Техническая область применения
Настоящее изобретение относится к буровому элементу и к анкерному болту, пригодным для использования при горных работах и проходке тоннелей.
Предпосылки создания изобретения
Опора для поддерживания крыши и стены представляет собой критичный аспект выполнения операций при ведении горных работ и проходке тоннелей. Стены и крыши шахты и тоннеля состоят из пластов горной породы, которая должна быть укреплена для предотвращения возможности ее обрушения. Для укрепления горной породы широко используют анкерные болты. С этой целью в шпуре, поперечно пробуренном сквозь горную породу, закрепляют стержень и часто обеспечивают его натяжение. Обычно болт крепят посредством использования цементирующей текучей среды на основе полимера или цемента, которую вводят в пространство вокруг болта и активируют.
Самобурящие анкерные болты сочетают бурение и введение болта в пробуренный шпур. Самобурящие анкерные болты обычно имеют буровой наконечник, прикрепленный к концу трубчатого стального элемента так, чтобы одновременно происходили бурение шпура и введение болта. Самобурящие анкерные болты при горных работах обычно не используются вследствие высокой стоимости трубной стали, которая должна быть применена как для обеспечения доступа промывочной и цементирующей текучих сред, так и для обеспечения конструктивной прочности, которая требуется для укрепления горной породы.
Приведенное выше обсуждение предпосылок для создания изобретения включено сюда для разъяснения ситуации, относящейся к настоящему изобретению. Не следует считать, что какой-либо из противопоставленных документов или других материалов был опубликован, был известен или являлся частью общеизвестных сведений в Австралии на дату приоритета какого-либо одного из пунктов формулы изобретения согласно этому описанию.
Описание изобретения
В настоящем описании и пунктах формулы изобретения слово «содержат» и варианты этого слова, такие как «содержащий» и «содержит», не предполагают исключение других добавлений, стадий или целых чисел.
Согласно первому аспекту в настоящем изобретении создан буровой элемент, имеющий противоположные первый и второй концы и стержень (или первый удлиненный элемент), проходящий между концами, по меньшей мере, один буровой наконечник, расположенный на первом конце, при этом второй конец предназначен для соединения с буровым устройством для возможности вращения болта и передачи ему осевого усилия, втулку (или второй удлиненный элемент), проходящую вдоль и вокруг стержня, и проход, образованный между втулкой и стержнем для возможности пропускания текучей среды вдоль стержня болта.
Для указанной конструкции можно пропускать буровую текучую среду вдоль стержня и через первый конец для содействия вымыванию материала с поверхности горной породы в течение бурения. Такая текучая среда может представлять собой воду или подобную жидкость в случае процесса влажного бурения либо воздух в случае процесса вакуумного бурения. Кроме того, текучую среду можно принудительно подавать вдоль прохода к первому концу или, как вариант, ее можно откачивать от первого конца ко второму концу.
В одном из вариантов осуществления конструкции первый конец включает, по меньшей мере, один буровой наконечник, который проходит в радиальном направлении от оси бурового элемента на расстояние, большее чем втулка. В случае такой компоновки при использовании формируют наружный проход между стороной пробуренного шпура и втулкой. Формирование наружного прохода способствует обеспечению пути циркуляции в пробуренном шпуре, где текучая среда может быть направлена к первому концу через один проход и подана от первого конца для выхода из шпура вдоль другого прохода.
В одном из вариантов осуществления конструкции к одному концу стержня крепят, по меньшей мере, один буровой наконечник. В другом варианте буровой элемент содержит буровое долото, которое подсоединено к концу стержня и включает буровой наконечник.
Для обеспечения прохождения текучей среды вдоль стержня созданы отверстия для ее прохождения. В одном из вариантов эти отверстия выполнены на соответствующих концах втулки либо вблизи от этих концов. Кроме того, могут быть выполнены каналы, которые обеспечивают возможность введения текучей среды в проход через муфту, которая расположена вокруг стержня вблизи от его второго конца. Другой канал может быть образован вблизи первого конца для содействия потоку текучей среды между проходом и буровым наконечником. По меньшей мере, часть канала, которая проходит к буровому наконечнику, может быть расположена внутри бурового элемента.
В одном варианте стержень способен воспринимать сжимающую и крутящую нагрузку, действующую на буровой элемент в течение бурения. В одном из вариантов втулка имеет значительно меньшую прочность, чем стержень.
В одном варианте осуществления стержень выполнен из стального прутка. В альтернативном варианте стержень выполнен из материала, армированного волокном, например из стекловолокна.
В одном варианте втулка изготовлена из пластика. В альтернативной форме втулка изготовлена из листового металла, обычно из тонкого листового металла.
В одном варианте буровой элемент предназначен для фиксации в шпуре, пробуренном буровым элементом, так чтобы образовать самобурящий анкерный болт.
В одном варианте, когда образованы внутренний и наружный проходы, такие проходы используют для введения жидкого цементирующего состава в пробуренный шпур и они могут быть заполнены этим составом для содействия обеспечению требуемого сцепления болта с горной породой.
В одном варианте наружная поверхность самобурящего анкерного болта выполнена шероховатой или витой для содействия сцеплению цементирующего состава со стержнем. В одном из вариантов внутренняя и наружная поверхности втулки также выполнены шероховатыми или витыми.
В одном варианте самобурящий анкерный болт дополнительно содержит анкерное средство для фиксации анкерного болта в пробуренном шпуре.
В конкретном варианте анкерное устройство имеет возможность перемещения из отведенного положения, в котором оно препятствует бурению шпура, в расширенное положение, в котором оно предназначено для удерживания анкерного болта в пробуренном шпуре.
В конкретном варианте болт способен вращаться в первом направлении для выполнения бурения и во втором, противоположном направлении для перемещения анкерного средства из его отведенного положения в расширенное положение.
Втулка может быть деформирована при приложении осевой силы к ее первому концу, и когда такая деформация произойдет, втулка будет проходить в радиальном направлении за буровой наконечник.
Анкерный болт, кроме того, может содержать поверхность зацепления, и в этом случае деформация втулки происходит при ее относительном перемещении поперек такой поверхности. Поверхность зацепления может быть расположена на стержне. Как вариант, поверхность зацепления может быть расположена на буровом долоте.
Втулка может быть деформирована под воздействием осевого сжатия, либо она может включать в себя, по меньшей мере, одну ослабленную зону, которая способствует деформации втулки. По меньшей мере, одна ослабленная зона может быть выполнена в форме прорези, образованной во втулке.
В одном из вариантов осуществления конструкции анкерное средство расположено вблизи первого конца, и оно действует в ответ на осевое перемещение стержня относительно втулки.
В одном из вариантов анкерное средство образует часть втулки или подсоединено к ней. В одном из вариантов анкерное средство предназначено для деформации втулки.
В одном из вариантов осуществления конструкции анкерное средство выполнено в виде, по меньшей мере, одной расширяющейся оболочки, которая может быть смещена в радиальном наружном направлении. В одном из вариантов анкерный болт включает поверхность зацепления, при этом, по меньшей мере, одна расширяющаяся оболочка может быть приведена в действие при движении поверхности зацепления поперек внутренней поверхности, по меньшей мере, одной расширяющейся оболочки.
В одном из вариантов осуществления конструкции самобурящий анкерный болт дополнительно содержит муфту, которая проходит вокруг стержня вблизи его второго конца и может быть смещена в осевом направлении вдоль стержня болта.
Втулка может быть смещена вдоль стержня в ответ на перемещение муфты вдоль стержня.
Муфта может быть подсоединена к стержню посредством наружной резьбы, выполненной на стержне, которая входит в зацепление с сопрягающейся с ней внутренней резьбой на муфте.
В одном из вариантов осуществления конструкции анкерный болт предназначен для соединения с буровым устройством посредством соединения бурового устройства с муфтой.
В одном из вариантов осуществления конструкции самобурящий анкерный болт дополнительно содержит упорный элемент, расположенный вблизи второго конца, при этом упорный элемент может смещаться вдоль стержня и имеет упорную поверхность, которая обращена к первому концу и выступает в радиальном направлении от оси болта на расстояние, большее чем буровой наконечник.
Еще в одном варианте осуществления конструкции стержень и втулка самобурящего анкерного болта выполнены из множества секций, соединенных друг с другом.
Согласно еще одному аспекту в изобретении создана комбинация стержня и втулки для использования в буровом элементе или анкерном болте, который описан выше. Стержень предназначен для расположения на его первом конце бурового наконечника. Буровой наконечник может быть подсоединен непосредственно к стержню, либо, как вариант, он установлен на буровом долоте, которое прикреплено к стержню.
Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении создано буровое долото, содержащее корпус с противоположными концами и поверхностью стенки, проходящей между этими концами, по меньшей мере, один буровой наконечник, расположенный на одном конце, при этом другой конец бурового долота подсоединен к буровой штанге, а от поверхности стенки, по меньшей мере, к одному буровому наконечнику проходит, по меньшей мере, один канал.
Буровое долото может включать часть поверхности стенки, которая сужается наружу по направлению к одному концу.
Согласно еще одному аспекту изобретения создан способ бурения, содержащий следующие операции: бурение шпура в горной породе, используя буровой элемент, имеющий буровой конец и противоположный конец, подсоединенный к буровому устройству; подача буровой текучей среды к буровому концу в течение бурения шпура посредством транспортирования текучей среды вдоль наружной поверхности стержня болта.
Согласно еще одному аспекту изобретения создан способ стабилизации горной породы, содержащий следующие операции: бурение шпура в горной породе, используя самобурящий анкерный болт, имеющий буровой конец и противоположный конец, соединенный с буровым устройством; подача буровой текучей среды к буровому концу в течение бурения шпура посредством транспортирования текучей среды вдоль наружной поверхности стержня болта; фиксация анкерного болта внутри шпура для стабилизации горной породы.
Буровая текучая среда может быть направлена вдоль стержня в проход, образуемый втулкой, расположенной вокруг и вдоль стержня.
Между втулкой и стороной шпура может быть образован дополнительный проход, при этом обеспечивают течение буровой текучей среды к буровому концу через один проход и ее удаление из отверстия через другой проход.
Буровую текучую среду можно нагнетать к буровому концу от второго конца либо эту текучую среду можно откачивать ко второму концу посредством всасывающего устройства.
В шпур может быть введен цементирующий состав для фиксации анкерного болта относительно горной породы.
Перед введением цементирующего состава в шпур сначала может быть осуществлено закрепление анкерного болта в шпуре.
Стержень бурового элемента или анкерного болта, описанный выше в произвольной форме, может, например, представлять собой полую штангу, имеющую круглое поперечное сечение, сплошную штангу, имеющую круглое поперечное сечение, полую штангу, имеющую некруглое поперечное сечение, или сплошную штангу, имеющую некруглое поперечное сечение. Кроме того, стержень может иметь гладкую, проходящую в осевом направлении наружную поверхность либо, как вариант, шероховатую или неровную поверхность, при этом шероховатая или неровная поверхность обеспечивает дополнительное сцепление между цементирующим составом и первым удлиненным элементом.
Втулка может, например, представлять собой полую штангу, имеющую круглое поперечное сечение, либо полую штангу, имеющую некруглое поперечное сечение. Внутренняя и наружная поверхности втулки могут представлять собой гладкую либо, как вариант, шероховатую или неровную поверхность, обеспечивающую дополнительное сцепление между цементирующим составом и втулкой и между втулкой и поверхностью горной породы. Кроме того, втулка может быть выполнена гофрированной для дополнительного сцепления между цементирующим составом и втулкой, при этом гофрирование обеспечивает передачу напряжения между внутренней и наружной поверхностями втулки. Гофры могут быть спиральными или радиальными, при этом глубина гофр может быть пропорциональна радиусу втулки.
Стержень может состоять из материала, обладающего повышенной прочностью на растяжение и пригодного для функционирования в качестве конструктивного элемента, например, из стали.
Стержень может состоять из материала, обладающего повышенной прочностью на растяжение, например из стекловолокна, пригодного для функционирования в качестве конструктивного элемента, причем такого конструктивного элемента, который может быть обрезан, как только болт посредством бурения будет установлен в определенное положение в плоскости горной выработки. Это обеспечивает возможность значительной выемки до плоскости горной выработки, где осуществляют крепление посредством болта.
Втулка может состоять из такого материала, как металл либо композит из множеств удлиненных металлических элементов и менее дорогостоящей пластиковой трубки, обладающий достаточной жесткостью в продольном направлении для возможности зацепления с расширяющимися оболочками. Как вариант, втулка может содержать пластиковую трубку с несплошной стальной концевой муфтой.
Каналы для доступа и стержень могут быть получены ковкой.
В одном из вариантов осуществления конструкции первый конец стержня содержит средство в виде бурового долота, и это средство может включать, по меньшей мере, один канал для доступа, обеспечивающий втекание и вытекание материалов при бурении и подаче цементирующего состава.
Втулка может включать такой материал, как металл или композит из множества удлиненных металлических элементов и менее дорогостоящей пластиковой трубки. Как вариант, втулка может включать пластиковую трубку. Предпочтительно, чтобы пластиковая трубка была изготовлена из долговечного пластика, например из полиэтилена. Пластик не подвержен коррозии, и если в цементирующем составе будет образована трещина, пластиковая трубка действует в качестве преграды, препятствующей трещине, так что вода не сможет достичь болта и привести к его коррозии, которая сокращает срок службы анкерного болта.
В варианте осуществления конструкции второй конец стержня дополнительно предназначен для обеспечения крепления к первому концу удлинительного стержня (или третьего удлиненного элемента), а втулка включает второй конец, предназначенный для обеспечения крепления к первому концу удлинительной втулки (или четвертого удлиненного элемента).
Обычно стержень предназначен для его блокирования с удлинительным стержнем, чтобы фактически предотвратить их относительное вращение, по меньшей мере, в одном направлении вращения при блокировании друг с другом.
Анкерный болт может дополнительно содержать удлинительный стержень и удлинительную втулку в описанной выше форме.
Буровое устройство может содержать средство приведения во вращение, с возможностью отсоединения подсоединенное ко второму концу стержня (в одной форме через муфту) для продвижения бурового долота через горную породу при его вращении в первом направлении вращения и в одном из вариантов для приведения в действие анкерного средства в первом направлении вращения.
Как вариант, буровое устройство содержит средство приведения во вращение, с возможностью отсоединения подсоединенное к средству крепления для продвижения бурового долота через горную породу при вращении в первом направлении вращения и для приведения в действие анкерного средства во втором, противоположном направлении вращения.
Обычно цементирующий состав нагнетают в полость между стержнем и втулкой после бурения и поперечного расширения втулки.
К стержню может быть прикреплена пластина, предназначенная для фактического предотвращения относительного вращения средства крепления и стержня в первом направлении вращения.
Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении создан способ бурения, который содержит следующие стадии: бурение поверхности горной породы буровым элементом, который включает стержень и втулку, при этом стержень имеет первый конец, предназначенный для проникновения в горную породу, и второй конец, предназначенный для обеспечения крепления для средства приведения в действие, с выполнением промывки охлаждающим агентом между стержнем, втулкой и поверхностью горной породы в зоне первого конца стержня; удаление бурового элемента из горной породы, как только пробурен шпур желаемой глубины.
Охлаждающая и/или промывочная текучие среды могут представлять собой жидкость (например, воду) или газ (например, воздух).
Охлаждающую и/или промывочную текучие среды и цементирующую текучую среду можно нагнетать через один или несколько каналов.
Стержень может иметь первый конец, предназначенный для расположения на нем средства, служащего для проникновения в горную породу, например бурового долота. Это позволяет производить замену бурового долота при его износе или для работы в конкретных приемлемых условиях.
Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении создан способ поддерживания горной породы, содержащий следующие стадии: бурение поверхности горной породы анкерным болтом, содержащим стержень и втулку, при этом стержень имеет первый конец, предназначенный для проникновения в горную породу, и второй конец, предназначенный для обеспечения крепления для средства приведения в действие, с выполнением промывки охлаждающим агентом через полость между стержнем и втулкой, и мимо поверхности горной породы в зоне первого конца стержня; нагнетание цементирующей текучей среды между стержнем, втулкой и поверхностью горной породы; выдержка в течение заданного времени для затвердевания цементирующей текучей среды.
Согласно еще одному аспекту в настоящем изобретении создан способ поддерживания горной породы, содержащий следующие стадии: (а) бурение поверхности горной породы анкерным болтом, имеющим стержень и втулку, при этом стержень имеет первый конец, предназначенный для проникновения в горную породу, и второй конец, предназначенный для обеспечения крепления для средства приведения в действие, с выполнением промывки охлаждающим агентом через полость между стержнем и втулкой, и мимо поверхности горной породы в зоне первого конца стержня; (б) использование удлинительной штанги, содержащей третий и четвертый удлиненные элементы и увеличивающей длину стержня посредством блокирования третьего удлиненного элемента со вторым концом стержня, при этом третий удлиненный элемент содержит первый конец, предназначенный для блокирования со вторым концом стержня таким образом, чтобы фактически было предотвращено относительное вращение между стержнем и третьим удлиненным элементом, по меньшей мере, в направлении вращения для бурения, а четвертый удлиненный элемент содержит первый конец, предназначенный для крепления ко второму концу втулки; (в) увеличение длины втулки посредством крепления первого конца четвертого удлиненного элемента ко второму концу втулки; (г) повторение стадий а, б, и в до тех пор, пока не будет достигнута приемлемая длина; (д) нагнетание цементирующей текучей среды между стержнем, втулкой, удлинительной штангой и поверхностью горной породы; (е) выдержка в течение заданного периода времени для застывания цементирующей текучей среды.
Способ может дополнительно включать использование анкерного болта, имеющего стержень, содержащий первый конец, предназначенный для проникновения в горную породу, и часть, имеющую больший поперечный размер, чем часть втулки, предназначенная для расширения в поперечном направлении.
Способ может дополнительно включать натяжение анкерного болта посредством муфты с внутренней резьбой.
Охлаждающую и/или промывочную текучие среды, а также цементирующую текучую среду можно нагнетать через один или несколько каналов.
Способ может дополнительно включать пропускание промывочной, охлаждающей и цементирующей текучих сред через полость, проходящую между третьим и четвертым удлиненными элементами, к полости между стержнем и втулкой и мимо поверхности горной породы в зоне первого конца стержня.
Втулка анкерного болта, используемая при осуществлении способа, может дополнительно включать анкерное средство, предназначенное для расширения в поперечном направлении. В этом случае перед стадией (б) втулка может быть перемещена в продольном направлении к первому концу стержня для обеспечения расширения анкерного средства, предназначенного для расширения в поперечном направлении, и удерживания болта у поверхности горной породы. Перемещение в продольном направлении может быть выполнено посредством вращения стержня и/или втулки, при этом стержень будет поджимать втулку к своему первому концу.
Перемещение в продольном направлении может быть обеспечено посредством относительного вращения стержня и втулки, при этом на втулку будет оказано толкающее действие по направлению к первому концу стержня, что вызывает расширение той части, которая предназначена для расширения в поперечном направлении.
После этого может быть обеспечено натяжение анкерного болта посредством дополнительного относительного вращения стержня.
Варианты осуществления конструкции согласно изобретению далее будут описаны лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует иметь в виду, что конкретное исполнение согласно чертежам и вариантам конструкции не заменяет собой утверждений общего характера согласно предшествующему описанию изобретения.
Краткое описание прилагаемых чертежей
Фиг.1а и 1b представляют анкерный болт согласно изобретению.
Фиг.2 - анкерный болт с входящими в зацепление расширяющимися оболочками.
Фиг.3а, b и с - альтернативный анкерный болт согласно изобретению.
Фиг.4а, b и с - другой альтернативный анкерный болт согласно изобретению.
Фиг.5а, b и с - еще один альтернативный анкерный болт согласно изобретению.
Фиг.6а, b и с - альтернативный анкерный болт согласно пятому аспекту изобретения.
Фиг.7а, b и с - анкерный болт согласно шестому аспекту изобретения.
Фиг.8а, b и с - альтернативный анкерный болт согласно седьмому аспекту изобретения.
Фиг.9а и b - бур согласно девятому аспекту изобретения.
Фиг.10а, b и с - дополнительный альтернативный анкерный болт согласно изобретению.
Фиг.11а, b и с - еще один альтернативный анкерный болт согласно изобретению.
Наилучший и другие способы осуществления изобретения
На фиг.1а представлен анкерный болт 10 согласно варианту осуществления изобретения, содержащий первый удлиненный элемент или стержень 11 и второй удлиненный элемент или втулку 12. Первый удлиненный элемент 11 расположен, по меньшей мере, частично в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 12. Первый удлиненный элемент 11 имеет первый конец 13 у первого конца болта 10 в виде в данном варианте выполнения бурового долота, предназначенного для проникновения в горную породу. Второй конец 14 элемента 11 у второго конца болта выполнен с наружной резьбой и обеспечен муфтой 15, которая имеет внутреннюю или сопрягающуюся внутреннюю резьбу и предназначена для обеспечения крепления средства приведения в действие с помощью шестиугольной зоны зацепления, показанной на фиг.1b. Второй удлиненный элемент 12 предназначен для расширения в поперечном направлении вдоль, по меньшей мере, части его длины посредством выполнения анкерного средства в виде расширяющихся оболочек 16.
При работе, что показано на фиг.2, анкерный болт 10 согласно фиг.1 для выполнения бурения вводят в горную породу посредством крепления бурового устройства (не показано) к имеющей внутреннюю резьбу муфте 15 и вращения муфты 15, первого удлиненного элемента 11 и бурового долота 13. Между удлиненными элементами 11 и 12 могут быть образованы канал, полость или проход 17, который используют для перемещения воды или воздуха при бурении для вымывания отходов, образуемых при бурении, и для снижения температуры бурового долота 13. После бурения и введения анкерного болта 10 в горную породу муфту 15, имеющую внутреннюю резьбу, приводят в обратное вращение, что вызывает продвижение муфты 15 к первому концу 13 первого удлиненного элемента 11 вдоль выполненной на нем сопрягающейся наружной резьбы. Продвижение муфты 15 посредством осевой силы обеспечивает принудительное коллинеарное продвижение к первому концу второго удлиненного элемента 12. Продвижение второго удлиненного элемента 12 приводит анкерное средство, в данном варианте представляющее собой расширяющиеся оболочки 16, в зацепление с частью первого удлиненного элемента 11, имеющей больший размер в поперечном направлении, чем нерасширенный поперечный размер расширяемых оболочек 16. Поперечная сила, создаваемая при таком зацеплении, вызывает деформацию в виде расширения в поперечном направлении расширяемых оболочек 16, вследствие чего происходит заклинивание анкерного болта 10 в шпуре, пробуренным буровым долотом 13. Анкерное средство в виде расширяющихся оболочек 16 включает, по меньшей мере, одну зону ослабления в виде прорези во втором удлиненном элементе 12. Второй конец 14 первого удлиненного элемента 11 может быть выполнен (например, посредством установки пальца, такого как шплинт или пружинный штифт, закрепленный через конец первого удлиненного элемента 11) таким образом, что имеющая резьбу муфта 15 не сможет быть снята.
Для дополнительного армирования в канал, полость или проход 17 между удлиненными элементами также можно нагнетать жидкий цементирующий состав.
На фиг.3а, b и с показан анкерный болт 20 согласно варианту осуществления изобретения, содержащий первый удлиненный элемент или стержень 21 и второй удлиненный элемент или втулку 22. Первый конец первого удлиненного элемента 21 содержит в качестве средства проникновения в горную породу или бурового долота выполненный заодно с ним буровой наконечник 23 в форме клинообразной режущей головки, которая проходит в радиальном направлении от оси болта на расстояние, большее расстояния до второго удлиненного элемента. Второй конец первого удлиненного элемента 21 содержит часть 24 с наружной резьбой, на которую по выполненной в ней внутренней или сопрягающейся резьбе заходит гайка или муфта 25. Второй удлиненный элемент 22 состоит из удлиненной полой трубки 26, имеющей стенку, обладающую невысокой прочностью, и из обладающих более высокой прочностью расширяющихся оболочек или анкерного средства 27, расположенного на одном конце. Первые концы первого и второго удлиненных элементов 21, 22 соответствуют первому концу болта 20.
На фиг.3а показан первый удлиненный элемент 21, отделенный от второго удлиненного элемента 22.
На фиг.3b показан анкерный болт 20, который выполняет бурение стенки при первом направлении вращения посредством бурового наконечника 23 и средства приведения в действие для бурения или бурового устройства (не показано), воздействующего на гайку 25. Конец удлиненного элемента 21 выполнен таким образом (например, посредством установки шайбы, прикрепленной к концу удлиненного элемента 21), что гайка 25 не может быть снята. Первый удлиненный элемент 21 частично расположен внутри удлиненного элемента 22, при этом буровой наконечник 23 выступает выше расширяющихся оболочек 27. Буровой наконечник 23 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, достаточно большого для прохождения в него как первого удлиненного элемента 21, так и второго удлиненного элемента 22. При желаемой глубине гайку 25 затягивают посредством ее поворота во втором направлении вращения. Шайба или упорный элемент 28 проходит за шпур, пробуренный в стенке, так что затягивание гайки 25 приводит к толкающему воздействию на шайбу 28 для ее примыкания ко второму удлиненному элементу 22, и к последующему поджатию расширяющихся оболочек 27 второго удлиненного элемента 22 для примыкания к буровому наконечнику 23. Шайба 28 имеет упорную поверхность, которая обращена к первому концу болта и выступает в радиальном направлении от оси болта на расстояние, большее чем буровой наконечник 23. Буровой наконечник 23 имеет пирамидальную часть с бульшим наружным размером, чем внутренний размер расширяющихся оболочек 27, так что при затягивании гайки 25 происходит поджатие расширяющихся оболочек 27 к буровому наконечнику 23, при этом расширяющиеся оболочки 27 расширяются для подгонки к буровому наконечнику 23, и такое расширение вынуждает расширяющиеся оболочки 27 войти в контакт с боковыми сторонами шпура. На фиг.3с показан анкерный болт 20 в конце этого процесса с удлиненной полой трубкой 26, имеющей стенку с низкой прочностью, искаженной или деформированной посредством осевого усилия, действующего на трубку, и с расширяющимися оболочками 27, имеющими более высокую прочность, которые находятся в соприкосновении со стенкой шпура.
На фиг.4а показан другой анкерный болт 30 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Анкерный болт 30 содержит первый удлиненный элемент или стержень 31 и второй удлиненный элемент или втулку 32. Первый удлиненный элемент или стержень 31 частично расположен в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 32. Первый удлиненный элемент 31 имеет первый конец с наружной резьбой 33 и второй конец 34, содержащий элемент приведения в действие или средство 35 крепления, показанное на фиг.4b в плане в сечении по линии С-С на фиг.4а. Как показано на фиг.4b, приводной элемент 35 окружен обеспечивающими доступ отверстиями или каналами 36. Второй удлиненный элемент 32 содержит анкерное средство в форме расширяющихся оболочек 38, расположенных на его втором конце 39. Средство для проникновения в горную породу или буровое долото в виде бурового наконечника 40 имеет внутреннюю резьбу 41, которая сопрягается с наружной резьбой 33, и содержит обеспечивающие доступ отверстия 42, примыкающие к резьбе 41, а также центральное промывочное отверстие 43, что показано на фиг.4с и 4d в поперечных сечениях по линиям соответственно А-А и В-В. Наружная резьба 33 включает поперечно ориентированный пластинчатый элемент 45 на первом конце первого удлиненного элемента 31 для препятствования противоположному вращению бурового наконечника 40. Буровой наконечник 40 содержит сужающийся нижний конец 44. Буровой наконечник 40 прикрепляют к первому концу посредством наружной резьбы 33. Буровой наконечник 40 выступает за расширяющиеся оболочки 38 и имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, имеющего достаточный диаметр для расположения анкерного болта 30. Промывочное отверстие или канал 43 и отверстия 36 и 42 обеспечивают вход и выход материалов в течение бурения для содействия выполнению процесса бурения. Приведение в действие для бурения обеспечивают посредством крепления бурового механизма или устройства к приводному элементу 35. Когда пробурен шпур требуемой глубины, буровой механизм приводят в обратное вращение, ввинчивая наружную резьбу первого конца 37 в резьбу 41 для поджатия бурового наконечника 40 к расширяющимся оболочкам 38, что вызывает расширение оболочек 38. Пластинчатый элемент 45 обеспечивает прекращение дальнейшего относительного вращения бурового наконечника 40 для предотвращения выворачивания первого удлиненного элемента из бурового наконечника 40 в процессе бурения.
На фиг.5а представлен еще один анкерный болт 50 согласно изобретению. Анкерный болт 50 содержит первый удлиненный элемент или стержень 51 и второй удлиненный элемент или втулку 52. Первый удлиненный элемент 51 частично расположен в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 52. Первый удлиненный элемент 51 имеет первый конец 53 и второй конец 54, предназначенный для расположения гайки или муфты 54А, на которой может располагаться средство приведения в действие для бурения или буровое устройство (не показано). Второй конец 54 содержит поперечно ориентированный пластинчатый элемент 55, установленный таким образом, что гайка 54А не может быть удалена. Первый удлиненный элемент 51 также содержит продольные канавки 56. Средство для проникновения в горную породу, выполненное в форме бурового долота 60, предназначено для приваривания встык концом 61 к первому концу 53 первого удлиненного элемента 51. Буровое долото 60 содержит режущую головку или буровой наконечник 62 и наружную резьбу 64, которая сопрягается с внутренней резьбой 65 сужающейся муфты или поверхности зацепления 63. Более широкая часть сужающейся муфты 63 расположена в направлении режущей головки 62, а более узкая часть расположена в направлении конца 61 и содержит отверстия для доступа или каналы 66. Кроме того, сужающаяся муфта 63 бурового долота 60 содержит каналы 67 и внутреннюю резьбу 65, как показано в поперечном сечении по линии А-А на фиг.5а. Буровое долото 60 приварено встык к торцу 53. Буровое долото 60 выступает за конец 57 второго удлиненного элемента 52. Нижний край сужающейся муфты 63 обеспечивает возможность прохождения бурового долота 60 внутри второго удлиненного элемента 52, пока муфта 63 не будет сопрягаться по ширине с внутренним диаметром второго удлиненного элемента 52. Буровое долото 60 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, имеющего достаточный диаметр для расположения анкерного болта 50. Канавки или каналы 56 обеспечивают возможность втекания и вытекания материалов в процессе бурения для содействия выполнению процесса бурения. Приведение в действие для бурения осуществляют посредством крепления бурового устройства к гайке 54А. Когда пробурен шпур требуемой глубины, буровое устройство приводят в обратное вращение для поджатия гайки 54А к шайбе или упорному элементу 58 и шайбы 58 к стенке. Продолжающееся противоположное вращение гайки 54А приводит к поджатию муфты 63 к концу 57 второго удлиненного элемента 52 посредством отталкивания первого удлиненного элемента 51 назад от стенки с удерживанием второго удлиненного элемента в надлежащем положении, что вызывает расширение анкерного устройства или конца 57 для зацепления со стенкой шпура.
На фиг.6а показан анкерный болт 70 согласно пятому варианту осуществления изобретения. Там, где детали анкерного болта соответствуют деталям согласно третьему аспекту, использованы позиции согласно фиг.5а. Анкерный болт 70 содержит первый удлиненный элемент или стержень 71 и второй удлиненный элемент или втулку 72. Первый удлиненный элемент 71 частично расположен в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 72. Первый удлиненный элемент 71 содержит первый конец 73А и второй конец 73В, предназначенный для расположения гайки или муфты 54А, на которой может располагаться средство приведения в действие для бурения (не показано). Второй конец 73 В содержит фактически Т-образное отверстие 55А для возможности втекания и вытекания материалов в процессе бурения для содействия выполнению процесса бурения. Первый и второй концы первого и второго удлиненных элементов 71 и 72 соответствуют первому и второму концам анкерного болта 70. Гайку 54А приваривают к первому удлиненному элементу 71 таким образом, что эта гайка 54А не может быть удалена, и так, что поворот гайки 54А также приводит к повороту первого удлиненного элемента 71. Первый конец 73А первого удлиненного элемента 71 содержит средство 74 для проникновения в горную породу, выполненное в форме бурового долота. Буровое долото 74 содержит режущую головку или буровой наконечник 75 и каналы 76, обеспечивающие обратный путь для промывочной и цементирующей текучих сред, показанный в поперечном сечении по линии А-А на фиг.6с. Буровое долото 74 надлежащим образом крепят к первому концу 73А первого удлиненного элемента 71, например, посредством пайки, стыковой сварки, ковки или чего-либо подобного. Буровое долото 74 проходит за конец 73С второго удлиненного элемента 72. Буровое долото 74 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура с диаметром, достаточным для расположения анкерного болта 70. Второй удлиненный элемент 71 выполнен гофрированным, при этом гофрирование обеспечивает передачу напряжений между внутренней и наружной поверхностями второго удлиненного элемента 71. Гофры могут быть спиральными или радиальными, а глубина гофр пропорциональна радиусу второго удлиненного элемента. На фиг.6d подробно показаны гофры второго удлиненного элемента 72. Второй удлиненный элемент имеет гофры на его внутренней и наружной поверхности; гофру определяют ее пик 79а и впадина 79b. Гофры имеют достаточную амплитуду, при этом центральная линия на фиг.6d проходит зоны пиков 79а и впадин 79b.
Болт согласно любому из описанных выше и ниже вариантов осуществления конструкции также может включать гофрированный второй удлиненный элемент.
Второй удлиненный элемент 72 соответствующим образом удерживают в надлежащем месте, например, посредством сужающейся муфты или поверхности зацепления, шайбы или упорного элемента, либо чего-то подобного. Приведение в действие для бурения осуществляют посредством крепления бурового механизма или устройства (не показано) к гайке 54А и вращения первого удлиненного элемента 71 и бурового долота 74 в первом направлении вращения. Зацепление бурового долота 74 с горной породой требует приложения к поверхности горной породы продольного (осевого) давления совместно с вращательным действием бурового устройства. В процессе бурения буровое долото 74 охлаждают охлаждающим агентом, который нагнетают во вторую полость 78 между поверхностью горной породы и вторым элементом 72. Охлаждающий агент втекает во вторую полость 78 и вытекает из нее, проходя между поверхностью горной породы и вторым элементом. Когда пробурен шпур требуемой глубины, цементирующую текучую среду нагнетают в первую полость или проход 77, который выполнен кольцеобразным, между первым и вторым элементами до тех пор, пока первая полость 77 не будет заполнена цементирующей текучей средой. Цементирующую текучую среду также можно нагнетать во вторую полость 78. Охлаждающая текучая среда также может быть подана в первую полость и может вытекать из нее. Может быть обеспечен путь циркуляции между первой и второй полостями. Затем болт 70 оставляют в затвердевающей цементирующей текучей среде. В общем, такой канал Т-образного типа, имеющийся в первом удлиненном элементе, может быть использован в любом показанном варианте осуществления изобретения. Этот канал, в частности, используют тогда, когда не применяют шплинт для крепления гайки к первому удлиненному элементу.
На фиг.7а представлен анкерный болт 80 альтернативного исполнения шестого варианта осуществления изобретения. Там, где части анкерного болта соответствуют частям согласно пятому и шестому аспектам, использованы позиции согласно фиг.5а и 6а. Анкерный болт 80 содержит первый удлиненный элемент или стержень 81 и второй удлиненный элемент или втулку 82. Первый удлиненный элемент 81 частично расположен в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 82. Предпочтительно, чтобы расширяемая концевая муфта 87 была изготовлена из материала, обладающего повышенной прочностью на сжатие, например из стали. Первый удлиненный элемент 81 имеет первый конец 83А и второй конец 83В, предназначенный для расположения гайки или муфты 54А, на который может быть расположено средство приведения в действие для бурения или буровое устройство (не показано). Первый конец 83А второго удлиненного элемента 82 содержит анкерное средство в виде расширяемой концевой муфты 87 для ее расширения и контакта со сторонами пробуренного шпура. Второй конец 83В содержит поперечно ориентированный палец 55А, например шплинт или пружинный штифт, установленный ниже гайки 54А и проходящий через первый удлиненный элемент 81, так что в одном направлении гайка 54А не может быть снята, и так, что поворот гайки 54А приводит к повороту первого удлиненного элемента 81. Первый удлиненный элемент 81 также содержит каналы для доступа в форме продольных канавок 56. Первый конец 83А первого удлиненного элемента 81 содержит буровое долото 84, предназначенное для проникновения в горную породу.
Буровое долото 84 содержит режущую головку или буровой наконечник 85 и сужающуюся муфту или поверхность зацепления 86. Более широкая часть муфты 86 расположена по направлению к режущей головке 85, а более узкая часть по направлению к концевой части 87 и содержит отверстия или каналы 87А. Кроме того, муфта 86 бурового долота 84 содержит каналы 90 с меньшей протяженностью в радиальном направлении, чем остальная часть муфты 86, для обеспечения обратного пути для промывочной и цементирующей текучих сред, показанные в поперечном сечении по линии А-А на фиг.7а. Буровое долото 84 соответствующим образом крепят к муфте 86, например, посредством пайки, стыковой сварки, ковки или чего-то подобного. Сужающаяся муфта 86 выступает за конец 83С второго удлиненного элемента 82. Нижний край сужения муфты 86 обеспечивает ее прохождение внутрь второго удлиненного элемента 82, пока муфта 86 не будет сопрягаться по ширине с внутренним диаметром второго удлиненного элемента 82. Буровое долото 84 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, диаметр которого достаточен для расположения анкерного болта 80. Каналы в форме канавок 56 обеспечивают втекание и вытекание материалов в течение бурения для содействия выполнению процесса бурения. Приведение в действие для выполнения бурения осуществляют посредством крепления бурового механизма или устройства (не показано) к гайке или муфте 54А и вращения первого удлиненного элемента 81 и бурового долота 84 в первом направлении вращения. Зацепление бурового долота 84 с горной породой требует приложения продольного (осевого) давления к поверхности горной породы совместно с вращательным действием бурового устройства. В течение бурения буровое долото 84 охлаждают охлаждающим агентом, который нагнетают через обеспечивающие доступ каналы 56 у второго конца 83В первого удлиненного элемента 81. Охлаждающий агент течет в первую полость или проход 88 между первым и вторым элементами и вытекает из первой полости 88 через обеспечивающие доступ каналы 87А и промывочное отверстие 91 в буровом долоте 84 перед прохождением обратно во вторую полость 89 между поверхностью горной породы и вторым удлиненным элементом 82. Когда пробурен шпур требуемой глубины, буровой механизм приводят в обратное вращение для поджатия гайки 54А к шайбе 58 и шайбы 58 к стенке, при этом шайба 58 поджимает второй удлиненный элемент 82 к муфте 86. Как вариант, буровой механизм выполняет дополнительное вращение для поджатия гайки 54А к шайбе 58 и шайбы 58 к стенке, так что шайба 58 поджимает второй удлиненный элемент 82 к муфте 86. После бурения и введения анкерного болта в горную породу цементирующую текучую среду нагнетают через каналы 56 у второго конца 83В первого удлиненного элемента 81. Цементирующая текучая среда поступает в первую полость или проход 88 между первым и вторым элементами и вытекает из первой полости 88 через обеспечивающие доступ каналы 87А и промывочное отверстие 91 в буровом долоте 84 перед протеканием назад к шайбе 58 во вторую полость 89 между поверхностью горной породы и вторым удлиненным элементом 82. Цементирующую текучую среду нагнетают до тех пор, пока обе полости 88, 89 не будут заполнены этой текучей средой, после чего болт 80 оставляют для закрепления в затвердевающей цементирующей текучей среде. Как только цементирующая текучая среда затвердела, анкерный болт, как вариант, может быть подвергнут натяжению, используя воротник с внутренней резьбой.
На фиг.8а, b и с показан анкерный болт 20 согласно седьмому варианту осуществления изобретения. Там, где детали анкерного болта соответствуют деталям согласно второму аспекту, использованы позиции согласно фиг.3. Анкерный болт 20 содержит первый удлиненный элемент или стержень 21 и второй удлиненный элемент или втулку 22. Первый конец первого удлиненного элемента 21 содержит в качестве средства проникновения в горную породу выполненный заодно с ним буровой наконечник 23 в форме клинообразной режущей головки. Второй конец первого удлиненного элемента 21 содержит часть 24 с наружной резьбой, на которой расположена муфтовая часть 25 с сопрягающейся с ней внутренней резьбой. Второй удлиненный элемент 22 состоит из удлиненной полой трубки 26, имеющей стенку с низкой прочностью, и из имеющей бóльшую прочность концевой муфты или анкерного средства 99, расположенного на одном конце.
На фиг.8а представлен первый удлиненный элемент 21, отделенный от второго удлиненного элемента 22.
На фиг.8b представлен анкерный болт 20, проникающий в стену при первом направлении вращения и бурении буровым наконечником 23 с помощью средства приведения в действие (не показано), воздействующего на средство крепления, обеспечиваемое муфтой 25. Конец удлиненного элемента 21 выполнен таким образом (например, посредством установки пластинчатого элемента, прикрепленного к концу удлиненного элемента 21), что муфта 25 не может быть удалена. Первый удлиненный элемент 21 частично расположен внутри второго удлиненного элемента 22, при этом буровой наконечник 23 выступает над концевым воротником 99. Буровой наконечник 23 имеет размеры, обеспечивающие бурение достаточно большого шпура для расположения как первого удлиненного элемента 21, так и второго удлиненного элемента 22. При достижении желаемой глубины муфту 25 затягивают. Шайба или упорный элемент 28 проходит за шпур, пробуренный в стенке, так что затягивание муфты 25 приводит к поджиму шайбы 28 для упора во второй удлиненный элемент 22 и к последующему упору второго удлиненного элемента 22 в концевой воротник 99. Буровой наконечник 23 имеет пирамидальную часть с бóльшим наружным размером, чем внутренний размер концевой муфты 99, так что затягивание муфты 25 приводит к поджатию второго удлиненного элемента 22 к концевой муфте 99, при этом второй удлиненный элемент 22 изгибается или деформируется вследствие воздействия осевой силы, прилагаемой к нему в направлении первого конца первого удлиненного элемента 21, что вынуждает его войти в соприкосновение со сторонами пробуренного шпура. На фиг.8с представлен анкерный болт 20 в конце этого процесса, когда удлиненная полая трубка 26, стенка которой имеет низкую прочность, искажена под действием силы, воздействующей на трубку и обеспечивающей ее контакт со стенкой шпура. После бурения и введения анкерного болта 20 в горную породу через обеспечивающие доступ каналы 92 у второго конца 96 первого удлиненного элемента 21 нагнетают цементирующую текучую среду. Эта текучая среда заходит в первую полость или проход 97 между первым и вторым элементами и вытекает из первой полости 97 через обеспечивающие доступ каналы 93 и промывочное отверстие или канал 94 в буровом торце 23 перед выходом назад к шайбе или упорному элементу 28 во вторую полость 98 между поверхностью горной породы и вторым удлиненным элементом 22. Цементирующую текучую среду нагнетают до тех пор, пока обе полости 97, 98 не будут заполнены этой средой, после чего болт 20 оставляют для крепления в затвердевающей цементирующей среде.
На фиг.9а показан бур 100 согласно восьмому варианту осуществления изобретения, содержащий первый удлиненный элемент или стержень 101 и второй удлиненный элемент или втулку 102. Первый удлиненный элемент 101 частично расположен в продольном направлении внутри второго элемента 102, который имеет первый и второй концы 103С, 103D. Первый удлиненный элемент 101 содержит первый конец 103А и второй конец 103В, имеющий в качестве средства крепления приводной элемент 104, на который может заходить средство приведения бура в действие, например буровое устройство (не показано). При повороте приводного элемента 104 также происходит поворот первого удлиненного элемента 101. Второй конец 103В первого удлиненного элемента 101, кроме того, содержит наружную резьбу 105. Первый конец 103А первого удлиненного элемента 101 содержит буровое долото 106, предназначенное для проникновения в горную породу. Буровое долото 106 содержит режущую головку или буровой наконечник 107 и центральное промывочное отверстие 109. Буровое долото 106 содержит каналы 108, обеспечивающие обратный путь для промывочной или цементирующей текучей среды, показанные в поперечном сечении по линии А-А на фиг.9а. Буровое долото 106 соответствующим образом прикреплено к первому удлиненному элементу 101, например, посредством пайки, стыковой сварки, ковки или чего-то подобного.
Бурение выполняют посредством крепления бурового механизма (не показан) к приводному элементу 104 и вращения первого удлиненного элемента 101 и бурового долота 106 в первом направлении вращения. Зацепление бурового долота 106 с горной породой требует приложения давления в продольном направлении к поверхности горной породы совместно с вращательным действием бурового устройства. В течение бурения буровое долото 106 охлаждают охлаждающим агентом, который нагнетают в первую полость или проход 110А между первым и вторым элементами 101, 102. Охлаждающий агент течет в первую полость 110А, через центральное промывочное отверстие или канал 109, проходит каналы 108 и выходит из второй полости 110В между поверхностью горной породы и вторым элементом. Как вариант, направление течения может быть обратным. Когда пробурен шпур требуемой глубины, буровой механизм удаляют из шпура, и шпур может быть использован, например, для введения взрывчатых веществ или армирующих тросов. После этого бур 100 может быть использован для бурения другого шпура и, если требуется, буровое долото 106 может быть заменено другим буровым долотом 106, например, с целью замены изношенной режущей головки или бурового наконечника 107, либо в случае иных условий бурения.
На фиг.10а представлен анкерный болт 111 согласно еще одному варианту осуществления изобретения, содержащий первый удлиненный элемент или стержень 112 и второй удлиненный элемент или втулку 113. Первый удлиненный элемент 112 частично расположен в продольном направлении внутри второго удлиненного элемента 113, который имеет первый и второй концы 114С, 114D. Первый удлиненный элемент 112 имеет первый конец 114А и второй конец 114В, содержащий в качестве средства крепления приводной элемент 115, на котором может быть расположено средство приведения бура в действие, например буровое устройство (не показано). Поворот приводного элемента 115 приводит к повороту первого удлиненного элемента 112. Второй конец 114В первого удлиненного элемента 112, кроме того, содержит наружную резьбу 116 для блокирования, предусматривающего возможность вращения, с внутренней резьбой 122 первого конца 121А третьего удлиненного элемента 112В, который показан на фиг.10b. Первый конец 114А первого удлиненного элемента 112 содержит буровое долото 117, предназначенное для проникновения в горную породу. Буровое долото 117 содержит режущую головку или буровой наконечник 118. Буровое долото 117 содержит каналы 119 для обеспечения обратного пути промывочной и цементирующей текучих сред, показанные в поперечном сечении по линии А-А на фиг.10а. Буровое долото 117 соответствующим образом прикреплено к первому удлиненному элементу 112, например, посредством пайки, стыковой сварки, ковки или чего-то подобного. Буровое долото 117 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, имеющего достаточный диаметр для расположения анкерного болта 111.
На фиг.10b представлена удлинительная штанга 120, содержащая третий удлиненный элемент 112В и четвертый удлиненный элемент 113В. Третий удлиненный элемент 112В расположен в продольном направлении частично внутри четвертого удлиненного элемента 113В. Первый конец 121С четвертого удлиненного элемента 113В содержит спрофилированный выступ, предназначенный для блокирования со вторым концом 114D второго удлиненного элемента 113 согласно фиг.10а. Кроме того, второй конец 121D четвертого удлиненного элемента 113В содержит спрофилированный выступ, предназначенный для блокирования с первым концом шестого удлиненного элемента (не показан). Третий удлиненный элемент 112В имеет первый конец 121А и второй конец 121 В, содержащий в качестве средства крепления приводной элемент 123, на котором может располагаться средство приведения бура в действие (не показано). Поворот приводного элемента 123 приводит к повороту третьего удлиненного элемента 112В. Первый конец 121А третьего удлиненного элемента 112В содержит внутреннюю резьбу 122 для зацепления с наружной резьбой 116 согласно фиг.10а и блокирования с этой резьбой, предусматривающего возможность вращения в первом направлении. Третий удлиненный элемент 112В блокируют с первым удлиненным элементом 112 таким образом, что вращение третьего удлиненного элемента 112В в первом направлении вращения приводит к такому же вращению первого удлиненного элемента 112. При этом вращение третьего удлиненного элемента в первом направлении приводит к вращению бурового долота и к выполнению бурения. Второй конец 121В третьего удлиненного элемента 112В содержит наружную резьбу 124, предназначенную для блокирования, предусматривающего возможность вращения, с внутренней резьбой первого конца пятого удлиненного элемента (не показан) таким же образом, как и блокирование между первым и третьим удлиненными элементами.
На фиг.11а показан альтернативный анкерный болт 130 по отношению к предыдущему варианту осуществления изобретения. Анкерный болт 130 содержит первый удлиненный элемент или стержень 131 и второй удлиненный элемент или втулку 132. Первый удлиненный элемент 131 расположен в продольном направлении частично внутри второго удлиненного элемента 132. Второй удлиненный элемент 132 содержит первый конец 133С и второй конец 133D. Первые концы первого и второго удлиненных элементов 131, 132 соответствуют первому концу анкерного болта 130. Второй удлиненный элемент 132 предназначен для деформирования в виде поперечного расширения вдоль, по меньшей мере, части его длины посредством создания расширяющихся оболочек или анкерного устройства 136А. Первый удлиненный элемент 131 содержит первый конец 133А и второй конец 133В, который предназначен для расположения приводного элемента 134, на котором может быть размещено средство приведения бура в действие (не показано). Второй конец 133В первого удлиненного элемента 131, кроме того, предназначен для расположения гайки или муфты (не показана). Поворот приводного элемента 134 приводит к повороту первого удлиненного элемента 131. Второй конец 133В первого удлиненного элемента 131 в качестве средства крепления дополнительно содержит наружную резьбу 135 для предусматривающего возможность вращения блокирования с внутренней резьбой 147 первого конца 143А третьего удлиненного элемента 131В, показанного на фиг.11b, когда третий удлиненный элемент 131В поворачивают в первом направлении. Первый конец 133А первого удлиненного элемента 131 содержит буровое долото 137, предназначенное для проникновения в горную породу. Буровое долото 137 содержит режущую головку или буровой наконечник 138 и сужающуюся муфту или поверхность зацепления 136. Более широкая часть муфты 136 расположена по направлению к режущей головке 138, а более узкая часть по направлению к первому концу 133С второго удлиненного элемента 132. Кроме того, муфта 136 содержит каналы 139, обеспечивающие обратный путь для промывочной и цементирующей текучих сред, показанные в поперечном сечении по линии А-А на фиг.11а. Буровое долото 137 соответствующим образом прикреплено к первому удлиненному элементу 131, например, посредством пайки, стыковой сварки, ковки или чего-то подобного. Буровое долото 137 выступает за конец 133С второго удлиненного элемента 132. Нижний край муфты 136 обеспечивает возможность прохождения бурового долота 137 внутри второго удлиненного элемента 132 до тех пор, пока муфта 136 не будет сопрягаться по ширине с внутренним диаметром второго удлиненного элемента 132. Буровое долото 137 имеет размеры, обеспечивающие бурение шпура, имеющего достаточный диаметр для расположения анкерного болта 130.
На фиг.11b представлена удлинительная штанга 140, содержащая третий удлиненный элемент 131В и четвертый удлиненный элемент 132В. Третий удлиненный элемент 131В частично проходит в продольном направлении внутри четвертого удлиненного элемента 132В. Первый конец 143С четвертого удлиненного элемента 132В содержит спрофилированный выступ, предназначенный для блокирования со вторым концом 133D второго удлиненного элемента или втулки 132 согласно фиг.11а. Кроме того, второй конец 143D четвертого удлиненного элемента 132В содержит спрофилированный выступ, предназначенный для блокирования с первым концом шестого удлиненного элемента (не показан). Третий удлиненный элемент 131В имеет первый конец 143А и второй конец 143В, содержащий в качестве средства крепления приводной элемент 144, на котором может располагаться средство приведения бура в действие (не показано). Второй конец 143В третьего удлиненного элемента 131В дополнительно предназначен для расположения гайки или муфты 145. Поворот приводного элемента 144 обеспечивает поворот третьего удлиненного элемента 131В. Первый конец 143А третьего удлиненного элемента 131В имеет внутреннюю резьбу 147 для зацепления с внутренней резьбой 135 согласно фиг.11а и блокирования с ней с возможностью вращения, как описано выше. Третий удлиненный элемент 131В блокируют с первым удлиненным элементом 131 так, что вращение третьего удлиненного элемента 131В в первом направлении вызывает такое же вращение первого удлиненного элемента 131. Таким образом, вращение третьего удлиненного элемента в первом направлении приводит к вращению бурового долота и обеспечивает бурение. Второй конец 143В третьего удлиненного элемента 131В имеет наружную резьбу 146 для блокирования, обеспечивающего возможность вращения, с внутренней резьбой пятого удлиненного элемента (не показан).
Будет понятно, что таким же образом, как описано выше, могут быть вставлены и другие удлинители с подсоединением при этом других удлинительных штанг. Каждую удлинительную штангу предпочтительно выполняют так, чтобы в нее могла проходить другая, идентичная удлинительная штанга с любого или каждого конца и функционировать так, как описано выше для бурения более глубоких шпуров под болты. Кроме того, можно использовать только одну удлинительную штангу для создания более мелкого шпура. Анкерный болт согласно варианту осуществления настоящего изобретения содержит сочетание первого и второго удлиненных элементов совместно с одним или более удлинителями, которые описаны выше.
Болты согласно какому-либо из предшествующих вариантов осуществления конструкции могут быть объединены с удлинительными штангами, которые описаны выше.
Бурение выполняют посредством крепления бурового механизма или устройства (не показано) к средству крепления или воротниковой детали, которые обеспечивают приводным элементом 115 согласно фиг.10а, и вращения первого удлиненного элемента 112 и бурового долота 117 в первом направлении вращения. Зацепление бурового долота 117 с горной породой требует приложения продольного (осевого) давления к поверхности горной породы совместно с вращательным действием бурового устройства. В течение бурения буровое долото 117 охлаждают охлаждающим агентом, который нагнетают во вторую полость 110В между поверхностью горной породы и вторым элементом 113. Далее охлаждающий агент возвращают посредством его течения в первую полость или проход 110А и вытекания из этого прохода между первым удлиненным элементом 112 и вторым удлиненным элементом 113.
Как вариант, охлаждающий агент можно нагнетать в первую полость 110А между первым удлиненным элементом 112 и вторым удлиненным элементом 113 и возвращать через вторую полость 110В между поверхностью горной породы и вторым удлиненным элементом 113.
Длину болта увеличивают посредством использования удлинительной штанги 120 согласно фиг.10b, которая позволяет увеличить протяженность анкерного болта 111. Для бурения удлинительную штангу 120 крепят ко второму концу 114В первого удлиненного элемента 112. Приведение в действие для выполнения бурения осуществляют посредством крепления бурового механизма или устройства (не показано) к средству крепления, обеспеченному приводным элементом 123 удлинительной штанги 120, и вращения третьего удлиненного элемента 112В в первом направлении вращения. После этого первый конец 121С четвертого удлиненного элемента 113В крепят ко второму концу 114D второго удлиненного элемента 113 с помощью средства крепления, например быстродействующего соединения.
Затем увеличивают глубину шпура посредством крепления бурового механизма (не показан) к средству крепления, обеспечиваемому приводным элементом 123, который вращает теперь соединенные первый и третий удлиненные элементы 112, 112В и буровое долото 118 в первом направлении вращения. В течение бурения буровое долото 118 охлаждают охлаждающим агентом, который нагнетают в первую полость 110А, которая теперь проходит между поверхностью горной породы и первым и третьим удлиненными элементами 112, 112В. Охлаждающий агент втекает в первую полость 110А и вытекает из второй полости 110В между поверхностью горной породы и первым и вторым, и третьим и четвертым элементами 112, 112В, 113, 113В.
Когда пробурен шпур требуемой глубины, цементирующую текучую среду нагнетают в первую полость 110А между соединенными первым и третьим удлиненными элементами 112, 112В и соединенными вторым и четвертым удлиненными элементами 113, 113В до тех пор, пока полость 110А не будет заполнена цементирующей текучей средой. Цементирующую текучую среду также можно нагнетать во вторую полость 78 между поверхностью горной породы и соединенными вторым и четвертым удлиненными элементами. Затем удлиненный болт 111, 120 оставляют для крепления в затвердевающей цементирующей текучей среде. Может быть образован путь циркуляции, при котором жидкий цементирующий раствор будет пропущен в одну из первой или второй полостей 110А, 78 и будет проходить в другую из полостей в зоне первого конца первого удлиненного элемента, при этом он заполнит обе полости.
Бурение удлиняемым болтом согласно фиг.11 выполняют таким же образом, как описано выше применительно к фиг.10, за исключением того, что когда пробурен шпур требуемой глубины, гайку или муфту 145 вращают по наружной резьбе 146 третьего удлиненного элемента 131В, что приводит к продвижению гайки 145 к первому концу 143А третьего удлиненного элемента 131В, а также к продвижению четвертого удлиненного элемента 132В (и, следовательно, прикрепленного второго удлиненного элемента 132). Продолжение вращения гайки 145 приводит к поджиму сужения муфты 136 к первому концу 133С второго удлиненного элемента или втулки 132, что вызывает расширение расширяемых оболочек 136А для зацепления со стенкой шпура.
Будет понятно, что таким же образом, как описано выше, могут быть введены дополнительные удлинители посредством подсоединения дополнительных удлинительных штанг. Каждую удлинительную штангу предпочтительно выполняют таким образом, чтобы на нее могла заходить дополнительная, идентичная ей удлинительная штанга с любого или с каждого конца, при этом она функционирует так, как описано выше для бурения более глубоких шпуров под болты. Кроме того, можно использовать только одну удлинительную штангу для получения более мелкого шпура под болт.
Будет понятно, что можно использовать только один анкерный болт 130 согласно фиг.11а для получения более мелкого шпура под болт. Гайку 145 (на фиг.11а не показана) подсоединяют по наружной резьбе 135 первого удлиненного элемента 131. Гайку 145 вращают по наружной резьбе 135 первого удлиненного элемента 131, что вызывает продвижение гайки 145 к первому концу 133А первого удлиненного элемента 131, а также продвижение второго удлиненного элемента 132. Продолжающееся вращение гайки 145 приводит к поджиму сужения муфты 136 к первому концу 133С второго удлиненного элемента 132, что вызывает расширение расширяемых оболочек 136А для их зацепления со стенкой шпура.
Будет понятно, что без отклонения от существа или объема настоящего изобретения в конкретной конструкции и компоновке описанных ранее деталей могут быть выполнены различные варианты и/или добавления.
Изобретение относится к буровым элементам и к анкерным болтам, используемым при горных работах и проходке тоннелей. Буровой элемент имеет противоположные первый и второй концы и стержень, проходящий между концами. На первом конце расположен, по меньшей мере, один буровой наконечник. Второй конец приспособлен для подсоединения к буровому устройству для обеспечения вращения бурового элемента и передачи осевого усилия на него. Вдоль и вокруг стержня проходит втулка, а проход, образованный между втулкой и стержнем, служит для обеспечения пропускания текучей среды вдоль стержня. Также раскрыты буровое долото, способ бурения посредством бурового элемента и способ стабилизации горной породы. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса крепления горных пород, снизить затраты на буровые элементы. 4 н. и 53 з.п. ф-лы, 31 ил.
бурение шпура с использованием бурового элемента, имеющего буровой конец и противоположный конец, подсоединенный к буровому устройству;
обеспечение буровой текучей среды на буровом конце в течение бурения шпура посредством подачи буровой текучей среды вдоль наружной поверхности стержня бурового элемента.
бурение шпура в горной породе, используя самобурящий анкерный болт, имеющий буровой конец и противоположный конец, подсоединенный к буровому устройству;
обеспечение буровой текучей среды на буровом конце анкерного болта в течение бурения шпура посредством подачи буровой текучей среды вдоль наружной поверхности стержня анкерного болта;
фиксация анкерного болта внутри шпура для стабилизации горной породы.
Приоритет по пунктам:
| СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ШТАНГОВОЙ КРЕПИ | 1998 |
|
RU2157454C2 |
| 0 |
|
SU163997A1 | |
| Анкер | 1987 |
|
SU1465594A1 |
| Устройство для сооружения скважины под винтовой анкер | 1988 |
|
SU1567788A1 |
| Анкеровальная машина | 1988 |
|
SU1612087A1 |
| Способ закрепления винтового анкера в скважине и винтовой анкер для его осуществления | 1991 |
|
SU1824495A1 |
| US 4055051 А, 25.10.1977. | |||
