SE538335C2

SE538335C2 - Energy absorbing rock bolt for casting as well as the method of manufacture of such rock bolt

Info

Publication number: SE538335C2
Application number: SE1451130A
Authority: SE
Inventors: Håkan Krekula; Leif Eriksson
Original assignee: Northern Mining Products Ab
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-05-24
Also published as: PE20170618A1; AU2015328736A1; EA201790702A1; ZA201702339B; US20170298732A1; AP2017009847A0; CL2017000688A1; CN106715831A; SE1451130A1; EP3198118A1; CA2960672A1; BR112017005961A2; EP3198118A4; CO2017003951A2; WO2016056973A1; MX2017003885A

Description

Energiupptagande bergbult för ingjutning samt förfarande för tillverkning av en sådan bergbult Föreliggande uppfinning avser en bergbult för upptagande av krafter vid förstärkning av bergrum i gruvor och vid liknande bergarbeten. The present invention relates to a rock bolt for absorbing forces in the reinforcement of rock chambers in mines and in similar rock works.

BAKGRUND Gruvorna i världen går djupare och djupare för att nå mineraler. Detta medför ökade bergspänningar och ökad risk för seismisk aktivitet. Med ökat djup eller i områden med stora deformationer används förstärkning med energiupptagande förmåga, s.k. dynamisk förstärkning. BACKGROUND The mines in the world go deeper and deeper to reach minerals. This entails increased rock stresses and an increased risk of seismic activity. With increased depth or in areas with large deformations, reinforcement with energy-absorbing ability is used, so-called dynamic reinforcement.

Det finns huvudsakligen två olika sorters energiupptagande bultar. I en variant sker energiupptagningen genom friktion mellan bult och ingjutningsmassan eller mellan bult och borrhålsvägg. Bulten glider och tar upp energi. There are mainly two different types of energy absorbing bolts. In a variant, the energy absorption takes place by friction between the bolt and the grout or between the bolt and the borehole wall. The bolt slides and absorbs energy.

En annan metod är att deformera, töja, bulten. Om töjningen är stor så är också energiupptagningen stor. Ju större töjning desto större energiupptagning. Another method is to deform, stretch, bolt. If the elongation is large, the energy uptake is also large. The greater the elongation, the greater the energy uptake.

För att uppnå så stor töjning som möjligt ska den frikopplade längden, dvs längden mellan bultens infästning inne i borrhålet och bultens fria ände vara så lång som möjligt. To achieve as much elongation as possible, the disengaged length, ie the length between the attachment of the bolt inside the borehole and the free end of the bolt, should be as long as possible.

Vanligtvis består en ingjuten dynamisk bergbult av en gängad sträcka med ett skruvförband samt ett eller flera fästområden längs bulten. Med fästområde avses här ett eller flera områden längs bultens utsträckning som gjuts fast i borrhålet. De energiupptagande områdena längs bulten, där bulten kan töjas, utgörs av sträckorna mellan de fastgjutna partierna som har låg friktion mellan ingjutningsmassan och bulten. En bult med flera ankare minskar bultens energiupptagande förmåga, eftersom sträckan där bulten kan töjas minskar. Usually a cast-in dynamic rock bolt consists of a threaded section with a screw connection and one or more fastening areas along the bolt. Attachment area here refers to one or more areas along the extent of the bolt that are cast in the borehole. The energy-absorbing areas along the bolt, where the bolt can be stretched, consist of the distances between the cast portions which have low friction between the grouting mass and the bolt. A bolt with several anchors reduces the bolt's energy-absorbing ability, as the distance where the bolt can be stretched decreases.

En nackdel med dynamiska ingjutna bultar är om en skada i bergrummet når till områdena mellan ankarna, då finns inga mothållande krafter som håller berget på plats. A disadvantage of dynamic cast bolts is if a damage in the rock chamber reaches the areas between the anchors, then there are no restraining forces that hold the rock in place.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att undanröja de ovan nämnda problemen genom att erbjuda en ingjuten dynamisk bergbult där den energiupptagande förmågan är större genom att sträckan som kan töjas är längre än vid konventionella ingjutna dynamiska bergbultar. SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to obviate the above-mentioned problems by offering a cast-in dynamic rock bolt where the energy-absorbing capacity is greater in that the distance that can be stretched is longer than in conventional cast-in dynamic rock bolts.

Detta syfte åstadkommes genom en ingjuten dynamisk bergbult med en energiupptagande del som befinner sig i en skyddad miljö utan att komma i kontakt med ingjutningsmassan, samtidigt som den energiupptagande delen är så lång som möjligt. This object is achieved by a cast-in dynamic rock bolt with an energy-absorbing part which is located in a protected environment without coming into contact with the cast-in mass, at the same time as the energy-absorbing part is as long as possible.

FIGURBESKRIVNING I det följande kommer uppfinningen att beskrivas under hänvisning till de bifogade ritningarna av vilka: Figur 1 visar en sidovy av en uppfinningsenlig bergbult med ett ankare med en kil, Figur 2 visar bulten från figur 1 i genomskärning, Figur 3 visar en ändvy av ett skruvförband, Figur 4 visar en ändvy av ett ankare, Figur 5 visar bulten från figur 1 där ankaret är utbytt till en omrörningsanordning, Figur 6a visar en yttre rörformig del försedd med kammar, Figur 6b visar en yttre rörformig del med perforeringar, Figur 6c visar en yttre rörformig del med ett mönster, Figur 7a visar en energiupptagande del i form av ett armeringsjärn, Figur 7b visar en energiupptagande del i form av ett en vajer, Figur 7c visar en energiupptagande del i form av en rundstång av stål, Figur 7d visar en energiupptagande del i form av ett kompositmaterial, samt Figur 8 visar ett berg med ett borrhål för införande av en bergbult, BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I figur 1 visas en uppfinningsenlig bergbult 1 avsedd att gjutas in i ett borrhål 2 upptaget i ett berg. Bergbulten 1 innefattar en långsträckt yttre rörformig del 3 och en inre långsträckt energiupptagande del 4. I en föredragen utföringsform har den yttre delen 3 givits en längd som något underskrider längden hos den energiupptagande delen 4. Den yttre rörformiga delen 3 har en första 5 respektive en andra ände 6 och en storlek som medger att den energiupptagande delen 4 omsluts av den yttre delen 3. Den yttre delen 3 har med fördel ett cirkulärt tvärsnitt i form av ett cirkulärcylindriskt metallrör, men det bör inses att även andra former och material är möjliga. Exempelvis kan fyrkantigt, ovalt eller rektangulärt rör, av metall, plast eller komposit användas. Även andra former hos den yttre rörformiga delen 3 kan användas. DESCRIPTION OF THE FIGURES In the following, the invention will be described with reference to the accompanying drawings, of which: Figure 1 shows a side view of a rock bolt according to the invention with an anchor with a wedge, Figure 2 shows the bolt from Figure 1 in section, Figure 3 shows an end view of a screw connection, Figure 4 shows an end view of an anchor, Figure 5 shows the bolt from Figure 1 where the anchor is replaced by a stirring device, Figure 6a shows an outer tubular part provided with cams, Figure 6b shows an outer tubular part with perforations, Figure 6c shows an outer tubular part with a pattern, Figure 7a shows an energy absorbing part in the form of a rebar, Figure 7b shows an energy absorbing part in the form of a wire, Figure 7c shows an energy absorbing part in the form of a steel round bar, Figure 7d shows an energy absorbing part in the form of a composite material, and Figure 8 shows a rock with a borehole for inserting a rock bolt, DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows an invention late rock bolt 1 intended to be cast into a borehole 2 received in a rock. The rock bolt 1 comprises an elongate outer tubular part 3 and an inner elongate energy absorbing part 4. In a preferred embodiment the outer part 3 has been given a length which is slightly less than the length of the energy absorbing part 4. The outer tubular part 3 has a first 5 and a other end 6 and a size which allows the energy-absorbing part 4 to be enclosed by the outer part 3. The outer part 3 advantageously has a circular cross-section in the form of a circular-cylindrical metal tube, but it should be understood that other shapes and materials are also possible. For example, square, oval or rectangular tube, of metal, plastic or composite can be used. Other shapes of the outer tubular part 3 can also be used.

Den yttre rörformiga delens 3 mantel 7 är enligt figurerna 6a - 6c anordnad med en friktionshöjande struktur, exempelvis i form av ett mönster 8. Manteln 7 kan vara anordnad med kammar 9, på samma sätt som kammarna på ett vanligt förekommande armeringsjärn. Manteln 7 kan även vara anordnad med perforeringar 10, eller olika kombinationer av mönster, kammar och perforeringar. Syftet med den friktionshöjande strukturen är att ge en bättre fästyta i betongen som bulten 1 gjuts fast i. Om manteln 7 är försedd med perforeringar 10 ges betongen möjlighet att greppa fast i den rörformiga delen 3 utan att betongen rinner in i den rörformiga delen och kontaktar den energiupptagande delen 4. According to Figures 6a - 6c, the jacket 7 of the outer tubular part 3 is arranged with a friction-increasing structure, for example in the form of a pattern 8. The jacket 7 can be arranged with cams 9, in the same way as the cams on a commonly used reinforcing iron. The jacket 7 can also be provided with perforations 10, or different combinations of patterns, combs and perforations. The purpose of the friction-increasing structure is to provide a better fastening surface in the concrete in which the bolt 1 is cast. If the jacket 7 is provided with perforations 10, the concrete is given the opportunity to grip in the tubular part 3 the energy absorbing part 4.

Den inre energiupptagande delen 4 uppvisar en längd som överstigen längden hos den yttre rörformiga delen 3. I en föredragen utföringsform innefattar den energiupptagande delen 4 ett armeringsjärn 4a, men kan i andra utföringsformer innefatta en vajer 4b, en rundstång 4c eller en långsträckt kropp av ett kompositmaterial 4d enligt figurerna 7a - 7d. Den inre energiupptagande delens 4 ena ände 11, den ände som är avsedd att befinna sig i botten av borrhålet 2 när bergbulten 1 är monterad, är anordnad med ett ankare 12 i form av ett spår 13 med en kil 14. Spåret 13 är upptaget i den energiupptagande delens 4 ände 11 på så sätt att änden klyvs en sträcka. I spåret 13 placeras en kil 14. När bulten 1 förs in i borrhålet 2 och når borrhålets botten, pressas eller slås bulten 1 mot borrhålets botten så att kilen 14 trycks in i spåret 13. När kilen 14 trycks in i spåret 13 pressas partierna på ömse sidor av spåret ut mot borrhålets väggar och fäster på så sätt bergbultens ände 11 i borrhålet 2. The inner energy absorbing part 4 has a length which exceeds the length of the outer tubular part 3. In a preferred embodiment the energy absorbing part 4 comprises a rebar 4a, but in other embodiments may comprise a wire 4b, a round bar 4c or an elongate body of a composite material 4d according to Figures 7a - 7d. One end 11 of the inner energy-receiving part 4, the end which is intended to be at the bottom of the borehole 2 when the rock bolt 1 is mounted, is arranged with an anchor 12 in the form of a groove 13 with a wedge 14. The groove 13 is received in the end 11 of the energy absorbing part 4 in such a way that the end is split a distance. A wedge 14 is placed in the groove 13. When the bolt 1 is inserted into the borehole 2 and reaches the bottom of the borehole, the bolt 1 is pressed or struck against the bottom of the borehole so that the wedge 14 is pressed into the groove 13. When the wedge 14 is pressed into the groove 13 both sides of the groove towards the walls of the borehole and thus fasten the end 11 of the rock bolt in the borehole 2.

Den energiupptagande delens 4 andra ände 15 är försedd med ett gängat parti 16 som sträcker sig ett stycke in på den energiupptagande delen 4. Det gängade partiet 16 är avsett att befinna sig utanför borrhålet när bulten 1 är införd i hålet 2, och har en diameter som är lika med eller överstiger den yttre delens yttermått enligt figurerna 1 och 2. Syftet med detta är att undvika en försvagning av den inre energiupptagande delen på grund av gängningen. På det gängade partiet 16 är monterat ett skruvförband 17 i form av en mutter 18, en bultbricka 19 samt en kraftfördelare i form av en halvsfär 20. När bergbulten 1 är monterad och fastgjuten i borrhålet 2 förspänns den med skruvförbandet 17. Halvsfärens 20 uppgift är att rikta kraften från berget mot brickan 19 och muttern 18. När den inre energiupptagande delen 4 innefattar en vajer 4b eller ett kompositmaterial 4d bör det inses att det gängade partiet 16 och ankaret 12 är fastsatt till den energiupptagande delen 4c eller 4d genom svetsning, limning eller på annat sätt permanent fastsatt. The other end 15 of the energy absorbing part 4 is provided with a threaded portion 16 which extends a distance into the energy absorbing portion 4. The threaded portion 16 is intended to be outside the borehole when the bolt 1 is inserted into the hole 2, and has a diameter which is equal to or exceeds the outer dimension of the outer part according to Figures 1 and 2. The purpose of this is to avoid a weakening of the inner energy-absorbing part due to the threading. Mounted on the threaded portion 16 is a screw connection 17 in the form of a nut 18, a bolt washer 19 and a force distributor in the form of a half sphere 20. When the rock bolt 1 is mounted and cast in the borehole 2, it is prestressed with the screw connection 17. The task of the hemisphere 20 is directing the force from the rock towards the washer 19 and the nut 18. When the inner energy absorbing part 4 comprises a wire 4b or a composite material 4d, it should be understood that the threaded portion 16 and the anchor 12 are attached to the energy absorbing part 4c or 4d by welding, gluing or otherwise permanently attached.

Den inre energiupptagande delen 4 är införd i, placerad inne i, den yttre rörformiga delen 3. Den yttre rörformiga delens 3 ena ände 5 är fastsatt vid den inre energiupptagande delen 4 i anslutning till ankaret 12. Den rörformiga delens 3 andra ände 6 är fastsatt i nära anslutning till skruvförbandet 17, i direkt anslutning till det gängade partiets 16 avslut. Enligt en föredragen utföringsform är den yttre rörformiga delens 3 ändar 5,6 fastsatta medelst svetsning med helsvetsade fogar S. Men det bör inses att någon annan typ av fastsättningsmetod kan användas, exempelvis limning eller annan permanent fastsättning. Limning är särskilt lämpligt när annat material än stål används till den energiupptagande delen 4 och/eller den yttre rörformiga delen 3. The inner energy absorbing part 4 is inserted into, placed inside, the outer tubular part 3. One end 5 of the outer tubular part 3 is attached to the inner energy absorbing part 4 adjacent to the armature 12. The other end 6 of the tubular part 3 is attached in close connection with the screw connection 17, in direct connection with the end of the threaded portion 16. According to a preferred embodiment, the ends 5, 5, 5 of the outer tubular part are fixed by welding with fully welded joints S. But it should be understood that some other type of fastening method can be used, for example gluing or other permanent fastening. Bonding is particularly suitable when materials other than steel are used for the energy-absorbing part 4 and / or the outer tubular part 3.

Den föredragna bergbulten monteras på följande sätt enligt figur 8: när borrhålet 2 har borrats i berget förs ett fästmaterial in i borrhålet, exempelvis betong. Därefter förs bergbulten 1 med ankaret 12 först in i borrhålet. När bergbulten 1 bottnar, pressas eller slås bulten mot borrhålets botten så att ankaret fäster och bulten fastnar. När betongen härdat, monteras skruvförbandet 17 på den del av det gängade partiet 16 som sticker ut ur borrhålet 2, och dras åt så att den energiupptagande delen 4 förspänns. The preferred rock bolt is mounted in the following manner according to figure 8: when the borehole 2 has been drilled in the rock, a fastening material is introduced into the borehole, for example concrete. Then the rock bolt 1 with the anchor 12 is first inserted into the borehole. When the rock bolt 1 bottoms, the bolt is pressed or struck against the bottom of the borehole so that the anchor attaches and the bolt tightens. When the concrete has hardened, the screw connection 17 is mounted on the part of the threaded portion 16 which protrudes from the borehole 2, and tightened so that the energy-absorbing part 4 is prestressed.

Om resin används istället för betong är bulten 2 försedd med ett ankare i form av en omrörningsanordning 21 bildat av ett paddelliknande blad eller skiva istället för kilen. När bulten ska monteras förs resinet in i borrhålet, varefter bulten förs in i borrhålet och roteras så att resinet mixas av omrörningsanordningen 21. Resinet är snabbhärdande varför skruvförbandet 17 kan monteras och förspännas i direkt anslutning till införandet av bulten 1 i hålet 2. If resin is used instead of concrete, the bolt 2 is provided with an anchor in the form of a stirring device 21 formed by a paddle-like blade or disc instead of the wedge. When the bolt is to be mounted, the resin is inserted into the borehole, after which the bolt is inserted into the borehole and rotated so that the resin is mixed by the agitator 21. The resin hardens quickly so the screw connection 17 can be mounted and biased in direct connection with the insertion of the bolt 1 into the hole 2.

Tack vare att den yttre rörformiga delen 3 omsluter och innesluter den energiupptagande delen 4, så utsätts inte den energiupptagande delen 4 för korrosion eller annan påverkan som kan försvaga bulten 1. Detta ger en längre livslängd jämfört med andra typer av ingjutna bergbultar. Dessutom ges bergbulten 1 en maximal sträcka som bulten kan töjas på, tack vare att den energiupptagande delen 4 inte kommer i kontakt med ingjutningsmaterialet. Detta ger fördelen att bergbulten kan töjas längre och därmed ta upp större krafter jämfört med andra typer av ingjutna bergbultar. Due to the fact that the outer tubular part 3 encloses and encloses the energy-absorbing part 4, the energy-absorbing part 4 is not exposed to corrosion or other influences which can weaken the bolt 1. This gives a longer service life compared to other types of cast-in rock bolts. In addition, the rock bolt 1 is given a maximum distance on which the bolt can be stretched, thanks to the fact that the energy-absorbing part 4 does not come into contact with the casting material. This gives the advantage that the rock bolt can be stretched longer and thus absorb greater forces compared to other types of cast rock bolts.

Bergbulten tillverkas på följande sätt: - en längd och en diameter hos hålet 2 i berget bestäms, - en långsträckt energiupptagande del 4 anordnas, - en långsträckt rörformig del 3 anordnas, - den energiupptagande delen 4 inpassas i den rörformiga delen 3, - den rörformiga delens 3 ena ände 5 fästs permanent i anslutning till ett första ändparti 11 hos den energiupptagande delen 4, samt - den rörformiga delens 3 andra ände 6 fästs permanent i anslutning till ett andra ändparti 15 hos den energiupptagande delen 4. The rock bolt is manufactured as follows: - a length and a diameter of the hole 2 in the rock are determined, - an elongate energy absorbing part 4 is arranged, - an elongated tubular part 3 is arranged, - the energy absorbing part 4 is fitted in the tubular part 3, - the tubular one end 5 of the part 3 is fixed permanently adjacent to a first end portion 11 of the energy absorbing part 4, and - the second end 6 of the tubular part 3 is fixed permanently adjacent to a second end portion 15 of the energy absorbing part 4.

Den yttre rörformiga delens 3 inre mått, dvs dess inre diameter om den innefattar ett cirkelformigt rör, överstiger den energiupptagande delens 4 yttre mått eller dess diameter. Måtten kan vara så anpassade att den energiupptagande delen 4 måste pressas in i den yttre rörformiga delen 3, men det bör inses att den yttre rörformiga delen 3 med fördel kan ha ett inre mått som är så tilltaget att den inre energiupptagande delen 4 kan röra sig eller förskjutas fritt i förhållande till den rörformiga delen 3 innan fastsättningen, exempelvis svetsningen eller limningen. Om den yttre rörformiga delens 3 inre mått är väl tilltaget i förhållande till den inre energiupptagande delens 4 mått, uppnås fördelen att risken att ingjutningsmassan ska komma i kontakt med den energiupptagande delen minimeras. The inner dimension of the outer tubular part 3, i.e. its inner diameter if it comprises a circular tube, exceeds the outer dimension of the energy-absorbing part 4 or its diameter. The dimensions may be so adapted that the energy absorbing part 4 must be pressed into the outer tubular part 3, but it should be understood that the outer tubular part 3 may advantageously have an inner dimension which is so large that the inner energy absorbing part 4 can move or displaced freely in relation to the tubular part 3 before the attachment, for example the welding or gluing. If the inner dimension of the outer tubular part 3 is well increased in relation to the dimension of the inner energy-absorbing part 4, the advantage is achieved that the risk of the grout mass coming into contact with the energy-absorbing part is minimized.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till det ovan beskrivna och på ritningarna visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i de efterföljande patentkraven angivna uppfinningstanken. The present invention is not limited to that described above and shown in the drawings, but may be modified and modified in a variety of ways within the scope of the inventive concept set forth in the appended claims.

Claims

Rock bolt (1) for casting in a borehole (2), comprising an elongate energy absorbing part (4), the first end (11) of the energy absorbing part (4) comprising an anchor (12) and the second end of the energy absorbing part (4) (15) comprising a screw connection (16) for prestressing the rock bolt (1), characterized in that the rock bolt (1) comprises an elongate tubular part (3) with a jacket (7) and a first (5) and a second (6), respectively. ) end portion, an inner dimension of the tubular part (3) which is larger than the outer dimension of the energy-absorbing part (4) and arranged in such a way that it encloses the energy-absorbing part (4), and that the end portions (5) of the tubular part (3) 6) are connected to the energy absorbing part (4) in connection with the anchor (12) and the screw connection (16).

Rock bolt according to claim 1, wherein the tubular part (3) extends between the anchor (12) and the screw connection (16) and in this way prevents the energy-absorbing part (4) from coming into contact with the grouting mass.

Rock bolt according to claim 2, wherein the tubular part (3) is fixed by welding.

Rock bolt according to one of Claims 1 to 3, in which the jacket (7) of the tubular part (3) is provided with a friction-increasing structure (8).

Rock bolt according to one of Claims 1 to 3, in which the jacket (7) of the tubular part (3) is perforated (10).

Rock bolt according to one of Claims 1 to 3, in which the jacket (7) of the tubular part (3) is provided with cams (9).

A rock bolt according to claims 1 - 6, wherein the energy absorbing part (4) comprises a reinforcing iron (4a).

A rock bolt according to claims 1 - 6, wherein the energy absorbing part (4) comprises a wire (4b).

A rock bolt according to claims 1 - 6, wherein the energy absorbing part (4) comprises a round bar (4c) of steel.

A rock bolt according to claim 1, wherein the energy absorbing part (4) comprises an elongate body of a composite material (4d).

Rock bolt according to claims 2 and 10, wherein the tubular part (3) is fixed by means of gluing.

A rock bolt according to claim 1, wherein the anchor (12) comprises a wedge (14) inserted in a groove (13) in the end (11) of the energy absorbing part (4).

A rock bolt according to claim 1, wherein the anchor (12) comprises a stirring device (18) arranged at the end (11) of the energy absorbing part (4).

Method for manufacturing a rock bolt, characterized in that it comprises the steps of the following operations: that a length and a diameter of the hole (2) in the rock are determined, that an elongate energy absorbing part (4) is selected with a length corresponding to the length of the hole in the rock, that an elongate tubular part (3) is selected with a diameter corresponding to the diameter of the hole in the rock, that the energy-absorbing part (4) is fitted in the tubular part (3), that one end (5) of the tubular part (3) is attached permanently adjacent to a first end portion (11) of the energy absorbing portion (4), that the second end (6) of the tubular portion (3) is permanently attached adjacent to a second end portion (15) of the energy absorbing portion (4), and that the first and second ends (11, 15) of the energy-absorbing part (4) are arranged with a screw connection (16) and an anchor (12), respectively.