專利名稱：巖石錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖石錨桿，其用來支撐和穩(wěn)定諸如坑道中的巖壁 和巖面層。本發(fā)明的巖石錨桿主要用于地下采礦，例如地下煤礦開采 中的自身將被開釆的巖壁和巖面層。
背景技術(shù)：
金屬的巖石錨桿被普遍用于地下采礦，用以預(yù)防坑道壁(包括坑 道頂部)的失效，例如破裂或坍塌。在巖石錨桿的一種形式中，于巖 壁上鉆孔，并且隨后將所述巖石錨桿插入該孔中并用諸如樹脂或水泥 漿將錨桿固定于孔中。在巖石錨桿的另一種形式中，將鉆頭應(yīng)用于錨 桿的前端，錨桿自身鉆入巖壁內(nèi)。 一旦錨桿鉆入到了理想的深度，則 其被以通常與前面所述的第一種巖石錨桿相同的方式，即用適合的樹 脂或水泥漿，固定在孔中。在某些開采方式中，巖石錨桿所插入的巖壁是一種隨后將被開采 的巖壁。例如，在地下煤礦開采中，將被開采和移除的區(qū)域通過挖掘 一對相互間隔開、大體平行的坑道而形成一土體。每個坑道的長度可為大約1千米，而兩個坑道之間的間距可為大約500米。第三坑道被挖 掘，用來連接各坑道的內(nèi)端。這樣一來，這些坑道就形成了一個圍繞 大體矩形土體周圍的邊界。一旦坑道完成，在坑道邊界之內(nèi)的土方挖掘和移除便可以開始了。 目前的坑道壁通常由長壁滾齒刨煤機(jī)(shearer)(—種從坑道壁上剪切 巖石的機(jī)械)進(jìn)行挖掘。上述開采方式的困難在于在開采之前，被開采的坑道壁包含有 在形成坑道過程中已提前插入坑道壁內(nèi)的巖石錨桿。由于巖石錨桿無 法被移除，因而在開采過程中，滾齒刨煤機(jī)會在通過坑道壁剪切時與 巖石錨桿相接合。巖石錨桿通常由鋼制成。然而，與鋼制的巖石錨桿 相接合會損壞滾齒刨煤機(jī)，并因此降低工作效率、增加停機(jī)時間和養(yǎng) 護(hù)要求。因此，插入到待開采的坑道壁內(nèi)的巖石錨桿有時由較低強(qiáng)度 材料，如塑料或樹脂制成，以便于減小滾齒刨煤機(jī)被損壞的可能性。 但是，那些較低強(qiáng)度類巖石錨桿的一個缺點(diǎn)在于與鋼制錨桿相比， 它們提供了較小的巖石支撐力，而且也更加昂貴。澳大利亞第568546號專利披露了一種頂部錨桿，沿該錨桿長度相 互間隔開的位置處，錨桿形成有若干周向槽，從而使得與槽之間的所 述錨桿的軸的強(qiáng)度相比，錨桿的軸在槽形成的部位上被削弱。所述槽 允許開采設(shè)備，如長壁滾齒刨煤機(jī)，在開采過程中使錨桿斷裂，因此 降低了開采設(shè)備損壞的可能性。所述錨桿碎片與開采出的材料一起被 清除，并在隨后被取出來。澳大利亞第568546號專利所作的進(jìn)展在于實心棒式的巖石錨桿。 此后，對于巖石錨桿的設(shè)計，產(chǎn)生了若干重大進(jìn)展。申請人已經(jīng)發(fā)展 出了比實心巖石錨桿具有極大優(yōu)勢的中空巖石錨桿。這樣的巖石錨桿 可方便地實施后灌漿，而實心巖石錨桿通常不得不在安裝時灌漿。此 外，中空巖石錨桿比實心巖石錨桿更適合用作自鉆式巖石錨桿。但是， 當(dāng)被用作隨后即被開采的坑道壁的支撐件時，出于前述原因，這樣的 中空鋼制錨桿會存在與實心鋼制巖石錨桿類似的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種巖石錨桿，其用于安裝在巖壁上形成的 孔洞中，所述巖石錨桿具有至少部分中空的伸長軸，所述伸長軸的壁 具有多個沿該軸的縱向彼此間隔開的削弱區(qū)，所述削弱區(qū)形成伸長軸 的斷裂位置，以便于在對安裝有巖石錨桿的巖壁進(jìn)行開釆的過程中， 伸長軸可被斷開成為長度減短的多個部分，所述削弱區(qū)的抗拉強(qiáng)度大
體為與所述削弱區(qū)相鄰的伸長軸的抗拉強(qiáng)度的80%。本發(fā)明還提供了一種自鉆式巖石錨桿，所述自鉆式巖石錨桿具有 至少部分中空的伸長軸，所述伸長軸具有相對的端部，并且其在一端 處具有用于鉆入巖壁的鉆頭，所述伸長軸的壁具有多個沿該軸的縱向 彼此間隔開的削弱區(qū)，所述削弱區(qū)形成伸長軸的斷裂位置，以便于在 對巖石錨桿被鉆入其中的巖壁進(jìn)行開采的過程中，伸長軸可被斷開成 為長度減短的多個部分，所述削弱區(qū)的抗拉強(qiáng)度大體為與所述削弱區(qū)相鄰的伸長軸的抗拉強(qiáng)度的80%。通過充分減小削弱區(qū)的抗拉強(qiáng)度，促進(jìn)開采過程中錨桿的斷裂， 而未將巖石錨桿整體的抗拉強(qiáng)度充分降至低于損害到錨桿對安裝有錨 桿的巖壁和巖面層的穩(wěn)定作用的水平，所述削弱區(qū)的抗拉強(qiáng)度大體為 與所述削弱區(qū)相鄰的伸長軸的抗拉強(qiáng)度的80%這樣的要求是有利的。 80%的要求是通過以下重要試驗和工程操作得出的，這些試驗和工程操 作的目標(biāo)就是既保證足夠的穩(wěn)定性，又保證在合適的開采設(shè)備在巖面 層或巖壁上施加載荷的作用下斷開的能力。本發(fā)明的巖石錨桿有利地 且充分地滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選的是，所述削弱區(qū)形成并且間隔布置成使得當(dāng)適當(dāng)?shù)牧νㄟ^ 開采設(shè)備，如通過長壁滾齒刨煤機(jī)而被直接或間接地作用于所述巖石 錨桿時，錨桿的所述伸長軸在削弱區(qū)的至少兩個處斷開，或者如果所 述伸長軸上形成有多于兩個的削弱區(qū)，則在每個削弱區(qū)都斷開。在本 發(fā)明的形式中，當(dāng)被施加一初始力后，所述巖石錨桿被斷開成為易于 處理的若干部分，因此，不再需要為進(jìn)一步斷裂而進(jìn)一步施力。所以， 當(dāng)巖石錨桿被斷開成通過所述削弱區(qū)分開的若干部分時，由錨桿提供 的壁支撐顯著減小，因而使得開采巖壁的所述開采設(shè)備不會受制于巖 壁內(nèi)巖石錨桿的存在。所述削弱區(qū)可采用任何恰當(dāng)?shù)姆绞叫纬?。滾壓成形是形成削弱區(qū)
的優(yōu)選方式，但是削弱區(qū)可以選擇性地由機(jī)械加工，如通過磨削或銑 削，或者通過其他任何材料變形或去除工藝而形成。所述巖石錨桿的軸可由無縫管制成，也可由通過折疊而形成內(nèi)部 伸長通道的一段伸長金屬段制成。所述金屬段的折疊使其相對邊緣抵 靠接觸，而后通過電阻焊接將所述相對邊緣固定在一起。所述削弱區(qū)可以形成為任何合適的形狀。優(yōu)選地，所述削弱區(qū)通 過所述伸長軸橫截面面積的減小而形成，且在這種布置結(jié)構(gòu)中，削弱 區(qū)可形成為具有大體V形的形狀，但是作為選擇，它們也可為U形或其 他形狀。伸長軸橫截面面積減小的程度由根據(jù)伸長軸未被削弱的相鄰部分相比所需的相對削弱的量而定?？刹扇p小橫截面面積大約20%， 然而所述減小量通?？稍?%到25%的范圍內(nèi)。通過減小伸長軸橫截面面積而產(chǎn)生所述削弱區(qū)時，所述削弱區(qū)可 作成僅為伸長軸的周圍的一部分。因此，所述橫截面面積可在伸長軸 的周圍的單個位置處被減小，或在多個位置處被減少。例如，可形成通過所述周圍的一部分的槽，或可在諸如徑向相對的兩個位置處形成 槽。作為選擇，所述伸長軸的橫截面面積可圍繞整個周圍減小，也就 是說，減小的部分可以為環(huán)形減小部分。作為選擇，可由在伸長軸表 面上滾壓成形螺旋槽而形成所述削弱區(qū)。用于地下煤礦開采的典型的巖石錨桿長度大約為1200毫米。在這 樣的巖石錨桿上，優(yōu)選設(shè)置有兩至八個削弱區(qū)。因此，當(dāng)在開采過程 中所述巖石錨桿斷裂時，錨桿的伸長軸被斷開成為兩至六個每個長度 約為300毫米的伸長軸部分。在從礦中移除被開采材料之后的后續(xù)進(jìn)一 步處理中，可從這些被開采的材料中回收所述伸長軸部分。有利的是， 由于本發(fā)明的巖石錨桿通常由鋼制成，因此可由磁性方法而回收所述 伸長軸部分。
對于所述削弱區(qū)形成為具有大體v形的情況，其側(cè)壁之阿的夾角可被設(shè)置為任何合適的角度，以產(chǎn)生介于窄而深和寬而淺之間的外形。 并不要求對稱地形成所述側(cè)壁，而是如果合適的話，則可采用非對稱 的外形。對于自鉆式巖石錨桿而言，中空軸方便將鉆削液體注入正在被鉆 的孔中，從而幫助巖石錨桿穿入巖石中。所以，鉆削液體可通過軸的 通道而被注入，或者鉆削液體可從所述通道回流回來。所述通道還可 用于注入樹脂或水泥漿，以便將巖石錨桿固定在開口中。因此，中空 巖石錨桿，尤其是自鉆式中空巖石錨桿相對于實心巖石錨桿是優(yōu)選的， 特別是中空形式的巖石錨桿具有實心形式的巖石錨桿的所有優(yōu)點(diǎn)，而 且沒有另外的缺點(diǎn)。故此，通過引入在開采中適時使中空巖石錨桿斷 開的性能，中空形式的巖石錨桿的吸引力得以增加。


為了更好地理解本發(fā)明并為了揭示其如何執(zhí)行，現(xiàn)參照附圖、借 助于僅作為非限制性實例，對本發(fā)明實施例進(jìn)行說明。 圖l是自鉆式巖石錨桿的示意性透視圖。圖2是按照本發(fā)明配置的巖石錨桿的一部分的剖面圖。 圖3所示的是按照本發(fā)明的所述削弱區(qū)可由多種合適的方式形成。
具體實施方式
圖1示出了自鉆式巖石錨桿10，其包括伸長的中空軸ll、鉆頭12和 驅(qū)動張緊螺母13。所述錨桿10進(jìn)一步包括錨固裝置14，其用來幫助巖 石錨桿10在自鉆孔中錨固。螺紋部15和16形成于軸11的各端，同時螺 母13與螺紋部15螺紋接合，而所述錨固裝置與螺紋部16螺紋接合。所述驅(qū)動張緊螺母13在軸11的后端與所述螺紋部15螺紋接合， 且所述螺母13與驅(qū)動設(shè)備接合，來給巖石錨桿10施加旋轉(zhuǎn)和軸向推 力，以便在巖壁上鉆入巖石錨桿10。此外，用例如樹脂或水泥漿將軸 11固定在所述自鉆孔中后，驅(qū)動張緊螺母13可在螺紋部15上沿著朝
向錨固裝置14的方向順著軸11旋轉(zhuǎn)，以便與巖石錨桿10已經(jīng)鉆入其中的巖壁的表面相抵靠接合。所述螺母13因而可將巖石錨桿IO拉緊， 從而對巖壁表面施加一個壓縮載荷來進(jìn)一步穩(wěn)定巖壁，使其免遭破裂 或坍塌。在申請人共同待審的、公開號為WO2007/053893的國際申請 PCT/AU2006/001669中，所述巖石錨桿10的操作被詳細(xì)討論。為了說 明巖石錨桿IO，尤其是錨固裝置14的整個工作過程，這里通過交叉引 用的方式引入該國際申請的詳細(xì)說明。圖2示出了巖石錨桿軸的一部分20，例如巖石錨桿10的軸11的 一部分，并且圖2舉例說明了本發(fā)明的一個實施例。需要注意的是， 所述巖石錨桿10的軸11的形狀與圖2的實施例并不一致，而是，圖1 中的巖石錨桿10只是舉例說明的可用于本發(fā)明的巖石錨桿的一種形 式。圖2所示的巖石錨桿的部分20包括削弱區(qū)21，該削弱區(qū)21可以 是至少兩個削弱區(qū)中的一個，但優(yōu)選的是多于兩個削弱區(qū)中的一個， 該削弱區(qū)位于圖1所示的巖石錨桿10的螺紋部15、 16之間的無螺紋 區(qū)域22上。所述削弱區(qū)21是大體V形的環(huán)形槽，其通過滾壓成形中空軸而形 成。環(huán)形槽的形狀也可以不是V形，例如可為U形。重要的是，滾壓 成形不能嚴(yán)重影響到延伸通過所述部分20的通道23的形狀，并且因 此，滾壓成形操作要將削弱區(qū)21內(nèi)的金屬沿軸向向外而非向內(nèi)移位， 而這會導(dǎo)致削弱區(qū)21的每個開放邊緣24上形成材料的堆積。然而， 這樣的堆積無關(guān)緊要，而且并不會影響巖石錨桿io的工作。側(cè)壁25被設(shè)置為彼此之間成角度a 。所述角度a可以在大約40 度到80度之間變化，而圖示的角度大約為40度。削弱區(qū)21的內(nèi)部直
徑或根部直徑dr大約為軸直徑Ds的45。/。。如前所述，優(yōu)選的截面面減 小值范圍為大約5%到25%。如前所述，削弱區(qū)21的形狀可以按需選擇，可為V形、U形或其 他形狀，而生產(chǎn)方法可包括滾壓成形、加工或磨削加工。同樣地，削 弱區(qū)21也并非必須為環(huán)形，圖3示出了削弱區(qū)30的一種可選形式， 其包括一對形成在巖石錨桿的部分33上的、在直徑方向上相對的V形 槽31、 32。所述V形槽31、 32可以為其他形狀，例如U形，并且可 由磨削或銑削而形成。雖然由這些槽31和32所產(chǎn)生的削弱是定向的， 即與較大直徑D的部分相比，通過縮小直徑d的削弱區(qū)30的部分而產(chǎn) 生了更大的削弱，但圖3的布置比圖2的布置更容易制造。因此，開 采的具體情況將會指示部分20和33中的哪一個被使用。然而，圖3所示的是按照本發(fā)明的所述削弱區(qū)可由多種合適的 方式形成。需要注意的是，用于部分33的所述槽可被定形、定位或定向成 使得削弱區(qū)可沿著部分33的不止一個平面形成。圖1中巖石錨桿10的全長大約為1200毫米，而軸直徑大約為20 毫米。對于這樣一種巖石錨桿，區(qū)域22優(yōu)選為具有大約三個削弱區(qū)。在先前已有一個或多個巖石錨桿10被插入的巖壁的開采作業(yè)過 程中，所述巖石錨桿IO將經(jīng)受開采設(shè)備，如長壁滾齒刨煤機(jī)的沖擊。 本發(fā)明的所述削弱區(qū)可以設(shè)置成使得巖石錨桿與開采設(shè)備直接接觸或 者間接接觸而斷裂。巖石錨桿的間接斷裂可通過圍繞或接近巖石錨桿 的巖壁的破裂得以實現(xiàn)。無論巖石錨桿通過直接還是間接接觸而導(dǎo)致 失效，按照本發(fā)明的失效的特性會例如將因與已安裝的巖石錨桿接合 而使開采設(shè)備損壞的可能性降到最低或消除這種可能性。除了上面詳述的內(nèi)容，這里描述的本發(fā)明是允許變化、改進(jìn)和/或 增加，而且可以理解的是，本發(fā)明包含所有那些落入前述內(nèi)容的精神 和范圍內(nèi)的變形、改進(jìn)和/或增加。本申請要求優(yōu)先權(quán)的澳大利亞臨時專利申請第2007905206號中 的公開內(nèi)容通過引用而被引入于此。
權(quán)利要求
1. 一種巖石錨桿(10)，其用于安裝于巖壁上形成的孔洞中，所述巖石錨桿(10)具有至少部分中空的伸長軸(11)，所述伸長軸(11)的壁具有多個沿軸(11)的縱向彼此間隔開的削弱區(qū)(21，30)，所述削弱區(qū)(21，30)形成伸長軸(11)的斷裂位置，以便使得在開采安裝有所述巖石錨桿(10)的巖壁過程中，所述伸長軸(11)能夠被斷開成為長度減短的若干部分，其特征在于所述削弱區(qū)(21，30)的抗拉強(qiáng)度約為與所述削弱區(qū)(21，30)相鄰的伸長軸(11)的抗拉強(qiáng)度的80％。
2. 如權(quán)利要求1所述的巖石錨桿(IO)，其特征在于所述巖石錨 桿(10)為自鉆式巖石錨桿，其在所述伸長軸(11)的一端具有鉆頭(12)， 以便鉆入巖壁中。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的巖石錨桿，其特征在于所述伸長軸 (ll)基本上為完全中空的。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述削弱區(qū)(21，30)將所述巖石錨桿(10)的所述伸長軸(11)充分削弱，使得 圍繞所述伸長軸周圍的巖石破裂時，所述伸長軸(ll)在所述削弱區(qū) (21,30)處斷裂。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述削弱區(qū)(21，30)通過滾壓成形而形成。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述削弱區(qū)(21，30)通過磨削或銑削而形成。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述伸長軸(ll)通過折疊一段伸長金屬段而形成，所述金屬段在其一個側(cè) 面上包括使得在折疊時形成所述削弱區(qū)(21,30)的外形。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述削弱區(qū)(21,30)形成為具有V形或U形。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于所 述削弱區(qū)(21，30)形成為若干環(huán)形槽。
10. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于 所述削弱區(qū)(21，30)由螺旋槽形成。
11. 如權(quán)利要求1至9中任一項所述的巖石錨桿，其特征在于 所述削弱區(qū)(21，30)形成在所述伸長軸的周圍的一部分上。
12. —種自鉆式巖石錨桿(10)，其具有至少部分中空的伸長軸(11)， 所述伸長軸(ll)具有相對的端部，并且在一端上具有用于鉆入巖壁的鉆 頭(12)，所述伸長軸(ll)的壁具有多個沿軸(11)的縱向彼此間隔開的 削弱區(qū)(21，30)，所述削弱區(qū)(21,30)形成伸長軸(11)的斷裂位置，以便使 得在開采所述巖石錨桿(10)已經(jīng)鉆入的巖壁過程中，所述伸長軸(ll)能 夠被斷開成為長度減短的若干部分，其特征在于所述削弱區(qū)(21，30) 的抗拉強(qiáng)度約為與所述削弱區(qū)相鄰的伸長軸(ll)的抗拉強(qiáng)度的80%。
全文摘要
一種巖石錨桿(10)，其用于安裝于巖壁上形成的孔洞中。所述巖石錨桿(10)具有至少部分中空的伸長軸(11)。所述軸(11)的壁具有多個沿軸(11)的縱向彼此間隔開的削弱區(qū)(21，30)。所述削弱區(qū)(21，30)形成所述軸(11)的斷裂位置，以便使得在開采安裝有所述巖石錨桿(10)的巖壁過程中，所述軸(11)能夠被斷開成為長度減短的若干部分。所述削弱區(qū)(21，30)的抗拉強(qiáng)度約為與所述削弱區(qū)相鄰的細(xì)長軸(11)的抗拉強(qiáng)度的80％。
文檔編號E21D21/00GK101397911SQ20081016101
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月24日
發(fā)明者科林·諾里斯 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司