专利名称：顶部锚杆支护的锚索供送设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用也称为预应力筋的锚索加固岩石的设备。更具体而言，本发 明涉及一种用于将预应力筋插入到岩石中的设备。
背景技术：
岩石加固原先涉及使用被动式支撑系统，被动式支撑系统利用木材和钢结构支 撑。后来发展出了主动式支撑系统，主动式支撑系统包括提供刚性较大的顶部锚杆，顶部锚 杆已经得到广泛使用，且仍然在获得应用。早期的顶部锚杆设有机械操作的楔入设备，以便 于顶部锚杆在相关岩石中的锚定。后来发展出了混凝土浆和化学锚定材料来用于顶部锚杆 的锚定。最近，挠性线材式预应力筋或锚索已经得到了广泛应用，且通常与此类锚定材料一 起使用。锚索通常具有沿其长度间隔开的笼形部分，在笼形部分处组成锚索的多条线材展 开，以便有助于容许锚定材料抓持锚索。为了安装此类线材预应力筋，首先在待支撑的岩石中钻凿用于收容预应力筋的开 孔。在给定预应力筋长度的情况下，一般使用许多钻杆延伸部来获得所需的开孔深度。然 后，将所选的锚定材料加入开孔中，并且在线材预应力筋张紧之前手动地或机械地引入开 孔中，一旦其已经通过锚定材料锚定就位，从而就支撑岩石。锚定材料通常容纳在便于其加入钻孔中的筒体内。诸如单独的粘合剂和催化剂成 分的材料存在于筒体中，当预应力筋插入开孔中时，材料就由预应力筋混合在一起，导致锚 定材料凝固，并因此将预应力筋锚定在适当位置上。锚索可达10米长，且重量可达32公斤。目前，操作人员必须用手来供送锚索。矿 山管理人员已经明确指出，由于该过程的难度和规律性，所以这较大危及健康和安全，且可 能会导致伤害。另外，在将锚索供送到钻孔中时，锚索有可能掉到操作人员身上。下面是典型的锚索支护程序。1.钻凿将第一钻钢部件(顶部带有刀具)插入钻架旋转单元中的方形夹头中，在处于全 行程时(利用用于对准的垫板)钻凿且夹紧，退回钻凿单元且装载延长的钻凿区段，自旋并 供送(确保螺纹接合)。继续处理，直到使用所有需要区段，而然后逆向使用相同程序来移 除钻凿区段。2.装载化学制品使单向抓持设备在第一化学制品圆柱上滑动。利用挠性塑料杆(推杆)将化学制 品推到孔的顶部。利用抓持设备装载第二化学制品，直到接触到在孔顶部处的第一化学制 品。并且然后继续，直到装满钻孔。3.装载锚索手动地将锚索推入孔中，并然后将自由端载入钻架旋转单元中。4.混合化学制品供送锚索，且然后自旋，在锚索到达孔的顶部时停止供送，但继续自旋大约10秒来混合化学制品。5.张紧锚索退回穿刺接头。经由垫板插入张紧套环和灌浆管。提升张紧器，并附接到锚索的 端部上。触发张紧器。6.在稍后的时间灌浆。
发明内容
公开了一种与钻架使用的锚索升降和供送设备，该钻架包括基座和可沿钻架基座 平移的钻架旋转单元。升降和供送设备包括壳体、适于接合锚索且安装在壳体内的一对间 隔开的轮体、以及连接到轮体用于旋转轮体且适于连接到钻架旋转单元上的轮体旋转装置。还公开了一种用于抓持锚索的设备，该设备适于附接到钻架旋转单元上，且可与 钻架旋转单元一起移动来将锚索定位在顶部或肋部中预先钻凿的孔附近。该设备包括用于 抓持具有扩大部分的锚索的装置、以及用于容许扩大部分穿过该设备和在将锚索供送到设 备中之后自动将锚索保持在设备中的装置。更具体而言，用于抓持锚索的装置包括适于接合锚索且安装在壳体内的一对间隔 开的轮体、以及连接到轮体上用于旋转轮体且适于连接到钻架旋转单元上的轮体旋转装置。本发明提供的设备有助于降低与手动插入锚索相关的健康风险，且对锚索支护过 程提供了有效且可持续的帮助。本发明的一个目的在于提供重量轻且可与现有钻架使用的此类设备。本发明的另一个目的在于提供通过利用可用的钻凿旋转单元来利用供给到钻架 的动力的此类设备。
图1为包括锚索升降和供送设备的钻架的等距视图。图2为图1中所示的设备的侧视图。图3为图1中所示锚索升降和供送设备的侧视图。图4为图3中所示的设备的顶视图。图5为图4中所示设备沿图4中的线5-5截取的局部截面视图。在图5中，一对 枢转连接的轮臂显示为处于闭合位置。图6为图4中所示设备沿图4中的线6-6截取的局部截面视图。在图6中，该对 枢转连接的轮臂显示为处于开启位置。图7为图4中所示设备沿图4中的线7-7截取的局部截面视图。 附图标记的说明
10缆索供送器 20钻架 33定位支架40塑料壳体 45自由轮体 46驱动轮体
56锥齿轮组(1 1的比)
60张紧器
64塑料带轮
66转矩限制离合器
73方形驱动件
86弹性衬套
88盖在详细论述本发明的一个实施例之前，应当理解本发明不限于其仅应用于如下描 述中阐述或附图中示出的构造细节和构件布置。本发明能够有其他实施例，并且可以以多 种方式实施或执行。另外，应当理解到，本文所使用的用语和术语是用于说明的目的，并且 不应当认作是进行限制。本文所使用的"包含"和"包括"及其变型的用意是涵盖随后列 出的项目及其等同物、以及附加项目。本文所使用的"组成"及其变型的用意是仅涵盖随 后所列项目及其等同物。此外，应当理解的是，诸如〃前〃、“后〃、“左〃、“右〃、“ 上"和"下"等的此类用语是方便的词语，且不应看作是限制性的用语。
具体实施例方式如附图中所示，公开的升降和供送设备10有助于进行锚索支护的操作人员(未示 出)从地平面升高和供送锚索14进入顶部或肋部内预先钻凿的孔(未示出)中。所公开 的设备改进了上文中的步骤3-装载锚索。尽管可结合不带笼形部分的锚索使用，但设备10 也可适于带笼形部分16的锚索14。如图1和图2中所示，升降和供送设备10结合钻架20使用，该钻架20包括基座 24和可沿钻架基座24平移的钻架旋转单元28。更具体而言，钻架基座24包括从钻架20的一端延伸至另一端的两个间隔开的平 行供送杆26。钻架旋转单元28可通过沿平行的供送杆26滑动而沿钻架20平移。还提供 了用于使旋转单元28沿供送杆26移动的装置(未示出)。在其他较不优选的实施例(未 示出)中，设备10可靠置在钻凿旋转单元28上，而没有附接到供送杆26上。如图1和图2中所示，升降和供送设备10抓持锚索14，且与钻架旋转单元28 —起 移动，以便将锚索14定位在预先钻凿的孔(未示出)附近。如图3至图7中所示，升降和供送设备10包括壳体40和用于抓持锚索14的抓持 装置44。抓持装置44(见图5和图6)为安装在壳体40内的一对间隔开的轮体45和46的 形式。轮体45和46适于接合或抓持锚索14。如下文进一步论述的那样，抓持装置44还容 许锚索笼形部分16穿过该设备10。如下文进一步论述的那样，在将锚索14供送到设备10 中之后，抓持装置44还自动地将锚索14保持在设备10中。更具体而言，轮体45和46分别由相应的枢转臂70和72连接到壳体上。如图所 示，轮体旋转或驱动装置48连接到最右侧的轮体46上，用于使驱动轮体46旋转。如图7中 所示，轮体旋转装置48通过皮带驱动件52连接到钻架旋转单元28上，包括锥齿轮组56 (见
5图5)、多楔皮带60和带轮64和65，所有都连接到相对于壳体40枢转的驱动壳体88上。如 图5和图6中所示，皮带驱动件52使轮体46沿顺时针方向旋转，且阻止驱动轮体46沿反 向旋转。转矩限制摩擦离合器66用在大带轮65上。如图5中所示，两个轮体在它们降低 时就拉得更近，直到它们到达止挡件67。在其他实施例中，可以以许多方式来实现将动力从旋转单元28传递至轮体45和 46。该设备10使用锥齿轮组和多楔皮带和带轮设计。该组合是由于重量、尺寸和减速要求 而选择的。只要有可能，还可使用塑料来减轻设备的重量。轮体安装到两个单独的枢转臂70和72上。这就使得在插入锚索14时，能够推动 直径较大(大约45mm)的笼形部分穿过由间隔开的轮体45和46 (50mm内径)形成的供送管。升降和供送设备10适于连接到壳体40上，且可沿钻凿基座24滑动，以便与钻架 旋转单元28 —起沿钻凿基座24进行平移移动。更具体而言，如图1和图2中所示，设备10 靠置在旋转单元28的顶部，且设备10与旋转单元28 —起移动。设备10包括两个定位支 架33，支架围绕为钢条形式的一对间隔开的平行供送杆26固定，供送杆26形成了基座24 的一部分。如图1中所示，由于定位支架33具有抓持供送杆26外侧的凹口 34，故该设备可 容易沿供送杆26滑动，且与旋转单元28 —起在钻架20上进行上下移动。如图3、图5和图6中所示，方形驱动件73装入旋转单元28顶部中的配合开口(未 示出)内。方形驱动件73旋转；使锥齿轮组56转动。如图7中所示，锥齿轮组56继而又 驱动第一塑料带轮64，第一塑料带轮继而又驱动V形皮带60，V形皮带继而又驱动大带轮 65和转矩限制离合器66。转矩限制离合器66继而又驱动地连接到驱动轮体46上。如图5和图6中所示和先前所提到的，轮体45和46安装到枢转臂70和72上。臂 70和72通过联接销75彼此连接。当缆索14供送到轮体45和46之间时，如果缆索14大 于轮体45和46之间的间距，则臂70和72将枢转远离缆索14，从而增大轮体45和46之 间的间距。如图6中所示，当间隔开时，这就容许笼形部分16容易地穿过轮体45和46之 间。当缆索释放时，其由于重力而趋于下落，且利用任何此类退回动作，臂将向下枢转，从而 导致抓持缆索14。该抓持力将随退回力的增大(即，在其升降更大的重量时或如果有人拉 缆索)而增大，从而防止任何滑动。驱动轮体将不会旋转，因为驱动系统与钻架接合。因此， 缆索沿向上或向下的方向的唯一移动通过钻架控制器而以受控方式进行。为了容许最右侧臂72的枢转，皮带驱动件52就与臂72 —起枢转，因为皮带驱动 件52在第一带轮64处通过销80安装到壳体40上，以便皮带驱动件可围绕锥齿轮组56枢 转。总之，该设备是安装到钻架旋转单元中的重量轻的单元。其使用旋转单元中提供 的机械动力来驱动与锚索接合的轮组，从而导致推动锚索穿过设备且进入预钻凿的孔中。程序(背景技术中的锚索支护程序的阶段3)1.将设备装载到钻架上设备10由旋转单元28中的驱动轴和在供送杆26上滑动的两个支架33定位，从 而变成旋转单元的延伸部，且能够在钻架20上进行上下移动。为了将设备放置就位，必须 通过使设备10旋转(大约30度)且围绕供送杆26后部钩住支架33来首先使支架接合。 在拉直设备10之后，支架就接合，且设备可下降至旋转单元夹头中。
2.定位设备接下来，设备(带旋转单元)需要在供送中定位在适当的高度上，以便使预钻凿的 孔与设备的出口孔对准。这是通过操作钻架和升高旋转单元来完成的。3.预先装载锚索大多数锚索在锚索顶端上具有许多笼形部分，用于改善性能。必须供送锚索穿过 该设备，且进入孔中，直到最后一个笼形部分离开设备的末端。锚索因此可释放，其中，自动 制动系统将锚索保持就位。4.将锚索供送到孔中一旦装载，就可通过操作钻架的旋转功能来供送锚索。这将使轮体自旋，且驱动锚索进入预钻凿的孔中。5.退回设备和移除使用并入钻架顶板上的夹爪84，锚索14在受夹持和保持的同时，设备(和旋转单 元一起)退回。这就使锚索端部悬挂在孔中。一旦退回，可通过逆向的步骤1来移除供送 设备(可能首先是需要旋转单元的短暂反向自旋来与驱动轴脱离)。6.将锚索端部装载到旋转单元中通过操作钻架和升高旋转单元，悬置的锚索端部就接合到夹头中。除容许待穿过的锚索14的尺寸变化的枢转臂之外，还使用挡圈移动来自动防止 锚索下降。挡圈移动(其中，两个轮体弧面在它们下降时拉得更近，直到它们到达止挡件 67)增大了按指数规律施加到锚索上的力，直到其卡住。为了限制该堵塞力变得对自身有 害，弹簧体衬套86 (或任何其他类型的弹簧)用于枢转臂70的端部。当设备受到驱动和停 止时，该力就将施加到锚索上。为了退回锚索，旋转单元必须反向操作，这就引起枢转臂升 高和降低锚索上的负载。第二臂通过销连接到第一臂上，销确保了两个轮体大致一起升高和下降。这防止 了轮体的任何偏移，且确保了在它们升高和下降时在轮体上沿大致相同的方向加载。该角 大致垂直于锚索。转矩限制摩擦离合器66用在大带轮65上，以确保高转矩负载不会传递到任何传 递元件上。当弹性体衬套86到达最大偏转时，如果轮体对锚索14夹得过紧，则会产生该高 转矩。本发明的各种其他特征和优点将从所附权利要求中变得明显。
权利要求
一种锚索升降和供送设备，所述锚索升降和供送设备适于与钻架一起使用，所述钻架包括基座和能沿所述钻架基座平移的钻架旋转单元，所述升降和供送设备包括壳体；一对间隔开的轮体，所述轮体适于接合锚索，且所述轮体安装在所述壳体内；以及轮体旋转装置，所述轮体旋转装置连接到所述轮体上用于使所述轮体旋转，且适于连接到所述钻架旋转单元。
2.根据权利要求1所述的锚索升降和供送设备，其中所述设备还包括连接到所述壳体 且适于可滑动地连接到所述钻凿基座以沿所述钻凿基座与所述钻架旋转单元一起平移移 动的装置。
3.根据权利要求1所述的锚索升降和供送设备，其中所述轮体旋转装置包括锥齿轮 组、多楔皮带和带轮。
4.根据权利要求3所述的锚索升降和供送设备，其中所述设备包括两个臂，每个臂枢 转地安装到所述壳体，并且其中所述轮体中的每个轮体通过所述枢转臂中的相应的一个枢 转臂连接到所述壳体。
5.根据权利要求4所述的锚索升降和供送设备，其中所述驱动轮体、与所述驱动轮体 连接的枢转臂以及所述皮带连接到相对于所述壳体枢转的驱动壳体。
6.根据权利要求1所述的锚索升降和供送设备，其中所述第二臂经由销连接到所述第 一臂上，所述销确保所述两个轮体大致一起上升和下降。
7.一种用于抓持锚索的设备，所述设备适于附接到钻架旋转单元，且能与所述钻架旋 转单元一起移动，以将所述锚索定位在预钻凿的孔附近，所述设备包括用于抓持具有扩大部分的锚索的装置以及用于容许所述扩大部分穿过所述设备且在 将所述锚索供送到所述设备中之后将所述锚索自动地保持在所述设备中的装置。
8.根据权利要求7所述的锚索升降和供送设备，其中所述用于抓持锚索的装置包括 一对间隔开的轮体，所述轮体适于接合所述锚索，且所述轮体安装在所述壳体内；以及轮体旋转装置，所述轮体旋转装置连接到所述轮体上用于使所述轮体旋转，且适于连 接到所述钻架旋转单元。
9.根据权利要求8所述的锚索升降和供送设备，其中所述用于抓持锚索的装置还包括 两个臂，每个臂均枢转地安装到所述壳体，并且其中，所述轮体中的每个轮体通过所述枢转 臂中的相应的一个枢转臂连接到所述壳体。
10.根据权利要求9所述的锚索升降和供送设备，其中所述驱动轮体、与所述驱动轮体 连接的枢转臂以及所述皮带都一起枢转。
11.根据权利要求10所述的锚索升降和供送设备，其中所述第二臂经由销连接到所述 第一臂上，所述销确保所述两个轮体大致一起上升和下降。
全文摘要
顶部锚杆支护的锚索供送设备。锚索升降和供送设备是安装到钻架旋转单元中的重量轻的单元，适于与钻架一起使用，钻架包括基座和能沿钻架基座平移的钻架旋转单元，升降和供送设备包括壳体；一对间隔开的轮体，轮体适于接合锚索，且轮体安装在壳体内；以及轮体旋转装置，轮体旋转装置连接到轮体上用于使轮体旋转，且适于连接到钻架旋转单元。该设备使用旋转单元中提供的机械动力来驱动与锚索接合的一组轮组，从而使锚索推过设备且进入预钻凿的孔中。用于抓持锚索的设备包括用于抓持具有扩大部分的锚索的装置以及用于容许所述扩大部分穿过所述设备且在将所述锚索供送到所述设备中之后将所述锚索自动地保持在所述设备中的装置。
文档编号E21B15/00GK101936173SQ20101016378
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月20日
发明者布兰特·赖特, 维尔·埃多斯, 迈克·乔治乌 申请人:乔伊·姆·特拉华公司