MX2012014086A

MX2012014086A - Perno expandible con punta blindada.

Info

Publication number: MX2012014086A
Application number: MX2012014086A
Authority: MX
Inventors: Arthur J Craven; Daniel Leon Seegmiller
Original assignee: Fci Holding Delawere Inc
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2013-01-29
Also published as: US20110299939A1; US20150198042A1; US9062547B2; EP2576983A4; CL2012003409A1; ZA201209176B; CN102939435A; CN102939435B; WO2011153219A1; PE20131006A1; CA2801257A1; CA2801257C; EP2576983A1

Abstract

La presente invención incluye un perno de anclaje que tiene un tubo longitudinalmente expandible. El tubo incluye una depresión se extiende longitudinalmente que define una vía de paso longitudinal temporalmente cerrada. El perno de anclaje incluye además un extremo distal blindado para evitar que entren residuos en la vía de paso longitudinal temporalmente cerrada. El extremo distal está protegido mediante una cubierta que puede ser un tapón o una tapa y puede proporcionar una punta redondeada para el perno de anclaje. El tapón puede ser esférico. El tapón puede estar unido de tal manera que su extremo próximo se apoya en el extremo distal del perno de anclaje, se inserta en el extremo distal del perno de anclaje, o se extiende más allá del extremo distal y a lo largo de la pared lateral del perno de anclaje. La presente invención también incluye un método de fabricación de tal perno de anclaje y un método de uso del perno de anclaje.

Description

PERNO EXPANDIRLE CON PUNTA BLINDADA REFERENCIA A SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud reivindica prioridad de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos No. 61/351,328 presentada el 4 de junio del 2010 intitulada "Expandable Bolt with Shielded Tip" (perno expandible con punta blindada), la descripción completa de la cual se incorpora en la presente como referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se relaciona con un perno para roca que tiene un tubo expandible y un extremo distal blindado, un método para elaboración del perno para roca y un método para uso del perno para roca.

DESCRIPCION DE LA TECNICA RELACIONADA Los pernos para roca se utilizan en minas subterráneas, tales como minas de carbón para sostener el techo y los pilares de seguridad. La instalación de pernos para roca convencionales involucra taladrar un orificio en la roca a la profundidad deseada utilizando una herramienta de taladrado alargada (denominada acero de taladro), retirar el acero de taladro de la perforación, opcionalmente insertar cartuchos de resina adhesiva y retener los cartuchos en el extremo ciego de la perforación mientras un perno, que opcionalmente presenta un ancla de expansión se instala dentro de la perforación. El extremo libre del perno que se extiende fuera de la perforación se recibe por un mandril o máquina para fijar pernos. La máquina para fijar perno hace girar al perno dentro de la perforación para mezclar la resina adhesiva y/o expandir el ancla de expansión.

Otros pernos para roca comprende un tubo expandible longitudinalmente que incluye una depresión que se extiende longitudinalmente entre dos porciones exteriores curvadas en donde el tubo colapsa parcialmente sobre sí mismo. Los extremos del tubo se pliegan sobre sí mismas para crear dos cavidades cerradas en las porciones exteriores curvadas del tubo mientras un conducto temporal definido por la depresión permanece abierto en los extremos. Después de colocar el pemo para roca en la perforación pretaladrada, se suministra fluido presurizado dentro de las dos cavidades para impulsar la depresión hacia fuera, expandir el tubo y comprimirlo contra la roca circundante. Cuando se ha completado la expansión, los extremos del conducto definido por la depresión se abren de manera que los residuos de la perforación pueden caer en el conducto definido por la depresión.

DESCRIPCION BREVE DE LA INVENCION La presente invención incluye un perno para roca que tiene un tubo expandible longitudinalmente. El tubo incluye una depresión que se extiende longitudinalmente que define un conducto longitudinal cerrado temporalmente. El perno para roca incluye además una cubierta sobre el extremo distal del pemo para roca para evitar que los residuos entren al conducto longitudinal cerrado temporalmente, facilidad de inserción del pemo para roca en la perforación y ayudar en la alineación del pemo para roca en la perforación. La cubierta puede ser un tapón o una tapa y puede proporcionar una punta redondeada para el perno para roca. El tapón puede ser esférico.

La tapa se puede unir de manera que su extremo proximal haga contacto con el extremo distal del perno para roca, se inserta dentro del extremo distal del perno para roca o se extiende sobrepasando el extremo distal y a lo largo de la pared lateral del perno para roca.

La presente invención también incluye un método de manufactura de un perno para roca, que incluye proporcionar un miembro expandible que incluye un tubo expandible y un acoplamiento de extremo en donde el tubo expandible tiene una depresión que se extiende longitudinalmente colocada entre un par de porciones exteriores del tubo, el exterior del tubo define un conducto longitudinal cerrado temporalmente que tiene un extremo distal abierto y las porciones exteriores del tubo tienen extremos distales cerrados; y encerrar el miembro expandible con una cubierta de manera que el extremo abierto distal del conducto longitudinal cerrado temporalmente del tubo expandible esté cubierto. La cubierta de un tapón o tapa se puede proporcionar con una punta redondeada para el perno para roca. El método también puede incluir colocar un tubo de refuerzo sobre el extremo proximal del tubo expandible de manera que el tubo de refuerzo rodee el extremo proximal del tubo expandible y tenga una abertura que se alinee con una abertura correspondiente en el tubo expandible con lo que se proporciona comunicación fluida al interior del tubo expandible.

Un método de utilización de un perno para roca, que incluye proporcionar un perno para roca que tiene un miembro expandible que incluye un tubo expandible que tiene un conducto longitudinal cerrado temporalmente con un extremo distal abierto; y una cubierta en el extremo distal del perno para roca que cubre el conducto longitudinal temporal; taladrar una perforación en la roca; colocar el perno para roca en la perforación; expandir el tubo al proporcionar fluido presurizado al interior del tubo, por lo que se proporciona acoplamiento por rozamiento entre el exterior del tubo y el interior de la perforación; y drenar el fluido desde el interior del tubo. La cubierta puede ser un tapón o una tapa y puede proporcionar una punta redondeada para el perno para roca.

DESCRIPCION BREVE DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista lateral del perno para roca elaborado de acuerdo con la presente invención; la figura 2 es una sección transversal tomada a lo largo de las líneas 1-1 de la figura 1; la figura 3 es una sección transversal tomada a lo largo de las líneas 2-2 de la figura 1, como se instala en los estratos de roca; la figura 4 es una sección transversal longitudinal del extremo distal del perno para roca de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la figura 5 es una sección transversal longitudinal del extremo distal del perno para roca de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; la figura 6 es una sección transversal longitudinal del extremo distal del perno para roca de acuerdo con una tercera modalidad de la presente invención; y la figura 7 es una sección transversal longitudinal del extremo distal del perno para roca de acuerdo con una cuarta modalidad de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Ahora con referencia a las figuras de dibujos en las cuales números de referencia similares hacen referencia a elementos similares, la figura 1 muestra un perno 2 para roca el cual incluye un tubo 4 expandible que tiene un perfil en sección transversal inicial como se muestra en la figura 2. El tubo 4 es colapsado parcialmente sobre sí mismo (por ejemplo por enrollado o estirado) de manera que proporciona una región 6 deprimida entre dos porciones exteriores curvadas 8, 10 que se extienden longitudinalmente a lo largo del tubo 4. El tubo 4 se fabrica de una aleación de acero o similar que tiene una resistencia suficiente para funcionar en el soporte de rocas incluso después de deformación por la presión hidráulica interna, como se describe más adelante. Un primer tubo 14 de refuerzo, que tiene una pared lateral y dos extremos abiertos se une y rodea un extremo 15 proximal del tubo 4. Un labio 18 se puede extender desde el tubo 14 de refuerzo para hacer contacto con la superficie de una roca cuando el perno 2 para roca se inserta en la perforación.

Un segundo tubo 20 de refuerzo, que tiene una pared lateral y dos extremos abiertos, se une y rodea un extremo 21 distal del tubo 4 dejando el extremo del tubo 4 descubierto. Una cubierta 22 cubre la abertura en el extremo 23 distal del segundo tubo 20 de refuerzo, el tubo 4, o ambos y se puede fijar al mismo por soldadura o similar. Las porciones curvadas exteriores 8, 10 del tubo 4 hacen contacto entre sí para definir un conducto 26 principal temporal así como conductos interiores 28, 30. El conducto 26 principal está abierto en el extremo 21 distal del tubo 4 mientras que los conductos interiores 28, 30 se cierran, como se muestra desde la figura 4 hasta la figura 7. Como se muestra en la figura 1, el primer tubo 14 de refuerzo define una abertura 34 la cual se alinea con una abertura (no mostrada) en el tubo 4, de manera que las aberturas están en comunicación fluida con los conductos inferiores 28, 30.

En funcionamiento, una perforación es taladrada en la roca hasta la profundidad deseada y el perno 2 se inserta a través de una placa de cojinete y dentro de la perforación. Una fuente de fluido presurizado, tal como agua, se suministra a través de la abertura 34 del primer tubo 14 de refuerzo y una abertura en el tubo 4 dentro de los conductos interiores 28, 30. Cuando se llenan los conductos 28, 30 la suma adicional de fluido genera suficiente presión hidráulica para forzar la abertura del tubo 4 de manera que los conductos 28, 30 se juntan como un interior 35 del tubo 4 expandiendo el tubo 4 y finalmente comprimen el tubo 4 contra la roca circundante de la perforación. Véase la figura 3. Como un resultado, el conducto 26 principal ya no existe. Cuando el tubo 4 se expande completamente y no se recibe fluido adicional en el mismo, se retira el suministro de fluido y se drena el fluido. De esta manera, el tubo 4 expandido se ancla por rozamiento dentro y/o contra la roca circundante R.

La cubierta 22 puede adquirir la forma de un tapón o una tapa. En una modalidad, la cubierta 22 es un tapón 122 o una tapa 222, como se muestra en la figura 4 y en la figura 5, respectivamente. El tapón 122, 222 se coloca en la abertura en el extremo 23 distal del tubo 20 de manera que la primera porción 124, 224 del mismo está expuesta y una segunda porción 125, 225 está en el interior del tubo 20. El tapón 122, 222 puede adquirir cualquier forma adecuada (tal como redondeada) en la medida en que el conducto 26 principal esté cubierto. El tapón 122, 222 se puede elaborar de acero o de cualquier otro material adecuado. El tapón 122, 222 se puede fijar al perno para roca 102, 202 por soldadura o similar. Por ejemplo, las soldaduras 32 de adherencia, separadas alrededor de la circunferencia del tapón 122, 222 se pueden utilizar para unir el tapón 122, 222 al tubo 20.

En una modalidad, tal como el perno 102 para roca que se muestra en la figura 4, el tapón 122 es esférico. El tapón 122 se puede colocar de manera que la porción 124 expuesta sea una semiesfera o un tapón 122 esférico y la segunda porción 125 dentro del abertura en el extremo 23 distal del segundo tubo 20 de refuerzo sea la otra semiesfera, como se muestra. De manera alternativa, el tapón 122 se puede colocar de manera que menos del tapón 122 esté expuesto o más del tapón 122 esté expuesto en la medida en que se cubra el conducto 26 principal. El tapón 122 puede adquirir la forma de un cojinete de bolas pulido o sin pulir.

En otra modalidad, el perno 202 para roca que se muestra en la figura 5, la porción 224 expuesta del tapón 222 se puede conformar en un domo y la segunda porción 225 que se extiende dentro del tubo puede ser cilindrica. La segunda porción 225 cilindrica puede tener adicionalmente un borde 227 biselado, como se muestra.

De manera alternativa, la cubierta 22 puede ser una tapa 322 o una tapa 422, como se muestra en las figuras 6 y 7, respectivamente. La tapa 322, 422, puede adquirir cualquier forma adecuada (tal como redondeada) en la medida en que esté cubierta el conducto 26 principal. La tapa 322, 422 se puede elaborar de acero o de cualquier otro material adecuado. La tapa 322, 422 se puede fijar al perno para roca 302, 402 por soldadura o similar. Por ejemplo, las soldaduras 32 de adherencia separadas aproximadamente la circunferencia del extremo proximal 329, 429 de la tapa 322, 422 se pueden utilizar para unir la tapa 322, 422 al tubo 20 respectivo.

En una modalidad, por ejemplo para el perno 302 para roca que se muestra en la figura 6, la tapa 322 es semiesférica y el extremo 329 proximal abierto de la tapa 322 hace contacto con el extremo 23 distal del tubo 20. La tapa 322 se muestra que está hueca pero que también puede ser sólida (no mostrada), por ejemplo, una esfera tal como un tapón 122 en la figura 4, cortado a la mitad.

En otra modalidad, tal como para un perno 402 para roca, que se muestra en la figura 7, la tapa 422 tiene un extremo 434 distal cerrado, un extremo 429 proximal abierto y una pared lateral 436 que se extiende desde el extremo 434 distal cerrado al extremo 429 proximal abierto creando una cavidad 438 interior. La tapa 422 se coloca sobre el tubo 20 de manera que el tubo 20 y el extremo 21 distal del tubo 4 sean recibidos en la cavidad 438 interior. La pared lateral 436 de la tapa 422 se extiende a lo largo de la pared lateral del tubo 20. La tapa 422 se puede fabricar utilizando cualquier medio adecuado que incluye, pero que no se limita a estampado, moldeado o unión a una porción de cubierta a un tubo cilindrico. El extremo 434 distal de la tapa 422 puede ser hueco (como se muestra) o puede ser sólido (no mostrado) como se describe en lo anterior para la tapa 322 del perno 302 para roca.

En otra modalidad (no mostrada), la tapa 422 puede tener un tamaño de manera que su pared lateral 436 se acople dentro del extremo 23 distal del tubo 20 de manera que el extremo 434 distal de la tapa 422 se extiende sobrepasando el extremo 23 distal del tubo 20. Una porción de la pared lateral 436 se puede extender sobrepasando el extremo 23 distal del tubo 20 o la longitud de la pared lateral 436 se puede ajustar de manera que únicamente el extremo 434 distal se extienda sobre pasando el extremo 23 distal del tubo 20.

El perno para roca se puede elaborar al proporcionar un miembro expandible el cual incluya un tubo 4 expandible y un acoplamiento de extremo (tubo 20 de refuerzo) sobre el extremo 21 distal del tubo 4 expandible. El tubo 4 expandible tiene una depresión 6 que se extiende longitudinalmente colocada entre un par de porciones exteriores curvadas del tubo 8, 10. El exterior del tubo define un conducto 26 longitudinal que se encierra temporalmente que tiene un extremo 23 distal abierto y porciones exteriores del tubo 4 definen los conductos internos 28, 30 los cuales tienen extremos 23 distales cerrados. El extremo distal del tubo 4 después se cierra con una cubierta de manera que cubre el extremo 23 abierto distal del conducto 26 longitudinal cerrado temporalmente. La cubierta puede estar en forma de un tapón 122, 222 o una tapa 322, 422 y se puede redondear. La cubierta se puede asegurar al miembro expandible por soldadura o cualquier otro método adecuado. El método también puede incluir colocar un tubo 20 de refuerzo sobre un extremo 15 proximal del miembro expandible de manera que el tubo 20 de refuerzo rodee al extremo 15 proximal del miembro expandible y que tenga una abertura 34 que se alinee con una abertura correspondiente en el tubo 4 expandible para de esta manera proporcionar comunicación fluida al interior del tubo 4 expandible. El tubo 20 de refuerzo se puede unir al miembro expandible por soldadura, corrugado o cualquier otro método adecuado.

La cubierta evita que los residuos entren al conducto principal del perno para roca cuando el perno para roca está en una condición no expandida. También permite que el perno para roca se inserte de manera más fácil y se centre en la perforación. El extremo en forma de domo del perno para roca creado por la cubierta elimina los ángulos agudos en el extremo distal del perno para roca los cuales pueden tender a ser retenidos en los lados de la perforación. El extremo en forma de domo también permite que el perno para roca sea centrado más fácilmente en la perforación.

La cubierta también tiene la ventaja de costos de manufactura reducidos en comparación con otros métodos de redondeo del extremo, por ejemplo, acumulación de metal de soldadura sobre la parte superior de una preforma para redondear el extremo. La cubierta se puede mantener en su lugar con un número mínimo de soldaduras de adherencia como se describe en lo anterior simplificando la fabricación y reduciendo costos. Además, la fabricación se vuelve incluso más fácil cuando se produce un perno para roca de acuerdo con la modalidad 102, que se muestra en la figura 4. El tapón 122 esférico se puede colocar en el tubo 20 en cualquier orientación simplificando el ensamblado y de esta manera se reduce el tiempo de ensamblado.

La descripción precedente establece las modalidades preferidas de la invención en este momento. Por supuesto, diversas modificaciones, adiciones y diseños alternativos se volverán evidentes para aquellos expertos en el ámbito tomando en consideración las enseñanzas anteriores sin por esto apartarse del alcance de la invención. El alcance de la invención está indicado por las siguientes reivindicaciones en vez de por la descripción precedente. Todos los cambios y variaciones que se encuentren dentro del significado y alcance de equivalencia de las reivindicaciones se deben considerar abarcados dentro de su alcance. Específicamente, aunque las modalidades en la presente se han descrito con una cubierta redondeada, las cubiertas que tiene cualquier forma que cubra el conducto principal del perno para roca se consideran dentro del alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un perno para roca, caracterizado porque comprende: un tubo expandióle que tiene una depresión que se extiende longitudinalmente colocada entre un par de porciones exteriores del tubo, en donde el exterior del tubo define un conducto longitudinal cerrado temporal; y una cubierta en un extremo distal del perno para roca, en donde la cubierta cubre el conducto longitudinal temporal.

2. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cubierta proporciona una punta redondeada para el perno para roca.

3. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cubierta es un tapón.

4. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tapón es esférico.

5. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tapón es un cojinete de bola.

6. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cubierta es una tapa.

7. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el extremo proximal de la tapa hace contacto con el extremo distal del perno para roca.

8. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la tapa comprende un extremo distal cerrado, un extremo proximal abierto y una pared lateral que se extiende desde el extremo distal al extremo proximal abierto de manera que genera una cavidad interior y en donde la tapa se coloca sobre el extremo distal del perno para roca de manera que el extremo distal del perno para roca se extiende dentro de la cavidad interior de la tapa.

9. El perno para roca de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la tapa comprende un extremo distal cerrado, un extremo proximal abierto y una pared lateral que se extiende desde el extremo distal al extremo proximal abierto que genera una cavidad interior y en donde la tapa se coloca dentro del extremo distal del perno para roca de manera que el extremo proximal de la tapa se extiende dentro del conducto longitudinal temporal del perno para roca.

10. Un método de manufactura de un perno para roca, caracterizado porque comprende: proporcionar un miembro expandible que comprende un tubo expandible y un acoplamiento de extremo sobre el extremo distal del tubo expandible, en donde el tubo expandible tiene una depresión que se extiende longitudinalmente colocada entre un par de porciones exteriores del tubo, el exterior del tubo define un conducto longitudinal cerrado temporalmente que tiene un extremo distal abierto y porciones exteriores del tubo que tienen extremos distales cerrados; y que encierra al miembro expandible con una cubierta de manera que el extremo abierto distal del conducto longitudinal cerrado temporalmente del tubo expandible está cubierto.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además sujetar la cubierta al acoplamiento de extremo.

12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la cubierta proporciona una punta redondeada para el perno para roca.

13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la cubierta es un tapón.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la cubierta es un cojinete de bola.

15. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la cubierta es una tapa.

16. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además colocar un tubo de refuerzo sobre un extremo proximal de miembro expandible, en donde el tubo de refuerzo rodea al extremo proximal del miembro expandible y tiene una abertura que se alinea con una abertura correspondiente en el tubo expandible, por lo que proporciona comunicación fluida al interior del tubo expandible.

17. Un método para utilizar un perno para roca, caracterizado porque comprende: proporcionar un perno para roca que comprende: un miembro expandible que comprende un tubo expandible que tiene un conducto longitudinal cerrado temporalmente con un extremo distal abierto y un acoplamiento de extremo; y una cubierta del extremo distal del miembro expandible cubre el conducto longitudinal temporal; taladrar una perforación en la roca; colocar el perno para la roca en la perforación; expandir el tubo al proporcionar fluido presurizado al interior del tubo por lo que se proporciona acoplamiento por rozamiento entre el exterior del tubo y el interior de la perforación; y drenar el fluido desde el interior del tubo.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la cubierta proporciona una punta redondeada para el perno para roca.

19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la cubierta es un tapón.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la cubierta es un cojinete de bola.

21. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la cubierta es una tapa.