專利名稱：摩擦的采礦栓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采礦栓(mining bolt)和利用它的方法。尤其，本發(fā)明涉及一種用于礦頂加固的摩擦系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在地下采礦工作，例如煤礦、隧道挖掘等中已很好地實(shí)現(xiàn)了礦頂?shù)募庸蹋苑乐顾奶?。存在有多種加固設(shè)備，最普通的是采礦栓型。已知有許多采礦栓設(shè)計(jì)。
由Ingersoll-Rand制造的Split-Set是包括壓力鉆孔內(nèi)的C形金屬件的采礦栓，它通過摩擦支持巖石。Split-Set栓的中空形狀使在巖石發(fā)生移動時(shí)允許該栓變形而不是斷裂。
瑞典的Atlas Copco股份有限公司制造的Swellex是中空折疊的C形管，由高壓水使該管液體靜壓地在鉆孔中擴(kuò)展。在膨脹過程中，Swellex栓適合于配合鉆孔的不規(guī)則狀態(tài)。不利的是，Swellex采礦栓的復(fù)雜形狀造成制造成本高。并且，必需的高壓水工具和配件增加了該方法的較高費(fèi)用和復(fù)雜性。
Williams公司制造的Spin-Lock揭示了巖石栓，它具有中空的內(nèi)部和具有敞開的端部，以允許水泥漿通過其被泵送。沒有揭示過樹脂盒。
盡管有這些進(jìn)展，仍然需要改進(jìn)采礦栓和使用它的方法。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種用于將一栓插入巖石的方法，該方法包括在巖石中形成一鉆孔；將帶有在其中一孔的一支承板依靠著巖石放置，使該孔與鉆孔對齊；將一管件放在該鉆孔和該孔內(nèi)，以使管件的一加大端抵靠于該支承板；以及，機(jī)械地?cái)U(kuò)張管件，以使它的外壁摩擦地嚙合于巖石。管件可以具有大于巖石的體積彈性模量的彈性模量。該方法可以進(jìn)一步包括在管件擴(kuò)張之后，從管件取出推進(jìn)體。該方法還可以包括以下一個(gè)或多個(gè)步驟當(dāng)管件的外壁摩擦嚙合于巖石時(shí)使管件處于軸向張力之中；將推進(jìn)體(projectile)放在管件的加大端附近；使推進(jìn)體與插入件接觸；將插入件插入管件，迫使推進(jìn)體進(jìn)入管件；迫使推進(jìn)體到達(dá)管件的與加大端相反的一自由端的附近；以及，從管件取出插入件。在某些實(shí)施例中，該方法又可以包括以下一個(gè)或多個(gè)步驟潤滑推進(jìn)體和管件的內(nèi)壁中的至少一個(gè)壁；閉合管件的加大端；以及，將管件機(jī)械地連接于巖石。
管件可以帶有100磅/英寸2-1000磅/英寸2的界面固定強(qiáng)度(interfacialanchorage strength)摩擦嚙合于巖石，以及可以帶有200磅/英寸2-1000磅/英寸2的固定強(qiáng)度(anchorage strength)嚙合于巖石。通過使推進(jìn)體對管件的內(nèi)壁加壓，可以機(jī)械地?cái)U(kuò)張管件。為迫使推進(jìn)體在管件內(nèi)前進(jìn)，可以在推進(jìn)體上施加小于20,000磅的力，該力可以為3,000磅-15,000磅。在某些實(shí)施例中，為迫使推進(jìn)體在管件內(nèi)前進(jìn)，在推進(jìn)體上施加4,000磅-10,000磅之間的力。
推進(jìn)體在形狀方面可以大體為球形，或可以具有一大體錐形頭部和一大體細(xì)長的本體部分。鉆孔可以具一有一第一長度和管件可以設(shè)置在該長度的一部分內(nèi)。管件可以被機(jī)械地連接于巖石，例如通過迫使管件的凸起部分進(jìn)入巖石和/或通過設(shè)置在外壁上的一可變形層。該可變形層可以包括噴鍍的金屬和/或聚合物。
在管件擴(kuò)張之前，在管件與鉆孔之間可以形成零英寸-0.2英寸的間隙。在某些實(shí)施例中，在管件擴(kuò)張之前，在管件與鉆孔之間形成0.01英寸-0.1英寸的間隙。
本發(fā)明還涉及一種用于礦頂加固的系統(tǒng)，它包括一支承板和一帶有一內(nèi)表面、一外表面、第一和第二自由端和一設(shè)置在其中一個(gè)自由端附近的加大的部分的管件。該系統(tǒng)還包括一用于被接納在管件內(nèi)的推進(jìn)體和一插入件。該推進(jìn)體可以大體為球形。在某些實(shí)施例中，推進(jìn)體和插入件形成為一體。推進(jìn)體可以大體為錐形和插入件可以大體為細(xì)長形。管件的內(nèi)表面可以形成比推進(jìn)體的外徑小的一第一內(nèi)徑或輪廓。管件可以用鋼形成。
管件的外表面可以有紋理結(jié)構(gòu)，可以在其上具有凸起，以及可以包復(fù)有聚合物、彈性體和/或粗糙劑。可以在管件外表面上設(shè)置纖維增強(qiáng)的聚合物。
推進(jìn)體和管件的內(nèi)表面中的至少一個(gè)表面上可以包復(fù)有潤滑劑。在某些實(shí)施例中，在推進(jìn)體中滲入有潤滑劑。
推進(jìn)體的直徑可以為0.75英寸-1.5英寸，在某些實(shí)施例中，推進(jìn)體的直徑可以為1英寸-1.375英寸。管件內(nèi)徑可以為推進(jìn)體直徑的70％-97％。在某些實(shí)施例中，管件內(nèi)徑為推進(jìn)體直徑的百分之85和97之間，以及管件內(nèi)徑可以為推進(jìn)體直徑的百分之90和97之間。
管件可以具有大體一致的外徑。管件的外表面可以具有大體圓形的橫剖面。管件可以具有沿著內(nèi)表面、在諸自由端之間的至少一個(gè)大體直線狀的凸起。該至少一凸起可以是一焊接線。
附圖簡述在附圖中揭示了本發(fā)明的較佳特征，其中在若干附圖中類似的標(biāo)號表示類似的部分，其中

圖1示出了按照本發(fā)明的用于礦頂加固的一示例系統(tǒng)的側(cè)剖視圖，該系統(tǒng)局部地固定在巖石中的鉆孔內(nèi)；圖1A示出了帶有一可替換選用的推進(jìn)體的、圖1的典型的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖；圖1B示出了與圖1的典型的系統(tǒng)一起使用的、另一可替換選用的推進(jìn)體的側(cè)視圖；圖1C示出了圖1B的推進(jìn)體的頭部的俯視圖；圖2示出了圖1的典型的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖，它帶有在管件擴(kuò)張之前插入鉆孔內(nèi)的管件；圖3示出了圖1的典型的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖，它帶有在鉆孔內(nèi)的局部擴(kuò)張的管件；圖4示出了圖1的典型的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖，它帶有在鉆孔內(nèi)的擴(kuò)張的管件和設(shè)置在管件內(nèi)的插入件；圖5示出了圖1的典型的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖，它帶有在鉆孔內(nèi)的擴(kuò)張的管件；以及圖6示出了試驗(yàn)設(shè)備的側(cè)剖視圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述參照圖1，它示出了按照本發(fā)明的用于礦頂加固的典型的系統(tǒng)10，它局部地固定在巖石14內(nèi)的鉆孔12中。系統(tǒng)10包括帶有一孔16a的支承板16、管件18和推進(jìn)體20。管件18具有形成一孔22a的一內(nèi)表面22、外表面24和一第一自由端26a。一加大部分28設(shè)置在自由端26a附近。推進(jìn)體20在管件18內(nèi)前進(jìn)之前，在管件18與巖石14之間較佳地設(shè)置有間隙或空隙30。在推進(jìn)體20前進(jìn)之后，管件18變形，使間隙30減小。較佳地，該加大部分28整體地形成在管件18內(nèi)，并周向地設(shè)置在管件18的周圍。在某些實(shí)施例中，在加大部分28附近增大管件18的內(nèi)徑。但是，在其它實(shí)施例中，加大部分28包括一周向凸起或者一可以形成自由端26a的凸緣。此外，加大部分28不需要在管件18的整個(gè)圓周周圍延伸，但是可以包括用于抵靠支承板16的一個(gè)或多個(gè)凸起。
較佳地由具有大于巖石14的體積彈性模量的彈性模量的管子形成管件18。在較佳實(shí)施例中，由鋼形成管件18(焊接的或無縫的)，但是在其它實(shí)施例中由例如鋁的其它金屬材料或其它合金、聚合物或另一可變形材料形成管件18。管件18還可以包括在外表面24上的可變形材料的一層或多層，例如噴鍍金屬和/或聚合物。例如可以施加一彈性體包復(fù)層。表面22、24中的一個(gè)或兩個(gè)可以包括一保護(hù)包復(fù)層，例如油漆，用于耐腐蝕。管件18可以具有基本均勻的外徑，外表面24可以具有大體上的圓橫剖面。在其它實(shí)施例中，內(nèi)表面22和外表面24中的至少一個(gè)可以具有非圓橫剖面，例如六角形、正方形、橢圓形或其它(長、闊)橢圓形。
在某些實(shí)施例中，管件18設(shè)置有用于將管件18機(jī)械配合于巖石14以增加外表面24與巖石層14之間的界面強(qiáng)度的一個(gè)或多個(gè)部分。例如，外表面24可以設(shè)置有表面紋理結(jié)構(gòu)，例如一個(gè)或多個(gè)螺旋形的、周向的或縱向的溝槽、隆起或凹入的格柵結(jié)構(gòu)圖案、凹痕，例如螺紋圖案的突出的焊接部分，或者它們的組合。而凸出的焊接部分可以形成分別沿著內(nèi)和/或外表面22、24延伸的、在自由端26a、26b之間的至少一大體直線形凸起。該凸起還可以形成在外表面24上，例如呈突出的半球形小焊接珠。在又一實(shí)施例中，管件18的許多部分可以被貫穿或沖孔以致外表面24的某些部分向外延伸，用于鎖入巖石14內(nèi)。
表面粗糙還可以呈鉆入管件18的壁內(nèi)的孔的形式?？梢岳酶鞣N表面處理使外表面24粗糙，例如噴丸或其它變形技術(shù)。此外，外表面24可以被油漆或者利用粗糙劑、例如包括玻璃小珠、砂或金屬微粒的聚合物包復(fù)層進(jìn)行包復(fù)。在外表面上可以設(shè)置用玻璃纖維增強(qiáng)的、例如由聚酯形成的聚合物。
推進(jìn)體20較佳地由實(shí)心的、硬化的鋼形成，但是在其它實(shí)施例中推進(jìn)體20可以是中空的和可以由相對于管件18所述的其它合適的材料形成。在一較佳示例性實(shí)施例中，推進(jìn)體20大體為球形。有利地，球形推進(jìn)體20是對稱的，這樣在裝配系統(tǒng)10期間推進(jìn)體20的方位是不重要的。但是，可以使用允許適當(dāng)擴(kuò)張管件18的推進(jìn)體20的任何形狀。在一示例性實(shí)施例中，推進(jìn)體20具有約0.75英寸-1.5英寸的外徑；更較佳地，推進(jìn)體20具有約1英寸-1.375英寸的外徑。在其它實(shí)施例中，如圖1A中的例子所示，推進(jìn)體20a可以設(shè)置有大體錐形的頭部21a(例如圓錐形)和大體細(xì)長的本體部分21b，兩者可以形成為一體。在又一實(shí)施例中，如圖1B和1C所示，推進(jìn)體20a的錐形頭部21a可以包括直線狀凸起21c或者設(shè)置在其上的花鍵，用于將推進(jìn)體20a機(jī)械地配合于管件18。對于推進(jìn)體20也可以使用其它形狀，例如半球形。
在一示例性實(shí)施例中，管件18的內(nèi)徑為推進(jìn)體20的外徑的70％-97％。更較佳地，管件18的內(nèi)徑為推進(jìn)體20的外徑的85％-97％，可以為它的90％-97％。
轉(zhuǎn)到圖2，示出了在固定于巖石14內(nèi)之前的系統(tǒng)10。在巖石14內(nèi)形成鉆孔12，將支承板16依靠著巖石14放置，以致孔16a與巖石14內(nèi)的鉆孔12對齊。將管件18插入在孔16a和鉆孔12內(nèi)，以致管件18的加大部分28抵靠于板16。如圖2中的例子所示，鉆孔12可以沿著一第一整個(gè)縱向長度延伸，可以將管件18置于該長度的一部分之中。在一典型的較佳實(shí)施例中，在管件擴(kuò)張之前在管件與鉆孔之間形成一零英寸-0.2英寸、更較佳地為0.01英寸-0.1英寸的間隙。選擇該間隙，以便用手或通過一頂-打栓機(jī)器(roof-bolting machine)可以將管件18插入鉆孔12內(nèi)，如本領(lǐng)域所已知的，以及還可以隨巖石層14的類型而變化。
將推進(jìn)體20放在加大部分28附近，以便插入孔22a內(nèi)。管件18的內(nèi)表面較佳地形成小于推進(jìn)體20的最大外徑的內(nèi)徑或輪廓。這樣，將推進(jìn)體20和管件18構(gòu)造成和定尺寸成當(dāng)推進(jìn)體20沿著管件18的長度前進(jìn)時(shí)推進(jìn)體20的至少一部分具有比孔22a較大的寬度，以致可以將孔22a的寬度擴(kuò)張到至少摩擦嚙合周圍巖石14的程度。
在推進(jìn)體20與管件18的內(nèi)表面22之間可以放置潤滑劑31，以通過減少摩擦便于推進(jìn)體20前進(jìn)。潤滑劑31可以為在推進(jìn)體和管件的內(nèi)表面中的至少一個(gè)上的包復(fù)層的形式。在某些實(shí)施例中，將潤滑劑滲入到推進(jìn)體20內(nèi)。例如，推進(jìn)體20可以由被滲了油的材料形成，例如用于形成軸承的被滲了油的黃銅。在其它實(shí)施例中，可以將潤滑劑包復(fù)在內(nèi)表面22的一部分或全部之上。適合的表面包復(fù)層包括特氟隆(聚四氟乙烯)、電鍍層、和/或潤滑脂。
如圖3所示，可以將插入件32與管件18的孔22a同軸線地對齊，并且它的遠(yuǎn)端32a被構(gòu)造和定尺寸成可抵靠著推進(jìn)體20。較佳地，插入件32的外部寬度比管件18的內(nèi)表面22所形成的內(nèi)部寬度較窄。在較佳實(shí)施例中，遠(yuǎn)端32a大體上是扁平的，但是在其它可被換用的實(shí)施例中遠(yuǎn)端32a可以是凹入的、或凸起的、或者其它形狀，以便嚙合于推進(jìn)體20。插入件32的近端32b可以被加大或者用其它方法構(gòu)造和定尺寸，以接受用錘子或其它裝置施加的外力。在某些實(shí)施例中，推進(jìn)體20與插入件32形成為一體，允許它再使用于擴(kuò)張?jiān)S多管件。也如圖3所示，對推進(jìn)體20施加力F引起推進(jìn)體20在管件18內(nèi)的孔22a中前進(jìn)。管件18的內(nèi)表面22形成比推進(jìn)體20的外徑或外形較小的一第一內(nèi)徑或輪廓。從而當(dāng)推進(jìn)體20在孔22a中前進(jìn)時(shí)，管件18被機(jī)械地?cái)U(kuò)張，以使它的外表面或壁24摩擦地嚙合于巖石14(例如在區(qū)域34可被看到)。
插入件32較佳地具有一沿著它的縱向軸線的長度，以便遠(yuǎn)端32a可以基本上沿著孔22a的長度前進(jìn)，從而允許推進(jìn)體20前進(jìn)和最后依靠于管件18的第二自由端附近，在那里推進(jìn)體20可以密封孔22a，例如提供防腐蝕措施。較佳地，插入件32具有一沿著它的縱向軸線的長度，該長度被選擇成當(dāng)推進(jìn)體20處于管件18的第二自由端26b附近時(shí)推入件32的近端抵靠于加大端28附近的第一自由端26a。如圖4所示，基本上管件18的整個(gè)孔22a被推進(jìn)體20在其中通過而被機(jī)械地?cái)U(kuò)大。
參閱圖5，推進(jìn)件20可以在孔22a內(nèi)前進(jìn)，以致推進(jìn)件20抵靠著巖石14內(nèi)的鉆孔12的上部分12a。然后插入件32可以從其中取出。作為管件18擴(kuò)張的后果，在示例性較佳實(shí)施例中，管件18較佳地以100磅/英寸2-1000磅/英寸2、更較佳地為200磅/英寸2-1000磅/英寸2之間的界面固定強(qiáng)度摩擦嚙合巖石14。并且，可以將較佳地為小于20,000磅的力施加在推進(jìn)件20上，以迫使推進(jìn)體在管件18內(nèi)前進(jìn)；更較佳地，這力為3,000磅-15,000磅、最佳為4,000磅-10,000磅。
在按照本發(fā)明的較佳方法中，在巖石14中形成鉆孔12，以及將支承板16依靠著巖石14放置，從而支承板16中的孔16a與鉆孔12對齊。將管件18放在鉆孔12和孔16a中，以使管件18的加大端28抵靠于板16。然后例如用推進(jìn)件20機(jī)械擴(kuò)張管件18，以使外表面24摩擦嚙合于巖石24。較佳地，在管件18被擴(kuò)張的區(qū)域內(nèi)，鉆孔12處于徑向壓力和環(huán)帶張力之下。因?yàn)閹r石14的體積彈性模量小于管件的彈性模量，所以這些徑向壓力和環(huán)帶張力摩擦地保持住管件18。有利地，推進(jìn)件20對著巖石層14擴(kuò)張管件18和同時(shí)能夠?qū)嵤┰谥С职?于巖石層14之間的牢固接觸。通過大致等于推進(jìn)件20在管件中前進(jìn)所要求的力的一力，管件18處于軸向張力之中和相鄰的巖石層14處于壓力之中。由于存在巖石層14的初始壓力的緣故，所以產(chǎn)生了對于巖石層14的運(yùn)動的某些阻力。
最初，可以將推進(jìn)件20放在管件18的加大端附近，以及為了迫使推進(jìn)件20進(jìn)入管件18，用插入件32可以推動推進(jìn)件20。可以加壓于推進(jìn)件20并通過管件18，以抵靠在與加大端28相反的自動端26b的附近，然后可選擇地將推入件18從管件18中取出。并且，在管件18擴(kuò)張之后，推進(jìn)件20可以有選擇地從管件18被取出。此外，可以潤滑推進(jìn)件20和管件18的內(nèi)表面22中的至少一個(gè)。并且，可以密封加大端28。還可以用例如設(shè)置在外表面24上的小焊接珠將管件18機(jī)械地結(jié)合于巖石14。
如在本領(lǐng)域中已知的那樣，可以使用適當(dāng)?shù)牡V頂打栓機(jī)器施加在管件14內(nèi)推進(jìn)推進(jìn)件20所需的力。這些機(jī)器通常能夠施加至少10,000磅的力?；蛘?，可以通過撞擊錘施加必需的力。
已進(jìn)行過試驗(yàn)，用于確定例如以上所揭示的管型摩擦采礦栓的性能。為模擬在礦頂中的巖石，使用3份石灰石石子、2份石英砂、1份普通水泥和適當(dāng)?shù)乃a(chǎn)生可流動的混合物，備制混凝土。將混凝土注入管子100內(nèi)，該管子帶有凸緣102，用周向焊縫1054將凸緣與管子的上自由端100a連接。管子100具有一約6英寸(152毫米)的縱向長度L1和一約6英寸的內(nèi)徑L2。凸緣102具有約1/4英寸(6毫米)的厚度L3，以及設(shè)置有用于接納如以上所述管件的一中央通孔102a。這樣混凝土部分106的整個(gè)縱向長度是與管子100的縱向長度L1大致相等的長度，或6英寸(152毫米)，同時(shí)混凝土部分106延伸至管子100的下自由端100b。
為了試驗(yàn)不同直徑DB的鉆孔108，將實(shí)心的鋁棒機(jī)加工成1.260、1.275和1.290英寸(分別為32.0，32.39和32.77毫米)，以及將它對中地放在潮濕的混凝土部分106中。在潮濕的混凝土部凝固4小時(shí)后取出鋁棒，再在試驗(yàn)之前使混凝土部分106漲固最少14天的時(shí)間。
分別帶有上和下端110a、110b的焊接鋼管110最初的外徑為1.255英寸(31.88毫米)、壁厚為0.093英寸(2.36毫米)，并使用了10英寸長度L4的一段鋼管以模擬例如以上所述的管型摩擦采礦栓。將管子110設(shè)置在鉆孔108內(nèi)，以使約2英寸(51毫米)長度L5的一段管子110延伸超過各自由端100a、100b。凸緣102內(nèi)的中央通孔102a具有1.375英寸的直徑，以致凸緣102不干擾管子110的擴(kuò)張。管子110的下端110b沿著約0.75英寸的長度L6被鍛造加工，以及對其配合加固套圈112。此外，在管子110的內(nèi)部、局部地靠下端110b加一焊接114。下端110b的鍛造和焊接保證了從上端110a前進(jìn)到下端110b的推進(jìn)件116不能在下端110b走出管子110。利用通用的加壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。
在一第一“插入力”試驗(yàn)中，將帶有約1.75英寸厚度的墊圈放置在混凝土部分106和抵靠凸緣(abutting flange)102之下，以致管子100的下端110b抵靠著通用加壓試驗(yàn)機(jī)的底部臺板。將具有1.125英寸外徑的鋼球形式的球形推進(jìn)件以約0.1英寸/分的速率推入管子110的上端110a內(nèi)。在推進(jìn)件116的表面與管子108的內(nèi)表面之間提供潤滑脂，以便于推進(jìn)件116在管子108內(nèi)運(yùn)動。潤滑脂是帶有鉬基添加劑的多用途合成材料。具有1英寸外徑的鋼棒形狀的插入件(未示出)被對齊，以致它的中心縱軸線大體與管子110的中心縱軸線重合；該鋼棒的一端抵靠著通用加壓試驗(yàn)機(jī)的頂部臺板，同時(shí)另一端抵靠著推進(jìn)件116。首先測量了推動該推動件116使之通過靠近上方的不受控端110a的管子110的第一個(gè)兩英寸所需要的力FT。其次，隨著在插入件給予的力的作用之下推進(jìn)件116朝下端110b前進(jìn)，測量了要求推動該推動件116通過由混凝土部分106限定的管子110的部分的力FC。當(dāng)推進(jìn)件116到達(dá)在下端處110b處的鍛造部分時(shí)，終止通用加壓試驗(yàn)機(jī)施力。
在一第二“固定強(qiáng)度”試驗(yàn)中，將帶有約2.75英寸厚度的墊圈(未示出)放在混凝土部分106和抵靠凸緣102之下，以致在管子100的下端100b與通用加壓試驗(yàn)機(jī)的底部臺板之間產(chǎn)生約1英寸的間隙。再由通用加壓試驗(yàn)機(jī)對于處在下端110b處的鍛造部分附近的推進(jìn)件116以及如上所述的潤滑脂施加力。開始，在推進(jìn)件116到達(dá)在下端110b處的鍛造部分之前該力與力FT大約相同。但是，當(dāng)推進(jìn)件116到達(dá)在下端110b處由套圈112加固的鍛造部分時(shí)發(fā)生了力的急速增加，當(dāng)管子110開始從混凝土部分106滑動時(shí)測量到最大的固定力FA。
以下表1列出了樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1
如表1所列出，力FT、FC和FA是在每次試驗(yàn)中所經(jīng)歷的最大的這些力，同時(shí)所列出的間隙是在管子110的外表面與鉆孔108的壁之間的間隙。此外，在推進(jìn)件116的最初插入期間，力FT變化為正或負(fù)約500磅。
在號6的試驗(yàn)期間，通過在其上提供大約200個(gè)小焊接珠(約0.015英寸高和約0.060英寸寬)，使管子110的外表面粗糙。
在推進(jìn)件116在其中前進(jìn)之后，測量的管子110的外徑為1.322英寸。
作為上述試驗(yàn)的結(jié)果，已證實(shí)了除了具有1.290英寸的DB和管子110的光滑外表面的試驗(yàn)號5之外，對于所有試驗(yàn)的鉆孔和管子組合最大固定力FA都是相當(dāng)高的。還確定了希望有每英尺20,000磅的固定強(qiáng)度，管子110和混凝土部分106之間僅接觸6英寸的試驗(yàn)中已實(shí)現(xiàn)了這強(qiáng)度。并且，通過如以上所述的對于試驗(yàn)號6、使管子110的外表面粗糙，實(shí)現(xiàn)了在固定強(qiáng)度方面的從1,500磅至21,000磅的很大改進(jìn)。最后，所要求的力FT、FC是合理地較小的，都較好地在10,000磅的所希望的最大值之下。
雖然以上敘述了本發(fā)明的許多實(shí)施例，但是應(yīng)該理解可以單獨(dú)地或以它們的任意組合方式使用許多特征。因此，本發(fā)明不局限于以上所述的特定的較佳此外，應(yīng)該理解對于熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)可以作出許多變化和修改。例如，可以提供插入件32的擴(kuò)張的近端32b的鐓鍛，以提供保證與推進(jìn)件20充分接觸的適當(dāng)表面積，如以上所述，在其它實(shí)施例中可以不需要這一頭部。例如，在某些實(shí)施例中，可以將推進(jìn)件20預(yù)插入和預(yù)保持在管件18內(nèi)，例如靠近擴(kuò)張的部分28。然后使用者可以僅僅需要使用比管件18較小外徑的管狀插入件，以撞擊推進(jìn)件20。此外，可以用機(jī)械的蓋子密封靠近加大部分28的管件18的自由端，或者，靠近自由端26a的管件的壁可以包括孔，以便可以從其懸掛有鉤子的物體。在又一實(shí)施例中，管件18可以不設(shè)置加大部分28，可以將整體形成的推進(jìn)體和插入件插入管件18內(nèi)。在這情況下，可以設(shè)置插入件32的一擴(kuò)張的近端32b，以抵靠支承板16，用于將該板16保持抵靠于巖石14。系統(tǒng)還包括一推進(jìn)件和一插入件。
因此，該領(lǐng)域的熟練人員在本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)、從以上揭示內(nèi)容可易于得到全部合適的修改，這些修改被包括為本發(fā)明的又一些實(shí)施例。因此本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于將一栓插入巖石的方法，它包括在巖石中形成一鉆孔；將其中帶有一孔的支承板依靠著巖石放置，以使該孔與鉆孔對齊；將管件放在鉆孔和該孔內(nèi)，以使管件的加大端抵靠著該板；機(jī)械地?cái)U(kuò)張管件，以使管件的外壁摩擦嚙合于巖石。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于管件的彈性模量比巖石的體積彈性模量大。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括當(dāng)管件的外壁摩擦嚙合于巖石時(shí)使管件處于軸向張力之中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于管件以100磅/英寸2-1000磅/英寸2的界面固定強(qiáng)度摩擦嚙合于巖石。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于管件以200磅/英寸2-1000磅/英寸2的固定強(qiáng)度摩擦嚙合于巖石。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過使推進(jìn)體對管件的內(nèi)壁加壓而機(jī)械地?cái)U(kuò)張管件。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于為迫使推進(jìn)體在管件中前進(jìn)，在推進(jìn)體上施加小于20,000磅的力。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于為迫使推進(jìn)體在管件中前進(jìn)，在推進(jìn)體上施加3,000磅-15,000磅的力。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于為迫使推進(jìn)體在管件中前進(jìn)，在推進(jìn)體上施加4,000磅-10,000磅的力。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于推進(jìn)體通常為球形。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于推進(jìn)體具有一大體錐形的頭部和一大體細(xì)長的本體。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括在管件擴(kuò)張之后從管件取出推進(jìn)體。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于鉆孔具有一第一長度，將管件設(shè)置在該第一長度的一部分內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將推進(jìn)體放在管件的加大端的附近；使推進(jìn)體與插入件相接觸；使插入件插入管件內(nèi)，以迫使推進(jìn)體進(jìn)入管件內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括迫使推進(jìn)體靠近與管件的與加大端相反的自由端。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括從管體取出插入件。
17.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括潤滑推進(jìn)體和管件的內(nèi)壁中的至少一個(gè)壁。
18.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括封閉管件的加大端。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將管件機(jī)械地連接于巖石。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過迫使管件的凸出部分進(jìn)入巖石使管件機(jī)械地連接于巖石。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過在外壁上設(shè)置一可變形層使管件機(jī)械地連接于巖石。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于可變形層包括噴鍍的金屬。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于可變形層包括聚合物。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在管件擴(kuò)張之前，在管件與鉆孔之間形成一零英寸-0.2英寸的間隙。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在管件擴(kuò)張之前，在管件與鉆孔之間形成一0.01英寸-0.1英寸的間隙。
26.一種用于礦頂加固的系統(tǒng)，它包括一支承板；一管件，它帶有一內(nèi)表面、一外表面、第一和第二自由端以及一設(shè)置在其中一自由端附近的加大部分；一推進(jìn)體；以及一用于被接納在管件內(nèi)的插入件。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體基本上為球形。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體和插入件形成為一體。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體大體上為錐形，插入件大體上為細(xì)長形。
30.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的內(nèi)表面形成一比推進(jìn)體的外徑小的第一內(nèi)徑。
31.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的內(nèi)表面形成一比推進(jìn)體的外輪廓小的第一內(nèi)輪廓。
32.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面有紋理結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面具有在其上的許多凸出部分。
34.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面包復(fù)有聚合物。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面包復(fù)有彈性體。
36.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面包復(fù)有粗糙劑。
37.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面具有在其上的纖維增強(qiáng)的聚合物。
38.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體和管件的內(nèi)表面中的至少一個(gè)內(nèi)表面包復(fù)有潤滑劑。
39.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于在推進(jìn)體內(nèi)滲入有潤滑劑。
40.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件由鋼形成。
41.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體的直徑為約0.75英寸-1.5英寸。
42.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于推進(jìn)體的直徑為約1英寸-1.375英寸。
43.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的內(nèi)徑為推進(jìn)體外徑的70％-97％。
44.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的內(nèi)徑為推進(jìn)體外徑的85％-97％。
45.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的內(nèi)徑為推進(jìn)體外徑的90％-97％。
46.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件具有一大體上一致的外徑。
47.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件的外表面具有一大體上的圓橫剖面。
48.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于管件具有在兩自由端之間的、沿著內(nèi)表面延伸的至少一大體上直線狀的凸起。
49.如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其特征在于至少一凸起包括一焊接線。
全文摘要
一種用于礦頂加固的系統(tǒng)包括一支承板(16)和一帶有一內(nèi)表面(22)、一外表面(24)、第一和第二自由端和靠近其中一自由端設(shè)置的一加大部分(28)的管件(18)。該系統(tǒng)還包括一用于接納在管件(18)內(nèi)的推進(jìn)件(20)和一插入件(32)。此外，用于將一栓插入巖石內(nèi)的方法包括在巖石(14)內(nèi)形成一鉆孔；將其中有一孔的支承板(16)依靠于巖石(14)放置，以使該孔(16a)與鉆孔(12)對齊；將管件(18)放在鉆孔(12)和該孔(16a)內(nèi)，使管件的加大部分(28)抵靠于板(16)；以及，機(jī)械地?cái)U(kuò)張管件，以使它的外壁摩擦嚙合于巖石(14)。
文檔編號E21D21/00GK1726335SQ200380106281
公開日2006年1月25日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者W·N·西蒙斯, W·J·西蒙斯 申請人:泰拉西米科股份有限公司