в работе болта 10.

Со ссылкой на фиг. 1В показан вид в разрезе по линии В-В, который показывает концевой штуцер 27 во фрикционном сцеплении как с трубой 11, так и с натяжным элементом 19.

Необходимо отметить, что резьбовой конец 22 натяжного элемента 19 продолжается за пределами гайки 23, и это предусмотрено для прикрепления вспомогательной подпорки для породы, например проволочной сетки. Такая проволочная сетка может продолжаться между соседними болтами и выполнена с возможностью улавливания обломков породы, которые отрываются от стенки из породы, не допуская падения обломков при обрушении породы, которое может представлять опасность для людей, работающих возле стенки из породы.

Хотя анкерный болт 10, показанный на фиг. 1, не включает внутреннюю втулку, такая втулка может быть введена при необходимости. Введение в анкерный болт 10 внутренней втулки, такой как втулка, показанная ссылочной позицией 51 на фиг. 5-7 или ссылочной позицией 71 на фиг. 8 и 9, способно создать преграду для проникания воды во внутреннюю часть трубы 11, чтобы защитить натяжной элемент 19 от воды и влаги.

Как отмечено выше в данном документе, анкерный болт 10 обеспечивает множество преимуществ

- 8 021739 по сравнению с болтами известного уровня техники, в частности, анкерный болт 10 обеспечивает эффективное закрепление переднего конца 12 в канале, при этом прочность болта на срез и на растяжение увеличивается посредством включения натяжного элемента 19. Кроме того, прикрепление натяжного элемента к расширительному устройству значительно повышает прочность на растяжение фрикционного болта и в меньшей степени прочность на разрыв по сравнению с болтами известного уровня техники, в которых стержень просто вставляют внутрь трубы после внесения цементного раствора. Преимущества, обеспечиваемые введением концевой пластины 24, описаны выше.

Фиг. 2 представляет собой частичный вид сбоку с частичным разрезом анкерного болта 30 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Фиг. 3 представляет собой разрез анкерного болта 30 по линии А-А, а фиг. 4 представляет собой разрез анкерного болта 30 по линии В-В. Анкерный болт 30 включает в себя множество элементов анкерного болта 10, показанного на фиг. 1, и поэтому для обозначения одинаковых элементов использованы одинаковые ссылочные позиции.

Анкерный болт 30 включает в себя удлиненную трубу 31, которая является продольно замкнутой, как показано в разрезе на фиг. 3 и 4. Труба 31 включает регулировочный участок 32, который выполнен в виде углубляющегося внутрь преимущественно У-образного участка. Хотя регулировочный участок 32 может проходить только на одном участке длины трубы 31, предпочтительно, если он проходит по всей длине. Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что при радиальном расширении трубы 31 регулировочный участок 32 будет расширяться и становиться более менее глубоким, а когда труба сжимается, регулировочный участок 32 будет сжиматься и углубляться.

В анкерном болте 30 предусмотрена альтернативная конструкция для сцепления расширительного устройства. В анкерном болте 10 гайка 23 прикреплена к натяжному элементу 19, так что при вращении гайки 23 натяжной элемент 19 также вращается. Данное вращение происходит относительно клиновидного элемента 15, который соединен посредством резьбы с натяжным элементом 19, так что вращение натяжного элемента 19 вызывает аксиальное перемещение клиновидного элемента 15 внутри трубы.

В отличие от конструкции, показанной на фиг. 2, гайка 23 соединена посредством резьбы с натяжным элементом 19, а клиновидный элемент 14 прикреплен к натяжному элементу 19. В данной конструкции вращение гайки 23 происходит относительно натяжного элемента 19 и вызывает аксиальное перемещение натяжного элемента 19. Посредством данного аксиального перемещения клиновидный элемент 14 также перемещается аксиально.

В каждом из анкерных болтов 10 и 30 предусмотрено устройство управления, чтобы гарантировать, что аксиальное перемещение клиновидного элемента 15 к заднему концу 13 болта будет не настолько значительным, чтобы полностью выходить за пределы закрепленного клиновидного элемента 16. Со ссылкой на фиг. 1, выступ 28 натяжного элемента 19 изображает максимальное перемещение клиновидного элемента 14 вдоль натяжного элемента 19. Следовательно, когда нижний конец 29 клиновидного элемента 15 входит в контакт с выступом 28, никакое дополнительное аксиальное перемещение клиновидного элемента 15 к заднему концу 13 невозможно. Следовательно, даже если было бы возможно дополнительное расширение трубы 11, расширительное устройство 14 не будет обеспечивать дополнительное усилие расширения.

В анкерном болте 30 резьбовой конец 22 продолжается до участка 41 без резьбы, при этом внутренний диаметр резьбового участка 22 меньше наружного диаметра участка 41. В данной конструкции, когда гайка 23 достигает участка 41, гайка 23 уже не способна дальше вращаться, и поэтому дальнейшее аксиальное перемещение натяжного элемента 19 прекращается.

На фиг. 5 показан анкерный болт 10, показанный на фиг. 1, в установленном положении внутри канала 42 в толще породы 43. Анкерная плита 44 закреплена между кольцом 25 болта 10 и поверхностью 45 породы, при этом можно видеть, что клиновидные элементы 15 и 16 расширительного устройства 14 сдвинуты друг относительно друга так, что наклонные поверхности 17 соответствующих элементов 15 и 16 находятся в контакте. Из фиг. 5 будет очевидно, что гайка 23 не смещена относительно натяжного элемента 19, точнее, вращение гайки 23 вращает натяжной элемент 19, который смещает клиновидный элемент 15 на резьбовом конце 21. Таким образом, как показано на фиг. 5, клиновидный элемент 15 смещен вниз относительно закрепленного клиновидного элемента 16 таким образом, что усилие радиального расширения приложено к внутренней поверхности 18 трубы 11.

Будет также очевидно, что нижний край 29 клиновидного элемента 15 достиг выступа 28 натяжного элемента 19, в конце резьбового конца 21, так что дополнительное перемещение клиновидного элемента 15 на натяжном элементе 19 невозможно. При данном устройстве клиновидный элемент 15 способен перемещаться только до положения, показанного на фиг. 5, и не дальше. Таким образом, данное устройство обеспечивает постоянный контакт клиновидных элементов 15 и 16 и предотвращает смещение клиновидного элемента 15 за клиновидный элемент 16 в направлении заднего конца 13 болта.

В анкерном болте 30, показанном на фиг. 2, дополнительное цементирование болта может быть обеспечено посредством закачки цементного раствора во внутреннюю часть 33 трубы 31. Для того чтобы обеспечить введение цементного раствора во внутреннюю часть 33, анкерный болт 30 содержит концевой штуцер 34, который размещают на заднем конце трубы 31 посредством вставки конца 35 трубы в паз 36, образованный в концевом штуцере 34. Конец 35 трубы может совмещаться с пазом 36 посредством

- 9 021739 фрикционного сцепления, или же может быть предусмотрено резьбовое или другое пригодное зацепление.

Штуцер 34 может размещать натяжной элемент 19 концентрично внутри трубы 11 в заднем ее конце 13 и может сцепляться посредством трения с натяжным элементом 19 по соображениям, описанным со ссылкой на концевой штуцер 27, показанный на фиг. 1.

Штуцер 34 содержит первое отверстие 37 для размещения заднего конца натяжного элемента 19 и второе отверстие 38 для подачи цементного раствора. Пригодное устройство подачи цементного раствора может быть использовано для сопряжения с отверстием 38 с возможностью пропускания через него цементного раствора.

Преимущество дополнительной цементации анкерного болта 30 состоит в том, что застывший цементный раствор препятствует сжатию трубы 31, которое происходит, когда болт находится под воздействием давления, что вызывает выдвижение болта из канала, в который он был вставлен. Способ установки при использовании дополнительной цементации состоит в том, что болт 30 вставляют в канал, высверленный в пласте породы, и затем приводят в действие расширительное устройство 14 посредством вращения гайки 23, чтобы оттянуть натяжной элемент 19 по направлению к заднему концу 13 трубы 31. Когда расширительное устройство 14 расширено в соответствии с необходимостью, цементный раствор может быть закачан во внутреннюю часть трубы 31. Когда цементный раствор достигает переднего конца 12 анкерного болта 30, цементный раствор может перемещаться к заднему концу 13 через регулировочный участок 32. Данная возвратная часть цементного раствора может сцепляться со стенкой канала, в который вставлен анкерный болт 30, усиливая фиксацию болта 30 внутри отверстия. Кроме того, при появлении цементного раствора в заднем конце анкерного болта 30 оператор устройства подачи цементного раствора будет иметь визуальное подтверждение надлежащей цементации болта 30.

На фиг. 4 в разрезе по линии В-В показано, как расширительное устройство 14 размещается внутри трубы 31, которая содержит регулировочный участок 32. Можно видеть, что клиновидные элементы 15 и 16 выполнены с возможностью размещения во внутренней части трубы 31, внутри самого внутреннего конца расширительного участка 32. Кроме того, на фиг. 4 показано отверстие 39, через которое может быть выполнена сварка на задней поверхности клиновидного элемента 16 для прикрепления данной поверхности к внутренней поверхности трубы 31. В качестве альтернативы отверстие 40 (см. фиг. 2) может быть выполнено в стенке трубы 31, чтобы обеспечить доступ для прикрепления клиновидного элемента 16, например, посредством приваривания клиновидного элемента 16 на противоположных концах, как показано на фиг. 1. Может быть использован любой из вариантов выполнения отверстия, показанных на фиг. 2 или 4, которые могут быть непроиллюстрированными альтернативными вариантами.

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе анкерного болта 50 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Анкерный болт 50 отличается от показанных выше болтов 10 и 30 содержанием внутренней втулки 51. При этом элементы, которые являются общими с анкерными болтами 10 и 30, имеют такие же ссылочные позиции на фиг. 1.

Анкерный болт 50 содержит трубу 52 и продольную щель 53 (см. фиг. 7). Щель продолжается по всей длине трубы 52 и позволяет трубе 52 радиально расширяться и сжиматься.

Внутренняя втулка 51 преимущественно цилиндрическая, но содержит регулировочный участок 54, который выполнен в виде углубляющегося внутрь преимущественно У-образного участка. Профиль внутренней втулки 51 подобен профилю замкнутой трубы 31 анкерного болта 30, показанного на фиг. 2, соответственно внутренняя втулка 51 закрывает или замыкает щель 53 в трубе 52.

Внутренняя втулка 51 предпочтительно помогает защитить натяжной элемент 19 от коррозии посредством предотвращения или, по меньшей мере, ограничения доступа к натяжному элементу с возможностью воздействия воды или влаги. Необходимо понимать из фиг. 6, что полная длина анкерного болта 50 не показана, и необходимо понимать, что лишь малая часть общей длины трубы 52 не содержит внутреннюю втулку 51. Таким образом, основная часть натяжного элемента 19 защищена внутренней втулкой 51 от воздействия воды или влаги.

Кроме того, поскольку внутренняя втулка 51 замыкает щель 53, цементный раствор, который закачивают во внутреннюю часть анкерного болта 50, по существу, предохранен от вытекания через щель 53. Именно цементный раствор обеспечивает основную защиту натяжного элемента 19 от воздействия воды или влаги, при этом цементный раствор также способствует надлежащему закреплению фрикционного болта внутри канала.

Внутренняя втулка 51 предпочтительно выполнена из пластмассы, хотя пригоден любой достаточно гибкий материал, если только регулировочный участок 54 втулки 51 способен расширяться и сжиматься с трубой 52, как требуется.

Анкерный болт 50 также содержит трубный концевой штуцер, по существу, для закрытия заднего конца 13 трубы 52, причем концевой штуцер, показанный на фиг. 6, представляет собой разъемный штуцер, который содержит первую часть 55, выполненную в виде заглушки, и вторую часть 56, выполненную в виде крышки. На фиг. 8 показан вид в разрезе, выполненном по линии А-А, показанной на фиг. 6. Как показано на фиг. 6 и 8, заглушка 55 содержит три отверстия 57 для пропускания цементного раствора и одно центральное отверстие 58 для обеспечения пропускания натяжного элемента 19. Показано, что

- 10 021739 заглушка 55 расположена в тугой посадке во внутренней втулке 51 и в предпочтительной конструкции посадка представляет собой фрикционную посадку, так что заглушка 55 уплотняет внутреннюю втулку 51.

Крышка 56 соединяется с заглушкой 55 посредством фланца 59, размещаемого в дополняющем пазу в крышке 56, и крышка 56 прикреплена к концу 60 трубы посредством выступа 61. При данной конструкции крышка 56 центрирована на трубе 11, что обеспечивает центрирование натяжного элемента 19. Крышка 56 предпочтительно выполнена из металлического материала.

Крышка 56 содержит отверстие 62 для размещения наконечника устройства подачи цементного раствора, так что цементный раствор, который закачивают через отверстие 62, перемещается через отверстия 57 заглушки 55 и во внутреннюю часть болта 50.

В других аспектах анкерные болты 30 и 50 выполнены так же, как анкерный болт 10, показанный на фиг. 1, в том, что соответствующие анкерные болты 30, 50 вставляют в канал, и расширительное устройство 14 приводится в действие посредством вращения гайки 23 относительно натяжного элемента 19. Данное вращение гайки вытягивает натяжной элемент 19 по направлению к заднему концу 13 соответствующих болтов 30, 50, чтобы вызывать расширение расширительного устройства, для того чтобы труба 52 надежно удерживала внутреннюю стенку канала. Затем цементный раствор может быть введен через соответствующие отверстия 38 и 62 и оставлен застывать.

На фиг. 9 показан другой вариант осуществления анкерного болта в соответствии с изобретением. Анкерный болт 70, показанный на фиг. 9, очень схож по конструкции с анкерным болтом 50, показанным на фиг. 6, в том, что анкерный болт 70 содержит внутреннюю втулку 71. Как и на предыдущих чертежах, одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Анкерный болт 70 содержит удлиненную трубу 72, которая содержит продольную щель 73 (фиг. 10). Анкерный болт 70 также содержит концевой штуцер 74, который подобен концевому штуцеру 34 анкерного болта 30, однако в конструкции, показанной на фиг. 9, внутренняя втулка 71 содержит конусный или расширяющийся конец 75, который проходит в паз 76, образованный в концевом штуцере 74, чтобы уплотнить втулку 71 внутри концевого штуцера 74. Для повышения эффективности уплотнения внутри паза 76 может быть использован адгезив.

В других аспектах конструкция анкерного болта 70 аналогична конструкции анкерного болта 30, показанной на фиг. 2, в которой предусмотрен неразъемный концевой штуцер 74 и цементный раствор закачивают через отверстие 77 в концевом штуцере 74 во внутреннюю часть трубы 72. Способ введения и расширения расширительного устройства 14 также аналогичен способу, описанному со ссылкой на анкерные болты 30 и 50.

Что касается введения цементного раствора во внутреннюю часть трубы, устройство подачи цементного раствора может включать в себя воронку, которая совмещается с диффузором для цементного раствора, показанным на чертежах, вместо применения наконечника. Воронка будет подавать цементный раствор так, чтобы вводить его во внутреннюю часть трубы через отверстие в диффузоре для цементного раствора, например отверстия 38, 62 или 77, показанные на фиг. 2, 6 и 9.

На фиг. 11 показан другой фрикционный анкерный болт 80, который в большинстве аспектов очень схож с анкерным болтом 10, показанным на фиг. 1. Соответственно, для обозначения одинаковых деталей использованы одинаковые ссылочные позиции. Анкерный болт 80 отличается от анкерного болта 10 натяжным элементом 81, который выполнен не в виде металлического стержня или штока, а в виде троса, а также анкером 82, который выполнен не так, как показано на предыдущих чертежах, а в виде устройства с клинораспорной гильзой. Таким образом, анкер 82 содержит гильзу 83 и множество клиньев 84, через которые проходит трос 81. Сцепление клиновидных элементов 15 и 16 осуществляется посредством оттягивания натяжного элемента 81 в направлении заднего конца 13 болта 80, при этом обратное перемещение троса 81 предотвращается посредством сцепления клиньев 84 в гильзе 83.

Фиг. 12 изображает в виде с частичным разрезом задний конец анкерного болта 10, показанного на фиг. 1, с удаленным концевым штуцером 27, так что фиг. 12 показывает трубу 11, кольцо 25 и концевую пластину 24. Показаны также резьбовой конец 22 натяжного элемента 19 (скрытого) и гайка 23, которая прикреплена к натяжному элементу 19.

На фиг. 12 также показана гильза 90 монтажного инструмента, остальные элементы которого не показаны. Монтажный инструмент посредством гильзы 90 выполнен с возможностью приложения ударной нагрузки к заднему концу анкерного болта 10, чтобы вставить анкерный болт 10 в канал, который высверлен в стенке из породы. Гильза 90 содержит отверстие 91, которое размещает резьбовой конец 22 натяжного элемента 19 и шестигранную гайку 23. Отверстие 91 включает первую часть 92, имеющую первый диаметр, которая выполнена с возможностью размещения заднего конца 22, и шестигранную вторую часть 93, имеющую больший диаметр, которая выполнена с возможностью размещения гайки 23. На границе между первой и второй частями 92 и 93 образован выступ 94.

Гильза 90 также содержит движущую поверхность 95, которая представляет собой шестигранную поверхность, которая целиком окружает гайку 23. Движущая поверхность 95 выполнена с возможностью приложения ударной движущей нагрузки к передней поверхности концевой пластины 24, для того чтобы забить анкерный болт 10 в канал, который высверлен в стенке из породы.

- 11 021739

На фиг. 12 движущая поверхность 95 выполнена с возможностью обеспечения единственного контакта с анкерным болтом 10 для забивания болта в канал. Таким образом, пространство между движущей поверхностью 95 и передней поверхностью концевой пластины 24 должно быть меньше, чем пространство между выступом 94 и передней поверхностью гайки 23. Кроме того, внутренний конец 94 отверстия 92 должен быть расположен на расстоянии от переднего конца 97 резьбового конца 22. При данной конструкции, когда гильзу 90 приводят в движение толчками, единственный движущий контакт между гильзой 90 и анкерным болтом 10 существует между движущей поверхностью 95 и передней поверхностью концевой пластины 24.

В отверстии 92 расположена винтовая пружины 98, хотя предполагается, что на практике пружина 98 будет представлять собой резиновый или упругий полимерный блок или деталь. Пружина прикреплена к внутреннему концу 96 гильзы 90 любым пригодным способом, например посредством винта (не показанного), который проходит через стенку гильзы, а противоположный конец пружины 98 входит в контакт с передним концом 97 резьбового конца 22. При данной конструкции пружина 98 прикладывает нагрузку смещения к резьбовому концу 22, так что гайка 23 остается в контакте с концевой пластиной 24 во время забивания анкерного болта 10 в канал. Предпочтительно при данной конструкции натяжной элемент 19 оттягивается в положение, в котором расширительное устройство расцепляется, так что устраняется сопротивление радиальному сжатию трубы 11 анкерного болта 10, когда анкерный болт вставляют в канал. Усилие смещения, обеспечиваемое пружиной 98, также используется для предотвращения дребезжания натяжного элемента 19 во время установки анкерного болта 10.

Конструкция, показанная на фиг. 12, предпочтительно уменьшает потери энергии во время забивания анкерного болта в отверстие посредством прямого приложения усилия к концевой пластине 24, а не посредством резьбового конца 22 гайки 23.

Однако необходимо понимать, что если необходимо забивание анкерного болта 10 посредством контакта не только между движущей поверхностью 95 и концевой пластиной 24, но также и между выступом 94 и гайкой 23, то размеры гильзы 90 могут быть изменены так, чтобы обеспечить одновременный контакт.

Изобретение, описанное в данном документе, допускает другие изменения, модификации и/или дополнения помимо тех, которые конкретно описаны, и необходимо понимать, что изобретение включает все такие изменения, модификации и/или дополнения, которые находятся в пределах сущности и объема вышеприведенного описания.

Содержание предварительных заявок на патент Австралии № 2009901030 и 2009901031, на основе которых испрашивается приоритет данной заявки, включено в данный документ посредством ссылки.

Claims (20)

1. Фрикционный болт для сцепления посредством трения с внутренней поверхностью канала, высверленного в поверхности породы, содержащий удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу, которая выполнена с возможностью радиального расширения, причем труба содержит передний конец и задний конец, расширительное устройство, расположенное внутри трубы с возможностью приложения нагрузки, стремящейся радиально расширить по меньшей мере один участок трубы, удлиненный натяжной элемент, расположенный продольно в трубе и соединенный на одном своем конце или в его окрестности с расширительным устройством и на противоположном своем конце или его окрестности с анкерным устройством, причем натяжной элемент выполнен с возможностью расширять расширительное устройство и оставаться соединенным между расширительным устройством и анкерным устройством, пока расширительное устройство расширено, причем расширительное устройство содержит пару расширительных элементов, первый из которых закреплен относительно трубы, а второй прикреплен к удлиненному натяжному элементу, причем приведение в движение натяжного элемента вызывает относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, вызывающее расширение расширительного устройства, причем профиль трубы является замкнутым и включает в себя участок расширения вдоль по меньшей мере одного участка ее длины для обеспечения радиального расширения трубы при приведении расширительного устройства в действие для расширения трубы.

2. Фрикционный болт для сцепления посредством трения с внутренней поверхностью канала, высверленного в поверхности породы, содержащий удлиненную, преимущественно цилиндрическую трубу, которая выполнена с возможностью радиального расширения, причем труба содержит передний конец и задний конец, расширительное устройство, расположенное внутри трубы с возможностью приложения нагрузки, стремящейся радиально расширить по меньшей мере один участок трубы, удлиненный натяжной элемент, расположенный продольно в трубе и соединенный на одном своем конце или в его окрестности с расширительным устройством и на противоположном своем конце или его

- 12 021739 окрестности с анкерным устройством, причем натяжной элемент выполнен с возможностью расширять расширительное устройство и оставаться соединенным между расширительным устройством и анкерным устройством, пока расширительное устройство расширено, причем расширительное устройство содержит пару расширительных элементов, первый из которых закреплен относительно трубы, а второй прикреплен к удлиненному натяжному элементу, причем приведение в движение натяжного элемента вызывает относительное перемещение между первым и вторым расширительными элементами, вызывающее расширение расширительного устройства, причем труба разрезана продольно вдоль по меньшей мере одного участка ее длины с возможностью обеспечения радиального расширения трубы посредством поперечного расширения продольной щели, причем фрикционный болт дополнительно содержит удлиненную внутреннюю втулку, расположенную внутри трубы и в постоянном сцеплении с внутренней поверхностью трубы, причем внутренняя втулка замыкает продольную щель и продолжается, по существу, по всей длине щели, причем профиль внутренней втулки является замкнутым и включает участок расширения вдоль по меньшей мере одного участка ее длины для обеспечения радиального расширения внутренней втулки, когда расширительное устройство приводится в действие для расширения трубы.

3. Фрикционный болт по п.2, в котором труба разрезана продольно по всей ее длине.

4. Фрикционный болт по п.2, в котором участок расширения внутренней втулки обеспечивает радиальное сжатие внутренней втулки при радиальном сжатии трубы для вставки фрикционного болта в канал.

5. Фрикционный болт по п.1, в котором участок расширения обеспечивает радиальное сжатие трубы для вставки фрикционного болта в канал.

6. Фрикционный болт по любому из пп.1-5, в котором первый и второй расширительные элементы представляют собой клиновидные элементы, выполненные с возможностью их взаимного перемещения при приведении в движение натяжного элемента.

7. Фрикционный болт по п.6, в котором второй расширительный элемент прикреплен к натяжному элементу посредством резьбового соединения с возможностью приведения в движение натяжного элемента посредством вращения натяжного элемента относительно второго расширительного элемента для обеспечения смещения второго расширительного элемента на резьбовом соединении.

8. Фрикционный болт по п.7, в котором второй расширительный элемент прикреплен к натяжному элементу посредством неподвижного соединения, при этом приведение в движение натяжного элемента осуществляется посредством оттягивания натяжного элемента, которое вызывает соответствующее оттягивание второго расширительного элемента.

9. Фрикционный болт по п.8, в котором натяжной элемент, содержащий резьбовой конец, удаленный от второго расширительного элемента и анкера, включает гайку в резьбовом соединении с резьбовым концом и опору, к которой примыкает гайка, с обеспечением оттягивания натяжного элемента посредством вращения гайки на резьбовом конце.

10. Фрикционный болт по п.9, в котором опора представляет собой пластину, которая расположена поперек заднего конца трубы.

11. Фрикционный болт по любому из пп.1-10, в котором удлиненный натяжной элемент представляет собой жесткий стержень.

12. Фрикционный болт по п.11, в котором жесткий стержень представляет собой полый стержень.

13. Фрикционный болт по любому из пп.1-9, в котором удлиненный натяжной элемент представляет собой трос.

14. Фрикционный болт по любому из пп.1-13, в котором передний конец трубы является конусным.

15. Фрикционный болт по любому из пп.1-14, дополнительно содержащий трубный штуцер в заднем конце трубы, выполненный с возможностью сцепления посредством трения с внутренней поверхностью трубы и содержащий центральное отверстие, через которое проходит натяжной элемент и расположен радиально, причем отверстие выполнено с возможностью сцепления посредством трения с внешней поверхностью натяжного элемента для предотвращения аксиального перемещения натяжного элемента внутри трубы.

16. Фрикционный болт по любому из пп.1-14, дополнительно содержащий трубный концевой штуцер для закрытия заднего конца трубы, причем концевой штуцер содержит первое отверстие для пропускания удлиненного натяжного элемента и второе отверстие для пропускания текучей среды во внутреннюю часть трубы.

17. Способ установки фрикционного болта по любому из пп.1-16, включающий высверливание канала в поверхности породы, вставку анкерного болта в канал и расширение расширительного устройства.

18. Способ по п.17, включающий введение цементного раствора в трубу анкерного болта после расширения расширительного механизма.

19. Способ установки фрикционного болта по одному из пп.1 или 2, включающий высверливание канала в стенке из породы, вставку переднего конца фрикционного болта в отверстие канала и совмещение переднего конца фрикционного болта с отверстием канала, приложение гильзы к заднему концу

- 13 021739 фрикционного болта, причем гильза содержит отверстие для размещения заднего конца натяжного элемента фрикционного болта и движущую поверхность для вхождения в контакт с задним концом фрикционного болта, и приведение в движение гильзы толчками для забивания фрикционного болта в канал посредством контакта движущей поверхности с задним концом фрикционного болта.

20. Способ по п.19, включающий высверливание канала, имеющего внутренний диаметр, который меньше наружного диаметра фрикционного болта, и забивание фрикционного болта в канал так, что фрикционный болт принудительно радиально сжимается, когда его забивают в отверстие.