WO2023216006A1 - Special barrel and wedge for rock bolting with cable bolts - Google Patents
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Abstract
A special barrel and wedge for rock bolting with cable bolts, mainly to be used in mining and civil engineering works, which required surface or underground excavations and that need to be stabilized by the installation of rock bolting mechanisms. Due to the need of having a barrel and wedge device sufficiently resistant to humidity and/or water infiltrations and/or vibrations in the surroundings, this special barrel and wedge for rock bolting with cable bolts is introduced. The device (1) is formed by a barrel (2) and wedge (3), incorporating a locking system (5) that prevents the wedge from displacing in case of potential ground vibrations as well as insulating seals (10, 11) inside the device to hermetically protect the wedge from exposure to oxidation produced by humidity and/or water.
Description
BARRIL CUÑA ESPECIAL PARA FORTIFICACIÓN DE TERRENOS CON PERNOS CABLE SPECIAL WEDGE BARREL FOR LAND FORTIFIATION WITH CABLE BOLT
El presente modelo de utilidad consiste en un barril-cuña especial para fortificación de terrenos con pernos cable, el cual posee componentes que evitan su desplazamiento desde su posición de instalación, ya sea al ser afectado por vibraciones en el terreno o por la disminución de su capacidad de agarre al cable de acero debido a la oxidación de sus componentes internos por exposición a humedad y/o agua. This utility model consists of a special barrel-wedge for land fortification with cable bolts, which has components that prevent its displacement from its installation position, either by being affected by vibrations in the ground or by the decrease in its gripping capacity of the steel cable due to the oxidation of its internal components due to exposure to humidity and/or water.
En minería y en obras civiles existen actividades que requieren de excavaciones de terreno, las cuales corresponden al retiro de cierto volumen de roca o suelo, que generalmente se asocia a obras de infraestructura cuya finalidad y uso depende de la utilidad para las cuales han sido diseñadas. Las excavaciones pueden ser superficiales o subterráneas y se emplazan en terrenos cuyas características dependen de ciertas propiedades del material, así como de las condiciones estructurales y tensionales del sector de excavación. Estas características supeditan los requerimientos de fortificación necesarios para mantener la estabilidad de las excavaciones para lo cual se utilizan elementos de fortificación cuyo objetivo principal es evitar derrumbes o caídas de suelo o roca, asegurando la estabilidad y utilización sin riesgos de la infraestructura resultante de la excavación. In mining and civil works there are activities that require ground excavations, which correspond to the removal of a certain volume of rock or soil, which is generally associated with infrastructure works whose purpose and use depends on the utility for which they have been designed. . Excavations can be superficial or underground and are located on land whose characteristics depend on certain properties of the material, as well as the structural and tensional conditions of the excavation sector. These characteristics subdue the fortification requirements necessary to maintain the stability of the excavations, for which fortification elements are used whose main objective is to prevent collapses or falls of soil or rock, ensuring the stability and risk-free use of the infrastructure resulting from the excavation. .
DESCRIPCION DEL ESTADO DEL ARTE DESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART
Respecto a la descripción de lo conocido en el estado del arte, en términos generales los componentes principales que conforman un sistema de fortificación con perno cable son: un cable de acero, una placa de acero
perforada, y un dispositivo barril-cuña. Cabe mencionar que el sistema de fortificación con perno cable puede contener más de un cable de acero, para el cual corresponde un dispositivo barril-cuña en cada cable, y la cantidad de perforaciones en la placa de acero será igual a la cantidad de cables del sistema. Respecto al dispositivo barril-cuña, y como ejemplo de lo utilizado actualmente en la industria, la empresa IHS® ofrece dispositivos barril-cuña para distintos diámetros de cable de acero, como se puede revisar en su página web (https://ihs-aust.com.au/product/ihs-sinQle-use-reusable-wedqes/). Así mismo, otra empresa que ofrece dispositivos barril-cuña corresponde a la empresa barrels and wedges, indicado en su página web el dispositivo barril-cuña (https://barrelsandwedqes.co.za/our-products/). Entonces, el barril y la cuña para la fijación del dispositivo barril-cuña al cable de acero y a la placa de acero perforada es una tecnología conocida por un experto medio técnico en la materia. De acuerdo con las condiciones existentes en su lugar de instalación, estos pueden sufrir problemas técnicos tales como su desplazamiento por vibraciones en el terreno, y disminución de capacidad de agarre al cable de acero debido a oxidación por humedad y/o agua, por lo que el presente desarrollo logra superar estos problemas. Regarding the description of what is known in the state of the art, in general terms the main components that make up a cable bolt fortification system are: a steel cable, a steel plate perforated, and a barrel-wedge device. It is worth mentioning that the cable bolt fortification system can contain more than one steel cable, for which a barrel-wedge device corresponds to each cable, and the number of perforations in the steel plate will be equal to the number of cables in the system. Regarding the barrel-wedge device, and as an example of what is currently used in the industry, the IHS® company offers barrel-wedge devices for different diameters of steel cable, as can be reviewed on its website (https://ihs- aust.com.au/product/ihs-sinQle-use-reusable-wedqes/). Likewise, another company that offers barrel-wedge devices corresponds to the company barrels and wedges, indicated on its website as the barrel-wedge device (https://barrelsandwedqes.co.za/our-products/). Then, the barrel and wedge for fixing the barrel-wedge device to the steel cable and the perforated steel plate is a technology known to a person skilled in the art. According to the existing conditions at their installation site, they may suffer technical problems such as their displacement due to vibrations in the ground, and a decrease in their ability to grip the steel cable due to oxidation due to humidity and/or water, so The present development manages to overcome these problems.
Referente al proceso típico de instalación de pernos cable, el cable de acero se introduce en una perforación efectuada en el terreno, disponiendo de una porción del cable fuera de la perforación para luego instalar la placa perforada y el dispositivo barril-cuña. La placa se instala en la porción del cable de acero que queda afuera de la perforación, hasta quedar en contacto contra la superficie del terreno. Posteriormente se posiciona el dispositivo barril-cuña, desliándolo a lo largo de la porción del cable de acero que queda afuera de la perforación,
empujando la placa de acero perforada contra el terreno. Luego, se ejecuta una acción denominada tensado de cable utilizando un equipo generalmente hidráulico, el cual ejerce una carga sobre el barril-cuña, tensionando el cable de acero en sentido opuesto a la dirección de la carga aplicada. Al retirar el equipo, el cable queda con la tensión aplicada por el efecto de agarre del dispositivo barril-cuña, asegurando el desempeño del perno cable de acero ante las cargas del terreno. Regarding the typical cable bolt installation process, the steel cable is introduced into a hole made in the ground, having a portion of the cable outside the hole to then install the perforated plate and the barrel-wedge device. The plate is installed on the portion of the steel cable that is outside the hole, until it is in contact with the ground surface. Subsequently, the barrel-wedge device is positioned, sliding it along the portion of the steel cable that is outside the perforation, pushing the perforated steel plate against the ground. Then, an action called cable tensioning is carried out using generally hydraulic equipment, which exerts a load on the barrel-wedge, tensioning the steel cable in the opposite direction to the direction of the applied load. When the equipment is removed, the cable is left with the tension applied by the gripping effect of the barrel-wedge device, ensuring the performance of the steel cable bolt against ground loads.
Debido a la necesidad de disponer de un dispositivo barril-cuña suficientemente resistente a las condiciones de humedad y/o agua existente por infiltraciones en el terreno y/o vibraciones producidas en el entorno, se presenta el barril-cuña especial para fortificación con pernos cable. Este sistema consiste en un dispositivo barril-cuña compuesto por un barril y una cuña, y que incorpora un seguro de bloqueo que evita el desplazamiento de la cuña ante eventuales vibraciones en el terreno, y sellos aislantes al interior del dispositivo, que evitan la exposición de componentes internos del dispositivo a condiciones de oxidación producto de presencia de humedad y/o agua. Due to the need to have a barrel-wedge device sufficiently resistant to the conditions of humidity and/or water caused by infiltration in the ground and/or vibrations produced in the environment, the special barrel-wedge is presented for fortification with cable bolts. . This system consists of a barrel-wedge device composed of a barrel and a wedge, and which incorporates a locking device that prevents displacement of the wedge in the event of vibrations in the ground, and insulating seals inside the device, which prevent exposure of internal components of the device to oxidation conditions due to the presence of humidity and/or water.
En síntesis, el dispositivo barril-cuña especial, al ser instalado como parte del sistema de fortificación con pernos cable, asegura: a) Evitar el desplazamiento de la cuña ante eventuales vibraciones en el terreno. In summary, the special barrel-wedge device, when installed as part of the fortification system with cable bolts, ensures: a) Preventing the displacement of the wedge in the event of possible vibrations in the ground.
Estas pueden reducir la presión de contacto de la cuña sobre el cable de acero, deslizando la cuña a lo largo del cable y mediante este desplazamiento producir pérdida de carga soportante del sistema de fortificación con pernos cable. Dichas vibraciones pueden ser originadas por eventos sísmicos naturales o inducidos por la propia actividad de excavación o también suelen
ser activados por cambios en el estado tensional y concentración de esfuerzos como consecuencia de los efectos de la excavación. b) Evitar la exposición de la cuña ante condiciones de oxidación por presencia de humedad y/o agua. Dicha condición habitualmente produce niveles de oxido-reducción en elementos de acero instalados para fortificación de excavaciones. En el caso de los pernos cable de acero, particularmente en la zona de contacto entre el cable de acero y la cuña del dispositivo barril-cuña, se produce reducción en la capacidad soportante en el contacto constituido por los dientes de la cuña contra el perímetro del cable de acero. These can reduce the contact pressure of the wedge on the steel cable, sliding the wedge along the cable and through this displacement produce loss of supporting load of the fortification system with cable bolts. These vibrations can be caused by natural seismic events or induced by the excavation activity itself, or they are also usually be activated by changes in the tension state and stress concentration as a consequence of the effects of excavation. b) Avoid exposing the wedge to oxidation conditions due to the presence of humidity and/or water. This condition usually produces levels of rust-reduction in steel elements installed for excavation fortification. In the case of steel cable bolts, particularly in the contact area between the steel cable and the wedge of the barrel-wedge device, a reduction in the supporting capacity occurs in the contact constituted by the teeth of the wedge against the perimeter. of the steel cable.
DESCRIPCIÓN DEL MODELO DE UTILIDAD DESCRIPTION OF THE UTILITY MODEL
En base a la información indicada respecto al estado del arte y dado que el desempeño del dispositivo barril-cuña actualmente utilizado en minería y en obras civiles para pernos cables puede ser afectado por condiciones de humedad y/o agua, y/o vibraciones en el terreno, se presenta el dispositivo barrí I-
cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable. Este es un dispositivo que posee componentes que evitan la perdida de carga del sistema de fortificación con cables que utilizan el conjunto barril-cuña, manteniendo la tensión aplicada resultante de la acción del tensado del cable, y con ello asegurando el desempeño a través del tiempo del perno cable en terrenos con condiciones de humedad y/o agua, y/o vibraciones por eventos sísmicos naturales o inducidos en dicho terreno. Based on the information indicated regarding the state of the art and given that the performance of the barrel-wedge device currently used in mining and in civil works for cable bolts may be affected by humidity and/or water conditions, and/or vibrations in the terrain, the sweep device I- special wedge (1) for fortification of land with cable bolts. This is a device that has components that prevent the loss of load of the fortification system with cables that use the barrel-wedge assembly, maintaining the applied tension resulting from the action of the cable tensioning, and thereby ensuring performance over time. of the cable bolt in terrain with humidity and/or water conditions, and/or vibrations due to natural or induced seismic events in said terrain.
El dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable está compuesto por un barril (2) y una cuña (3), y que adicionalmente incorpora un seguro de bloqueo (5) y sellos aislantes al interior del dispositivo, identificados como sello aislante superior (10) y sello aislante inferior (11 ). The special barrel-wedge device (1) for land fortification with cable bolts is composed of a barrel (2) and a wedge (3), and which additionally incorporates a locking device (5) and insulating seals inside the device, identified as upper insulating seal (10) and lower insulating seal (11).
Se describen los componentes barril (2) y cuña (3), los cuales son elementos conocidos y utilizados en dispositivos barril-cuña de acuerdo con el estado del arte. The barrel (2) and wedge (3) components are described, which are known elements used in barrel-wedge devices according to the state of the art.
El barril (2) es una pieza robusta de variados materiales, de preferencia acero con forma exterior generalmente cilindrica. Posee una perforación pasante con uno de sus extremos en forma cónica con ángulos compatibles para el ajuste geométrico de la cuña (3), y en su otro extremo cuanta con una superficie que puede ser plana o hemisférica dependiendo de la superficie o elemento de apoyo. Adicionalmente, y para su ajuste contra el seguro de bloqueo (5), incorpora un mecanizado externo (4) que conforma generalmente un hilo en uno de sus extremos. The barrel (2) is a robust piece of various materials, preferably steel with a generally cylindrical exterior shape. It has a through perforation with one of its ends in a conical shape with compatible angles for the geometric adjustment of the wedge (3), and at its other end it has a surface that can be flat or hemispherical depending on the surface or support element. Additionally, and for its adjustment against the locking device (5), it incorporates an external machining (4) that generally forms a thread at one of its ends.
La cuña (3) es una pieza dividida en dos o más segmentos longitudinales, de variados materiales, de preferencia acero con forma exterior generalmente
cónica compatible con el ángulo interior del barril (2), con perforación pasante para el paso del cable de acero, cuya superficie interior presenta un dentado para el agarre contra la superficie pehmetral de cable de acero. The wedge (3) is a piece divided into two or more longitudinal segments, made of various materials, preferably steel with a generally external shape. conical compatible with the interior angle of the barrel (2), with a through perforation for the passage of the steel cable, whose interior surface has a serration for grip against the pehmetral surface of the steel cable.
Los componentes que caracterizan al dispositivo barril-cuña especial (1 ), corresponden al seguro de bloqueo (5) y a los sellos aislantes, identificados como sello aislante superior (10) y sello aislante inferior (11 ). The components that characterize the special barrel-wedge device (1) correspond to the locking device (5) and the insulating seals, identified as the upper insulating seal (10) and the lower insulating seal (11).
El seguro de bloqueo (5) es una pieza de variados materiales, de preferencia acero, generalmente cilindrica con dimensiones compatibles con la geometría del barril (2). Cuenta con una perforación central (6) para el paso del cable de acero, además de poseer en su parte interna un espacio anular (8) que permite alojar el sello aislante superior (10). El seguro posee un mecanizado interno (7) que conforma generalmente un hilo para su ajuste con el mecanizado externo (4) del barril (2). Además, el seguro posee caras planas (9) para facilitar el apriete del seguro contra el barril (2) de manera manual o utilizando una herramienta adecuada, presionado la superficie de la cuña (3) y evitando el desplazamiento de esta ante vibraciones en el terreno. The locking safety device (5) is a piece made of various materials, preferably steel, generally cylindrical with dimensions compatible with the geometry of the barrel (2). It has a central perforation (6) for the passage of the steel cable, in addition to having an annular space (8) on the inside that allows the upper insulating seal (10) to be housed. The safety has an internal machining (7) that generally forms a thread for adjustment with the external machining (4) of the barrel (2). In addition, the lock has flat faces (9) to facilitate tightening the lock against the barrel (2) manually or using a suitable tool, pressing the surface of the wedge (3) and preventing its displacement due to vibrations in the barrel. land.
El sello aislante superior (10) es un elemento que puede ser metálico, de polímero o textil, con forma de anillo para el paso del cable de acero, y se instala en el espacio anular (8) del seguro de bloqueo (5) quedando en contacto con la base de la cuña (3). Cuando se genera el apriete del seguro de bloqueo (5) contra el barril (2), el sello aislante superior (10) se deforma por la presión de aplastamiento generando un sello entre el cable, la cuña (3) y el seguro de bloqueo (5). Esta deformación del sello protege el contacto entre la cuña (3) y el perímetro del cable, evitando que agentes oxidantes disminuyan el agarre de la cuña (3) al perímetro del cable de acero.
El sello aislante inferior (11 ) es un elemento de vahados materiales, de preferencia resina, que puede ser inyectado al interior del barril cuña especial (1 ) a través de una abertura de inyección (12), o posicionado a través de la perforación pasante del barril (2). Este elemento protege el contacto entre la cuña (3) y el perímetro del cable, evitando que agentes oxidantes ingresen por la perforación pasante del barril (2) disminuyendo el agarre de la cuña (3) al perímetro del cable de acero. The upper insulating seal (10) is an element that can be metallic, polymer or textile, shaped like a ring for the passage of the steel cable, and is installed in the annular space (8) of the locking device (5) remaining in contact with the base of the wedge (3). When the locking safety device (5) is pressed against the barrel (2), the upper insulating seal (10) is deformed by the crushing pressure, generating a seal between the cable, the wedge (3) and the locking safety device. (5). This deformation of the seal protects the contact between the wedge (3) and the perimeter of the cable, preventing oxidizing agents from reducing the grip of the wedge (3) to the perimeter of the steel cable. The lower insulating seal (11) is an element of material vapors, preferably resin, which can be injected into the interior of the special wedge barrel (1) through an injection opening (12), or positioned through the through perforation. of the barrel (2). This element protects the contact between the wedge (3) and the perimeter of the cable, preventing oxidizing agents from entering through the through perforation of the barrel (2), reducing the grip of the wedge (3) to the perimeter of the steel cable.
En resumen, el dispositivo barril-cuña especial (1 ) evita desplazamientos de la cuña (3) al ser fijada mediante el apriete del seguro de bloqueo (5), y evita la posibilidad de oxidación del contacto entre el cable de acero y la cuña (3) gracias a los sellos aislantes, identificados como sello aislante superior (10) y sello aislante inferior (11 ) ubicados al interior del barril cuña especial (1 ).
In summary, the special barrel-wedge device (1) prevents displacement of the wedge (3) when it is fixed by tightening the locking device (5), and prevents the possibility of oxidation of the contact between the steel cable and the wedge. (3) thanks to the insulating seals, identified as the upper insulating seal (10) and the lower insulating seal (11) located inside the special wedge barrel (1).
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIGURA 1/2: FIGURE 1/2:
Vista en corte del conjunto funcional integrado en el presente desarrollo, sin él o los cables de acero, y sin la placa de acero perforada con los cuales es utilizado el dispositivo barril-cuña especial, en donde los numerales corresponden a: Sectional view of the functional assembly integrated in the present development, without it or the steel cables, and without the perforated steel plate with which the special barrel-wedge device is used, where the numerals correspond to:
(1 ) Barril-Cuña Especial (1) Special Barrel-Wedge
(2) Barril (2) Barrel
(3) Cuña (3) Wedge
(4) Mecanizado externo del barril (4) External barrel machining
(5) Seguro de Bloqueo (5) Lock Insurance
(6) Perforación central del seguro de bloqueo (6) Central drilling of the locking device
(7) Mecanizado interno del seguro de bloqueo (7) Internal machining of the locking device
(8) Espacio anular del seguro de bloqueo (8) Locking latch annular space
(9) Caras planas del seguro de bloqueo (9) Locking latch flat faces
(10) Sello aislante superior (10) Top insulating seal
(11 ) Sello aislante inferior (11) Bottom insulating seal
(12) Abertura de inyección (12) Injection opening
FIGURA 2/2 FIGURE 2/2
Vista en corte explosionada del dispositivo barril cuña especial desintegrado en sus partes, sin él o los cables de acero, y sin la placa de acero
perforada con los cuales es utilizado el dispositivo barril-cuña especial, en donde los numerales corresponden a: Exploded cutaway view of the special wedge barrel device disintegrated into its parts, without it or the steel cables, and without the steel plate perforated with which the special barrel-wedge device is used, where the numerals correspond to:
(1 ) Barril-Cuña Especial (1) Special Barrel-Wedge
(2) Barril (2) Barrel
(3) Cuña (4) Mecanizado externo del barril (3) Shim (4) External barrel machining
(5) Seguro de Bloqueo (5) Lock Insurance
(6) Perforación central del seguro de bloqueo (6) Central drilling of the locking device
(7) Mecanizado interno del seguro de bloqueo (7) Internal machining of the locking device
(8) Espacio anular del seguro de bloqueo (9) Caras planas del seguro de bloqueo (8) Locking latch annular space (9) Locking latch flats
(10) Sello aislante superior (10) Top insulating seal
(11 ) Sello aislante inferior (11) Bottom insulating seal
(12) Abertura de inyección
(12) Injection opening
Claims
REIVINDICACIONES - Dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable compuesto por un barril (2) y una cuña (3), CARACTERIZADO por poseer, un seguro de bloqueo (5), un sello aislante superior (10), un sello aislante inferior (11 ), y porque puede ser utilizado con cables de acero de diámetro 0.5”, 0.6”, 0.7”, 0.8” u otro diámetro de cable que exista comercialmente para estos fines. - Dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable compuesto por un barril (2) y una cuña (3), CARACTERIZADO por que el barril (2) cuenta con un mecanizado externo (4) que conforma generalmente un hilo en uno de sus extremos. - Dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable compuesto por un barril (2) y una cuña (3) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el seguro de bloqueo (5) es una pieza generalmente cilindrica con dimensiones compatibles con la geometría del barril (2), por poseer una perforación central (6) de dimensión variable de acuerdo con el diámetro del cable a utilizar, por poseer un mecanizado interno (7) que conforma generalmente un hilo compatible con el mecanizado externo del barril (4) y en su perímetro externo cuenta con caras planas (9) que facilitan el apriete manual o con la utilización una herramienta compatible, y por poseer un espacio anular interno (8) para la ubicación del sello aislante superior (10).
- Dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable compuesto por un barril (2) y una cuña (3) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sello aislante superior (10) es un elemento con forma de anillo de diámetro variable de acuerdo con el diámetro del cable a utilizar, compatible con el espacio anular (8) del seguro de bloqueo (5). - Dispositivo barril-cuña especial (1 ) para fortificación de terrenos con pernos cable compuesto por un barril (2) y una cuña (3) de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sello aislante inferior (11 ) es un elemento obturador que se ubica dentro del barril (2) y que puede ser inyectado desde el exterior del barril-cuña especial (1 ) a través de una abertura de inyección (12).
CLAIMS - Special barrel-wedge device (1) for fortification of land with cable bolts composed of a barrel (2) and a wedge (3), CHARACTERIZED by having a locking safety device (5), an upper insulating seal (10) , a lower insulating seal (11), and because it can be used with steel cables with a diameter of 0.5”, 0.6”, 0.7”, 0.8” or other cable diameter that exists commercially for these purposes. - Special barrel-wedge device (1) for fortification of land with cable bolts composed of a barrel (2) and a wedge (3), CHARACTERIZED in that the barrel (2) has an external machining (4) that generally forms a thread at one of its ends. - Special barrel-wedge device (1) for fortification of land with cable bolts composed of a barrel (2) and a wedge (3) according to claim 1, CHARACTERIZED because the locking device (5) is a generally cylindrical piece with dimensions compatible with the geometry of the barrel (2), by having a central perforation (6) of variable dimension according to the diameter of the cable to be used, by having an internal machining (7) that generally forms a thread compatible with the machining external of the barrel (4) and on its external perimeter it has flat faces (9) that facilitate manual tightening or with the use of a compatible tool, and because it has an internal annular space (8) for the location of the upper insulating seal (10 ). - Special barrel-wedge device (1) for fortification of land with cable bolts composed of a barrel (2) and a wedge (3) according to claim 1, CHARACTERIZED because the upper insulating seal (10) is a shaped element ring of variable diameter according to the diameter of the cable to be used, compatible with the annular space (8) of the locking device (5). - Special barrel-wedge device (1) for land fortification with cable bolts composed of a barrel (2) and a wedge (3) according to claim 1, CHARACTERIZED because the lower insulating seal (11) is a shutter element that It is located inside the barrel (2) and can be injected from the outside of the special wedge-barrel (1) through an injection opening (12).
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