專利名稱：屈服式錨桿及組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過樹脂粘合劑錨固在鉆孔中的礦井頂板錨桿，更具體地說，本發(fā)明涉及對(duì)鋼錨桿與樹脂粘合劑之間的聚合物涂層提供支承的礦井頂板錨桿，該礦井頂板錨桿在載荷的作用下屈服。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，通過在對(duì)礦井頂板上方的無支撐巖層進(jìn)行加固的礦井頂板中鉆孔且將4 至6英尺長(zhǎng)的鋼錨桿插入鉆孔中使頂板繃緊，從而支撐礦井的頂板/肋?？梢酝ㄟ^使礦井頂板錨桿的端部上的伸展組件與巖層接合，將礦井頂板錨桿的端部以機(jī)械的方式錨固在巖層中。可選地，可以利用插入鉆孔中的樹脂粘合材料將礦井頂板錨桿粘接地結(jié)合到巖層中。 也可以通過同時(shí)使用伸展組件和樹脂粘合材料，來采用機(jī)械錨桿法和樹脂粘合法的組合。以機(jī)械的方式錨固的礦井頂板錨桿通常包括伸展組件，其螺旋到錨桿軸的一端上；以及驅(qū)動(dòng)頭，其用于使錨桿旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)頭與礦井頂板表面之間設(shè)置有礦井頂板平板。伸展組件通常包括多齒外殼，其由螺紋環(huán)支撐；以及插塞，其螺旋到錨桿的端部上。當(dāng)將外殼的齒部與鉆孔周圍的巖石接合并且使錨桿圍繞自身的縱軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，插塞向下螺旋到錨桿軸上，以使外殼伸展而與巖石緊密接合，從而將錨桿以張緊狀態(tài)布置在伸展組件與礦井頂板表面之間。當(dāng)使用樹脂粘合材料時(shí)，該樹脂粘合材料透過周圍的巖層以便使巖石層相結(jié)合并且將頂板錨桿牢固地保持在鉆孔中。通常將樹脂以如下二組分塑料筒的形式插入礦井頂板鉆孔中該二組分塑料筒的一種組分包含可固化樹脂，另一種組分包含固化劑(催化劑)。 將該二組分樹脂筒插入至鉆孔的封閉端，并且將礦井頂板錨桿插入鉆孔中，從而礦井頂板錨桿的端部將該二組分樹脂筒撕破。當(dāng)?shù)V井頂板錨桿圍繞自身的縱軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)將樹脂筒中的隔間打碎并使組分混合。樹脂混合物填充鉆孔壁與礦井頂板錨桿的軸之間的環(huán)形區(qū)域。經(jīng)混合的樹脂固化并且將礦井頂板錨桿粘合到周圍的巖石上。在一些開采條件下，特別是開采硬巖的條件下，肋中和礦井頂板上方的巖層易于因采礦誘發(fā)的地震活動(dòng)、周邊巖石的挖掘、微小地震等而發(fā)生移動(dòng)或巖爆。在巖爆所引起的動(dòng)力載荷的作用下，上述普通礦井頂板錨桿容易損壞。已設(shè)計(jì)出多種礦井頂板錨桿，用以更好地抵抗巖爆。具體地說，已經(jīng)設(shè)計(jì)出能屈服的礦井頂板錨桿，以便允許錨桿吸收巖爆所引起的一部分動(dòng)力載荷。一種這樣的設(shè)計(jì)在錨桿的遠(yuǎn)端采用圓錐形部分，該圓錐形部分被設(shè)計(jì)為響應(yīng)施加在錨桿上的過大的力而穿過樹脂或灰漿。還有一種設(shè)計(jì)，如美國(guó)專利 No. 6，984，091中所公開的，采用如下的錨桿該錨桿具有錨桿軸的加寬部分，使該加寬部分穿過固定在鉆孔中的錨固部件的縱向孔。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，一種礦井頂板錨桿包括細(xì)長(zhǎng)桿和聚合物涂層。所述細(xì)長(zhǎng)桿具有第一端和第二端。突出部分從所述細(xì)長(zhǎng)桿沿徑向向外延伸。所述聚合物涂層至少覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端和所述第二端之間的一部分。所述細(xì)長(zhǎng)桿可沿軸向相對(duì)于所述聚合物涂層移動(dòng)。所述細(xì)長(zhǎng)桿具有第一位置，在所述第一位置處所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層具有預(yù)定的軸向位置；以及第二位置，在所述第二位置處所述細(xì)長(zhǎng)桿具有相對(duì)于所述第一位置移位的軸向位置。所述聚合物涂層可以包括聚合物材料，并且所述聚合物涂層可以覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的突出部分。所述突出部分可以設(shè)置成與所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第二端相鄰。所述聚合物涂層可以在所述突出部分處具有第一厚度且在所述細(xì)長(zhǎng)桿的其余部分處具有第二厚度。所述第一厚度可以小于所述第二厚度。所述突出部分與所述細(xì)長(zhǎng)桿可以是一體的。所述突出部分與所述細(xì)長(zhǎng)桿之間的過渡部可以包括修圓角部分。所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端可以包括螺紋部分，驅(qū)動(dòng)螺母可以設(shè)置在所述螺紋部分上。所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端可以包括驅(qū)動(dòng)頭，并且所述驅(qū)動(dòng)頭與所述細(xì)長(zhǎng)桿可以是一體的。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種支撐礦井頂板的方法包括將易碎的樹脂筒插入形成于所述礦井頂板中的鉆孔中；以及將礦井頂板錨桿置于所述鉆孔中。所述礦井頂板錨桿包括細(xì)長(zhǎng)桿，所述細(xì)長(zhǎng)桿具有第一端和第二端。突出部分從所述細(xì)長(zhǎng)桿沿徑向向外延伸，并且聚合物涂層至少覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端和所述第二端之間的一部分。所述突出部分包括外螺紋表面。所述方法還包括撕破所述樹脂筒；使所述礦井頂板錨桿沿第一方向圍繞所述細(xì)長(zhǎng)桿的縱軸線旋轉(zhuǎn)，以使所述樹脂筒的內(nèi)容物混合；以及使所述礦井頂板錨桿沿第二方向圍繞所述縱軸線旋轉(zhuǎn)，以張緊所述礦井頂板錨桿。可以利用驅(qū)動(dòng)頭來使所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向和所述第二方向旋轉(zhuǎn)。在所述礦井頂板錨桿沿所述第二方向旋轉(zhuǎn)期間，所述細(xì)長(zhǎng)桿可以相對(duì)于所述聚合物涂層沿軸向移動(dòng)。在所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向和所述第二方向旋轉(zhuǎn)期間，所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層旋轉(zhuǎn)。在所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向旋轉(zhuǎn)期間，所述突出部分與所述聚合物涂層的接合可以限制所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層作軸向移動(dòng)。所述突出部分的外螺紋表面可以與所述聚合物涂層接合，以使所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層作軸向位移?？梢詫⑺鲵?qū)動(dòng)頭與所述細(xì)長(zhǎng)桿形成一體，并且在將所述樹脂筒的內(nèi)容物混合之后并且在所述樹脂筒的內(nèi)容物固化時(shí)，所述聚合物涂層可以被錨固在所述鉆孔中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的礦井頂板錨桿的側(cè)視圖；圖2是圖1所示的錨桿的局部剖視圖；圖3是圖1所示的錨桿的局部剖視圖，示出錨桿處于已移位或屈服的位置；圖4是圖1所示的錨桿的局部剖視圖，示出插入端的可選實(shí)施例；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的礦井頂板錨桿的側(cè)視圖；圖6是圖5所示的錨桿的局部剖視圖，示出聚合物涂層和細(xì)長(zhǎng)桿的螺紋外表面的剖面；
圖7是圖1所示的錨桿的側(cè)視圖，示出正在被安裝到鉆孔中的錨桿；圖8是圖1所示的錨桿的側(cè)視圖，示出安裝在鉆孔中的錨桿；圖9是圖5所示的錨桿的側(cè)視圖，示出正在被安裝到鉆孔中的錨桿；以及圖10是圖5所示的錨桿的側(cè)視圖，示出安裝在鉆孔中的錨桿。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明。在下文中，出于描述的目的，術(shù)語“上”、“下”、“右”、 “左”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”及其派生詞是針對(duì)本發(fā)明在附圖中的取向的。然而，應(yīng)該理解的是，除非另外指明，本發(fā)明可以采用多種可選變型以及步驟順序。應(yīng)該理解的是，附圖所示的和下面的說明書中所描述的具體裝置只是本發(fā)明的示例性實(shí)施例。因而，不應(yīng)認(rèn)為與這里所公開的實(shí)施例相關(guān)的具體尺寸和其它物理特性是限制性的。參考圖1至圖3，公開礦井頂板錨桿10的一個(gè)實(shí)施例。礦井頂板錨桿10包括細(xì)長(zhǎng)桿15，其具有螺紋驅(qū)動(dòng)端20 ；以及插入端25。驅(qū)動(dòng)螺母35螺旋到螺紋驅(qū)動(dòng)端20上。驅(qū)動(dòng)螺母35通常包括肩部37、多個(gè)驅(qū)動(dòng)面39及螺紋內(nèi)表面41，螺紋內(nèi)表面41用來承接細(xì)長(zhǎng)桿15的螺紋驅(qū)動(dòng)端20。驅(qū)動(dòng)螺母35沿與插入端25相反的方向延伸。插入端25包括從細(xì)長(zhǎng)桿15沿徑向向外延伸的突出部分觀。突出部分觀的底緣四以及突出部分觀與細(xì)長(zhǎng)桿15之間的過渡部可以是急劇的，即具有90度角，或者可以包括經(jīng)修圓或帶圓角的邊緣。 具體地說，如圖4所示，插入端25的突出部分觀的一個(gè)實(shí)施例包括修圓角部分33，修圓角部分33處于突出部分觀的底部以及突出部分觀與細(xì)長(zhǎng)桿15之間的過渡部處。突出部分觀可以通過冷鍛或熱鍛、切削加工或者其它任何合適的處理來形成。如圖2所示，例如，突出部分觀與細(xì)長(zhǎng)桿15形成一體。礦井頂板錨桿10包括具有多個(gè)漸縮段52的聚合物涂層50。聚合物涂層50從細(xì)長(zhǎng)桿15的中間位置向插入端25延伸。礦井頂板錨桿10可以包括設(shè)置在細(xì)長(zhǎng)桿15上的樹脂保持環(huán)45。細(xì)長(zhǎng)桿15可以具有6至13英尺的長(zhǎng)度，螺紋驅(qū)動(dòng)端20可以是3至6英寸長(zhǎng)。此外，聚合物涂層50可以具有6英尺的長(zhǎng)度，插入端25的突出部分觀可以具有1. 25 英寸的長(zhǎng)度。然而，可以根據(jù)頂板錨固的需要來為細(xì)長(zhǎng)桿15、驅(qū)動(dòng)端20、突出部分觀和聚合物涂層50選擇其它長(zhǎng)度。細(xì)長(zhǎng)桿15可以是由0. 680英寸圓形條鋼制成的光滑桿，突出部分觀可以具有0. 800至0. 850英寸的直徑，但是細(xì)長(zhǎng)桿15和突出部分28也可以采用其它合適尺寸的直徑?？梢杂盟芰侠缒猃?、聚碳酸酯或者聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)來制造聚合物涂層50，但也可以采用其它合適的材料，只要該材料在如下的沖擊載荷過程中起作用即可。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，聚合物涂層50是13%玻璃填充的尼龍，但也可以采用其它百分比的玻璃填充的尼龍。如以下更詳細(xì)地描述，細(xì)長(zhǎng)桿15可相對(duì)于聚合物涂層50沿在驅(qū)動(dòng)端20與插入端 25之間延伸的細(xì)長(zhǎng)桿15的軸向，即縱軸線移動(dòng)。細(xì)長(zhǎng)桿15具有第一位置(例如圖2所示的位置)，在此處細(xì)長(zhǎng)桿15相對(duì)于聚合物涂層50具有預(yù)定軸向位置；以及第二位置(例如圖3所示的位置)，在此處細(xì)長(zhǎng)桿15具有相對(duì)于第一位置移位的軸向位置。此外，如圖2 所示，聚合物涂層50在突出部分觀處具有第一厚度且在細(xì)長(zhǎng)桿15的其余部分處具有第二厚度。具體地說，聚合物涂層50在突出部分觀處的第一厚度薄于例如向細(xì)長(zhǎng)桿15的不具有突出部分28的部分延伸的聚合物涂層50的第二厚度。因而，由于細(xì)長(zhǎng)桿15的突出部分觀，聚合物涂層50將至少具有第一內(nèi)徑尺寸和第二內(nèi)徑尺寸，在第一內(nèi)徑尺寸和第二內(nèi)徑尺寸之間限定臺(tái)階或過渡部?？梢酝ㄟ^用可流動(dòng)聚合物涂敷細(xì)長(zhǎng)桿15使涂層具有例如大約至少Imm的厚度來制造礦井頂板錨桿10。允許聚合物在細(xì)長(zhǎng)桿15上硬化，并且將紋理結(jié)構(gòu)施加到聚合物的外部，以形成螺旋線M和脊部58?？梢酝ㄟ^聚合物的浸涂、注射成型和/或熱鍛來執(zhí)行涂敷步驟，結(jié)果在細(xì)長(zhǎng)桿15的由較高密度材料(例如，鋼)制成的內(nèi)部上形成聚合物涂層50的低密度硬涂層的外層。在Mankus等人的美國(guó)專利No. 7，296, 950中，描述了合適的聚合物和施加聚合物涂層50的方法，該專利的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。參考圖5和圖6，公開根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的礦井頂板錨桿10'。礦井頂板錨桿10' 與圖1至圖3所示的錨桿類似，但錨桿10'包括具有肩部63和多個(gè)驅(qū)動(dòng)面65的驅(qū)動(dòng)頭61， 而不是螺紋驅(qū)動(dòng)端20和驅(qū)動(dòng)螺母35。如圖5所示，驅(qū)動(dòng)頭61與細(xì)長(zhǎng)桿15形成一體，但也可以采用其它合適的驅(qū)動(dòng)頭61布置方式。此外，如圖6所示，插入端25的突出部分觀具有外螺紋表面30。礦井頂板錨桿10'還包括聚合物涂層50，該聚合物涂層50從驅(qū)動(dòng)頭61 延伸至插入端25并覆蓋突出部分觀的外螺紋表面30。然而，聚合物涂層50可以只從細(xì)長(zhǎng)桿15的中間部分延伸至插入端25。參考圖7和圖8，礦井頂板錨桿10可以安裝在礦井頂板73中，從而為巖層75提供支撐。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將易碎的樹脂筒80插入鉆孔85中并將礦井頂板錨桿10插入鉆孔85中來安裝礦井頂板錨桿10。將驅(qū)動(dòng)螺母35螺旋到細(xì)長(zhǎng)桿15的螺紋驅(qū)動(dòng)端20上， 直到驅(qū)動(dòng)螺母35抵靠在止擋件(未示出)或礦井頂板73本身上從而驅(qū)動(dòng)螺母35不能沿螺紋驅(qū)動(dòng)端20進(jìn)一步前進(jìn)為止。此外，在礦井頂板73與驅(qū)動(dòng)螺母35的肩部37之間設(shè)置有支承板87。驅(qū)動(dòng)螺母35的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)使礦井頂板錨桿10旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)V井頂板錨桿10的插入端25接觸樹脂筒80時(shí)，插入端25接觸并撕破樹脂筒80，從而釋放可固化樹脂82。插入端25還可以包括用于幫助撕破樹脂筒80的刺穿部分(未示出)。礦井頂板錨桿10圍繞自身的縱軸線旋轉(zhuǎn)，從而聚合物涂層50和細(xì)長(zhǎng)桿15的任何露出部分使樹脂筒80的容納物混合。如圖8所示，樹脂保持環(huán)45阻擋樹脂82向細(xì)長(zhǎng)桿15的螺紋驅(qū)動(dòng)端20流動(dòng)。當(dāng)樹脂 82固化時(shí)，礦井頂板錨桿10被牢固地錨固在鉆孔85中。參考圖9和圖10，圖5和圖6所示的礦井頂板錨桿10'可以采用與圖7和圖8所示的礦井頂板錨桿10相似的方式安裝在礦井頂板中。通過將易碎的樹脂筒80插入鉆孔85 中并將礦井頂板錨桿10'插入鉆孔85中以使礦井頂板錨桿10'接觸并撕破樹脂筒80，來安裝礦井頂板錨桿10'。通過使驅(qū)動(dòng)工具(未示出)與驅(qū)動(dòng)頭61的驅(qū)動(dòng)面65接合，來使礦井頂板錨桿10'圍繞自身的縱軸線朝第一方向A旋轉(zhuǎn)，如圖9所示。在錨桿10'朝第一方向A旋轉(zhuǎn)期間，由于聚合物涂層50在突出部分觀處的內(nèi)徑與聚合物涂層50在細(xì)長(zhǎng)桿15 的其余部分處的內(nèi)徑之間的差異，將防止桿15在涂層50內(nèi)向鉆孔85的開口端移動(dòng)。在經(jīng)過一段時(shí)間以允許樹脂筒80中的樹脂82適當(dāng)?shù)啬讨?，如圖10所示，使錨桿10'朝第二方向B(與第一方向相反)旋轉(zhuǎn)，以便根據(jù)礦井頂板控制計(jì)劃向錨桿施加扭矩和張力。桿 15在朝第二方向B旋轉(zhuǎn)時(shí)因?yàn)橥怀霾糠钟^不受聚合物涂層50的較小直徑部分限制而向鉆孔85的封閉端89移動(dòng)。換句話說，錨桿10'的聚合物涂層50被牢固地錨固在鉆孔中，并且通過突出部分觀的外螺紋表面30與被錨固的涂層50的接合，細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層 50內(nèi)向鉆孔的封閉端移動(dòng)。細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層50中的移動(dòng)形成由涂層50和細(xì)長(zhǎng)桿15的突出部分觀的底緣四所限定的空間91。因此，可以將錨桿10'張緊從而細(xì)長(zhǎng)桿15 的底部不會(huì)從錨桿10'的驅(qū)動(dòng)頭61伸出并進(jìn)一步進(jìn)入礦井開口中。將錨桿10'延伸到礦井開口中的距離最小化改善了開口中的余隙，同時(shí)降低了意外接觸錨桿10'的驅(qū)動(dòng)端的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于上述礦井頂板錨桿10、10'，在安裝錨桿10、10'期間和將錨桿10、10'安裝在礦井頂板73中之后，聚合物涂層50起到多種作用。在錨桿10、10'圍繞自身的縱軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，聚合物涂層50上的螺旋線M將樹脂82向上朝鉆孔85的封閉端89推動(dòng)。希望的是，將樹脂82保持在鉆孔85的封閉端89處來確保礦井頂板錨桿10、10'與周圍的巖石之間良好粘合并且使錨固作用集中于礦井頂板錨桿10、10'的插入端25。在礦井頂板錨桿 IOUO'與鉆孔壁之間的環(huán)形區(qū)域中需要足夠的樹脂82來完全填充該環(huán)形區(qū)域，并允許一些樹脂82填充巖石中的裂縫和縫隙，以增強(qiáng)巖石與礦井頂板錨桿10、10'之間的互鎖。另外，通過樹脂粘合法錨固的錨桿形成“點(diǎn)錨(point anchor) ”，該點(diǎn)錨容許錨桿在樹脂點(diǎn)錨與礦井頂板表面之間張緊。保持在錨桿10、10'的上端處的樹脂82允許實(shí)現(xiàn)可張緊的點(diǎn)錨系統(tǒng)。聚合物涂層50還用于混合樹脂82。螺旋線M和脊部58提供混合表面，以增強(qiáng)可固化樹脂82的混合。聚合物涂層50的分段布置方式還提供增強(qiáng)混合并改善錨固性能的表面中斷。為了用聚合物涂層50改善錨桿的居中性，可以在聚合物涂層50的外表面上以90度的弧形間隔在每75至IOOmm的縱向長(zhǎng)度上形成1至2mm的小突起部(未示出)。這些突起部還幫助撕破樹脂筒薄膜以及混合兩種樹脂組分。在發(fā)生沖擊或動(dòng)力載荷期間，特別是在8至10噸的沖擊載荷期間，細(xì)長(zhǎng)桿15穿過聚合物涂層50被拉動(dòng)而相對(duì)于聚合物涂層50移動(dòng)，聚合物涂層50借助樹脂82保持錨固在鉆孔85中。如圖3中更清楚地示出，沿縱向通過聚合物涂層50拉動(dòng)插入端25的突出部分 28,從而留下突出部分觀此前所占據(jù)的空腔32?？梢允辜?xì)長(zhǎng)桿15的一部分涂敷有防粘劑， 以有助于細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層50內(nèi)移動(dòng)。防粘劑可以是硬脂酸鋅、聚四氟乙烯或任何其它合適的試劑。沖擊載荷在突出部分觀與聚合物涂層50之間產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，該相互作用包括聚合物涂層50在突出部分觀作用下的受限壓縮和變形。針對(duì)突出部分觀經(jīng)聚合物涂層50的縱向移動(dòng)，聚合物涂層50在突出部分觀作用下的受限壓縮和變形以受控的方法吸收沖擊能量。沖擊載荷所產(chǎn)生的壓縮和摩擦生熱以及突出部分觀與聚合物涂層50 的接合導(dǎo)致聚合物涂層50變軟，并且當(dāng)突出部分觀經(jīng)由聚合物涂層50移動(dòng)時(shí)，緊接在突出部分觀處和突出部分觀后方的聚合物涂層50變得易流動(dòng)。此外，在具有突出部分觀的細(xì)長(zhǎng)桿15移動(dòng)期間，聚合物涂層50沿徑向向外的方向突出，從而聚合物涂層50與鉆孔85 之間的環(huán)形區(qū)域中的樹脂82被壓縮，這會(huì)使樹脂82變形和粉碎。此外，盡管示出的礦井頂板錨桿10、10'使聚合物涂層50整體地覆蓋突出部分觀，但聚合物涂層50也可以僅向上延伸至突出部分觀，從而突出部分觀不被聚合物涂層50覆蓋。突出部分觀也可以僅僅部分地被聚合物涂層50覆蓋。在這種布置中，通過沿縱向接合并穿過聚合物涂層50，礦井頂板錨桿10、10'會(huì)以與上述相同的方式操作。此外，盡管上述礦井頂板錨桿10、10'涉及沖擊載荷的情況，但礦井頂板錨桿10、10'也可以用于經(jīng)歷集中載荷(convergence loading) 的礦井。具體地說，在集中載荷期間，插入端25的突出部分洲以與上述涉及沖擊載荷的方式類似的方式沿縱向穿過聚合物涂層50。因此，礦井頂板錨桿10、10'在沖擊載荷作用下屈服，以吸收能量并降低礦井頂板錨桿10、10'立即損壞的可能性。細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層50中的移動(dòng)還提供對(duì)頂板條件不穩(wěn)定的指示，從而該區(qū)域中的工人可以加固頂板或者撤離。通常，在經(jīng)受了巖層斷層或其它地震事件之后，以一些其它方法重新錨固或加固斷層區(qū)域中的頂板?？梢赃x擇插入端25 的突出部分觀的尺寸來控制聚合物涂層50中的細(xì)長(zhǎng)桿15的屈服量或位移量。盡管示出的礦井頂板錨桿10、10'位于鉆孔85內(nèi)的中心并且突出部分觀與細(xì)長(zhǎng)桿15同心，但礦井頂板錨桿10、10'也可以設(shè)置為偏離鉆孔85的中心并且突出部分觀可以不與細(xì)長(zhǎng)桿15同心。礦井頂板錨桿10、10'在受到初始動(dòng)力載荷和隨后的動(dòng)力載荷時(shí)通常發(fā)生細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層50中穩(wěn)定位移的情況。此外，礦井頂板錨桿10、10'相對(duì)于錨具的移動(dòng)，即細(xì)長(zhǎng)桿15在聚合物涂層50中的移動(dòng)，通常還具有小的錨桿拉伸或彈性變形。例如，在動(dòng)力載荷的第二個(gè)周期和第三個(gè)周期中，礦井頂板錨桿10、10'通常具有穩(wěn)定的錨具移動(dòng)，同時(shí)錨桿 10、10'的彈性變形較小。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)來確定本發(fā)明的礦井頂板錨桿10、10'的性能。本試驗(yàn)用于確定根據(jù)本發(fā)明所制造的錨桿在承受載荷時(shí)展現(xiàn)出來的位移(長(zhǎng)度)范圍。本試驗(yàn)用具有 0. 850英寸直徑突出部分觀的0. 680英寸平圓鋼作為細(xì)長(zhǎng)桿15來執(zhí)行。試驗(yàn)用的錨桿10 的長(zhǎng)度為26. 125英寸長(zhǎng)且突出部分觀的長(zhǎng)度為1. 25英寸。聚合物涂層50是具有施加在細(xì)長(zhǎng)桿15上的防粘劑的聚碳酸酯涂層。將錨桿10安裝在外徑為1. 875英寸的35mm直徑鋼管中。初始插置長(zhǎng)度為鋼管中的15英寸，錨桿10上的18英寸具有聚合物涂層50。當(dāng)將載荷加到錨桿10的自由端上時(shí)，測(cè)量錨桿10的位移。在11噸的載荷下，錨桿10移動(dòng)約 20mm，在16噸的載荷下，錨桿10移動(dòng)約40mm。最終的載荷為19. 5噸，錨桿10的最終長(zhǎng)度為27. 125英寸。錨具移動(dòng)量為約3. 750英寸。錨桿10通常經(jīng)歷穩(wěn)定的錨具移動(dòng)。盡管在以上的詳細(xì)說明中描述了點(diǎn)錨屈服式錨桿的多個(gè)實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行修改和變更。因此，上述說明是示例性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種礦井頂板錨桿，包括 細(xì)長(zhǎng)桿，其具有第一端和第二端；突出部分，其從所述細(xì)長(zhǎng)桿沿徑向向外延伸；以及聚合物涂層，其至少覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端和所述第二端之間的一部分， 其中，所述細(xì)長(zhǎng)桿能相對(duì)于所述聚合物涂層沿軸向移動(dòng)，所述細(xì)長(zhǎng)桿具有第一位置， 在所述第一位置處所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層具有預(yù)定的軸向位置；以及第二位置，在所述第二位置處所述細(xì)長(zhǎng)桿具有相對(duì)于所述第一位置移位的軸向位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述聚合物涂層包括聚合物材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述聚合物涂層覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述突出部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述突出部分設(shè)置成與所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第二端相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦井頂板錨桿，其中，所述聚合物涂層在所述突出部分處具有第一厚度且在所述細(xì)長(zhǎng)桿的其余部分處具有第二厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述第一厚度小于所述第二厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述突出部分與所述細(xì)長(zhǎng)桿是一體的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井頂板錨桿，其中，所述突出部分與所述細(xì)長(zhǎng)桿之間的過渡部包括修圓角部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端包括螺紋部分，并且在所述螺紋部分上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)螺母。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端包括驅(qū)動(dòng)頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的礦井頂板錨桿，其中， 所述驅(qū)動(dòng)頭與所述細(xì)長(zhǎng)桿是一體的。
12.一種支撐礦井頂板的方法，包括將易碎的樹脂筒插入形成于所述礦井頂板中的鉆孔中； 將礦井頂板錨桿置于所述鉆孔中，所述礦井頂板錨桿包括 細(xì)長(zhǎng)桿，其具有第一端和第二端； 突出部分，其從所述細(xì)長(zhǎng)桿沿徑向向外延伸；以及聚合物涂層，其至少覆蓋所述細(xì)長(zhǎng)桿的所述第一端和所述第二端之間的一部分，所述突出部分包括外螺紋表面； 撕破所述樹脂筒；使所述礦井頂板錨桿沿第一方向圍繞所述細(xì)長(zhǎng)桿的縱軸線旋轉(zhuǎn)，以使所述樹脂筒的內(nèi)容物混合；以及使所述礦井頂板錨桿沿第二方向圍繞所述縱軸線旋轉(zhuǎn)，以張緊所述礦井頂板錨桿。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，通過驅(qū)動(dòng)頭來使所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向和所述第二方向旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述礦井頂板錨桿沿所述第二方向旋轉(zhuǎn)期間，所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層沿軸向移動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向和所述第二方向旋轉(zhuǎn)期間，所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述礦井頂板錨桿沿所述第一方向旋轉(zhuǎn)期間，所述突出部分與所述聚合物涂層的接合限制所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層作軸向移動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述突出部分的所述外螺紋表面與所述聚合物涂層接合，以使所述細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于所述聚合物涂層作軸向位移。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中， 將所述驅(qū)動(dòng)頭與所述細(xì)長(zhǎng)桿形成一體。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在將所述樹脂筒的內(nèi)容物混合之后并且在所述樹脂筒的內(nèi)容物固化時(shí)，所述聚合物涂層被錨固在所述鉆孔中。
全文摘要
一種礦井頂板錨桿包括細(xì)長(zhǎng)桿和聚合物涂層。細(xì)長(zhǎng)桿具有第一端和第二端，該第二端具有從細(xì)長(zhǎng)桿沿徑向向外延伸的突出部分。聚合物涂層至少覆蓋細(xì)長(zhǎng)桿的第一端和第二端之間的一部分。細(xì)長(zhǎng)桿能沿軸向相對(duì)于聚合物涂層移動(dòng)。細(xì)長(zhǎng)桿具有第一位置，在此處細(xì)長(zhǎng)桿相對(duì)于聚合物涂層具有預(yù)定的軸向位置；以及第二位置，在此處細(xì)長(zhǎng)桿具有相對(duì)于第一位置移位的軸向位置。
文檔編號(hào)E21D20/02GK102317573SQ201080007707
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者吳耀坤, 約翰·G·奧爾德森, 馬克·W·拉莫思 申請(qǐng)人:Fci特拉華控股有限公司