MX2011009483A - Perno de friccion. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un perno (10) de fricción para acoplamiento por rozamiento de la superficie interna de un agujero taladrado en la cara de una roca. El perno de fricción comprende un tubo (11) alargado, generalmente circular el cual es expandible radialmente. El tubo tiene un extremo (12) delantero y un extremo (13) trasero. Se coloca dentro del tubo un mecanismo (14) expansor para aplicar una carga que tiende a expandir por lo menos una sección del tubo radialmente. Se coloca longitudinalmente dentro del tubo un tendón (19) alargado y en conexión con o hacia un extremo del tendón con el mecanismo expansor y en conexión en o hacia un extremo opuesto del tendón con una distribución (13) de anda. El tendón es accionable para expandir el mecanismo expansor y para permanecer conectado entre el mecanismo expansor y el arreglo de anda mientras se expande el mecanismo expansor. El mecanismo expansor comprende un par de elementos (15, 16) expansores, el primero de los cuales se asegura en relación al tubo y el segundo de los cuales se asegura al tendón alargado, el accionamiento del tendón es operable para provocar el movimiento relativo entre el primero y segundo elementos expansores para provocar que el mecanismo expansor se expanda.

Description

PERNO DE FRICCION CAMPO TECNICO La presente invención se relaciona con un perno para roca, para uso en estratos de roca con el propósito de estabilizar los estratos contra fractura o colapso. La presente invención se relaciona principalmente con pernos de fricción para roca los cuales se conocen en la industria como "deficación dividida" o estabilizantes de fricción". Esta forma de perno para roca consiste del tubo de acero que ha sido dividido longitudinalmente y el cual es impulsado dentro de un orificio taladrado en los estratos de roca de manera que la superficie externa del tubo acopla por rozamiento la superficie interna del orificio. De esta manera, el tubo se ancla por rozamiento dentro del orificio .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los pernos para roca de la clase anterior son muy populares en sitios de minería subterránea en todo el mundo debido a que su instalación es muy sencilla cuando se compara con otros tipos de pernos para roca. Todo lo que se requiere para instalar un perno de roca es taladrar un orificio en los estratos de roca y después martillar el perno de roca en el orificio. En contraste, otras formas de pernos para roca utilizan resina o grout para anclar el perno para roca dentro del orificio. Con respecto a los pernos anclados con resina, habitualmente se utiliza un cartucho de resina el cual se requiere para ser insertado en el orificio antes de que el perno sea insertado en el mismo. La inserción del cartucho de resina algunas veces es muy difícil debido a que típicamente las paredes del túnel se extienden a una altura significativa de manera que el acceso a los orificios dentro de los cuales se va a insertar el cartucho no es conveniente. Adicionalmente, la resina la cual se utiliza es relativamente costosa y tiene una vida de anaquel limitada.

Los pernos para roca grouted con cemento son menos costosos que los pernos anclados con resina, pero la aplicación del cemento es más problemática que la de la resina. El grouting con cemento requiere equipo de mezclado de cemento así como equipo de bombeo y suministro para suministrar el cemento mezclado en el orificio.

Pese a las dificultades de instalación del anclaje de resina y cemento, los pernos anclados en cualquier manera generalmente son mucho más eficientes con respecto al refuerzo o estabilización de roca, debido a que los pernos tienen una unión significativamente mejor entre la resina o cemento y la pared del orificio en comparación con el acoplamiento por rozamiento de un perno de fricción para roca. En consecuencia, habitualmente es necesario utilizar un número mayor de pernos de fricción para roca en comparación con los pernos grouted con resina o cemento, o alternativamente, los pernos de fricción para roca se requieren que sean más grandes que los pernos grouted con resina o cemento.

Existen otros inconvenientes asociados con el uso de pernos de fricción tales como: una resistencia al cizallamiento relativamente pobre; sensibilidad a corrosión; y capacidad limitada para soportar una placa de roca contra la cara de la roca.

Para superar algunos de los inconvenientes descritos en lo anterior, los pernos de fricción con frecuencia son grouted posteriormente después de la instalación. De manera ventajosa, el post grouting incrementa la fuerza de cizallamiento y protege contra la corrosión. También es posible reforzar un perno de fricción para roca con una barra de acero o un cable además de posterior a grouting. En una instalación de esta clase, la barra o cable es empujado dentro del tubo del perno de fricción para roca inmediatamente después de que el grout de cemento ha sido bombeado al interior. Aunque cada una de las modificaciones anteriores a un perno de fricción para roca tradicional mejora el desempeño del perno, se apreciará que también se agregan de manera significativa al tiempo de instalación y costos del perno para roca. Por ejemplo, el grouting posterior puede ser un procedimiento difícil dado que típicamente el grout es introducido a través de la manguera de grout, el extremo de la cual está limitada al extremo delantero del perno de roca, posteriormente se retira la manguera a través de la longitud del perno de roca conforme se bombea grout dentro del orificio de la roca. Si el retiro de la manguera se realiza demasiado rápido, se pueden formar huecos dentro del tubo. Además, si la mezcla de grout es demasiado diluida, entonces el grout puede fluir hacia fuera del extremo trasero del tubo sin llenarlo. Adicionalmente, no siempre es evidente para el operador que se ha bombeado suficiente grout en el llenado del tubo debido a que las distribuciones existentes no necesariamente proporcionan una indicación de que el tubo se ha llenado. Por lo tanto, la experiencia del operador es fundamental para un grouting correcto .

Un objetivo de la presente invención es superar o por lo menos aliviar algunos de los inconvenientes asociados con las distribuciones de perno de fricción para roca de la técnica anterior.

DESCRIPCION DE LA INVENCION De acuerdo con la presente invención se proporciona un perno de fricción, para acoplar por rozamiento la superficie interna de un orificio taladrado en la cara de una roca, el perno de fricción comprende un tubo generalmente circular, alargado, el cual es expandible radialmente, el tubo tiene un extremo delantero y un extremo trasero, un mecanismo expansor colocado dentro del tubo para aplicar una carga que tiende a expandir por lo menos una sección del tubo radialmente, un tendón alargado colocado longitudinalmente dentro del tubo y en conexión a, o hacia un extremo del tendón con el mecanismo expansor y en conexión a o hacia una extremo opuesto del tendón con una distribución de ancla, el tendón es accionable para expandir el mecanismo expansor y para permanecer conectado entre el mecanismo expansor y el arreglo de ancla mientras el mecanismo expansor se expande, el mecanismo expansor comprende un par de elementos expansores, el primero de los cuales se asegura en relación a un tubo y el segundo de los cuales se asegura al tendón alargado, accionamiento del tendón es operable para provocar movimiento relativo entre el primero y segundo elementos expansores para provocar que el mecanismo expansor se expanda.

Un perno de fricción de acuerdo con la presente invención ventajosamente puede habilitar un acoplamiento más firme o seguro entre el perno de fricción y la superficie interna del orificio en el cual se inserta el perno, en comparación con otros pernos conocidos para roca.

Además, la inclusión de un tendón alargado dentro del tubo puede incrementar la resistencia tanto al cizallamiento como a la tensión del perno de fricción, particularmente si el tendón es un tendón rigido, tal como una barra de metal, una varilla o un cable rígido. De esta manera, el tendón puede ser un tendón rígido tal como una barra de metal, varilla o cable rígido, un cable el cual no sea rígido o puede ser una barra hueca.

Además, debido a que tales pernos de fricción normalmente se utilizan con una placa de roca, la distribución de la presente invención puede ser tal que en donde la roca es soportada por el perno de fricción se fracture y realice una carga de la placa de roca, la placa se puede arreglar para provocar accionamiento adicional de tendón de manera que el mecanismo expansor se expanda adicionalmente para incrementar el acoplamiento por rozamiento entre el tubo y la superficie interna del orificio. De esta manera, un perno de fricción de acuerdo con la invención se puede colocar para incrementar el acoplamiento por rozamiento entre sí mismo y la superficie interna del orificio ante una falla o fractura de los estratos de roca, en circunstancias en las cuales parte de los pernos de fricción de la técnica anterior pueden ser jalados ya sea parcial o completamente desde el orificio. De esta manera, un perno de fricción de acuerdo con la presente invención se espera que proporcione confianza mejorada contra liberación del orificio en circunstancias en las cuales no fallan los estratos de roca soportados por las fracturas de los pernos de fricción.

En un perno de fricción de acuerdo con la invención, el tubo se puede dividir longitudinalmente, a lo largo de por lo menos una porción de su longitud, pero preferiblemente de manera completa a lo largo de su longitud. La división se proporciona principalmente para facilitar contracción radial del tubo de manera que el orificio en el cual se inserta el tubo puede ser taladrado para tener un diámetro interno que sea ligeramente menor que el diámetro externo del tubo. En esta distribución, el perno de fricción es forzado dentro del orificio, por ejemplo mediante un martillo de percusión, con el tubo contrayéndose radialmente por el cierre de la división longitudinal. La resiliencia natural del tubo es tal que provoca que el tubo se acople por rozamiento a la pared del orificio. La superficie externa del tubo de esta mañera hace contacto con la pared del orificio por rozamiento ante la inserción y antes de cualquier expansión del mecanismo expansor. La expansión del mecanismo expansor puede resultar en que no hay expansión radial del tubo, en que hay una expansión despreciable pero, en vez de esto, la acción del mecanismo expansor es incrementar el acoplamiento por rozamiento entre la superficie externa del tubo y la superficie interna del orificio.

La división también puede facilitar la expansión radial del tubo pero esto normalmente no se requiere.

En un perno de fricción de acuerdo con la invención en el cual el tubo incluye una división longitudinal, se puede colocar un manguito interno generalmente circular, alargado, dentro del tubo y el acoplamiento en reposo contra la superficie interna del tubo. En esta distribución, el manguito interno forma un puente o se superpone a la división longitudinal y se extiende sustancialmente a lo largo de la división.

El manguito interno se puede cerrar longitudinalmente de manera que puede ser circular o puede incluir una porción de ajuste a lo largo de por lo menos una porción de su longitud, pero preferiblemente a su longitud completa, para permitir que se contraiga y expanda radialmente. Esto permite que el magüito interno no se contraiga con el tubo si se requiere que el tubo se contraiga para inserción en un orificio, y además permite que el manguito posteriormente se expanda si es necesario, cuando el mecanismo expansor es accionado para expandirse. La porción de expansión se puede localizar en la división en el tubo.

En la distribución anterior, la porción de ajuste del manguito interno puede ser una porción que se extiende hacia dentro la cual puede tener forma de V. En esta distribución, la porción que se extienda hacia dentro puede comprimirse o profundizarse para contracción radial y puede expandirse o quedar en la superficie para expansión radial.

De manera alternativa, el manguito interno se puede dividir longitudinalmente a lo largo de su longitud para definir una separación longitudinal que puede abrir y cerrarse con una expansión y contracción del tubo. De esta forma, el manguito interno se utiliza, la división del manguito interno se puede desviar de la división del tubo (si se proporciona) y las divisiones respectivas pueden ser aproximadamente diametralmente opuestas.

Debe hacerse notar que el manguito interno se puede utilizar con un tubo cerrado longitudinalmente así como un tubo el cual está dividido longitudinalmente. El uso de un manguito interno con un tubo cerrado longitudinalmente proporcionará ventajas para protección del tendón localizado dentro del tubo de los efectos del agua o la penetración de humedad. Por ejemplo, el tubo de un perno de fricción de acuerdo con la invención puede corroerse si se elabora de un material susceptible a la corrosión y si la corrosión es tal que penetra a través de todo el espesor de la pared del tubo, entonces el tendón dentro del tubo se expondrá al agua o la humedad desde los estratos de roca circundantes. En consecuencia, la utilización de un manguito interno puede actuar como una barrera a la penetración de agua y humedad al interior del tubo, pese a que pueda producirse a cualquier corrosión grave a través del espesor del tubo. Se entiende que el manguito interno se puede utilizar ya sea con o sin inyección de cemento posterior, como se describirá más adelante en este documento.

El manguito interno se puede conformar de un material de plástico, aunque también se pueden utilizar otros materiales tales como una lámina de metal flexible o caucho.

Un perno de fricción de acuerdo con la invención puede ser inyectado con cemento posteriormente y la utilización de un manguito de plástico el cual forma el puente o se superpone a la división longitudinal puede habitar el escape del medio de inyección de cemento desde el interior del tubo, pero aún así permitir la contracción y expansión del tubo según se requiere durante la instalación del tubo y antes de inyección de cemento posterior. Además, aunque la inclusión de inyección de cemento en si mismo puede proteger el tendón de la corrosión, la inyección de cemento habitualmente se fracturará bajo presión de los estratos de roca de manera que el agua o la humedad puedan tener acceso al tendón a través de las fracturas. De esta manera, la inclusión de un manguito puede evitar este acceso.

En una distribución alternativa, el tubo del perno de fricción se cierra longitudinalmente e incluye una porción de ajuste para al menos una porción de su longitud, pero preferiblemente de manera completa a lo largo de su longitud de manera que permite la expansión y contracción radiales del tubo, como se requiere para inserción de un perno de fricción dentro de un orificio y para cualquier expansión posterior del tubo bajo la influencia del mecanismo expansor. La porción de ajuste puede ser de una clase igual o similar descrita en lo anterior en relación al manguito interno de manera que la porción de ajuste puede comprender una porción que se extienda hacia dentro la cual se puede conformar, por ejemplo, en forma de V de manera que se pueda contraer o expandir durante la contracción o expansión radial del tubo.

Cuando el tubo se cierra longitudinalmente, se puede proporcionar una abertura en el tubo para facilitar el ensamblado del mecanismo expansor dentro del tubo. Por ejemplo, el mecanismo expansor puede comprender un par de cuñas, una de las cuales se fija a la superficie interna del tubo y la otra de las cuales se fija al tendón alargado. De esta manera, se puede proporcionar una abertura a través de la pared del tubo para permitir que una de las cuñas se fije a la superficie del tubo, por ejemplo mediante soldadura.

Como se indica en lo anterior, el mecanismo expansor puede comprender un par de elementos expansores, el primero de los cuales se asegura en relación al tubo de cualquier manera adecuada, por ejemplo mediante soldadura o por un sujetador de tornillo, y el segundo de los cuales se asegura al tendón alargado, por ejemplo mediante soldadura, acoplamiento roscado u otro mecanismo de sujeción tal como una distribución de cilindro y cuña o por un perno.

El accionamiento del tendón puede ser tal que provoque el movimiento relativo entre el primero y segundo elementos expansores para provocar que el mecanismo expansor se expanda. El primero y segundo elementos expansores pueden ser elementos de cuña de manera que el movimiento lineal relativo entre dos elementos provoque expansión o contracción, dependiendo de la dirección del movimiento relativo.

Otras formas de mecanismos expansores se pueden utilizar como adecuadas para un perno para rocas, de acuerdo con la presente invención.

Se prefiere que el mecanismo expansor se coloque hacia el extremo delantero del tubo, preferiblemente en o de manera muy cercana al extremo delantero. En una distribución preferida, la punta delantera del tubo está ahusada para facilitar la inserción del perno de fricción dentro de un orificio y el mecanismo expansor se coloca inmediatamente adyacente a la porción ahusada.

En algunas distribuciones, el ancla comprende una tuerca la cual se acopla de manera roscada con el tendón alargado y el ancla comprende además un tope contra el cual choca la tuerca. La tuerca puede ser cualquier forma adecuada de tuerca tal como una tuerca hexagonal o una tuerca de aleta. En esta distribución, cualquiera del tendón o la tuerca pueden girar uno en relación al otro para accionar el tendón para expandir el mecanismo expansor. En una distribución, es la tuerca la que gira y, por rotación en una dirección, el tendón se retrae en una dirección alejándose del extremo delantero del tubo para accionar el mecanismo expansor. De manera alternativa, el ancla puede ser una distribución de cilindro y cuña y el accionamiento del mecanismo expansor es jalando el tendón a través de la distribución de cilindro y cuña, con la distribución de cilindro y cuña reteniendo la posición del tendón. Esta última distribución es particularmente adecuada para tendones en forma de cables.

En una distribución alternativa, el ancla puede comprender una tuerca la cual se fija al tendón de manera que la rotación de la tuerca hace girar al tendón. La tuerca de esta manera se utiliza para acoplamiento por una herramienta adecuada, una llave inglesa o una llave perico, por ejemplo, de manera que el tendón pueda girar. En esta distribución, la rotación del tendón actúa como el mecanismo expansor y este puede ser a través del acoplamiento entre el tendón y el mecanismo expansor.

La tuerca se puede fijar al tendón de cualquier manera adecuada, por ejemplo por soldadura o apretado. De manera alternativa, se puede insertar un perno a través de la tuerca y el tendón o la tuerca puede ser una tuerca ciega. Adicionalmente, la tuerca se puede conformar integralmente con el tendón, por ejemplo mediante forjado.

En un mecanismo expansor el cual comprende un par de elementos de cuña, el tendón se conecta a uno de los elementos de cuña para mover ese elemento en relación al otro de los elementos de cuña. En una distribución en la cual el ancla comprende una tuerca la cual se acopla de manera roscada con el tendón, la rotación de la tuerca en una dirección retraerá el tendón el cual consecuentemente retrae uno de los elementos de cuña en relación al otro por lo que provoca la expansión del mecanismo expansor. La rotación de la tuerca en la dirección opuesta provocará que el mecanismo expansor sea contraído. Mediante esta distribución, el mecanismo expansor se puede contraer si el perno de fricción se va a remover desde el interior de un orificio. Esto puede suceder particularmente si el perno de fricción se inserta en un orificio el cual es de un diámetro mayor que el diámetro externo del tubo del perno. En esa distribución, el perno se acopla por rozamiento a la pared del orificio únicamente ante la expansión del mecanismo expansor para expandir el tubo, de manera que la contracción del mecanismo expansor contrae el tubo y permite que el perno sea jalado fuera del orificio.

En una distribución alternativa en la cual el ancla comprende una tuerca en la cual se fija al tendón y el tendón se acopla de manera roscada con un elemento de cuña del mecanismo expansor, se obtiene el mismo efecto al hacer girar el tendón, el cual desviará uno de los elementos de cuña en relación al otro, ya sea expandiendo o contrayendo el mecanismo expansor.

Se debe hacer notar que aunque se ha hecho referencia al mecanismo expansor constituido de un par de elementos de cuña, debe apreciarse que el mecanismo expansor puede comprender elementos que no son elementos de cuña, por ejemplo elementos de leva o puede comprender una construcción de expansor alternativa.

Además, aunque la descripción anterior se ha realizado en relación a un mecanismo expansor único, debe apreciarse que se pueden utilizar más de un mecanismo expansor longitudinalmente dentro del tubo.

Cuando el acoplamiento roscado entre la distribución de ancla y el tendón se utiliza, o entre el mecanismo expansor y el tendón, el grado de rotación relativa entre el tendón y la distribución de ancla y el mecanismo expansor se pueden controlar al limitar la longitud de roscado o más bien del uso de topes u otras barreras adecuadas tal como deformación del tendón.

El limite del ancla puede ser una placa la cual se extiende a través del extremo trasero del tubo. El tamaño de la placa puede ser tal que se superponga al extremo del tubo y en esa distribución la placa puede proporcionar soporte para un anillo el cual se fija en o adyacente al extremo trasero del tubo y el cual se utiliza para sostener una placa de roca a través de la cual se extiende el perno de fricción. En esta distribución, ventajosamente, la placa de soporte puede sostener al anillo cuando la placa de roca se carga fuertemente por los estratos de roca. Por lo tanto, una falla del anillo por lo tanto de la placa de roca es menos probable que suceda.

Se pueden utilizar otras distribuciones de tope. Por ejemplo, el arreglo de tuerca o el cilindro y cuña puede ser de un tamaño para que haga contacto con el extremo trasero del tubo de manera que la placa de soporte se vuelva redundante o el extremo trasero del tubo puede estar ahusado hacia dentro a un diámetro el cual permite el contacto con la tuerca o el arreglo de cilindro y cuña. De manera alternativa adicional, el tope se puede proporcionar con una espiga la cual se acopla al extremo trasero del tubo y ese acoplamiento puede involucrar un acoplamiento por fricción o un acoplamiento roscado, o cualquier otra distribución de acoplamiento adecuado. Otras formas de anclaje están dentro del alcance de la invención.

En una forma de la invención, el acoplamiento de extremo de tubo se utiliza, el cual cierra sustancialmente el extremo trasero del tubo. Este acoplamiento puede formar parte del ancla descrita antes o puede estar separada del ancla. En una forma de acoplamiento de extremo del tubo, el acoplamiento incluye una primera abertura para paso del tendón alargado y una segunda abertura para paso de un material fluible dentro del interior del tubo. El material fluible puede ser una resina o cemento inyectado el cual es bombeado al interior del tubo con el propósito de evitar compresión del tubo bajo la carga de los estratos de roca. En esta distribución, la inclusión de un manguito como se describe en lo anterior es ventajoso para facilitar el suministro del material fluible al extremo delantero del tubo. Se realiza esto al conformar un pasaje para el material fluible hacia el extremo delantero del tubo. Un segundo pasaje entre la pared del orificio y el magüito permite la salida de aire, el cual es desplazado por el material fluible en el primer pasaje. El segundo pasaje puede incluir la división en el tubo asi como un espacio entre el exterior del tubo y la pared del orificio. La inclusión de un manguito interno como se describe en lo anterior también puede minimizar el escape de resina o la inyección de cemento desde el interior del tubo si el tubo incluye una división longitudinal.

El uso de un acoplamiento de extremo puede ser tal que proporcione una de las ventajas de la invención, la cual es minimizable al eliminar la posibilidad de que la inyección de cemento fluya fuera del extremo trasero del tubo cuando la inyección de cemento es de una viscosidad la cual es demasiado baja. En las distribuciones de la técnica anterior, el extremo del tubo con frecuencia está abierto, lo que deja una abertura grande para que la inyección de cemento fluya hacia fuera del mismo. En esta modalidad de la presente invención, el extremo de tubo trasero está sustancialmente cerrado por lo que se limita la probabilidad de escape de inyección de cemento a través de esa abertura.

Además, el uso de un acoplamiento de extremo dentro de una segunda abertura para pasajes de material fluible significa que la segunda abertura se puede configurar para interconexión con una boquilla de suministro de inyección de cemento o similar y de esta manera se elimina la necesidad de alimentar una manguera de inyección de cemento al extremo delantero del perno de roca. Además, debido a que la inyección de cemento o resina se bombea dentro del tubo desde el extremo trasero del mismo, el tubo se llenará por material que fluya hacia el extremo delantero y el operador del aparato de suministro de inyección de cemento recibirá una indicación de que el tubo ha sido llenado, ya sea debido a una retropresión aumentada en la boquilla de suministro o si se proporciona una porción de ajuste en la pared del tubo y si se proporciona un manguito interno, entonces la inyección de cemento o resina fluirá hacia atrás desde el extremo delantero del tubo en una dirección hacia la placa de roca en el extremo trasero del tubo y el operador recibirá una indicación visual cuando la inyección de cemento o resina aparezca en la placa de roca. Por lo tanto, es necesario una habilidad significativamente menor por parte del operador para un suministro apropiado de inyección de cemento al perno de fricción.

El acoplamiento de extremo puede ser de un material adecuado tal como caucho o metal. El acoplamiento de extremo puede cooperar con un acoplamiento de ancla, tal como una tuerca. El acoplamiento de extremo puede comprender dos partes, tal como una primera parte de espiga de caucho y una segunda parte de cubierta de metal o campana, esta última la cual se acopla sobre el acoplamiento de extremo de caucho y la cual se acopla por la tuerca de un ancla. En esta última distribución, cada una de las partes del acoplamiento de extremo puede incluir aberturas para paso del tendón alargado y para el paso de un medio fluible. Las dos partes del acoplamiento de extremo se pueden colocar para que cooperen, por ejemplo a través de un acoplamiento roscado u otra conexión.

En una distribución de acoplamiento de extremo como se describe en lo anterior, si se utiliza un manguito interno en el perno de fricción, el extremo trasero del manguito interno puede colocarse para sellar con el acoplamiento de extremo de manera que selle evitando la salida de material fluible desde el interior del tubo. En una distribución, el acoplamiento de extremo incluye una ranura dentro de la cual se puede recibir el extremo trasero del manguito interno. La recepción del extremo trasero dentro de la ranura de acoplamiento de extremo preferiblemente es un acoplamiento apretado o estrecho y se puede utilizar pegamento para incrementar aún más el sello entre el manguito interno y el acoplamiento de extremo.

Un uso alternativo para un acoplamiento de extremo es colocar apropiadamente el tendón dentro del tubo. Un uso alternativo adicional para un acoplamiento de extremo es acoplar por rozamiento el tendón de manera que resiste al movimiento del tendón que pueda provocar que el mecanismo expansor se expanda y evite la instalación del perno de fricción en un orificio. Se puede utilizar para ambos propósitos un acoplamiento de extremo único.

La ubicación del tendón apropiadamente dentro del tubo se espera habitualmente que requiera ubicación concéntrica dentro del tubo. De esta manera, el acoplamiento de extremo puede acoplarse dentro o sobre el extremo de tubo y puede incluir una abertura central a través de la cual se puede extender el tendón. Una abertura no concéntrica se puede proporcionar si se requiere una ubicación concéntrica dentro del tubo.

El contacto entre el acoplamiento de extremo y el tendón puede ser flojo o suelto o un acoplamiento por rozamiento apretado. En algunas distribuciones, se puede utilizar un contacto por rozamiento aumentado para proporcionar el beneficio de colocar axialmente el tendón durante la inserción de un perno de fricción en un orificio, particularmente en casos en los cuales el tubo del perno de fricción es de un diámetro externo mayor que el diámetro interno del orificio. En tales casos, se requiere que el tubo se contraiga radialmente conforme es impulsado en el orificio y para que se produzca contracción es importante que el mecanismo expansor esté desacoplado de manera que el tubo pueda contraerse. No obstante, si el tendón es libre de moverse dentro del tubo durante la instalación puede retraer o desplazarse de manera que acople el mecanismo expansor y evite o resista la contracción radial del tubo. Si se utiliza el acoplamiento por rozamiento de la clase anterior, el movimiento axial del tendón se previene o evita y por lo tanto de manera ventajosa evita el contacto inadvertido del mecanismo expansor .

Si el contacto por rozamiento anterior entre el tendón y el acoplamiento de extremo se adopta, la carga por rozamiento aplicada al tendón debe ser tan alta que evite la rotación o el movimiento axial del tendón como se podría requerir para el accionamiento del mecanismo expansor.

La descripción anterior del mecanismo espansor principalmente ha hecho referencia a elementos de cuña en los cuales un elemento de cuña es desviado en relación a otro para expandir al mecanismo. En este tipo de mecanismo expansor, para la mayor parte de las aplicaciones solo un movimiento pequeño del elemento de cuña movible o "móvil" se requerirá para expandir un mecanismo. No obstante, en algunas aplicaciones, particularmente en roca débil, el desplazamiento del elemento de cuña móvil puede ser mayor y potencialmente puede ser suficientemente grande para que el elemento de cuña móvil se mueva completamente pasando el elemento de cuña fijo o estacionario. En ese caso, el mecanismo expansor colapsará y no proporcionará carga de expansión al tubo y de esta manera se perderán los beneficios de incluir el mecanismo de expansión.

En consecuencia, la invención proporciona distribuciones para limitar desplazamiento o movimiento del elemento de cuña móvil para asegurar que los elementos de cuña permanezcan próximos entre sí cuando se acciona el mecanismo expansor para que se expanda.

En algunas distribuciones en donde se utiliza un acoplamiento roscado entre el tendón y una tuerca de distribución del ancla, la longitud de la cuerda se puede seleccionar para que límite el grado con el cual se pueda recaer el tendón para desplazar el elemento de cuña móvil. El roscado se puede finalizar para limitar la retracción del tendón o se puede utilizar un tope, por ejemplo como un perno el cual se extiende a través del tendón.

La misma distribución se puede aplicar en donde el tendón se encuentra en acoplamiento roscado con uno de los elementos de cuña de manera que la rotación del tendón se limita para limitar el grado de movimiento del elemento de cuña.

La presente invención proporciona una herramienta de instalación para instalar un perno de fricción para roca de acuerdo con la invención y un método para instalar un perno de fricción para roca de esta clase.

La herramienta de instalación incluye un receptáculo el cual está colocado para aplicar una carga de percusión en el extremo trasero del perno de fricción de acuerdo con la invención para impulsar el perno de fricción en un orifico el cual ha sido taladrado en la pared de una roca. El receptáculo incluye una abertura para recibir el extremo trasero del tendón y una superficie impulsora alrededor de la abertura para aplicar la carga percusiva. La profundidad de la abertura de receptáculo es suficiente para impulsar a la superficie para poner en contacto al extremo trasero del perno de fricción sin acoplamiento percusivo del tendón.

Se apreciará que la superficie de impulsión del receptáculo se puede distribuir para acoplar por percusión cualquier parte adecuada del extremo trasero del perno de fricción. Por lo tanto, la superficie de impulsión puede acoplar una superficie de orientación del extremo trasero del tubo del perno de fricción o de una placa de extremo la cual se superpone al extremo del tubo o cualquier otra superficie adecuada del perno de fricción. Por ejemplo, la superficie impulsora puede acoplar la superficie enfrentada de una tuerca la cual se fija o anexa al extremo trasero del tendón de manera que se pueda aplicar una carga percusiva solo a la tuerca, o adicionalmente a la tuerca asi como otra superficie o superficies del extremo trasero del perno de fricción. En esta distribución, la carga percusiva se puede aplicar a la tuerca y al extremo trasero del tubo del perno de fricción a una placa de extremo que se superpone al extremo trasero.

La abertura del receptáculo se puede realizar para aceptar el extremo trasero del tendón y, si se proporciona, una tuerca la cual se une o se fija al extremo trasero del tendón. Cuando se une una tuerca o se fija al extremo trasero del tendón, la abertura puede estar escalonada para tener una primera porción de un diámetro para aceptar el extremo trasero del tendón y una segunda porción de un diámetro mayor para aceptar la tuerca la cual se une a o se fija al extremo trasero del tendón. La tuerca puede ser una tuerca cuadrada o una tuerca hexagonal o una tuerca con otra forma, y la segunda porción puede tener una superficie interna complementaria a la forma de la tuerca.

Entre la primera y segunda porciones de la abertura, se puede conformar un reborde. Aunque ese reborde se puede utilizar para impartir una carga de percusión a una superficie enfrentada de la tuerca, si tal carga no es requerida, el reborde se puede colocar de manera que ante el acoplamiento de la superficie impulsora del receptáculo con el extremo trasero del perno de fricción, el reborde está separado para acoplamiento con la tuerca. De igual manera, el extremo interno de la abertura de receptáculo puede estar separada de la superficie de extremo enfrentado del tendón ante el acoplamiento de la superficie de impulsión del receptáculo con el extremo trasero del perno de fricción.

El receptáculo se puede colocar para aplicar una carga de desviación al tendón y/o la tuerca unida o fijada al extremo trasero del tendón de manera que durante la impulsión percusiva del perno de fricción por el receptáculo, el tendón se puede mantener en una posición en la cual el mecanismo expansor se desacopla de manera si es necesario, el tubo del perno de fricción puede contraerse radialmente conforme es impulsado dentro de un orificio de diámetro reducido en comparación con el diámetro exterior del tubo. Además, la distribución de desviación se puede utilizar para evitar el movimiento oscilante del tendón durante la impulsión del perno de fricción.

La distribución de desviación puede comprender un resorte helicoidal que actúe sobre el extremo trasero del tendón de manera que, sobre la cara de extremo del tendón, o puede ser un caucho o un polímero resiliente o similar. La distribución de desviación también puede actuar sobre el extremo interno de la abertura del receptáculo. La distribución de desviación se puede asegurar al extremo interno de la abertura de receptáculo de cualquier manera adecuada, por ejemplo por un tornillo que se extiende dentro de la abertura del receptáculo a través de la pared lateral del receptáculo.

El método de instalación de un perno de fricción de acuerdo con la invención por lo tanto comprende taladrar un orificio dentro de la pared de una roca, insertar el extremo delantero del perno de fricción en la abertura del orificio o alinear el extremo delantero del perno de fricción con la abertura del orificio, aplicar un receptáculo al extremo trasero del perno de fricción, el receptáculo tiene una abertura para recibir el extremo trasero de un tendón del perno de fricción y una superficie de impulsión para acoplar el extremo trasero del perno de fricción e impulsar el receptáculo de manera percusiva para impulsar el perno de fricción en el orificio.

El método puede involucrar taladrar un orificio de un diámetro interno que sea menor que el diámetro externo del tubo de perno de fricción de manera que el tubo sea forzado a contraerse conforme el perno de fricción es impulsado dentro del orificio.

Para una mejor compresión de la invención y para demostrar de que manera se puede llevar a cabo, ahora se describirán modalidades del mismo, por medio de ejemplos no limitantes únicamente, con referencia a las figuras anexas .

DESCRIPCION BREVE DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en sección de un perno de fricción para roca de acuerdo con la presente invención.

La figura 1A es una vista en sección transversal a través de AA de la figura 1.

La figura IB es una vista en sección transversal a través de BB de la figura 1.

La figura 2 es una vista parcialmente seccionada de otro perno de fricción para roca, de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 es una vista en sección transversal a través de AA de la figura 2.

La figura 4 es una vista en sección transversal a través de BB de la figura 2.

La figura 5 es una vista en sección transversal de un perno de fricción para roca de la figura 1 como se instala en un orificio.

La figura 6 es una vista en sección transversal de otro perno de fricción para roca de acuerdo con la presente invención.

La figura 7 es una vista en sección transversal a través de BB de la figura 6.

La figura 8 es una vista en sección transversal a través de AA de la figura 6.

La figura 9 es una vista en sección transversal de otro perno de fricción para roca de acuerdo con la presente invención.

La figura 10 es una vista en sección transversal a través de BB de la figura 8.

La figura 11 es una vista en sección transversal de otro perno de fricción para roca de acuerdo con la presente invención.

La figura 12 ilustra en parte una vista en sección transversal, el extremo trasero del perno para roca de la figura 1 con una herramienta de instalación unida al extremo trasero.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en sección transversal de un perno de fricción para roca de acuerdo con una modalidad de la invención. El perno 10 para roca incluye un tubo 11 alargado generalmente circular que tiene un extremo 2 delantero y un extremo 13 trasero. La longitud de un perno para roca típico puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 m a aproximadamente 5 m.

El tubo 11 se divide longitudinalmente a lo largo de toda su longitud. La figura 1A es una vista en sección transversal del tubo 11 que muestra la división 21.

Un mecanismo 14 expansor se coloca dentro del tubo 11 y comprende un par de elementos de cuña 15, 16 los cuales se interconectan a lo largo de las superficies 17 inclinadas. El elemento 16 de cuña se fija a la superficie 18 interna del tubo 11 en el extremo 12 delantero del tubo - SO - ll por soldadura mientras que el elemento 15 de cuña se asegura por acoplamiento roscado al extremo delantero del tendón 19 alargado. El tendón 19 puede ser una varilla o barra de metal rígido o puede ser un cable. Se entenderá fácilmente que el movimiento relativo entre lo elementos 15 y 16 de cuña resultará en contracción o expansión del mecanismo 14 expansor dependiendo de la dirección del movimiento relativo. El movimiento del elemento 15 de cuña en una dirección hacia el extremo 13 trasero del tubo 11 resultará en la expansión del mecanismo 14 expansor.

El extremo 12 delantero del tubo 11 está ahusado para facilitar la inserción del perno 10 para roca en un orificio taladrado en la cara de una roca. El extremo 12 incluye dos ranuras en lados opuestos del mismo, no obstante, solo una ranura 20 es visible en la figura 1. Las ranuras facilitan la compresión del extremo 12 delantero si es necesario para inserción dentro del orificio.

El tendón 19 se extiende sobrepasando el extremo 13 trasero del tubo 11 e incluye extremos roscados 21 y 22. Una tuerca 23 hexagonal se fija al tendón 19 adyacente al extremo 22 roscado.

La tuerca 23 se fija al tendón 19 de manera que la rotación de la tuerca 23 hace girar al tendón 19. La tuerca 23 se puede fijar al tendón 19 por corrugado o soldadura o cualquier otra distribución de fijación adecuada .

La rotación de la tuerca 23 hace girar al tendón 19 de manera que el elemento 15 de cuña se desplaza axialmente sobre el extremo 21 roscado. Un desplazamiento axial suficiente del elemento 15 de cuña unirá las superficies 17 inclinadas e impondrá una carga de expansión contra la superficie 18 interna del tubo 11.

La tuerca 23 es una parte de un ancla, la cual también comprende un tope en forma de una placa 24 de extremo. La placa 24 de extremo se superpone al extremo 13 trasero abierto del tubo 11 y se extiende en proximidad a un anillo 25 el cual se suelda a la superficie 26 externa del tubo 11. Cuando se instala, el anillo 25 hace contacto contra la placa para roca (no mostrada) para asegurar la placa para roca contra la superficie de pared de roca y cuando el perno para roca se encuentra bajo una carga pesada, la placa 24 de extremo proporciona soporte adicional al anillo 25 para resistir la carga aplicada a la placa de roca. De esta manera, el anillo 25 es soportado evitando fallas por la placa 24 de extremo.

El perno 10 para roca incluye además un acoplamiento 27 de extremo el cual está conformado como una espiga o casquillo el cual se acopla en el extremo 13 trasero abierto del perno 10. El acoplamiento 27 de extremo puede ser un casquillo de plástico o caucho y está diseñada para acoplarse por fricción contra la superficie 18 interna del tubo 11. El acoplamiento 27 de extremo incluye una abertura central a través de la cual se extiende un tendón 19 y el tamaño de la abertura está diseñado para generar un acoplamiento por fricción contra la superficie externa del tendón 19.

La función del acoplamiento 27 de extremo es doble. En primer lugar, el acoplamiento 27 de extremo mantiene el extremo de ancla del tendón 19 concéntrico con el tubo 11. De esta manera, el tubo 11 está limitado en cuanto a movimiento lateral o radial en relación al tubo 11. La ubicación concéntrica del tendón 19 también mantiene la placa 24 de extremo localizada concéntricamente a través del extremo 13 trasero abierto del tubo 11 de manera que la placa 24 de extremo mantiene su posición extendiéndose a través del extremo 13 trasero abierto del tubo 11 para soporte del anillo 25.

Además, el acoplamiento 27 de extremo acopla por rozamiento el tendón 19 de manera que el movimiento axial del tendón es resistido durante la inserción del perno 10 para roca dentro de un orificio. Esto es importante para asegurar que el tendón 19 no se mueve axialmente en la dirección hacia el extremo 13 trasero que resulte en acoplamiento entre los elementos de cuña 15 y 16 que evite la contracción radial del tubo 11 conforme es insertado en un orificio. Como se explica en lo anterior, con frecuencia los pernos para roca se insertan en un orificio el cual tiene un diámetro interno menor que el diámetro externo del perno de manera que el diámetro externo del perno debe contraerse para permitir la inserción del perno para roca dentro del orificio. Al mantener el tendón 19 en la posición que se muestra en la figura 1, los elementos de cuña se mantienen separados y el tubo 11 puede contraerse cuando el perno 10 se inserta en un orificio de diámetro reducido .

La ventaja del acoplamiento 27 de extremo es que es un componente sencillo y barato pero que proporciona ventajas significativas en el funcionamiento del perno 10.

Con referencia a la figura Ib, se ilustra una vista en sección transversal a través de la sección B-B, la cual muestra el acoplamiento 27 de extremo en acoplamiento por rozamiento tanto con el tubo 11 como con el tendón 19.

Debe hacerse notar que el extremo 22 roscado del tendón 19 se extiende sobrepasándose la tuerca 23 y que se proporciona para la unión del soporte de roca auxiliar tal como malla de alambre. La malla de alambre puede extenderse entre pernos adyacentes y se proporciona para retener fragmentos de roca los cuales se desprenden de una pared de roca, en vez de permitir que los fragmentos caigan dado que la roca que cae puede presentar un peligro para los trabajadores que trabajan próximos a la pared de roca.

Aunque el perno 10 para roca de la figura 1 no se muestra que incluye un manguito interno, el manguito puede ser incluido si se considera apropiado. La adición de un manguito interno tal como el mostrado por el número de referencia 51 en las figuras 5 a 7 o el número de referencia 71 en las figura 8 y 9 en el perno 10 para roca puede presentar una barrera a la entrada de agua al interior del tubo 11 de manera que protege al tendón 19 contra agua o humedad.

El perno 10 para roca proporciona diversas ventajas con respecto a los pernos de la técnica anterior como se ha indicado previamente en este documento, pero en particular, el perno 10 para roca proporciona anclaje eficiente del extremo 12 delantero dentro de un orificio mientras que la resistencia al cizallamiento y a la tensión del perno se incrementa por la inclusión del tendón 19. Adicionalmente, la unión del tendón al mecanismo expansor mejora de manera significativa la resistencia a la tensión del perno de fricción y en menor grado la resistencia al cizallamiento en comparación con los pernos de la técnica anterior en los cuales una varilla se inserta simplemente en el interior del tubo después de que se ha introducido inyección de cemento. Las ventajas proporcionadas por la adición de la placa 24 de extremo se han descrito en lo anterior .

La figura 2 es una vista lateral parcial y en parte seccional transversal del perno 30 para roca de acuerdo con otra modalidad de la invención. La figura 3 es una sección transversal tomada a través del perno 30 para roca a través de A-A mientras que la figura 4 es una sección transversal tomada a través del perno 30 para roca a través de B-B. El perno 30 para roca incluye muchas de las características del perno 10 para roca de la figura 1 y por lo tanto se han utilizado los mismos números de referencia para identificar las mismas características.

El perno 30 para roca incluye un tubo 31 alargado el cual se cierra longitudinalmente como se muestra en la vista en sección transversal en la figura 3 y en la figura 4. El tubo 31 incluye una porción 32 de ajuste la cual se conforma como una porción generalmente en forma de V que se extiende hacia dentro. Mientras la porción 32 de ajuste se puede extender durante solo una porción de la longitud del tubo 31, la preferencia es que se extiende completamente a lo largo de la longitud. Será evidente para una persona experta en el ámbito que ante la expansión radialmente del tubo 31, la porción 32 de ajuste se expandirá y se aplanará, mientras que cuando el tubo 31 se contrae, la porción 32 de ajuste se contraerá y se profundizará.

En el perno 30 para roca se proporciona una distribución alternativa para acoplamiento del mecanismo 14 expansor. En el perno 10 para roca, la tuerca 23 se fija al tendón 19 de manera que entre la rotación de la tuerca 23 el tendón 19 también gira. Esta rotación es relativa al elemento 15 de cuña el cual se conecta de manera roscada al tendón 19 de manera que ante la rotación del tendón 19, el elemento 15 de cuña se provoca que se mueva axialmente dentro del tubo.

En contraste, la figura 2, la tuerca 23 está roscada hacia el tendón 19 mientras que el elemento 14 de cuña se fija al tendón 19. En esta distribución, la rotación de la tuerca 23 es en relación al tendón 19 y provoca el movimiento axial del tendón 19. Con ese movimiento axial, el elemento 14 de cuña también se mueve axialmente .

En cada uno de los pernos para roca 10 y 30, se proporciona un mecanismo de control para asegurar que el movimiento axial del elemento 15 de cuña hacia el extremo 13 trasero del perno no sea demasiado grande de manera que pase completamente al elemento 16 de cuña fijo. Con referencia a la figura 1, el reborde 18 del tendón 19 representa el desplazamiento máximo del elemento 14 de cuña a lo largo del tendón 19. En consecuencia, cuando el extremo 29 inferior del elemento 15 de cuña hace contacto con el reborde 28, no se llevará a cabo un movimiento axial adicional del elemento 15 de cuña hacia el extremo 13 trasero. En consecuencia, aunque esté disponible expansión adicional del tubo 11, el mecanismo 14 expansor no producirá carga de expansión adicional.

Con respecto al perno 30 para roca, el extremo 22 roscado se extiende a una porción 41 no roscada, punto en el cual el diámetro menor de la porción 22 roscada es más pequeño que el diámetro exterior de la porción 41. Mediante esta distribución, cuando la tuerca 23 alcanza la porción 41, la tuerca 23 no puede girar más y además finaliza el movimiento axial adicional del tendón 19.

La figura 5 muestra el perno 10 para roca de la figura 1 en una condición instalada dentro del orificio 42 en un cuerpo de la roca 43. Una placa 44 de roca se asegura entre el anillo 25 del perno 10 y la cara 45 de roca mientras que se puede observar que los elementos 15 y 16 de cuña del mecanismo 14 expansor se han desplazado uno en relación al otro de manera que las superficies 17 inclinadas de los elementos respectivos 15 y 16 están en acoplamiento. Será evidente de la figura 5 que la tuerca 23 no se ha desplazado en relación al tendón 19, más bien, la rotación de la tuerca 23 ha hecho girar el tendón 19 y se ha desplazado el elemento 15 de cuña sobre el extremo 21 roscado. De esta manera, el elemento 15 de cuña se ha desplazado hacia abajo en la vista de la figura 5 en relación al elemento 16 de cuña fijo de manera que la carga de expansión radial se ha aplicado a la superficie 18 interna del tubo 11.

Será evidente de manera adicional que el borde 29 inferior del elemento 15 de cuña ha alcanzado el reborde 28 del tendón 19 en el extremo del extremo 21 roscado de manera que no está disponible movimiento adicional del elemento 15 de cuña en el tendón 19. Por medio de este mecanismo, el elemento 15 de cuña es capaz de moverse solo a la posición en la figura 5 y no más. De esta manera, el mecanismo proporciona que los elementos de cuña 15 y 16 siempre permanezcan en acoplamiento y evita que el elemento 15 de cuña se mueva pasando al elemento 16 de cuña en la dirección del extremo 13 trasero del perno.

En un perno 30 para roca de la figura 2, posterior a la inyección de cemento del perno se puede obtener mediante bombeo de cemento para inyección al interior 33 del tubo 31. Para facilitar la inserción de cemento al interior 33, el perno 30 para roca incluye un acoplamiento 34 de extremo el cual se acopla sobre el extremo trasero del tubo 31 por el acoplamiento del extremo 35 de tubo y una ranura 36 que se forma en el acoplamiento 34 de extremo. El extremo 35 de tubo se puede acoplar en la ranura 36 por acoplamiento por rozamiento o se puede proporcionar un roscado u otro acoplamiento adecuado.

El acoplamiento 34 puede localizar el tendón 19 de manera concéntrica dentro del tubo 11 en el extremo 13 trasero y puede acoplar por rozamiento el tendón 19 por las razones explicadas con respecto al acoplamiento 27 de extremo de la figura 1.

El acoplamiento 34 incluye una primera abertura 37 para recibir el extremo trasero del tendón 19 y una segunda abertura 38 para suministrar inyección de cemento, se puede utilizar un dispositivo de suministro de inyección de cemento adecuado para interconexión con la abertura 38 para el paso de inyección de cemento a través del mismo.

El beneficio de inyección de cemento posterior del perno 30 para roca es que la inyección de cemento curada resiste la compresión del tubo 31 la cual tiende a producirse cuando el perno está bajo la influencia de una carga que provoca que el perno sea jalado del orificio en el cual se ha insertado. El método de instalación de inyección de cemento posterior que se utiliza es aquel en donde el perno 30 se inserta en un orificio taladrado en los estratos de roca y posteriormente el mecanismo 13 expansor se activa por rotación de la tuerca 23 para retraer el tendón 19 en una dirección hacia el extremo 13 trasero del tubo 31. Una vez que el mecanismo 14 expansor se ha expandido según se desee, la inyección de cemento puede ser bombeada al interior del tubo 31. Una vez que la inyección de cemento ha alcanzado el extremo 12 delantero del perno 30 para roca, la inyección de cemento puede desplazarse hacia el extremo 13 trasero a través de la porción 32 de ajuste. Esa porción de retorno de inyección de cemento se puede unir con la pared del orificio en el cual se ha insertado el perno 30 para roca, con el fin de incrementar la sujeción del perno 30 dentro del orificio. Adicionalmente, de la aparición de inyección de cemento en el extremo trasero del perno 30 para roca, el operador del dispositivo de suministro de inyección de cemento tendrá una confirmación visual de inyección de cemento adecuada del perno 30.

La figura 4 ilustra en sección transversal a través de B-B la manera en que el mecanismo 14 expansor se aloja dentro del tubo 31 el cual se conforma con la porción 32 de ajuste. Se puede ver que los elementos de cuña 15 y 16 tienen un tamaño y están conformados para ser acomodados dentro del interior del tubo 31, hacia la parte interna del extremo más interior de la porción 32 de expansión. Adicionalmente, la figura 4 ilustra una abertura 39 a través de la cual se puede aplicar una soldadura a la superficie trasera del elemento 16 de cuña para fijar esa superficie a la superficie interior del tubo 31. Alternativamente, se puede elaborar en la pared una abertura 40 (véase la figura 2) del tubo 31 para proporcionar acceso para fijación del elemento 16 de cuña por ejemplo mediante soldadura del elemento 16 de cuña en extremos opuestos, como se muestra en la figura 1. Se puede adoptar cualquiera de las distribuciones de abertura que se muestran en la figura 2 ó 4, asi como distribuciones alternativas, no ilustradas.

La figura 6 es una vista en sección transversal del perno 50 para roca de acuerdo con otra modalidad de la invención. El perno 50 para roca difiere de los pernos para roca previos 10 y 30 por la inclusión de un manguito 51 interior. Nuevamente, las características las cuales son comunes para los pernos para roca 10 y 30 mantienen los mismos números de referencia que en la figura 1.

El perno 50 para roca incluye un tubo 52 y una división 53 longitudinal (véase la figura 7). La división 53 se extiende por la longitud completa del tubo 52 y permite que el tubo 52 se expanda y se contraiga radialmente .

El manguito 51 interior generalmente es circular pero incluye una porción 54 de ajuste la cual se conforma como una porción generalmente en forma de V que se extiende hacia dentro. El perfil del manguito 51 interior es similar al perfil del tubo 31 cerrado el perno 30 para roca mostrado en la figura 2, por lo tanto el manguito 51 interior se superpone o forma un puente para la división 53 en el tubo 52.

El manguito 51 interior ventajosamente ayuda a proteger al tendón 19 de corrosión evitando el acceso al tendón o por lo menos limitando el acceso a la exposición al agua o humedad. Se apreciará de la figura 6 que la longitud completa del perno 50 para roca nos demuestra y debe apreciarse que únicamente una porción pequeña de la longitud general del tubo 52 no incluye el manguito 51 interior. Por lo tanto, es la porción principal del tendón 19 la cual se protege de la exposición al agua o la humedad por el manguito 51 interior.

Además, debido a que el manguito 52 interior forma un puente para la división 53, la inyección de cemento la cual se bombea al interior del perno 50 para roca se evita sustancialmente que escape a través de la división 53. Es la inyección de cemento la cual proporciona la protección principal al tendón 19 contra la exposición al agua o la humedad mientras que la inyección de cemento también ayuda a anclar adecuadamente el perno de fricción dentro de un orificio.

El manguito 51 interior preferiblemente es de plástico, aunque cualquier material suficientemente flexible es aceptable con la condición de que la porción 54 de ajuste del manguito 51 se puede expandir y contraer con el tubo 52, según se requiere.

El perno 50 para roca incluye además un acoplamiento de extremo de tubo para cerrar sustancialmente el extremo 13 trasero del tubo 52 y el acoplamiento de extremo que se ilustra en la figura 6 es un acoplamiento de dos partes, el cual comprende una primera parte 55 de espiga y una segunda parte 56 de cubierta. La figura 8 ilustra una vista en sección transversal tomada a través de A-A de la figura 6. Como se muestra en la figura 6 y en la figura 8, la espiga 55 incluye tres aberturas 57 para el paso de inyección de cemento y una abertura 58 central para albergar el paso del tendón 19. La espiga 55 se muestra que se encuentra acoplada estrechamente al manguito 51 interior y en la distribución preferida, el acoplamiento es un acoplamiento de fricción de manera que la espiga 55 sella contra el manguito 51 interior.

La cubierta 56 se interconecta con la espiga 55 por el reborde 59 que se recibe dentro de una ranura complementaria en la cubierta 56 y la cubierta 56 se une al extremo 60 del tubo vía un peldaño 61. Mediante esta distribución, la cubierta 56 se centraliza sobre el tubo 11, el cual ayuda a la centralización del tendón 19. La cubierta 56 preferiblemente se elabora de un material metálico .

La cubierta 56 incluye una abertura 62 para recibir la boquilla de un dispositivo de suministro de inyección de cemento de manera que la inyección de cemento es bombeada a través de la abertura 62 y fluye a través de las aberturas 57 de la espiga 55 y al interior del perno 50.

En otros aspectos, los pernos para roca 30 y 50 operan de una manera similar al perno 10 para roca de la figura 1 en donde los pernos para roca respectivos 30, 50 se insertan en un orificio y se acciona un mecanismo 14 expansor por rotación de la tuerca 23 en relación al tendón 19. La rotación de la tuerca jala el tendón 19 en una dirección hacia el extremo 13 trasero de los pernos respectivos 30, 50 para provocar que el mecanismo expansor se expanda y para que el tubo 52 sujete firmemente la pared interior del orificio. Posteriormente, la inyección de cemento se puede insertar a través de las aberturas respectivas 38 y 62 y permitir que cure.

La figura 9 ilustra una modalidad adicional y un perno para roca de acuerdo con la invención. El perno 70 para roca de la figura 9 es de una construcción muy similar al perno 50 para roca de la figura 6 en donde el perno 70 para roca incluye un manguito 71 interior. Al igual que las figuras anteriores, las partes similares se les proporciona con los mismos números de referencia.

El perno 70 para roca incluye un tubo 72 alargado el cual tiene una división 73 longitudinal (figura 10) . El perno 70 para roca incluye además un acoplamiento 74 de extremo el cual es similar al acoplamiento 34 de extremo del perno 30 para roca, no obstante, en la distribución de la figura 9, el manguito 71 interior incluye un extremo 75 ahusado o abocardado que se extiende dentro de la ranura 76 conformada en el acoplamiento 74 de extremo con el fin de que el manguito 71 selle dentro del acoplamiento 74 de extremo. Para mejorar el sello, se puede utilizar un adhesivo dentro de la ranura 76.

En otros aspectos, la construcción del perno 70 para roca es similar al perno 30 para roca de la figura 2 en que se proporciona un acoplamiento 74 de extremo de parte única y se bombea inyección de cemento a través de la abertura 77 en el acoplamiento 74 de extremo, dentro del interior del tubo 72. El método de inserción y expansión del mecanismo 14 expansor nuevamente es el mismo al descrito en relación a los pernos para roca 30 y 50.

En relación a la introducción de inyección de cemento al interior del tubo, el aparato de suministro de inyección de cemento puede incluir una copa que se interconecta con la campana de inyección de cemento de las figuras, en vez de utilizar una boquilla. La copa suministrará inyección de cemento para alimentarlo al interior del tubo a través de la abertura en la campana para inyección de cemento, por ejemplo, las aberturas 38, 62 ó 77 de la figura 2, la figura 6 y la figura 9.

La figura 11 ilustra un perno 80 de fricción para roca adicional en el cual en la mayor parte de los aspectos es muy similar al perno 10 para roca de la figura 1. En consecuencia, para partes similares se han utilizado los mismos números de referencia. Cuando el perno 80 para roca difiere del perno 10 para roca, está con respecto al tendón 81, el cual está en forma de un cable en vez de una varilla o barra de metal, y también con respecto al ancla 82 la cual está en forma de un cilindro y ancla de cuñas, en vez de un ancla de la clase mostrada en las figuras anteriores. El ancla 82 de esta manera comprende un cilindro 83 y una pluralidad de cuñas 84 a través de las cuales se extiende el cable 81. El acoplamiento de los elementos 15 y 16 de cuña es por retracción del tendón 81 en la dirección del extremo 13 trasero del perno 80, mientras que el movimiento de retorno del cable 81 se resiste por acoplamiento de las cuñas 84 en el cilindro 83.

La figura 12 ilustra una vista parcial en sección transversal del extremo trasero del perno 10 para roca en la figura 1 con el acoplamiento 27 de extremo omitida de manera que la figura 12 ilustra un tubo 11, un anillo 25 y una placa 24 de extremo. Ilustrado adicionalmente está el extremo 22 roscado del tendón 19 (oscurecido) y la tuerca 23 la cual se fija al tendón 19.

La figura 12 ilustra adicionalmente el receptáculo 90 de una herramienta de instalación, cuyos componentes remanentes no se ilustrarán. La herramienta de instalación, aunque el receptáculo 90 está distribuido para aplicar una carga de percusión al extremo trasero del perno 10 para roca con el fin de insertar el perno 10 para roca en un orificio el cual se ha taladrado en la pared para roca. El receptáculo 90 incluye una abertura 91 la cual se alberga al extremo 22 roscado del tendón 19 y la tuerca 23 hexagonal. La abertura 91 incluye una primera porción 92 de un primer diámetro el cual tiene un tamaño para albergar el extremo 22 trasero y una segunda porción 93 hexagonal de un diámetro mayor el cual tiene un tamaño para albergar la tuerca 23. Un reborde 94 se forma en la unión entre la primera y segunda porciones 92 y 93.

El receptáculo 90 incluye además una superficie 95 impulsora la cual es una superficie hexagonal que rodea completamente a la tuerca 23. La superficie 95 impulsora está diseñada para aplicar una carga impulsora percusiva a la cara frontal de la placa 24 de extremo con el fin de impulsar el perno 10 para roca en un orificio el cual ha sido taladrado en una pared de una roca.

En la ilustración de la figura 12, la superficie 95 impulsora está diseñada para proporcionar el único contacto con el perno 10 para roca para impulsar el perno dentro de un orificio. De esta manera, el espacio entre la superficie 95 impulsora y la superficie enfrentada de la placa 24 de extremo se requiere que sea menor que el espacio entre el reborde 94 y la superficie enfrentada de la tuerca 23. Además, el extremo 96 interior de la abertura 92 se requiere que esté separada del extremo 97 enfrentado del extremo 22 roscado. Mediante esta distribución, cuando el receptáculo 90 es impulsado de manera percusiva, el único contacto impulsor entre el receptáculo 90 y el perno 10 para roca está entre la superficie 95 impulsora y la superficie enfrentada de la placa 24 de extremo.

Colocada dentro de la abertura 92 se encuentra un resorte 98 helicoidal, aunque se espera que en la práctica, el resorte 98 será un bloque o parte de polímero de caucho o resiliente. El resorte se fija al extremo 96 interno del receptáculo 90 de cualquier manera adecuada por ejemplo mediante atornillado (no mostrado) que se extiende a través de la pared del receptáculo y el extremo opuesto del resorte 98 se acopla contra el extremo 97 enfrentado del extremo 22 roscado. Mediante esta distribución, el resorte 98 aplica una carga de desviación al extremo 22 roscado de manera que la tuerca 23 permanece en contacto con la placa 24 de extremo durante la impulsión del perno 10 para roca dentro de un orificio. Ventajosamente, mediante esta distribución, el tendón 19 es retenido en una posición en la cual se desacopla el mecanismo expansor de manera que la resistencia a la contracción radial del tubo 11 del perno 10 para roca se elimina conforme el perno para roca se inserta en un orificio. La influencia de desviación proporcionada por el resorte 98 también es eficaz para evitar que el tendón 19 oscile durante la instalación del perno 10 para roca.

La distribución que se ilustra en la figura 12 ventajosamente reduce la pérdida de energía durante la impulsión de un perno para roca dentro de un orificio al aplicar directamente la impulsión a la placa 24 de extremo en vez de a través del extremo 22 roscado o la tuerca 23.

No obstante, se apreciará que si la impulsión del perno 10 para roca se requiere a través del acoplamiento no solo entre la superficie 95 impulsora y la placa 24 de extremo sino también entre el reborde 94 y la tuerca 23, las dimensiones del receptáculo 90 se pueden alterar de manera que se proporcione acoplamiento simultáneo.

La invención descrita en la presente es susceptible a variaciones, modificaciones y/o adiciones además de las descritas específicamente y debe entenderse que la invención incluye la totalidad de tales variaciones, modificaciones y/o adiciones las cuales se encuentran dentro del espíritu y alcance de la descripción anterior.

La descripción de la solicitud de patente provisional australiana Nos. 2009901030 y 2009901031, partir de la cual la reivindicación reclama prioridad, incorporan en la presente como referencia.

Claims (29)

REIVINDICACIONES

1. Un perno de fricción para acoplamiento por rozamiento de la superficie interna de un orificio taladrado en la cara de una roca, el perno de fricción comprende: un tubo generalmente circular alargado, el cual es expandible radialmente, el tubo tiene un extremo delantero y un extremo trasero, un mecanismo expansor colocado dentro del tubo para aplicar una carga que tiende a expandir por lo menos una sección del tubo radialmente, un tendón alargado colocado longitudinalmente dentro del tubo y en conexión en o hacia un extremo del tendón con el mecanismo expansor y en relación con o hacia una extremo opuesto del tendón con una distribución de ancla, el tendón es accionable para expandir el mecanismo expansor y para permanecer conectado entre el mecanismo expansor y la distribución de ancla mientras el mecanismo expansor se expande, el mecanismo expansor comprende un par de elementos expansores, el primero de los cuales se asegura en relación al tubo y el segundo de los cuales se asegura al tendón alargado, el accionamiento del tendón es operable para provocar el movimiento relativo entre el primero y segundo elementos expansores para provocar que el mecanismo expansor se expanda.

2. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 1, en donde el tubo se divide longitudinalmente a lo largo de por lo menos una porción de su longitud y por medio del cual la expansión radial del tubo se facilita por expansión lateral de la división longitudinal .

3. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 2, en donde el tubo se divide longitudinalmente por completo a lo largo de su longitud.

4. Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, que incluye además un manguito interno alargado colocado dentro del tubo y en acoplamiento en reposo con la superficie interna del tubo, el manguito interno forma un puente entre la división longitudinal y se extiende sustancialmente a lo largo de la división.

5. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 4, en donde el manguito interno se cierra longitudinalmente e incluye una porción de expansión a lo largo de por lo menos una porción de su longitud para permitir que el manguito externo se expanda radialmente cuando el mecanismo expansor es accionado para expander el tubo.

6. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 5, en donde la porción de expansión del manguito interno permite la contracción radial del manguito interno ante la contracción radial del tubo para inserción del perno de fricción en un orificio.

7. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 1, en donde el tubo se cierra longitudinalmente e incluye una porción de expansión a lo largo de por lo menos una porción de su longitud para permitir la expansión radial del tubo cuando el mecanismo expansor es accionado para expandir el tubo.

8. Perno de fricción como se describe en la reivindicación 7, en donde la porción de expansión permite la contracción radial del tubo por inserción del perno de fricción en un orificio.

9. Perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el primero y segundo elementos expansores son elementos de cuña y por medio de los cuales el accionamiento del tendón provoca que el segundo elemento de cuña se mueva en relación al primer elemento de cuña.

10. Perno de fricción como se describe en la reivindicación 9, en donde el segundo elemento expansor se asegura al tendón por una conexión roscada, por lo que el accionamiento del tendón es por rotación del tendón en relación al segundo elemento expansor lo que provoca que el segundo elemento expansor se desplace sobre la conexión roscada.

11. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 10, en donde el segundo elemento expansor se asegura al tendón por una conexión fija, por lo que el accionamiento del tendón es por retracción del tendón lo que resulta en una retracción complementaria del segundo elemento expansor.

12. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 11, en donde el tendón tiene un extremo roscado alejado del segundo elemento expansor y el ancla incluye una tuerca en conexión roscada con el extremo roscado y un tope contra el cual topa la tuerca, por lo que la retracción del tendón es por rotación de la tuerca sobre el extremo roscado.

13. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 12, en donde el tope es una placa que se extiende a través del extremo trasero del tubo.

1 . Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el tendón alargado es una barra rígida.

15. Un perno de fricción como se describe en la reivindicación 14, en donde la barra rígida es una barra hueca .

16. Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el tendón alargado es un cable.

17. Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en donde el extremo delantero del tubo está ahusado.

18. Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que incluye además un acoplamiento de tubo en el extremo trasero del tubo, el acoplamiento de tubo acopla friccionalmente la superficie interna del tubo e incluye una abertura central a través de la cual se extiende el tendón y se localiza radialmente, la abertura tiene un tamaño para acoplar por rozamiento la superficie externa del tendón para resistir el movimiento axial del tendón dentro del tubo.

19. Un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que incluye además un acoplamiento de extremo de tubo para cerrar sustancialmente el extremo trasero del tubo, el acoplamiento de extremo incluye una primera abertura para paso del tendón alargado y la segunda abertura para paso del medio fluible al interior del tubo.

20. Un método de instalación de un perno de fricción como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, el método incluye taladrar un orificio en la cara de una roca, insertar el perno para roca en el orificio y expandir el mecanismo expansor.

21. Un método como se describe en la reivindicación 20, que incluye introducir inyección de cemento en el tubo del perno para roca después de que se ha expandido el mecanismo expansor.

22. Una herramienta de instalación para instalar un perno de fricción para roca, como se describe en la reivindicación 1, la herramienta incluye un receptáculo el cual se distribuye para aplicar una carga percusiva al extremo trasero del perno de fricción para impulsar al perno de fricción dentro de un orificio el cual ha sido taladrado en la pared de una roca, el receptáculo incluye una abertura para recibir el extremo trasero del tendón y una superficie impulsora alrededor de la abertura para aplicar la carga percusiva, la profundidad de la abertura de receptáculo es suficiente para que la superficie impulsora acople el extremo trasero del perno de fricción sin acoplar percusivamente el tendón.

23. Una herramienta de instalación como se describe en la reivindicación 22, en donde la abertura del receptáculo se conforma para aceptar el extremo trasero del tendón y una tuerca la cual se une a o se fija al extremo trasero del tendón.

24. Una herramienta de instalación como se describe en la reivindicación 23, la abertura está escalonada para tener una primera porción a un diámetro para aceptar el extremo trasero del tendón y una segunda porción de un diámetro más grande para aceptar la tuerca la cual se une a o se fija al extremo trasero del tendón.

25. Una herramienta de instalación como se describe en la reivindicación 24, en donde se forma un reborde entre la primera y segunda porciones de la abertura y el reborde está colocado de manera que ante el acoplamiento de la superficie impulsora del receptáculo con el extremo trasero del perno de fricción, el reborde está separado del acoplamiento con la tuerca.

26. Una herramienta de instalación como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, que incluye además una distribución de desviación para aplicar una carga de desviación al tendón para mantener el mecanismo expansor en una condición desacoplada durante la impulsión del perno de fricción en un orificio.

27. Una herramienta de instalación como se describe en la reivindicación 26, en donde la distribución de desviación comprende un resorte helicoidal, caucho o un polímero resiliente.

28. Un método de instalación de un perno de fricción como se describe en la reivindicación 1, que comprende taladrar un orificio en una pared de una roca, insertar el extremo delantero del perno de fricción en la abertura del orificio o alinear el extremo delantero del perno de fricción con la abertura del orificio, aplicar un receptáculo al extremo trasero del perno de fricción, el receptáculo tiene una abertura para recibir el extremo trasero de un tendón del perno de fricción y una superficie impulsora para acoplar el extremo trasero del perno de fricción e impulsar el receptáculo de manera percusiva para impulsar el perno de fricción dentro del orificio por acoplamiento de la superficie impulsora con el extremo trasero del perno de fricción.

29. Un método como se describe en la reivindicación 28, que incluye taladrar un orificio de un diámetro interno el cual es menor que el diámetro externo del perno de fricción e impulsar el perno de fricción en el orificio de manera que el perno de fricción sea forzado a contraerse radialmente conforme sea impulsado en el orificio.