MXPA02004274A - Perno de autoperforacion para techo. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un perno alargado para techo que tiene un orificio central que se extiende axialmente y que define un extremo guia en un extremo del mismo. El extremo guia incluye un par de elementos de lindero que se extienden axialmente formados mediante torneado, cada uno de los cuales incluye una cara de lindero para el acoplamiento con una punta de la barrena sobre lados opuestos de los mismos, para soportar la punta de la barrena durante la perforacion. La punta de la barrena se extiende a traves del extremo guia y esta asegurada a los elementos de lindero mediante soldadura, o soldadura con laton. El orificio se abre fuera del perno en o adyacente al extremo guia.

Description

PERNO DE AUTOPERFORACION PARA TECHO La presente invención se refiere a un perno del tipo que es comúnmente conocido como perno para techo o para roca y en particular, la invención se refiere a un perno de autoperforación para techo. Los pernos para techo se emplean comúnmente en la industria minera subterránea para soportar las paredes de las excavaciones en la roca contra fragmentación o colapso. El procedimiento normal para instalar un perno para techo involucra taladrar un orificio guia en la pared de la roca e insertar el perno en ésta. El perno se fija dentro del orificio normalmente por un pegamento de fijación, tal como una resina o cemento mortero, o el perno puede incluir medios para interasegurarse directamente con la superficie del orificio guia, tal como un filamento o un manguito de expansión. Existe una amplia variedad de pernos para techo y una forma particular es tubular, teniendo una perforación central formada longitudinalmente a través del perno. Ventajosamente, el perno central proporciona un conducto para la introducción de agua durante la inserción del perno en el orificio guia. Se emplea agua para lavar por chorro los segmentos de roca, los materiales finos y el polvo, y para reducir la resistencia a la fricción entre el perno y la roca, y la generación de temperatura excesiva. El perno central también proporciona un conducto para la inyección de cemento mortero o resina en la abertura guia para asegurar el perno en ésta. Los métodos descritos anteriormente para instalar un perno para techo emplean por lo tanto un proceso en dos etapas, en el cual el orificio guia es primero taladrado, después de lo cual el perno para techo es insertado en el orificio guia y asegurado en éste por medios apropiados. Este tipo de perno para techo por no tanto no tiene capacidad de taladrar. Los pernos para techo tienen una capacidad de taladrar, y por ello son denominados "pernos de autoperforación para techo", son conocidos, pero tales pernos para techo no son de uso común en la industria minera. Esto es a pesar de que tales pernos para techo requieren menos pasos de instalación en comparación a los pernos para techo del tipo previamente descrito, debido a que no se requiere una barrena separada para formar el orificio guia. De este modo, el tipo de autoperforación de perno para techo puede ser instalado más rápidamente, con lo cual se reduce el periodo en el que el lado excavado de la roca puede ser inestable y probablemente se fragmente o se colapse.

H Los pernos de autoperforación para techo no se han vuelto populares, y una razón de esto es porque el perno debe ser modificado para incluir una barrena para perforar o abocardar en el extremo guia del mismo con el fin de hacer posible que el perno perfore el orificio guia y eso incrementa considerablemente el costo del perno. Tales barrenas son caras debido a que normalmente se sujetan a desgaste muy fuerte, dado el material abrasivo que éstas requieren para penetrar y de este modo, éste es normal para la barrena de taladrar del perno a ser fortalecido, y esto es normalmente facilitado por la provisión de una punta de carburo de tungsteno. En una forma particular de perno tubular para techo, descrito en la Patente Australiana No. 672428, el perno para techo es formado mediante laminación o revenido por troquel de un par de miembros alargados en medias secciones cilindricas, y conectándolos a lo largo de sus bordes longitudinales mediante soldadura para formar una varilla para perno. En esta forma de perno para techo, el perno central adyacente al extremo guia del mismo es roscado, para aceptar el mango roscado de una barrena de perforación giratoria de carburo de tungsteno. Las barrenas de perforación giratorias son bien conocidas y la Solicitante relaciona un intervalo de tales barrenas que incluye un cuerpo de acero que soporta la barrena de carburo de tungsteno, el cual está soldado con latón a ésta. Sin embargo, estas barrenas, son relativamente caras cuando se comparan a la varilla a la que éstas se conectan. En cada uno de los pernos para techo descritos anteriormente, la adición de barrena de carburo de tungsteno al extremo guia del perno para roca, involucra gasto suficiente para hacerla de uso general de un perno para techo formado de esta manera, prohibitivo. No obstante, a pesar de eso permanece la situación de que las ventajas de instalación de un perno de autoperforación para techo importan más que aquellas del tipo de no autoperforación. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un perno de autoperforación para techo que sea menos costoso para fabricar que los pernos para techo de ese tipo descrito anteriormente y asi hacer su uso más atractivo en la industria minera. De acuerdo a la invención se proporciona un perno alargado para techo que tiene un orificio central que se extiende axialmente y que define un extremo guia en un extremo del mismo, el extremo guia incluye un par de elementos de lindero que se extienden axialmente formados por torneado, cada uno de los cuales incluye una cara de lindero, para acoplarse con una barrena de perforación sobre lados opuestos del mismo, para soportar la barrena de perforación durante la perforación, la barrena de perforación se extiende a través del extremo guia y está asegurada a los elementos de lindero por soldadura, o soldadura con latón, el orificio se abre fuera del perno en o adyacente al extremo guia. En un primer aspecto de la invención, el arreglo es tal que el orificio central permanece abierto en o adyacente al extremo guia de la varilla cuando la punta de la barrena se conecta a ésta. El perno para techo de la invención mantiene de este modo las ventajas de un perno centralmente perforado, pero adicionalmente proporciona autoperforación con ventajas asociadas, sin requerir acoplamiento adicional de una barrena de perforación completa. La invención elimina por lo tanto la necesidad de barrenas para techo y varillas de perforación separadas. La punta de la barrena es preferentemente de forma plana y se extiende diametralmente a través del extremo guia de la varilla cruzando el extremo abierto del orificio central. Los elementos de lindero están espaciados sobre lados opuestos del orificio central y el espesor de la punta de la barrena es menor que el |*jfa|^=jt diámetro del orificio «'cen ral, de modo que el orificio se abre sobre cualquier lado de la punta de la barrena. Esto permite un incremento en la velocidad de bombeo del pegamento usado para asegurar el perno en el orificio taladrado por la varilla, asi como en la velocidad de lavado por chorro durante la perforación, en comparación a un arreglo que tiene el orificio cubierto (pero no cerrado) por la punta de la barrena. En un segundo aspecto de la invención, la punta de la barrena se extiende a través y cubre la abertura del orificio central en el extremo guia de la varilla. En este arreglo, los conductos de ramificación se extienden a partir del orificio central y se abren fuera de la superficie de la pared lateral de la varilla, adyacente al extremo guia. Un conducto de ramificación simple puede ser provisto, aunque es preferible tener al menos dos de tales conductos que se abren en lados opuestos de la varilla. Los conductos de ramificación pueden extenderse lateralmente al orificio central, o en un ángulo al orificio central. Además, los conductos de ramificación pueden tener cualquier sección transversal adecuada pero preferentemente serán circulares y tienen un diámetro que es el mismo, o mayor o más grande que aquél del orificio central.

El arreglo anterior de los conductos de ramificación puede igualmente ser aplicado al primer aspecto de la invención descrito anteriormente. Es decir, el perno para techo puede tener el orificio central abierto en el borde guia del mismo, pero puede también emplear conductos de ramificación que se extienden hacia las superficies laterales de la pared. Tal arreglo puede promover mayor bombeo y velocidades de lavado por chorro, en comparación a un arreglo que no incluye los conductos de ramificación. En un perno para techo de acuerdo a la invención, la punta de la barrena se extiende a través del orificio central y preferentemente se extiende más allá de la periferia exterior de la varilla. Alternativamente, los extremos opuestos de la punta de la barrena pueden terminar dentro de la periferia exterior de la varilla, o extenderse a o adyacentes a la periferia exterior. En los arreglos anteriores, la punta de la barrena también está soportada axialmente contra el extremo guia del perno y preferentemente ese soporte se proporciona contra una superficie base de la punta de la barrena localizada adyacente al extremo guia del perno y preferentemente el soporte axial se proporciona sobre cualquier lado del orificio central. El soporte axial de una superficie base de la punta de la barrena puede extenderse entre un borde del orificio central y un borde exterior del perno y una superficie plana puede ser torneada para ese propósito. La superficie torneada puede ser una plataforma distinta de las otras secciones superficiales del extremo guia. La conexión fija de la punta de la barrena al perno puede ser lograda de cualquier manera apropiada y por ejemplo, una punta de carburo de tungsteno puede ser fijada mediante soldadura con latón. La soldadura puede ser posible con otros tipos de material de punta. La punta de la barrena puede ser fijada a cualquier parte adecuada del extremo guia del perno y preferentemente es fijada a los elementos de lindero y a la superficie de soporte axial. La varilla del perno para techo puede ser formada de cualquier manera apropiada y puede por ejemplo ser formada con una rosca continua o discontinua que se extiende a lo largo de su longitud. Las secciones planas longitudinales pueden ser localizadas sobre lados opuestos de la varilla. Si se proporcionan una rosca y/o secciones planas, éstas pueden extenderse la longitud completa de la varilla, o pueden extenderse únicamente sobre una sección o secciones de la varilla. En una modalidad, la rosca es terminada antes del extremo guia de la varilla. Se prefiere que el extremo guia de la varilla sea formado para proporcionar espacio libre detrás de la varilla de perforación en la dirección normal de rotación del perno. De este modo, cada uno de los elementos de lindero puede ser formado para extenderse axialmente para soportar sustancialmente la altura completa de la cara posterior de la punta de la barrena, pero para inclinarse axialmente hacia abajo lejos de la cara posterior para proporcionar el espacio libre deseado. El extremo guia puede también ser formado para proporcionar espacio libre enfrente de los bordes de corte de lados opuestos de la punta de la barrena. Ese espacio libre frontal puede extenderse desde un borde exterior radial de la punta de la barrena hacia dentro hacia el otro de los elementos de lindero que soportan los lados opuestos o la cara de arrastre de la punta de la barrena. El espacio libre frontal puede variar en profundidad y en una forma de la invención se aplica un perfil curveado u ondeado que se extiende desde una profundidad minima adyacente al borde radial, hacia una profundidad máxima aproximadamente adyacente a la sección intermedia de la punta de la barrena. Se prefiere que el espacio libre frontal sea de una curva leve continua, con el fin de minimizar la concentración de tensión, aunque es posible no obstante proporcionar espacio libre frontal mediante dos o más secciones curveadas, o mediante secciones curveadas y rectas adyacentes. El perfil del espacio libre frontal puede agrandar la abertura del orificio central axialmente para facilitar el lavado por chorro incrementado y la velocidad de bombeo del pegamento. La abertura del orificio central puede ser asi agrandada sobre cualquier lado de la punta de la barrena mediante la aplicación del mismo perfil de espacio libre frontal sobre cualquier lado de la misma. Los dibujos anexos muestran una modalidad ejemplar de la invención del tipo anterior. La particularidad de esos dibujos y la descripción asociada no sustituye la generalidad de la descripción amplia precedente de la invención. La figura 1 es una vista en perspectiva de un perno para techo 10 de acuerdo a la invención, mientras que las figuras 2 a 4 muestran vistas diferentes del mismo perno. El perno 10 es construido de cualquier manera adecuada para definir un orificio central y los métodos descritos previamente de laminado o revenido por troquel para lograr esto son cada uno apropiados, pero no los únicos métodos disponibles.

La varilla 10 es formada con un perfil de rosca discontinua, que comprende una rosca 11, separada en las porciones de varilla roscada opuestas 12 y 13, por un par de filones horizontales 14 y 15 que se extienden longitudinalmente localizados opuestamente. Este tipo de perfil de varilla se muestra en la Patente Australiana No. 672428, aunque se debe apreciar que otros perfiles de varilla están igualmente dentro del alcance de la presente invención. 10 La varilla 10 tiene un extremo guia 16 que está torneado para aceptar la conexión a ésta, una punta para perforación 17, tal como una punta para perforación de carburo de tungsteno de una forma conocida. La punta para perforación 17 es de forma 15 plana que define un par de caras planas opuestas 18 y 19 y que tiene un par de bordes de corte inclinados 20 que dependen de un canal central o hueco 21. Los bordes de corte 20 están formados de acuerdo a principios conocidos y un perno para techo formado de 20 la manera mostrada es operativo como una barrena giratoria y no como una barrena de percusión. Las caras planas 18 y 19 de la punta de la barrena 17 se extienden en acoplamiento a lindero con un par de elementos de lindero que se extienden 25 axialmente o aletas 22 y 23. Los elementos de lindero .---ü-ki-^-y..-^^^. 22 y 23 están torneados para acoplarse al mismo nivel contra las caras planas 18 y 19 respectivas de la punta de la barrena 17. De este modo, los elementos incluyen cada uno una cara plana 24 para ese propósito. La figura 5 muestra el perno para techo 10 con la punta de la barrena 17 retirada y las caras planas 24 son más claramente evidentes en esa figura. En la vista en planta de la figura 4, los elementos 22 y 23 se muestran como que son generalmente triangulares y se extienden hacia las caras 25 que están torneadas de una manera curveada u ondeada. Las caras 25 están torneadas de una manera ondeada para proporcionar espacio libre frontal para la punta de la barrena 17. El grado de espacio libre frontal puede variar y las figuras 6 y 7 muestran diferentes perfiles que tienen el mismo objetivo de espacio libre. En cada una de las figuras 6 y 7, la cara 25 incluye una sección curveada 27 que se extiende entre dos secciones lineales 28 y 29. Otros perfiles pueden ser igualmente adoptados. Las caras extremas 26 de los elementos 22 y 23 (ver figura 5) están inclinadas hacia abajo en la misma dirección que los bordes de corte 20 de la punta de la barrena 17 para proporcionar espacio libre de corte detrás de la punta de la barrena. Ese espacio libre permite que la punta de la barrena se mueva hacia ¡.¡fc iLi iüfcü i ..i,.. til». ^ u| delante dentro de la superficie de la roca que es perforada sin que los elementos de lindero 22 y 23 se acoplen a esa superficie y obstaculicen el movimiento hacia delante. Como se muestra en la figura 2, la cara 25 cruza el orificio central 31, exponiendo posteriormente el extremo abierto 32 del orificio 31. Esto también aumenta la velocidad del lavado por chorro y el bombeo del pegamento. El orificio 31 puede tener un diámetro que es igual al diámetro del orificio de la varilla como se formó antes del torneado del extremo guia 16 de la misma, o puede ser alargado como sea necesario. Preferentemente, el orificio 31 está alargado, y esto puede ser logrado al taladrar el orificio de la varilla original. El orificio puede ser alargado para el grado de la longitud completa de la varilla, o para únicamente una porción de la misma, tal como en el extremo guia únicamente. El extremo guia de la varilla 10 está además torneado de una manera que soporta la punta de la barrena 17 axialmente contra las fuerzas de perforación axiales impartidas sobre los bordes de corte 20 durante la perforación. La superficie de soporte 30 mostrada en la figura 2 forma una plataforma de soporte para soportar la punta de la barrena 17 a lo largo de la superficie debajo de la misma. El grado de soporte axial puede variar del borde periférico exterior de la varilla al borde interno del orificio central 31, o 5 puede ser una cantidad menor como pueda ser aceptable. A este respecto, las puntas de perforación son generalmente muy frágiles y el soporte máximo es deseable, aunque no necesariamente esencial. La punta de la barrena 17 es de este modo 10 soportada tanto axialmente como rotacionalmente y está conectada al extremo guia del perno para techo generalmente mediante soldadura con latón. De manera más importante, en el perno para techo de la invención, no es necesario emplear una punta de la barrena como en 15 los pernos para techo de autoperforación conocidos, de modo que el gasto del perno es considerablemente reducido . La figura 8 muestra una modalidad adicional de la invención, en la cual la rosca 11' está bien 20 terminada antes del extremo guia 16' del perno 10' . La sección 33 no roscada del perno 10' mejora además la velocidad de lavado por chorro y el bombeo del pegamento, al reducir la resistencia al flujo. Las figuras 9 a 16 muestran un perno para 25 techo que es principalmente acomodado para la Jg^ ^^n 4 i perforación por percusión. El perno para techo 100 incluye un par de elementos de lindero 101 y 102 que definen ún hueco 103 para acomodar una punta de la barrena 104. La punta de la barrena es una punta de la 5 barrena por percusión, la cual está conformada para tener una forma en forma de cincel, en oposición a un borde de corte del tipo mostrado en las figuras 1 a 8. El perno para techo 100 opera de una manera similar al perno para techo 10 de las figuras 1 a 9 y 10 está acomodado por lo tanto para tener el orificio central 105 abierto en el extremo guia 106 como se muestra en las figuras 9 y 12. Adicionalmente, sin embargo, el perno para techo 100 incluye un conducto de ramificación 107 lateral que se extiende lateralmente 15 al orificio central 105 y se abre fuera de la superficie plana 108. El perno para techo 200 mostrado en las figuras 13 a 16 incluye muchas de las caracteristicas mostradas en el perno para techo 100, y por lo tanto, 20 las partes similares serán identificadas por el mismo número de referencia más 100. La punta de la barrena 204 tiene un espesor T mayor que el espesor t de la punta 104 como se muestra en la figura 10. De este modo, debido a ese espesor T (el cual es mayor que el 25 diámetro del orificio central), el orificio central no -?Í ^H&^*g ^gi^ es capaz de ser abierto en el extremo guia 206. De este modo, la diferencia principal entre los pernos para techo 100 y 200, es que la punta de la barrena 204 se extiende sobre y cubre completamente el extremo abierto del orificio central en el extremo guia 206 del mismo. El perno para techo 200 sin embargo, si incluye al menos un conducto de ramificación 207 que se extiende lateralmente del orificio central y por lo tanto abre el orificio central dentro de la superficie plana 208 adyacente al borde guia 206. La invención descrita en la presente es susceptible a variaciones, modificaciones y/o adiciones diferentes de aquellas específicamente descritas y se debe entender que la invención incluye todas las variaciones, modificaciones y/o adiciones tales que caigan dentro del espíritu y alcance de la descripción anterior.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un perno alargado para techo que comprende un cuerpo de perno y una punta de la barrena acoplada a éste, el cuerpo de perno tiene un orificio central que se extiende axialmente y que define un extremo guia en un extremo del mismo, el extremo guia incluye un par de elementos de lindero que se extienden axialmente formados por torneado, cada uno de los cuales incluye una cara de lindero para acoplarse con una punta de la barrena sobre lados opuestos del mismo, para soportar la punta de la barrena durante la perforación, la punta de la barrena se extiende a través del extremo guia y está asegurada a los elementos de lindero mediante soldadura, o soldadura con latón, el orificio se abre fuera del perno en o adyacente al extremo guia.

2. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 1, la punta de la barrena tiene un espesor que es menor que la anchura del orificio central y el orificio central mediante lo cual se abre en el extremo guia sobre al menos un lado de la punta de la barrena.

3. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 2, en donde la punta de la barrena se extiende a través del extremo guia centralmente del orificio central, de modo que el orificio se abre en el extremo guia sustancialmente de igual manera sobre cualquier lado de la punta de la barrena.

4. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye además uno o más conductos de ramificación que se extienden del orificio central para abrirse adyacentes al extremo guia del perno.

5. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 1, la punta de la barrena tiene un espesor que es mayor que la anchura del orificio central para cerrar el orificio central en el extremo guia, el orificio central se abre adyacente al extremo guia a través de uno o más conductos de ramificación que se extienden del orificio central.

6. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquier reivindicación precedente, en donde los elementos de lindero soportan la punta de la barrena sustancialmente a lo largo de su longitud completa a través del extremo guia y contra superficies laterales opuestas del mismo.

7. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los elementos de lindero están colocados sobre lados opuestos de la punta de la barrena y soportan la punta únicamente en extremos opuestos de la misma.

8. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquier reivindicación precedente, en donde la punta de la barrena está soportada a lo largo de al menos una porción de una superficie base de la misma contra una superficie plana del extremo guia la cual está formada mediante torneado.

9. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 8, la superficie plana está formada sobre una plataforma que es torneada dentro del extremo guia.

10. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 8 ó 9, la superficie plana se extiende desde bordes opuestos del orificio central hacia bordes exteriores del extremo guia.

11. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquier reivindicación precedente, el perno para techo incluye una rosca que se extiende a lo largo de la superficie exterior del perno y está terminado en o adyacente al extremo guia.

12. Un perno alargado para techo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, un espacio libre está provisto en el extremo guia sobre al menos un lado de la punta de la barrena adyacente a un elemento de lindero respectivo para exponer una porción de al menos una cara lateral de la punta de la barrena.

13. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 12, el extremo guia está conformado para extenderse axialmente hacia debajo de al menos uno de los elementos de lindero para proporcionar el espacio libre.

14. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 13, el extremo guia está conformado para proporcionar espacio libre desde un borde lateral de la punta de la barrena hacia el elemento de lindero.

15. Un perno alargado para techo de conformidad con la reivindicación 14, el perfil del espacio libre está curveado u ondeado de una profundidad minima adyacente a un borde exterior del extremo guia hacia una profundidad máxima adyacente a la sección intermedia de la punta de la barrena.