SE526133C2

SE526133C2 - Tubular expandable rock bolt and expansion fluid release nozzle

Info

Publication number: SE526133C2
Application number: SE0302998A
Authority: SE
Inventors: Morgan Kanflod; Fredrik Oeberg
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2005-07-12
Also published as: SE0302998L; SE0302998D0; WO2005047650A1

Abstract

A tube-formed expandable rock bolt (5) including an expansion portion (10, 10´) and, fastened thereto, a connecting portion (6, 6´) with an expansion fluid inlet for connection to an expansion fluid source over an expansion fluid delivering nozzle (1,17). The connecting portion (6,6´) has a cavity (7, 7´) for sealingly receiving said nozzle (1, 17) and the connecting portion has means (8, 23) for allowing releasable locking of said nozzle inside the cavity (7). The invention also concerns a nozzle.

Description

20 25 30 526 1353 kostsamt och kan också adressera ett tekniskt problem, efter- som de fria dimensionerna av tunneln reduceras. ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE SÄRDRAG HOS UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med uppfinningen att mildra ovannämnda pro- blem och att tillhandahålla en mer ekonomisk och effektiv och ändå enkelt handhavbar lösning. 203 30 526 1353 costly and can also address a technical problem as the free dimensions of the tunnel are reduced. OBJECTS AND MOST IMPORTANT FEATURES OF THE INVENTION It is an object of the invention to alleviate the above-mentioned problems and to provide a more economical and efficient and yet easily manageable solution.

Detta ändamål uppnås genom de respektive särdragen av kraven l och 8.This object is achieved by the respective features of claims 1 and 8.

På detta sätt tillhandahålls en bergbult, som har en minimal utskjutning fràn bergytan. Detta betyder att mängden sprutad beläggningsbetong som används i ändamål att täcka utskjutande bergbultdelar kan radikalt reduceras. Detta är ekonomiskt för- delaktigt och resulterar också i minimering av reduktionen av fritt tunnelutrymme vid tunneldrivning eller gruvdrift.In this way a rock bolt is provided, which has a minimal projection from the rock surface. This means that the amount of sprayed paving concrete used for the purpose of covering projecting rock bolt parts can be radically reduced. This is economically advantageous and also results in minimizing the reduction of free tunnel space during tunnel operation or mining.

Uppfinningen gör det möjligt att konstruera tekniskt effek- tiva, enkla och ekonomiska medel för att förbinda ett expan- sionsfluidavgivande munstycke med en bergbult. Utföringsformer av sådana medel kan inkludera bajonettkopplingar eller sam- verkande urtag och utskott, vilka kommer till inbördes läsande samverkan genom en begränsad vridrörelse.The invention makes it possible to design technically efficient, simple and economical means for connecting an expansion fluid-discharging nozzle to a rock bolt. Embodiments of such means may include bayonet couplings or cooperating recesses and projections, which come into mutual reading interaction through limited rotational movement.

Olika fördelaktiga konstruktioner av de förbindande delarna medger effektiv förbindning därav med expansionsdelen hos bergbulten. Och i fall av en radiellt utsträckt kontaktyta kan en permanent förbindning mot expansionsdelen erhållas genom t ex friktionssvetsning och motståndssvetsning.Various advantageous constructions of the connecting parts allow efficient connection thereof with the expansion part of the rock bolt. And in the case of a radially extended contact surface, a permanent connection to the expansion part can be obtained by, for example, friction welding and resistance welding.

I fall förbindningsdelen inkluderar en fästhylsa, vilken är omgiven av en änddel av expansionsdelen, kan denna änddel 72476svc.d0C; 2005-03-11 10 15 20 25 30 deformeras på så sätt att en inåtvänd ögla eller inåtvända öglor, sett i en radiell sektion genom expansionsdelen, för- flyttas utåt till kontakt med en ögla eller öglor på utsidan.In case the connecting part includes a fastening sleeve, which is surrounded by an end part of the expansion part, this end part can 72476svc.dOC; 2005-03-11 10 15 20 25 30 deformed in such a way that an inward-facing loop or inward-facing loops, seen in a radial section through the expansion part, are moved outwards into contact with a loop or loops on the outside.

Skarven kan därefter erhållas genom svetsning.The joint can then be obtained by welding.

I fall det expansionsfluidavgivande munstycket omfattar en expansionsfluidaktiverad klämanordning, kan munstycket vara mekaniskt låst vid bergbulten utan en vridrörelse och dessutom kommer munstycket att vara fäst inuti kaviteten tills hela installationen är avslutad.In case the expansion fluid dispensing nozzle comprises an expansion fluid actuated clamping device, the nozzle may be mechanically locked to the rock bolt without a rotational movement and in addition the nozzle will be fixed inside the cavity until the whole installation is completed.

Vid en föredragen utföringsform av en sådan klämanordning, aktiveras en expanderbar tätnings- och klämring genom expan- sionsfluid verkande på en kolv. Det är fördelaktigt om mun- stycket inkluderar en ventil, som inte överför expansionsfluid till expansionsdelen innan munstycket har lästs inuti i kavi- teten.In a preferred embodiment of such a clamping device, an expandable sealing and clamping ring is activated by expansion fluid acting on a piston. It is advantageous if the nozzle includes a valve which does not transfer expansion fluid to the expansion part before the nozzle has been read inside the cavity.

Dimensionerna av munstycket och därigenom de utvändiga dimen- sionerna av förbindningsdelen väljs företrädesvis så att de senare dimensionerna väsentligen motsvarar den hos en oexpan- derad expansionsdel hos bergbulten. På detta sätt förhindras inte insättning av bergbulten i ett borrhàl av förbindnings- delen i förekommande fall.The dimensions of the nozzle and thereby the external dimensions of the connecting part are preferably chosen so that the latter dimensions substantially correspond to that of an unexpanded expansion part of the rock bolt. In this way, insertion of the rock bolt into a borehole of the connecting part is not prevented in any case.

Ytterligare fördelar uppnås genom andra särdrag hos uppfin- ningen.Additional advantages are achieved by other features of the invention.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen beskrivs nu mer i detalj mot bakgrund av utfö~ ringsformer och med hänvisning till ritningarna, på vilka: 72476svc. dOC; 2005-03-11 10 15 20 25 30 526 155 Fig. 1 visar ett munstycke och del av en bergbult enligt upp- finningen isärtagna i en perspektivvy, Fig. 2 visar ett munstycke, en bergbult och en bergstödplatta isärtagna, i en längssektion, Fig. 3 visar elementen i fig. 2 i ett sammansatt tillstånd, Fig. 4 visar en annan utföringsform av ett munstycke och en bergbult enligt uppfinningen, Pig. 5 visar en annan utföringsform av en bergbult enligt upp- finningen i en partiell sektion, och Fig. 6 visar ytterligare en annan utföringsform av en bergbult enligt uppfinningen i en partiell sektion.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is now described in more detail in the light of embodiments and with reference to the drawings, in which: 72476svc. dOC; 2005-03-11 10 15 20 25 30 526 155 Fig. 1 shows a nozzle and part of a rock bolt according to the invention disassembled in a perspective view, Fig. 2 shows a nozzle, a rock bolt and a rock support plate disassembled, in a longitudinal section, Fig. 3 shows the elements of Fig. 2 in a composite state, Fig. 4 shows another embodiment of a nozzle and a rock bolt according to the invention, Figs. Fig. 5 shows another embodiment of a rock bolt according to the invention in a partial section, and Fig. 6 shows yet another embodiment of a rock bolt according to the invention in a partial section.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I fig. 1 är ett expansionsfluidavgivande munstycke l visat, vilket har en expansionsfluidkanal 2 och en kopplingsdel 3.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS In Fig. 1, an expansion fluid-dispensing nozzle 1 is shown, which has an expansion fluid channel 2 and a coupling part 3.

Munstycket l är förbundet över medel såsom en expansionsfluid- slang till en tryckfluidkälla (ej visad). Kopplingsdelen 3 är avsedd att passa i en kavitet 7 i en förbindningsdel 6 hos en expanderbar bergbult 5. För detta ändamål omfattar kopplings- delen 3 låsorgan i form av bajonettkopplingselement, av vilka ett är visat som en pinne 4 utgående radiellt från en cirku- lärcylindrisk utåtvänd yta hos munstycket l.The nozzle 1 is connected via means such as an expansion fluid hose to a source of pressure fluid (not shown). The coupling part 3 is intended to fit in a cavity 7 in a connecting part 6 of an expandable rock bolt 5. For this purpose, the coupling part 3 comprises locking means in the form of bayonet coupling elements, one of which is shown as a pin 4 extending radially from a circular cylindrical outwardly facing surface of the nozzle l.

Frontänden av munstycket 1 har en reducerad diameter och upp~ bär tätningsorgan för samverkan med en motsvarande del av kaviteten 7. 72476svc.doc; 2005-03~ll 10 15 20 25 30 Inuti kaviteten 7 är bildade bajonettkopplingsspår 8 matchande pinnarna 4 på munstycket 1 så att vid insättning och begränsad vridning av munstycket i förhållande till förbindningsdelen 6 hos bergbulten 5, låsning av munstycket i en axiell riktning uppnås.The front end of the nozzle 1 has a reduced diameter and carries sealing means for co-operation with a corresponding part of the cavity 7. 72476svc.doc; 2005-03 ~ ll 10 15 20 25 30 Inside the cavity 7, bayonet coupling grooves 8 are formed matching the pins 4 on the nozzle 1 so that upon insertion and limited rotation of the nozzle relative to the connecting part 6 of the rock bolt 5, locking of the nozzle in an axial direction is achieved.

I fig. l indikerar 10 en expansionsdel hos bergbulten 5. En stödskuldra 9 är positionerad vid den yttersta eller proximala änden av förbindningsdelen 6 för stöd av en bergstödplatta (se fig. 2 och 3).In Fig. 1, 10 indicates an expansion part of the rock bolt 5. A support shoulder 9 is positioned at the outermost or proximal end of the connecting part 6 for supporting a rock support plate (see Figs. 2 and 3).

Fig. 2 visar munstycket 1 med båda pinnar 4 hos kopplingsdelen 3 före insättning i kaviteten 7 hos kopplingsdelen 6 hos berg- bulten 5. Vid frontänden av munstycket 1 är tillhandahàllen en tätningsring 11, vilken vid insättning kommer till tätnings- kontakt med en samverkande yta 13 i en del av kaviteten 7 som -har något reducerad diameter. Inuti kaviteten 7 är en axiell kanal 12 tillhandahàllen för expansionsfluid att inträda i insidan av expansionsdelen 10.Fig. 2 shows the nozzle 1 with both pins 4 of the coupling part 3 before insertion into the cavity 7 of the coupling part 6 of the rock bolt 5. At the front end of the nozzle 1 a sealing ring 11 is provided, which upon insertion comes into sealing contact with a cooperating surface 13 in a part of the cavity 7 which has a slightly reduced diameter. Inside the cavity 7, an axial channel 12 is provided for expansion fluid to enter the inside of the expansion member 10.

Frontänden av bergbulten 5 är försedd med en spetsad bultspets 16. Förbindningsdelen 6 liksom bultspetsen 16 har radiellt utgående kontaktytor 14, l4', vilka är förenade med expan- sionsdelen på ett lämpligt sätt såsom genom friktionssvets- ning, resistanssvetsning eller någon annan lämplig förbind- ningsmetod.The front end of the rock bolt 5 is provided with a pointed bolt tip 16. The connecting part 6 as well as the bolt tip 16 have radially extending contact surfaces 14, 14 ', which are connected to the expansion part in a suitable manner such as by friction welding, resistance welding or any other suitable connection. method.

Stödskuldran 9 är visad med en rundad yta, vilken är avsedd att samverka med en välvd yta hos en bergstödplatta 15 på ett i och för sig känt sätt, vilket inte beskrivs mer i detalj här. 72476sVc. dOC; 2005-03-11 10 15 20 25 30 Fig. 3 visar munstycket 1 och förbindningsdelen 6 hos bergbul- ten 5 i ett sammansatt tillstånd, varvid bajonettkopplingspin- narna 4, genom vridning av munstycket 1 har positionerats i änddelen av bajonettspåren 8.The support shoulder 9 is shown with a rounded surface, which is intended to cooperate with a curved surface of a rock support plate 15 in a manner known per se, which is not described in more detail here. 72476sVc. dOC; Fig. 3 shows the nozzle 1 and the connecting part 6 of the rock bolt 5 in a composite state, wherein the bayonet coupling pins 4, by rotation of the nozzle 1, have been positioned in the end part of the bayonet grooves 8.

I utföringsformen som visas i fig. 4 är munstycket 17 visat fäst vid en expansionsfluidslang 19 och är försett med en axiell kanal 18, vilken kommunicerar över sneda borrningar 21 med en cylinderkammare 20, vari en kolv 19 är axiellt rörlig.In the embodiment shown in Fig. 4, the nozzle 17 is shown attached to an expansion fluid hose 19 and is provided with an axial channel 18, which communicates over oblique bores 21 with a cylinder chamber 20, wherein a piston 19 is axially movable.

Vid trycksättning av cylinderkammaren 20 rör sig kolven 19 till höger, sett i figuren, varvid en axiell kraft kommer att verka på en tätnings- och klämring 22. Detta resulterar i deformation av ringen 22 radiellt utåt tills den kommer till kontakt med en inre cylindrisk inneryta 23 hos en kavitet 7' i en förbindningsdel 6' hos en bergbult.When pressurizing the cylinder chamber 20, the piston 19 moves to the right, as seen in the figure, whereby an axial force will act on a sealing and clamping ring 22. This results in deformation of the ring 22 radially outwards until it comes into contact with an inner cylindrical inner surface. 23 of a cavity 7 'in a connecting part 6' of a rock bolt.

Efter genomförd tätning och fastklämning av munstycket 7 inuti förbindningsdelen 6' höjs trycket inuti kanalen 18 på grund av att kolven stoppas. Tryck verkande på en tryckstyrd ventil 24 blir då tillräckligt stort för att pressa ventilelementet 26 inuti ett ventilsäte 25 till höger, sett i figuren, mot verkan av fjädern 27 tills fri kommunikation erhålls mellan kanalen 18 och insidan av kaviteten hos förbindningsdelen 6'. Detta medger fluid att inträda i en expansionsdel 10' hos bergbulten över en axiell kanal 12'.After sealing and clamping of the nozzle 7 inside the connecting part 6 ', the pressure inside the channel 18 is increased due to the piston being stopped. Pressure acting on a pressure controlled valve 24 then becomes large enough to press the valve element 26 inside a valve seat 25 to the right, seen in the figure, against the action of the spring 27 until free communication is obtained between the channel 18 and the inside of the cavity of the connecting part 6 '. This allows fluid to enter an expansion portion 10 'of the rock bolt over an axial channel 12'.

En annan modifikation av en bergbult är indikerad i fig. 5, varvid förbindningsdelen inkluderar en fästhylsa, vilken omger en änddel av en expansionsdel och är fäst därtill medelst en svetsning. 72476SVC. doc; 2005-03-11 10 15 20 25 30 En ytterligare utföringsform är visad i fig. 6, varvid för- bindningsdelen inkluderar en fästhylsa, vilken omger en änddel av expansionsdelen och är fäst därtill medelst svetsning. I denna utföringsform deformeras insidesmaterialet av den rör- formiga expansionsdelen och förflyttas radiellt utåt för att passa på utsidan av sagda fästhylsa.Another modification of a rock bolt is indicated in Fig. 5, the connecting part including a fastening sleeve, which surrounds an end part of an expansion part and is attached thereto by means of a weld. 72476SVC. doc; 2005-03-11 10 15 20 25 30 A further embodiment is shown in Fig. 6, wherein the connecting part includes a fastening sleeve, which surrounds an end part of the expansion part and is attached thereto by welding. In this embodiment, the inside material is deformed by the tubular expansion part and moved radially outwards to fit on the outside of said fastening sleeve.

Uppfinningen kan modifieras ytterligare inom omfånget för kra- ven. Som ett exempel kan munstycket och kaviteten ha samver- kande kopplingselement av olika slag vid sidan av bajonett- kopplingselement, såsom avbrutna gängor. Läsningen kan erhål- las genom relativ vridning av munstycket och förbindningsdelen en begränsad vinkel av t ex 30°.The invention can be further modified within the scope of the claims. As an example, the nozzle and the cavity may have cooperating coupling elements of different kinds in addition to bayonet coupling elements, such as broken threads. The reading can be obtained by relative rotation of the nozzle and the connecting part a limited angle of eg 30 °.

Làsningseffekten hos munstycket indikerat i fig. 4 kan för- bättras genom tillhandahållande av ett spår eller ett annat ingreppsmedel i innerytan av förbindningsdelen 6'. Detta före- dras enligt uppfinningen. Att ha ytan av kaviteten gjord som visas i fig. 4, 5 och 6 kräver endast friktionsingrepp, vilket emellertid kan förbättras genom tillhandahållande av ytorna med friktionsökande medel såsom räfflingar etc.The locking effect of the nozzle indicated in Fig. 4 can be improved by providing a groove or other engaging means in the inner surface of the connecting part 6 '. This is preferred according to the invention. Having the surface of the cavity made as shown in Figs. 4, 5 and 6 requires only frictional engagement, which, however, can be improved by providing the surfaces with friction-increasing means such as grooves, etc.

En annan möjlighet att tillhandahålla en expanderbar metallisk anordning som kommer i làskontakt med ett sådant spår eller ingreppsmedel. Tätning och klämning kan eller behöver inte vara integrerade i samma organ.Another possibility is to provide an expandable metallic device which comes into locking contact with such a groove or engaging means. Sealing and squeezing may or may not be integrated in the same body.

Särdragen hos bergbulten som inte är relaterade till uppfin- ningen i sig är optionella och kan vara av det slag som ar kända från den bakgrundsbildande tekniken. 72476svc.doc; 2005-03-11The features of the rock bolt which are not related to the invention itself are optional and may be of the kind known from the background forming technique. 72476svc.doc; 2005-03-11

Claims

10 15 20 25 30 526 133 P A T E N T K R A V

A tubular expandable rock bolt (5) including an expansion member (10,10 ') and, attached thereto, a connecting member (6,6') having an expansion fluid inlet for connection to an expansion fluid source over an expansion fluid dispensing nozzle (1,17 '). ), - that the connecting part (6,6 ') has a cavity (7,7') for sealingly characterized by receivable reception of said nozzle (17, 17), - that the connecting part has means (8,23) for allowing of releasably locking said nozzle inside the cavity (7).

Rock bolt according to claim 1, characterized in that the external dimensions of the connecting part (6,6 ') are selected so that they substantially correspond to those of the unexpanded expansion part (10, 10').

Rock bolt according to claim 1 or 2, characterized in that it includes a support shoulder (9,9 ') for co-operation with a rock support plate (15), said support shoulder being positioned outside the cavity (7,7').

Rock bolt according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the means for allowing releasable locking (8,23) is any element from the group: elements of a bayonet coupling, recess, groove, cut, protruding part, pin, friction surface .

Rock bolt according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting part (6,6 ') includes a fastening sleeve, which surrounds an end part of the expansion part (10) and is attached thereto by means of a weld.

Rock bolt according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the connecting part (6, 6 ') includes a radially extending contact surface (14), which abuts against an end surface of the expansion part (10) and is attached thereto by means of a welded connection.

Rock bolt according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the connecting part (6, 6 ') includes a fastening sleeve, which is surrounded by an end part of the expansion part (10) and is fastened thereto by means of a welded connection.

Expansion fluid-releasing nozzle (1, 17) for connection to an expansion fluid source and for co-operation with a connecting part (6,6 ') of a tubular expandable rock bolt (5), characterized in that - the nozzle has a coupling part (3, 3 ') for sealed insertion into a cavity (7,7') in said connecting part, - that the coupling part (6,6 ') has locking means (4,22) for releasably locking said nozzle inside the cavity.

Nozzle according to claim 8, characterized in that the dimensions of the nozzle, and thereby the outer dimension of the connecting part, are selected so that the latter dimensions substantially correspond to those of an unexpanded expansion part of the rock bolt (5).

Nozzle according to claim 8 or 9, characterized in that the locking means are any element (4) which is lockable by relative rotation between the nozzle and the connecting part and is something from the group: elements of a bayonet coupling, recess, groove, cutting, projecting part , pin. 72476svc.doc: 2005-03-11 CT! FO (, '\ _ .x _1 \! (JJ 10

11. ll. Nozzle according to claim 8 or 9, characterized in that the locking means are an expansion fluid-activated clamping device (22).

Nozzle according to claim ll, characterized in that the clamping device includes an elastic, piston-controlled, outwardly expandable sealing and clamping ring (22).

Nozzle according to claim 11 or 12, characterized in that the nozzle includes a pressure-controlled valve (24), which is arranged to open a channel for expansion fluid to the inside of a connected rock bolt after locking the nozzle inside the cavity is insured. 72476svc. doc; 2005-03-11