锚定机构和岩石锚索的制作方法

锚定机构和岩石锚索的制作方法
【专利摘要】一种扩张器机构10和一种锚索，其中，扩张器机构包括限定中心孔14的夹持器元件13，拉索端部15能够插入到中心孔14中。壳体16容纳所述元件13，且壳体16和元件13沿相面对的倾斜表面17、18滑动配合，使得相对运动增大或减小中心孔14的直径。多个扩张器元件25抵靠壳体16的外表面16滑动协作，使得壳体16相对于扩张器元件25的运动能够使扩张器元件25径向向外移位。壳体16具有前端21和后端31以及形成在后端31中的开口32，以允许插入的拉索11进入夹持器元件13的中心孔14。偏压装置34作用在壳体16和扩张器元件25之间，以沿一方向相对于壳体16偏压扩张器元件25。还提供了一种包括该扩张器机构10的锚索。
【专利说明】锚定机构和岩石锚索

【技术领域】
[0001]本发明涉及适于稳定岩壁和岩面的岩石锚杆，诸如用于地下采矿和巷道行业。本发明涉及采用柔性拉索和在拉索前端处的机械扩张器的岩石锚索(cable rock bolts),该机械扩张器用于将岩石锚杆锚定或辅助锚定在锚杆已经安装在其中的钻孔中。

【背景技术】
[0002]本发明背景的下列讨论旨在有利于理解本发明。然而，应该理解，该讨论不是确认或承认任何所涉及的材料是公开过的、已知的或是在本申请的 优先权日:前的公知常识的一部分。
[0003]用于地下米矿的岩石锚杆包括实心杆岩石锚杆和岩石锚索。实心杆岩石锚杆米用刚性的棒或杆，且由于杆是刚性的，所以岩石锚杆的最大长度由其安装的位置和方向以及安装区域中的空间尺寸确定。例如，如果岩石锚杆安装在垂直于巷道底部的矿井巷道顶部中，则锚杆的长度不能够比巷道的高度长。
[0004]相反地，由于岩石锚索采用柔性拉索而不是实心杆，所以由于拉索能够从不与钻孔对准的方向馈送到钻孔中，岩石锚索具有的优势是，锚杆的长度能够比安装区域中的空间的尺寸大。有利地，岩石锚索的长度能够显著大于矿井巷道的高度，且在很多情况下，大于巷道高度很多倍。
[0005]典型的铺索安装包括在矿井壁中钻出钻孔，诸如1m的钻孔,并接着将拉索插入到钻孔中。水泥灌浆接着绕拉索泵送到钻孔中，以将拉索固定在钻孔内。作为灌浆过程的一部分并且在水泥浆泵送到钻孔中之前，灌浆管通常在靠近矿井壁的端部处刚好插入到钻孔中，且该钻孔在该端部通过拉索和灌浆管周围的快速固化水泥浆密封或封闭。水泥浆能够接着通过灌浆管泵送到钻孔中。然而，当水泥浆进入钻孔时，其置换的空气必须从钻孔内排空。为此，小直径的塑料管能够附接到锚索的拉索，且该管能够完全延伸到锚杆的内端，从而为被置换的空气提供排放通道。
[0006]上述类型的锚索安装具有的第一问题是，该过程本身是累赘并耗时的，但更重要的是，锚索没有提供墙体加固或支撑，直到水泥灌浆固化。这可能需要长达2天，且因此岩石锚索在该时间内提供有限支撑或没有提供支撑。此外，这种类型的锚索需要单独操作，以将岩石板和任何其它相关配件安装到拉索的尾端并将拉索拉紧，因为这些活动无法在水泥浆的完全固化已发生之前进行。这能够包括一天或两天的延迟。在很多采矿环境中，矿井内的工作无法在锚索已全部安装以提供所需的支撑之前继续。
[0007]在实心杆岩石锚杆中，能够使用机械扩张锚将锚杆的前端或内侧端锚定到钻孔的内侧端。这些机械锚通常采用螺纹连接的实心杆，使得实心杆的旋转能够产生杆和锚之间的相对轴向移动，该相对轴向移动用于使锚抵靠着钻孔的相面对的内表面扩张。通过该扩张移动，锚摩擦夹紧所述相面对的表面，并将实心杆的内侧端锚定在钻孔内。
[0008]用于实心杆岩石锚杆的上述类型的扩张锚不适用于锚索。用于实心杆岩石锚杆的螺纹连接不可用于柔性拉索，且也不能够用于旋转拉索以产生所需的轴向移动。
[0009]在过去，已经在岩石锚索中使用机械锚，且在那些安装中，锚通过楔子布置配合到拉索。楔子布置包括成型到拉索或以其它方式固定在适当位置的楔形件，且扩张器元件定位成邻近该楔形件，但轴向朝向钻孔的开口端。因此，当拉索馈送到钻孔中时，楔形件在扩张器元件之前进入钻孔，但扩张器元件紧接着进入钻孔。楔形件和扩张器元件之间通常有轻微重叠。
[0010]扩张器元件附接到拉索，但是，以允许相对于拉索轴向移动的方式附接到拉索，使得需要时，元件能够相对于楔形件并在楔形件上轴向移动，从而扩张。为了维持元件邻近楔形件的位置，卷簧能够用于将元件偏压成与楔形件初始接合。卷簧能够在一端处支承抵靠扩张器元件，而在另一端处支承抵靠在与扩张器元件间隔开的位置处成型到拉索上的止挡部或邻接部。在岩石锚索安装到钻孔中期间，施加到扩张器元件的偏压载荷是较低的且仅足以维持扩张器元件相对于楔形件的位置。
[0011]因此，当拉索馈送到钻孔中时，楔形件和扩张器元件保持在一起，但是没有扩张发生。虽然扩张器元件在安装期间将趋向于刮擦相面对的钻孔孔壁表面，这会趋向于使扩张器元件远离楔形件移位，但弹簧的偏压抵抗该移动。然而，当拉索已到达其在钻孔内的最终位置时，施加到拉索的拉力使楔形件相对于扩张器元件轴向移动并迫使扩张器元件扩张，与钻孔孔壁摩擦接合。拉索被拉动，直到扩张器元件和孔壁之间的接合足以将拉索的前端锚定在适当位置的时候。
[0012]施加到拉索的拉力通常是大约10吨。一旦所需的力已施加到拉索，使得锚的扩张完成且拉索完全拉伸，则延伸到钻孔之外的拉索的相对端或尾端能够固定在适当位置，以防止拉索的返回轴向移动，从而维持在拉索中的所施加的拉伸。
[0013]上述形式的岩石锚索可以以预切的拉索长度供应，且机械锚固定到拉索的一端。一旦机械锚已激活，则锚索接着灌注到位。因此，灌浆管插入到钻孔的开口端中，且钻孔端部在该端部处用快速固化的水泥浆密封。如上所述，水泥浆能够接着通过灌浆管泵送到钻孔中，且塑料管能够用于将空气从钻孔内排放。
[0014]上述类型的锚索具有的主要问题是，它们不在现场制造且因此仅以固定长度供应，而且具有已附接到一端的机械扩张锚。这意味着锚索长度无法定制以适合现场的钻孔。矿井运营者必须购买成套长度的锚索，并将钻孔钻得适合稳固矿井壁时的那些长度。此外，如上所述，在必需允许水泥灌浆在安装程序完成之前固化的情况下，安装过程是累赘且耗时的。
[0015]最近以来，现在岩石锚索通过机器安装。在这种形式的安装中，首先钻出钻孔，并接着将水泥灌浆泵送到钻孔中，并然后将拉索插入到钻孔中。拉索存储在安装机器的卷匣上。当拉索已完全插入到钻孔中时，能够靠近钻孔的开口端切割拉索，留下少量拉索在钻孔之外，在某些安装中，留下大约300_，用于岩石板和拉紧装置的附接。然而，岩石板和拉紧装置至少24小时不能够附接，以便允许水泥灌浆至少部分固化。
[0016]因此，锚索的机器安装可允许安装不同长度的锚杆，但该安装仍具有如上所述的相同问题，由此一旦有水泥灌浆已部分或全部固化，则端部配件与锚索的附接就作为第二操作发生。
[0017]本发明的目的是解决或至少缓解与现有技术相关联的一个或多个劣势。


【发明内容】

[0018]根据本发明，有提供一种用于锚索的扩张器机构，包括:
[0019]多个拉索夹持器元件，该多个拉索夹持器元件布置成限定中心孔，拉索能够插入到该中心孔中，
[0020]壳体，该壳体容纳夹持器元件，
[0021]壳体和夹持器元件处于倾斜滑动接合，使得夹持器元件相对于壳体沿第一方向的滑动移动减小中心孔的直径，而夹持器元件沿相反的第二方向的滑动移动增大中心孔的直径，
[0022]多个扩张器元件，该多个扩张器元件布置用于抵靠壳体的外侧表面滑动接合，该滑动接合使得壳体沿第一方向相对于扩张器兀件的移动趋向于使扩张器兀件径向向外移位，
[0023]壳体具有前端和后端，穿过该后端设置开口，拉索能够通过该开口插入，以插入到夹持器兀件的中心孔中，
[0024]偏压装置，该偏压装置作用在壳体和扩张器元件之间，从而相对于壳体沿第二方向偏压扩张器元件。
[0025]本发明还提供了一种锚索，该锚索包括具有前端和尾端的伸长柔性的拉索和上述类型的扩张器机构，该扩张器机构附接到拉索的前端。
[0026]在本发明的某些形式中，本发明能够提供一种锚索，该锚索包括:
[0027]伸长柔性的拉索，该伸长柔性的拉索具有前端和尾端，
[0028]扩张器机构，该扩张器机构附接到拉索的前端，该扩张器机构包括:
[0029]多个拉索夹持器元件，该多个拉索夹持器元件布置成限定中心孔，拉索的前端能够插入到该中心孔中，
[0030]壳体，该壳体容纳夹持器元件，
[0031]壳体和夹持器元件处于倾斜滑动接合，使得夹持器元件相对于壳体沿第一方向的滑动移动减小中心孔的直径，以将拉索的前端夹紧，而夹持器元件沿相反的第二方向的滑动移动增大中心孔的直径，
[0032]多个扩张器元件，该多个扩张器元件布置用于抵靠壳体的外表面滑动接合，该滑动接合使得壳体相对于扩张器兀件沿第一方向的移动趋向于使扩张器兀件径向向外偏位，以夹紧钻孔的相面对的孔壁表面，
[0033]壳体具有前端和后端，穿过该后端设置开口，并且拉索延伸穿过该开口并延伸到夹持器兀件的中心孔中，
[0034]偏压装置，该偏压装置作用在壳体和扩张器元件之间，从而相对于壳体沿第二方向偏压扩张器元件。
[0035]本发明还提供了一种安装锚索的方法，该方法包括:
[0036]在岩壁中钻出钻孔，
[0037]通过以下方式将根据上述形式的任一种的扩张器机构附接到拉索的前端，S卩，将拉索的前端插入穿过壳体的后部中的开口并插入到夹持器元件的中心孔中，
[0038]用水泥浆至少基本上填充钻孔，并
[0039]将拉索馈送到钻孔中，
[0040]当拉索到达在钻孔内的期望位置时，向拉索施加拉力，该拉力趋向于使夹持器元件沿第一方向移位，以将拉索夹紧，并趋向于使壳体相对于扩张器兀件沿第一方向移位，以使扩张器元件径向向外移位，与钻孔的壁接合，以便将拉索的前端锚定在钻孔内。
[0041]本发明的扩张器机构的优点是，该扩张器机构能够在安装现场，即在矿井内连接到锚索的一端。因此，锚索不必远离现场形成或组装，而是，能够在矿井壁中钻出钻孔，并能够选择适当长度的拉索来形成岩石锚杆，且然后扩张器机构能够附接到所选择的拉索长度的前端。因此，本发明提供了锚索长度的灵活性，该灵活性在上述类型的现有技术锚索中是无法取得的。
[0042]本发明还高度适用于锚索的机器安装，其中拉索存储在卷匣上。有利地，在这种形式的机器安装中，扩张器机构可形成为非柱形的，这允许拉索安装到其中的柱形钻孔首先被填充水泥灌浆，且此后，拉索和附接到拉索的前端的扩张器机构能够随着水泥浆绕扩张器机构流动而通过水泥浆推动到钻孔中。即，通过形成为非柱形的扩张器机构，存在可用于水泥浆绕扩张器机构流动的空间，使得尽管钻孔填充有水泥浆，扩张器机构仍能够被推动至IJ钻孔中。
[0043]此外，通过机器安装，根据本发明的锚索能够与岩石板配合，且此后，在插入到填充有水泥浆的钻孔之后立即被拉伸。通过该安装，不需要岩石板的后期单独配件和对拉索的拉伸，且最重要地是，锚索能够立即提供所需的地面支撑。由于拉索的全部长度将结合到相面对的岩石，所以一旦水泥灌浆固化，由锚索提供的结构支撑就将只会增强。
[0044]在本发明应用于通过机器安装来安装的锚索的情况中，在拉索已经达到钻孔内的期望位置之后，切割拉索，只留下与延伸到钻孔之外的少量拉索，拉紧装置附接到该少量拉索。在这种布置中，拉索的长度与钻孔的深度直接相关，并且是现场选择的。
[0045]根据本发明的锚索通过机器的安装，尤其是与预填充有水泥灌浆的钻孔安装在一起，能够提供显著有效的安装过程及显著的成本降低。只要锚索可在单个阶段过程而不是要求第一安装阶段再接着第二拉伸阶段的现有技术过程内安装，则这些优势就出现。此外，本发明允许锚索的长度现场定制。
[0046]根据本发明的扩张器机构可被作为诸如通过机器安装的用于在矿场处现场使用的独立单元供应。因此，在其中扩张器机构还未附接到拉索的形式中，夹持器元件可松散地容纳在壳体内，直到拉索插入到壳体中。夹持器元件本身可以以如下的方式周向地固定在一起，该方式允许夹持器兀件相对于壳体一起轴向滑动，且在沿第二方向轴向移动时移位分开以增大中心孔的直径，而沿与第一方向相反的方向轴向移动时一起移位以减小中心孔的直径。弹性O形环能够用于该目的，且该O形环可位于形成在夹持器元件的外表面中的周向沟槽中。
[0047]夹持器元件松散地容纳在壳体内的替代是提供偏压，该偏压趋向于使夹持器元件沿第一方向移位，并与壳体的内表面形成接合，例如滑动接合。该偏压在本发明的某些形式中能够通过作用在壳体和夹持器元件的相面对端部之间的卷簧提供。壳体能够具有合适的弹簧接合结构，诸如端壁，或弹簧能够接合的一个或多个邻接部。弹簧能够与夹持器元件的轴线轴向对准。
[0048]当拉索插入到壳体中时，其将接合夹持器元件的前端，以进入到由该夹持器元件限定的中心孔中。通常,在拉索插入到中心孔中之前,中心孔的直径将比拉索的直径小。因此，当拉索插入到壳体中时，拉索的端部将趋向于顶靠夹持器元件的前端推动，接着夹持器元件趋向于沿第二方向轴向移动，以便允许夹持器元件径向分开，以增大中心孔的直径并允许拉索进入到中心孔中。为了促进拉索端部进入到中心孔中，夹持器元件能够限定倾斜或倒角处理的入口，当其插入到壳体中时，拉索的前端能够推入，以致使夹持器元件径向分开。因此，每个夹持器元件可具有绕中心孔的倾斜或倒角处理的前端或边缘，这也能够有助于引导拉索端部进入到中心孔中。
[0049]在本发明的某些形式中，扩张器机构的壳体能够包括轴向延伸部分，该轴向延伸部分从壳体的后端沿第一方向延伸并包括远离壳体后端的邻接部。在本发明的这些形式中，作用在壳体和扩张器元件之间的偏压装置能够受压地作用在该轴向延伸部分的邻接部和扩张器元件之间。偏压装置能够包括卷簧。
[0050]轴向延伸部分能够形成为管，该管连接到壳体的后端并完全绕着拉索或部分地绕着拉索延伸。所述轴向延伸部分能够是管状的，但纵向地分开成例如多个分开的延伸部分。一对相对置的延伸部分能够形成所述轴向延伸部分，并且这些部分能够通过一个或多个环沿着所述部分的长度连接起来。轴向延伸部分能够包括用于形成邻接部的凸缘，并且该凸缘能够远离壳体的后端形成，诸如在轴向延伸部分的远端处形成。在本发明的某些形式中，凸缘能够简单地是管的外展端部。
[0051]在本发明的上述形式中，拉索与扩张器机构的附接能够是这样的，即:通过将拉索穿过轴向延伸部分插入并插入到壳体中，并接着插入到夹持器元件的中心孔中。在轴向延伸部分由管或延伸部分形成的情况下，管和夹持器元件在拉索插入到其中时应是同轴的。
[0052]所述轴向延伸部分能够形成为壳体的一体部分，或其能够诸如通过螺纹连接、钎焊连接、铜焊连接或焊接连接而连接至容纳夹持器元件的壳体的部分。
[0053]使用作用在壳体和扩张器元件之间的偏压装置沿第二方向偏压扩张器元件，允许扩张器元件在扩张器机构插入到钻孔中时相对于壳体前后移位。需要该移动，以通过允许扩张器机构的直径改变响应于钻孔直径变化的直径，从而适应在钻出钻孔时发生的钻孔直径的正常变化。因此，在钻孔直径减小的情况下，扩张器元件能够克服偏压沿第一方向移动，以减小扩张器机构的外径，因此扩张器机构能够移动经过直径减小的钻孔的截面，且接着，一旦钻孔直径的直径增大，则扩张器机构就能够沿第二方向返回。
[0054]这重复了以上所述的内容。
[0055]根据本发明的扩张器机构能够具有任意数量的扩张器元件。在本发明的某些形式中，两个扩张器元件设置在扩张器机构的直径方向相对置的两侧上。在本发明的其它形式中，能够提供三个或四个扩张器元件。在本发明的大多数形式中，扩张器元件关于机构的中心轴线等距地间隔开。
[0056]能够提供支撑板或支撑构件，扩张器元件能够邻靠该支撑板或支撑构件，以限制扩张器元件沿第一方向相对于壳体或远离壳体的轴向移动。在支撑板或支撑构件横跨拉索通过扩张器机构所沿着的路径延伸的情况下，板或构件能够包括开口，拉索能够通过该开口插入。在壳体包括轴向延伸部分的本发明的形式中，该相同的开口能够容纳轴向延伸部分。
[0057]作用在壳体和扩张器元件之间的偏压装置能够制成为作用在壳体和支撑板或支撑构件之间，并且在壳体包括轴向延伸部分的本发明的那些形式中，卷簧能够制成为方便地作用在轴向延伸部分的邻接部或凸缘和支撑板或支撑构件之间。
[0058]壳体能够在其前端处封闭，以形成端壁。有利地，通过在前端处封闭壳体，插入到扩张器机构中的拉索被防止完全延伸穿过扩张器机构。通过这种布置，当拉索被馈送到孔中时，拉索的端部顶靠着壳体的封闭前端推动，且因此拉索将扩张器机构向前推动到钻孔中。通过这种布置，扩张器机构在其通过拉索插入到钻孔中时不必另外夹紧拉索。
[0059]壳体的前端能够形成为封闭结构，或者壳体能够包括由诸如例如端帽或塞件的封闭构件封闭的开口。在壳体的前端形成为封闭的情况下，夹持器元件能够通过设置成穿过壳体的后端的开口插入到壳体中。在替代布置中，在开口设置在壳体的前端中的情况下，夹持器元件能够在用封闭构件封闭之前通过前端插入。根据壳体的构造，可容纳在壳体内的其它元件也能够通过前端或后端插入，且这包括例如卷簧的偏压装置，该偏压装置作用在上述壳体和夹持器兀件上。
[0060]封闭构件能够相对于形成在壳体的前端中的开口以任何适当的方式固定在适当位置。适当布置包括通过螺纹连接、焊接、铜焊、钎焊或压接来固定封闭构件。应该理解，不管壳体形成有封闭的前端还是其形成有由封闭构件封闭的开口，意图都是:一旦夹持器元件被放置在壳体内，则它们被容纳，防止从壳体松开。通过这种布置，扩张器机构能够被制造出来且在夹持器元件已定位在壳体内并准备接纳拉索的端部的情况下送到矿场。通过这种布置，矿工能够仅仅通过将拉索插入到壳体中而容易地将扩张器机构附接到拉索的端部，拉索插入到壳体中将自动致使拉索的端部进入由夹持器元件限定的中心孔。该过程简单且不要求技术熟练员工。此外，不需要工具且不需要现场组装扩张器机构。将拉索推动到扩张器机构中并将扩张器机构保持在适当位置直到拉索已经进入夹持器元件的中心孔是简单的事情。
[0061]在本发明的某些形式中，扩张器元件和壳体可轴向互锁，使得扩张器元件能够相对于壳体轴向移动，但是基本上阻止相对于壳体的周向移动。由于从安装机器的卷筒展开的拉索偶尔轻微旋转，因此这种互锁布置可为机器安装提供特别好处。该旋转能够使扩张器元件相对于壳体移位，以将它们定位在不利于正确操作的位置。因此，允许扩张器元件和壳体之间的所需相对轴向移动、但限制周向移动的在扩张器元件和壳体之间的互锁能够不管任何拉索旋转而维持扩张器元件相对于壳体正确定位。
[0062]虽然扩张器元件和壳体之间的互锁能够采用任何适当形式，但在某些形式中，能够提供轴向延伸的榫舌和凹槽布置(tongue and groove arrangement),由此扩张器元件和壳体中的一个包括榫舌部件或多个榫舌部件，而扩张器元件和壳体中的另一个包括沟槽或多个沟槽。
[0063]在本发明的扩张器机构用于机器安装的情况下，扩张器机构的横截面能够形成为非柱形的，以允许锚定机构推动到填充有水泥浆的柱形钻孔中。由于钻入到矿井壁中的钻孔将是柱形的，所以扩张器机构的非柱形横截面将允许扩张器机构周围的空间用于在扩张器机构被推动到钻孔中时水泥浆流动经过扩张器机构。虽然扩张器机构的非柱形横截面形状能够是任何合适的形状，但在本发明的某些形式中，扩张器元件形成用于接合钻孔孔壁的表面的一对直径方向相对的凸形的钻孔接合表面，并且在钻孔接合表面之间延伸的扩张器机构的侧壁间隔开一定距离，该距离比钻孔接合表面之间的间隔的距离小。侧壁能够是直的或线形的或其它形状，诸如是弯曲的。在扩张器机构的某些形式中，穿过扩张器元件的扩张器机构的横截面是稍微椭圆形的，其中弯曲的端部由相对较直的侧面连接。该形状方面的变化可采用，但对于最大水泥浆流，与钻孔的直径相比，扩张器机构的横截面面积的大幅降低是令人满意的。

【专利附图】

【附图说明】
[0064]为了更全面地理解本发明，现将参照附图描述一些实施例，附图中:
[0065]图1是根据本发明的一种形式的锚索的剖视图。
[0066]图2是图1的锚索的扩张器机构的剖视图。
[0067]图3是沿图1的AA截取的剖视图。
[0068]图4是图3的视图的替代布置的剖视图。
[0069]图5是根据本发明的替代扩张器机构的剖视图。

【具体实施方式】
[0070]参照图1和2，示出了扩张器机构10，且在图1中，机构10被示出附接到拉索11的前端。拉索11在图1中示出为在扩张器机构10和拉紧装置12之间断开。拉索11的实际长度能够从2m至15m，但更长或更短的长度是可能的。
[0071]首先参照图2，扩张器机构10包括多个拉索夹持器元件13，该多个拉索夹持器元件13能够在图3和4的每个剖视图中看见。夹持器元件13彼此相同，并且被形成为圆段，且尺寸被设定成使得当夹持器元件13牢固地夹住拉索11的外侧表面时，如图1所示，在元件13的面对的边缘之间的间隙G(参见图3)保留。
[0072]如图1和2所示，夹持器元件13限定中心孔14，拉索11的前端15能够插入到该中心孔14中。图1示出了插入到中心孔14中的前端15，而图2示出了空的并准备接纳前端15的中心孔14。
[0073]夹持器元件13容纳在壳体16内。该壳体16限定圆锥形的内部空间并因此具有倾斜的内表面或壁17。表面17与夹持器元件13的相面对(facing)的表面或壁18互补地倾斜。这种布置使得能够实现在相应的壳体的表面17和夹持器元件的相面对的壁18之间的倾斜滑动接合，且该布置是这样的，即:使得夹持器元件13相对于壳体16沿第一方向DF的移动减小中心孔14的直径，而夹持器元件沿相反的第二方向DS的移动允许中心孔14的直径增大。夹持器元件13被卷簧20沿第一方向DF偏压，该卷簧20作用在壳体16的前端壁21和夹持器元件13的相面对(facing)的端部22之间。
[0074]扩张器机构10还包括定位成抵靠壳体16的外表面26滑动接合的多个扩张器兀件25-在该实例中有两个扩张器元件25。像在夹持器元件13和壳体16的倾斜表面17之间可实现的倾斜滑动接合一样，扩张器元件25具有内倾斜表面27，该内倾斜表面27具有适于抵靠壳体16的外表面26滑动接合的倾斜度。该布置是这样的，即:使得壳体16相对于扩张器兀件25沿第一方向DF的轴向移动趋向于使扩张器兀件25径向向外移位,而沿相反的第二方向DS的相对轴向移动允许扩张器兀件25径向向内移动。
[0075]因此，扩张器机构10允许在夹持器元件13和壳体16之间以及在壳体16和扩张器元件25之间的相对移动。本文稍后将针对它们为将锚索安装到矿井壁中钻出的钻孔中提供的优点来描述这两种形式的相对运动的设置。
[0076]进一步描述扩张器机构10，壳体16包括呈管30形式的轴向延伸部分，该管30通过螺纹连接、铜焊连接、钎焊连接或焊接连接而连接到壳体16的后端31。可替代地，管30能够与壳体16 —体地形成。管30被连接至形成在壳体16的后端31中的开口 32的内表面，且在图1中能够看见拉索11延伸穿过管30和开口 32。
[0077]应当容易理解的是，虽然附图中示出了管30，但管能够不同于所示出的管，并且能够例如包括用于诸如通过螺纹接合或焊接而连接到开口 32的圆形带和从该圆形带沿方向DF延伸并延伸到任意适当形式的邻接部的两个伸长元件。其它布置是可能的且在本发明的范围内。
[0078]管30限定在管30的远端处或在管30的远离壳体16的后端31的端部处的凸缘33。该凸缘33形成卷簧34能够作用在其上的邻接部。卷簧34形成偏压装置的一部分，该偏压装置作用在壳体16 (管30是该壳体16的一个部分)和扩张器元件25之间，这趋向于沿第二方向DS相对于壳体16偏压扩张器元件25。因此，如图1和2所示，卷簧34受压地作用。本发明还涵盖其中偏压装置受拉地作用的布置。
[0079]卷簧34的相对端作用在支撑板35上，该支撑板35邻靠扩张器元件25的后端36。支撑板35包括开口 37，管30延伸穿过该开口 37。通过提供在支撑板35和扩张器元件25之间的邻接接触，扩张器元件25能够径向向外扩张，即，扩张器元件25能够相对于板35径向移位。
[0080]在图2中，示出了绕扩张器元件25外侧延伸的套筒38。该套筒38在扩张器机构10组装之后被施加到扩张器机构10，以将扩张器元件25维持在图2所示的位置中。套筒38能够移除，以将扩张器机构10插入到矿井壁中的钻孔，或其能够作为安装过程的一部分而分解。该套筒能够是橡胶、弹性塑料、金属带或其它合适材料。
[0081]参照图2，能够看见，在没有拉索已经插入到扩张器机构10中的情况下，夹持器元件13在偏压弹簧20的影响或载荷下邻近壳体16的后端31定位。此外，扩张器元件25在其前端39处与壳体16的外表面26只有一小部分重叠。相反地，在图1中，拉索11的前端15已经插入到扩张器机构10中且已附接到拉索11的机构10已经插入到已经钻进到矿井壁41中的钻孔40中。在图1的布置中，拉索夹持器13已经沿方向DS在壳体16内移动。沿该方向的移动已经增大了夹持器元件13的中心孔14的直径，以允许拉索11的前端15容纳在该中心孔14内。此外,在图1中扩张器兀件25被不出处于与壳体16的外表面26显著重叠的位置。
[0082]在图1所示的位置中，拉索夹持器元件13与拉索11的前端15形成牢固的夹紧连接。夹持器元件13的形成中心孔14的表面在图1和2示出为锯齿状，且这增强了在拉索11的前端15和夹持器元件13之间形成的夹紧力。
[0083]同样地，扩张器元件25的外表面42是锯齿状的，用于增强在元件25和钻孔40的相面对的表面之间的摩擦夹紧。
[0084]现将描述在如图2所示的和如图1中所安装的扩张器机构之间发生转换的方式。
[0085]为了将拉索11的前端15附接到扩张器机构10，非常简单的过程是必要的，该过程不要求专业工装技能。首先必要的是，将前端15馈送到管20中，使得前端15进入壳体16。在进入时，拉索11的最前端将接合夹持器元件13，且如图1和2所示，这些端部43是倒角处理的，以便有助于前端15相对于夹持器元件13定位以进入钻孔14。
[0086]将拉索11进一步馈送到扩张器机构10中将迫使夹持器元件13克服卷簧20的偏压影响沿方向DS移位，并且因为拉索11的前端15支承抵靠在夹持器元件13的倒角端43上，所以夹持器元件13将被迫使径向向外，以增大中心孔14的直径。在其沿方向DS移动时，夹持器元件13能够顶靠着倾斜的侧壁17滑动。
[0087]拉索11的直径将确定为了让中心孔14的直径增大到足以使拉索端部15进入中心孔14，夹持器元件13需要沿DS方向移位运动多少。典型的移动量将大约是5至30mm。
[0088]前端15将最终进入到中心孔14中，且一旦其接合前端21，如图1所示，则拉索11到扩张器机构10中的进一步馈送终止。现在，扩张器机构10连接到前端15。如将显而易见的，该连接过程已经是极其简单的。扩张器机构10不被锚定到前端15，而是连接到前端。
[0089]现在，拉索11能够馈送到图1所示的钻孔40中。拉索11的前端15通过其与前端21的接合而将扩张器机构10推动到钻孔中。当馈送发生时，扩张器元件25的外表面42可顶靠着钻孔40的孔壁刮擦。该刮擦移动能够使扩张器元件25沿方向DF移位，但管30和卷簧34的布置使扩张器元件25维持在与壳体16的外表面26重叠的位置，同时仍允许扩张器机构10容易地插入到钻孔40中。扩张器元件25的移动量取决于扩张器机构10配合在钻孔40内的紧密程度，或换言之，其取决于扩张器机构10的外径相对于钻孔40的直径的相对尺寸。
[0090]当扩张器机构10和拉索11已被推动到最终位置时，如图1所示，能够通过拉紧装置12来拉伸拉索11，这要求沿方向DF向拉索11施加拉力。该拉力被施加到拉索11的尾端46，并致使夹持器元件13相对于壳体16沿方向DF移位，以减小中心孔14的直径并因此牢固地接合前端15。此外，该拉力将趋向于沿方向DF相对于扩张器元件25拉动壳体16，以使扩张器元件25抵靠着钻孔40的表面径向扩张并夹紧该表面。所施加的拉力能够在1t的范围中，且通过该拉力，前端15和钻孔40表面中的每个被牢固地夹紧，且因此拉索11被牢固地锚定在钻孔40的内侧端处。然后，能够停掉拉紧装置12，且这能够仅仅通过包括筒44和楔子45的“筒和楔”布置结构实现，该“筒和楔”布置结构抵靠着岩石板47夹紧拉索11的尾端，该岩石板47配合在钻孔40的开口端上。一旦拉紧装置12已停掉，包括扩张器机构10、拉索11和拉紧装置12的锚索现在就被牢固地锚定并对矿井壁41提供结构支撑。
[0091]如附图所示的本发明适于手动安装或机器安装。在机器安装的情况下，该过程能够包括在安装锚索之前用水泥灌浆来填充钻孔40。为此，扩张器机构10能够形成为具有非圆形形状，使得当扩张器机构10被推动到充满水泥浆的钻孔中时，在机构10的一侧或任一侧上的间隙允许水泥浆流动经过机构10，从而机构10能够按需要进入钻孔。参照图3和4，钻孔40的孔壁用虚轮廓线表示，且能够看到在扩张器元件25的一对直径方向相对置的凸形的钻孔接合表面50之间的机构10的任一侧上存在空间S。应该理解，侧壁51被示出是完全平坦的，而实际上，并非总是这样。然而，侧壁51在表面50之间延伸以允许在扩张器机构10的任一侧上在钻孔40内存在空间S。
[0092]图3和4另外示出了存在于壳体16和扩张器元件25之间的互锁装置。该互锁装置包括壳体16的轴向延伸的榫舌52和扩张器元件25的轴向延伸的沟槽53。如果需要，这可互换。
[0093]图4示出了除了互锁布置不同于图3，与图3所示大致相同的布置。因此，图4示出了包括壳体16的榫舌54和扩张器兀件25的沟槽55的互锁布置。榫舌54从其延伸的表面56在图4中是倾斜的，而在图3中是直的。在其它方面中，图4与图3相比的布置之间没有差异。
[0094]图5示出了稍微不同于图2的扩张器机构。在图5中，与图2相同的部件具有相同附图标记加上100。因此，扩张器机构100包括套筒138、扩张器元件125、管130和夹持器元件113。
[0095]壳体110稍微不同于较早附图的壳体16，并且将形成以下讨论的主题。在图5中，壳体110包括在其前端112处的开口 111，在图5中示出了该开口 111由封闭构件113封闭。该封闭构件113被示出为通过压接件114固定在开口 111中的适当位置，但封闭构件113能够替代地被焊接、铜焊、钎焊、螺纹连接或以其它方式固定到所示位置中。
[0096]图5所示的布置的优势在于，能够利用开口 111将夹持器元件113和弹簧120插入到壳体I1中。一旦这些部件已经被插入以及任何其它部件要求插入，则封闭构件113能够安装并且能够通过压接或如上所述的其它机构固定在适当位置。当拉伸力施加到拉索11且扩张器兀件25抵靠着倾斜表面26径向向外移动时,封闭构件还对壳体110提供显著支撑，以防止壳体110径向塌陷。
[0097]图5还示出了在周向沟槽内用于将夹持器元件一起保持在壳体110内的O形环115。同样布置可应用于较早附图的夹持器元件13。
[0098]图5中的布置的替代是图2所示的布置，由此壳体16内的部件通过后端31中的开口 32插入。然而，如图5所示，开口 111能够比开口 32大，因此允许部件更容易插入到壳体110中。
[0099]本文所描述的发明容易进行除了特别描述的那些之外的变型、改型和/或补充，且应该理解，本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有这些变型、改型和/或补充。
[0100]贯穿本说明书的描述和权利要求书，词语“包括(compri se) ”及诸如“包括(comprises) ”和“包括(comprising) ”的该词语的变型不旨在排除其它添加物、部件、倍数或步骤。
【权利要求】
1.一种用于锚索的扩张器机构，包括: 多个拉索夹持器元件，所述多个拉索夹持器元件布置成限定中心孔，拉索能够插入到所述中心孔中， 壳体，所述壳体容纳所述夹持器元件， 所述壳体和所述夹持器元件具有相面对的倾斜表面，用于倾斜滑动接合，使得所述夹持器元件相对于所述壳体沿第一方向的轴向滑动移动减小所述中心孔的直径，并且所述夹持器元件沿相反的第二方向的轴向滑动移动增大所述中心孔的直径， 多个扩张器元件，所述多个扩张器元件布置用于抵靠所述壳体的外侧表面滑动接合，所述滑动接合使得所述壳体沿所述第一方向相对于所述扩张器元件的移动趋向于使所述扩张器元件径向向外移位， 所述壳体具有前端和后端，穿过所述后端设置开口，拉索能够通过所述开口插入，以插入到所述夹持器元件的所述中心孔中， 偏压装置，所述偏压装置作用在所述壳体和所述扩张器元件之间，所述偏压装置相对于所述壳体沿所述第二方向偏压所述扩张器元件。
2.根据权利要求1所述的扩张器机构，所述夹持器元件相对于所述壳体的轴向滑动移动的量在5mm至30mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的扩张器机构，所述夹持器元件沿所述第一方向被偏压。
4.根据权利要求3所述的扩张器机构，所述夹持器元件被作用在所述壳体和所述夹持器元件的相面对的端部之间的卷簧沿所述第一方向偏压。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的扩张器机构，所述夹持器元件以允许所述夹持器元件相对于所述壳体一起轴向滑动且在沿所述第二方向轴向移动时移位分开以增大所述中心孔的直径而在沿所述第一方向轴向移动时一起移位以减小所述中心孔的直径的方式周向地固定在一起。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的扩张器机构，所述壳体包括轴向延伸部分，所述轴向延伸部分从所述壳体的所述后端沿所述第一方向延伸，并且所述轴向延伸部分包括远离所述壳体的所述后端的邻接部，所述偏压装置受压地作用在所述邻接部和所述扩张器元件之间。
7.根据权利要求6所述的扩张器机构，所述偏压装置包括卷簧。
8.根据权利要求6或7所述的扩张器机构，所述轴向延伸部分包括连接到所述壳体的所述后端并绕所述拉索延伸的管，所述管包括形成所述邻接部的凸缘，并且所述凸缘形成为远离所述壳体的所述后端。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的扩张器机构，所述扩张器元件连接在一起。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的扩张器机构，所述扩张器元件与支撑板邻接接合，并且所述支撑板包括开口，拉索能够通过所述支撑板的开口插入，以插入通过所述壳体的所述后端。
11.根据权利要求9或10所述的扩张器机构，所述偏压装置作用在所述壳体和所述扩张器元件之间，从而作用在所述壳体和所述扩张器元件之间的连接之间。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的扩张器机构，所述壳体的所述前端是封闭的。
13.根据权利要求12所述的扩张器机构，所述壳体的所述前端包括由封闭构件封闭的开口。
14.根据权利要求13所述的扩张器机构，所述封闭构件被螺纹连接到、焊接到或压接到所述开口，以将所述开口封闭。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的扩张器机构，所述夹持器元件的所述中心孔具有倒角处理的入口。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的扩张器机构，所述夹持器元件容纳在所述壳体内，以防止从所述壳体松开。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的扩张器机构，所述扩张器元件和所述壳体轴向互锁，使得所述扩张器元件能够相对于所述壳体轴向移动，但是基本上阻止所述扩张器兀件相对于所述壳体周向移动。
18.根据权利要求17所述的扩张器机构，互锁包括轴向延伸的榫舌和凹槽布置。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的扩张器机构，所述扩张器机构的横截面是非柱形的。
20.根据权利要求19所述的扩张器机构，所述扩张器元件形成一对直径方向相对置的凸型的钻孔接合表面和在所述钻孔接合表面之间延伸的一对侧壁，所述钻孔接合表面用于接合钻孔的孔壁的表面，在所述钻孔接合表面之间的距离比在所述侧壁之间的距离大。
21.一种锚索，包括:具有前端和尾端的伸长柔性的拉索；和根据权利要求1至20中的任一项所述的扩张器机构，所述扩张器机构附接到所述拉索的所述前端。
22.—种锚索，包括: 伸长柔性的拉索，所述伸长柔性的拉索具有前端和尾端， 扩张器机构，所述扩张器机构附接到所述拉索的所述前端，所述扩张器机构包括: 多个拉索夹持器元件，所述多个拉索夹持器元件布置成限定中心孔，所述拉索的所述前端延伸到所述中心孔中， 壳体，所述壳体容纳所述夹持器元件， 所述壳体和所述夹持器元件具有相面对的倾斜表面，用于倾斜滑动接合，使得所述夹持器元件相对于所述壳体沿第一方向的轴向滑动移动减小所述中心孔的直径，以将所述拉索的所述前端夹紧，并且所述夹持器元件沿相反的第二方向的轴向滑动移动增大所述中心孔的直径， 多个扩张器元件，所述多个扩张器元件布置用于抵靠所述壳体的外侧表面滑动接合，所述滑动接合使得所述壳体沿所述第一方向相对于所述扩张器元件的移动趋向于使所述扩张器元件径向向外移位，以夹紧钻孔的相面对的孔壁表面， 所述壳体具有前端和后端，穿过所述后端设置开口，并且所述拉索延伸穿过所述开口并延伸到所述夹持器元件的所述中心孔中， 偏压装置，所述偏压装置作用在所述壳体和所述扩张器元件之间，所述偏压装置相对于所述壳体沿所述第二方向偏压所述扩张器元件。
23.一种安装锚索的方法，包括: 在岩壁中钻出钻孔， 通过以下方式将根据权利要求1至20中的任一项所述的扩张器机构附接到拉索的前端，即，通过所述壳体的后部中的开口将所述前端插入并将所述前端插入到所述夹持器元件的所述中心孔中， 用水泥浆至少大致填充所述钻孔，并将所述拉索馈送到所述钻孔中， 当所述拉索到达在所述钻孔内的期望位置时，向所述拉索施加拉力，所述拉力趋向于使所述夹持器元件沿所述第一方向移位，以将所述拉索夹紧，并趋向于使所述壳体相对于所述扩张器元件沿所述第一方向移位，以使所述扩张器元件径向向外移位，与所述钻孔的孔壁接合，以便将所述拉索的前端锚固在所述钻孔内。
24.根据权利要求23所述的方法，所述方法包括:当所述拉索到达在所述钻孔内的期望位置时，从更长长度的拉索切割所述拉索。
25.根据权利要求24所述的方法，所述更长长度的拉索是拉索卷。
26.根据权利要求23至25中的任一项所述的方法，拉索的长度由所述钻孔的深度确定。
【文档编号】E21D21/00GK104379871SQ201380032204
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】米奇斯瓦夫·劳陶伊 申请人:山特维克知识产权股份有限公司