АНКЕРНЫЙ БОЛТ С МЕХАНИЧЕСКИМ АНКЕРОМ Российский патент 2012 года по МПК E21D21/00 

Настоящее изобретение относится к анкерным болтам для использования в горных работах и строительстве туннелей для создания поддержки кровли и стен и к стержням для использования в таких анкерных болтах. Изобретение целесообразно использовать для работ в твердых породах, а также в более мягких слоях, таких, какие часто находятся в угольных шахтах, и ясно, что термину "порода", при использовании в описании, необходимо придавать широкое значение, охватывающее оба данных варианта применения.

Крепь кровли и стен является жизненно важной для горных работ и строительства туннелей. Стенки и кровля выработок и туннелей состоят из слоев горной породы, которые необходимо армировать для предотвращения возможности обрушения. Анкерные болты широко используют для крепления пластов горной породы.

В обычных системах поддержки пластов в горную породу бурят шпур посредством бурильной штанги, которую затем вынимают и затем анкерный болт устанавливают в пробуренный шпур и закрепляют на месте установки цементационным раствором на основе цемента или смолы.

Также были предложены самозабуривающиеся анкерные болты, в которых болт используют одновременно в качестве бурильной штанги. При этом с самозабуривающимся анкерным болтом шпур можно бурить и анкерный болт можно устанавливать в одной операции.

Как в обычных анкерных болтах, так и самозабуривающихся анкерных болтах механические анкерные устройства часто включают в состав болта для удержания болта на месте при размещении в пробуренном шпуре. Для обеспечения правильной установки, анкерные устройства не должны не вовремя срабатывать или отказывать, когда от них требуется срабатывание.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, создан анкерный болт, содержащий стержень, имеющий первый и второй концы, и анкерное устройство, функционирующее для удержания анкерного болта при размещении в пробуренном шпуре, и содержащее оправку, установленную на стержне, или встроенную в него, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку, причем, по меньшей мере, одна оправка или, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, являющиеся перемещающимися элементами, и способными к вращению относительно стержня и осевому перемещению вдоль него, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, выполненный с возможностью смещения радиально наружу с заданным относительным перемещением между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом, при этом при расположении на первом участке стержня вращение перемещающегося элемента относительно стержня вызывает осевое перемещение данного элемента вдоль стержня, и, при расположении на втором участке стержня, перемещающийся элемент способен к вращению на стержне без отклонения для осевого перемещения вдоль стержня.

В конкретной форме второй участок является примыкающим к первому участку. Дополнительно в одной форме, перемещающийся элемент соединяется со стержнем на первом участке резьбовым соединением, содержащим внешнюю резьбу на стержне и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности элемента. Внешняя резьба стержня может заканчиваться ко второму участку, и перемещающийся элемент может быть способен к перемещению между первым и вторым участками при свинчивании с внешней резьбы стержня или навинчивании на нее.

Для осуществления соединения перемещающегося элемента с внешней резьбой, при нахождении на втором участке стержня, второй участок может проходить вдоль осевой линии стержня расстояние, немного больше длины вдоль осевой линии внутренней резьбы перемещающегося элемента. Таким образом, перемещающийся элемент остается ближе к концу внешней резьбы.

Согласно конкретной форме анкерного болта, перемещающийся элемент способен занимать различные положения. В первом положении перемещающийся элемент может вращаться и отклоняться для осевого перемещения. Во втором положении перемещающийся элемент может вращаться без осевого отклонения. Данную способность принимать данные различные положения можно использовать для предотвращения непреднамеренного ввода в действие анкерной компоновки и/или уменьшения вероятности отказа ввода в действие анкерного устройства, когда это требуется.

В одном варианте, на стержне установлена оправка, состоящая из перемещающегося элемента. Дополнительно, по меньшей мере, один расширяющийся элемент и оправка могут соединяться со стержнем анкерного болта способом, обеспечивающим возможность вращения относительно стержня вокруг оси анкерного болта. Дополнительно к этому, по меньшей мере, в одном варианте, внутренней поверхности, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента и внешней наклонной поверхности поверхностям оправки придана такая форма, что относительное вращение, по меньшей мере, между одним расширяющимся элементом и оправкой предотвращается. Поэтому, по меньшей мере, один расширяющийся элемент и оправка вращаются вместе вокруг стержня анкерного болта.

В одном варианте упомянутого выше устройства, при вращении стержня относительно анкерного устройства, по меньшей мере, один расширяющийся элемент удерживается от осевого перемещения вдоль стержня анкерного болта, тогда как оправка является перемещающейся по оси вдоль стержня в направлении, обуславливающем смещение наружу, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента. Соответственно, в данной конфигурации, вращение стержня относительно анкерного устройства производит относительное перемещение, по меньшей мере, между одним расширяющимся элементом и оправкой, вызывающее радиальное смещение наружу, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента.

В другом варианте, перемещение оправки вниз по стержню (то есть ко второму концу) вызывает радиальное смещение наружу, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента.

В одном варианте, если, по меньшей мере, один расширяющийся элемент удерживается от осевого перемещения вдоль стержня, данный расширяющийся элемент может быть закрепленным на своем одном конце, с обеспечением, тем самым, радиального смещения наружу остальной части расширяющегося элемента. В одной форме, по меньшей мере, один расширяющийся элемент может быть установлен в канавку, расположенную вокруг стержня, или может быть захвачен удерживающей муфтой, расположенной на стержне.

В одном варианте, расширяющийся элемент выступает вниз от закрепленного конца ко второму концу анкерного болта. В другом варианте, расширяющийся элемент выступает вверх к первому концу анкерного болта. В последнем устройстве, по меньшей мере, один расширяющийся элемент может быть размещен в канавке или опираться на удерживающую муфту, расположенную на стержне в месте, отнесенном от первого конца.

В конкретном варианте, создана совокупность расширяющихся элементов, при использовании имеющих угловой разнос вокруг осевой линии стержня. В другом варианте, создано соединительное устройство, соединяющее вместе расширяющиеся элементы и выполненное для соединения со стержнем анкерного болта для предотвращения осевого перемещения расширяющихся элементов вдоль стержня. В одном варианте, данное соединительное устройство может быть выполнено из многочисленных деталей или быть способным к деформации, чтобы проходить вокруг стержня и размещаться в его углублении.

В устройстве, альтернативном вышеупомянутому, расширяющиеся элементы выполнены как одна деталь, имеющая центральное отверстие. В данном устройстве, центральная часть детали, имеющая отверстие, образует встроенное соединительное устройство.

Предпочтительно, второй участок расположен на стержне, примыкающем к соединительному устройству так, что предотвращает отклонение оправки вращением вокруг стержня с перемещением в контакт с соединительным устройством, что в ином случае может противодействовать ее способности вращаться и обеспечивать эффективное развертывание анкерного устройства.

Предпочтительно, соединительное устройство захватывается на первом конце стержня. В конкретной форме, второй участок расположен на первом конце стержня и выполнен с возможностью ограничения величины, на которую перемещающийся элемент перемещается за пределы первого конца вращением вокруг стержня.

Более предпочтительно, анкерный болт выполнен для использования в качестве самозабуривающейся анкерного болта и дополнительно содержит бурильную пластину, выполненную на первом конце стержня или соединенную с ним, и приводное устройство на втором конце стержня или соединенное с ним, выполненное для соединения с бурильным устройством для обеспечения вращения и осевой нагрузки на анкерный болт.

Согласно одному варианту, создан самозабуривающийся анкерный болт содержащий стержень, имеющий первый и второй концы, режущую пластину, выполненную на первом конце стержня, или соединенную с ним, приводное устройство, выполненное на втором конце или примыкающим ко второму концу стержня, выполненное для соединения с бурильным устройством для обеспечения вращения и приложения осевой нагрузки на анкерный болт, и анкерное устройство, функционирующее для удержания анкерного болта после размещения в пробуренном шпуре и содержащее оправку, установленную на стержне или встроенную в него, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку, по меньшей мере, одну оправку, или, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, являющийся перемещающимся элементом, способным к вращению относительно стержня и осевому перемещению вдоль стержня, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, выполненный с возможностью смещения радиально наружу с заданным относительным перемещением между оправкой и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, в котором при расположении на первом участке стержня вращение перемещающегося элемента относительно стержня вызывает осевое перемещение данного элемента вдоль стержня, и при расположении на втором участке стержня перемещающийся элемент способен к вращению на стержне без отклонения с осевым перемещением вдоль стержня.

Предпочтительно, анкерный болт является вращающимся вокруг оси стержня в первом направлении в операции бурения и вращается в противоположном втором направлении, вызывающем заданное перемещение между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом для обеспечения функционирования анкерного устройства для удержания анкерного болта в пробуренном шпуре.

В одном варианте, самозабуривающийся анкерный болт имеет внутренний канал в стержне. Стержень обычно выполнен из стали и данный канал создает часть пути циркуляции для обеспечения подвода бурового раствора к первому концу анкерного болта или его выпуска от него и обеспечения закачки цементационного раствора в пробуренный шпур для закрепления анкерного болта на месте установки. Обычно канал циркуляции дополнительно включает в себя второй канал, образованный между стержнем анкерного болта и поверхностью стенки пробуренного шпура.

Пустотелый стержень можно выполнять с помощью различных технологий изготовления. В конкретном варианте осуществления, стержень выполнен из удлиненной секции металла, свернутой в трубку так, что противоположные продольные края секции металла приводятся в контакт для выполнения шва. Пустотелые стержни, выполненные таким образом, с использованием стальных секций изготавливает и поставляет компания OneSteel Pty Ltd. Такая конструкция пустотелого стержня имеет преимущество относительно недорогого изготовления и, поэтому, идеально подходит для практического применения в самозабуривающихся анкерных болтах, предназначенных для однократного использования. В другой форме, стержни выполняют из стальных труб.

В другом варианте, стержень может являться полнотелым, по меньшей мере, на участке его длины и, вокруг этого участка может проходить втулка, создающая канал между стержнем и втулкой. Данный канал в свою очередь образует часть пути циркуляции.

Предпочтительно, режущая пластина выступает радиально на расстояние больше радиуса стержня для создания канала между стержнем и стенкой пробуренного шпура. В одной форме, режущая пластина размещена непосредственно на стержне анкерного болта, который можно модифицировать для размещения режущей пластины, например фрезеровкой или ковкой.

В альтернативном варианте, анкерный болт дополнительно содержит буровое долото, соединенное с концом стержня и имеющее режущую пластину. В данном устройстве буровое долото соединено с концом стержня соединительной муфтой, выполненной для передачи вращения на буровое долото от стержня, когда стержень вращается, по меньшей мере, в одном направлении. В этом варианте, соединительная муфта может быть несъемной, то есть буровое долото может быть приварено к стержню, или, альтернативно, буровое долото может быть съемным. В данном последнем устройстве, соединительная муфта может иметь форму входящих друг в друга выступов и пазов, обеспечивающих передачу вращения или, альтернативно, можно использовать резьбовое соединение, в котором буровое долото имеет хвостовик с внешней резьбой, и соответствующая внутренняя резьба расположена на внутренней поверхности стержня.

В одном варианте, расширяющийся элемент, обычно проходящий через соединительное устройство, может быть разработан для захвата между буровым долотом и концом стержня, чтобы удерживать расширяющийся элемент от осевого перемещения.

В другом варианте, анкерный болт дополнительно содержит приводное устройство, расположенное примыкающим ко второму концу и выполненное для сцепления с бурильным устройством. Приводное устройство также соединено со стержнем для обеспечения вращения и передачи осевой нагрузки на стержень анкерного болта.

В еще одном варианте, приводное устройство выполнено в форме приводной гайки, соединенной со стержнем анкерного болта резьбовым соединением, содержащим внешнюю резьбу, расположенную на стержне, и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки.

В конкретном варианте, создан стопор, функционирующий для остановки осевого перемещения приводной гайки за пределами заданного места на стержне. В конкретной форме, данный стопор имеет форму устройства передачи крутящего момента, выполненного для ограничения осевого перемещения приводной гайки вдоль стержня, пока заданный крутящий момент не будет приложен к гайке. В конкретной форме, данное устройство передачи крутящего момента имеет форму пальца передачи крутящего момента, проходящего радиально через гайку в стержень, при этом палец передачи крутящего момента функционирует, срезаясь с приложением заданного крутящего момента к гайке.

В дополнительном аспекте изобретения, создан стержень анкерного болта, проходящий вдоль осевой линии между первым и вторым концами, содержащий первый участок, имеющий внешнюю резьбовую поверхность, выполненную для образования части резьбового соединения с элементом, имеющим соответствующую внутреннюю резьбу, и второй участок, расположенный примыкающим к первому участку, причем второму участку придана форма для размещения элемента с обеспечением вращения элемента на стержне без создания осевого перемещения элемента вдоль стержня.

В одном варианте второй участок размещен примыкающим к первому концу стержня.

В другом варианте второй участок имеет гладкую внешнюю поверхность и круглое поперечное сечение.

Предпочтительно стержень имеет внутренний канал, проходящий к первому концу. В одной форме внутренний канал имеет внутреннюю резьбу, проходящую к первому концу стержня.

В одном варианте третий участок стержня, разнесенный с первым участком, включает в себя резьбовую внешнюю поверхность. В конкретной форме, резьбы на первом и третьем участках имеют одинаковое направление.

В еще одном варианте третий участок размещен примыкающим ко второму концу стержня.

В работе конкретного варианта осуществления самозабуривающегося анкерного болта, анкерный болт скрепляется через приводную гайку с бурильным устройством, которое вращает анкерный болт в первом направлении. Оправка установлена на втором участке стержня с возможностью свободно вращаться с расширяющимся элементом (элементами) во время данной операции бурения. В частности, отсутствует навинчивание оправки на первый конец стержня, которое должно вдавливать соединительное устройство в буровое долото и, таким образом, связывать данные компоненты вместе. Буровой раствор закачивается к первому концу для омывания режущих поверхностей анкерного болта.

По завершении фазы бурения, бурильное устройство вращает анкерный болт в противоположном направлении, обуславливая приведение в действие анкерного устройства и, в конкретной форме, обуславливает сцепление оправки с внешней резьбой на стержне для осевого перемещения на первый участок стержня и осуществления расширения расширяющегося элемента (элементов).

В конкретном варианте, резьбовое соединение как для оправки, так и приводной гайки имеет одинаковое направление резьбы. При данном устройстве, при вращении во втором направлении, приводная гайка вращается со стержнем, поскольку относительному перемещению препятствует палец передачи крутящего момента, обуславливающий вращение стержня во втором направлении. Осуществляется обжатие стенки шпура напрямую расширяющимся элементом (элементами) для создания скольжения расширяющегося элемента (элементов). Данное относительное перемещение, создаваемое между анкерным устройством и стержнем, вызывает навинчивание оправки с перемещением вниз по резьбе стержня, обуславливая смещение расширяющихся элементов радиально наружу для перемещения в более плотное сцепление с поверхностью породы пробуренного шпура.

Когда расширяющиеся элементы плотно сцеплены с поверхностью стенки, болт становится плотно зажатым на месте установки. Соответственно, если необходимо, бурильное устройство можно отсоединить, и позже цементационный раствор может быть подан в шпур для закрепления анкерного болта на месте установки.

Анкерный болт может также подвергаться в это время натяжению с продолжением приложения крутящего момента во втором направлении к приводной гайке. В определенной точке, расширяющиеся элементы становятся так твердо вдавленными в поверхность породы стенки, что клин не может больше перемещаться вниз по стержню. Это эффективно связывает болт и препятствует его дополнительному вращению. При этом нарастает крутящий момент на приводной гайке, пока не достигнет точки, где должен срезаться палец передачи крутящего момента, обеспечивая, при этом, перемещение приводной гайки относительно стержня. Данное относительное перемещение обуславливает навинчивание гайки с перемещением вверх по стержню.

После получения приводной гайкой возможности перемещения вдоль по стержню анкерного болта, она должна переместиться в контакт с наружной поверхностью слоя породы (либо непосредственный или через опорную пластину), что обеспечивает натяжение болта, когда расстояние по болту между приводной гайкой и анкерным устройством сокращается. Это создает сжатие слоя породы. Когда болт получает достаточное натяжение, бурильное устройство можно убрать и выполнить финальный этап закрепления болта на месте установки посредством ввода цементационного раствора через внутренний канал болта.

Для удобства ниже в данном документе описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Особенность чертежей и относящегося к ним описания состоит в том, что их не надо понимать как замену приведенного выше общего описания изобретения.

На чертежах показано следующее.

На фиг.1 показан вид самозабуривающего анкерного болта.

На фиг.2 показан вид сечения по линии A-A болта фиг.1.

На фиг.3 показан вид в изометрии анкерного болта фиг.1 с разобранным первым концом.

На фиг.4 показан вид сечения в увеличенном масштабе первого конца анкерного болта фиг.1.

На фиг.5 показан вид сечения первого конца анкерного болта фиг.1 во время бурения пласта горной породы.

На фиг.1 и 2 показан самозабуривающийся анкерный болт 10, имеющий первый (бурильный) конец 11, и второй конец 12 (установки гайки), и стержень 13, проходящий между противоположными концами 11, 12. Стержень 13, обычно выполненный из стали, является пустотелым и имеет центральный канал 14, обеспечивающий прохождение текучей среды от конца 12 установки гайки к бурильному концу 11. При использовании, самозабуривающийся анкерный болт 10 соединяется с бурильным устройством (не показано) и действует как бурильная штанга, для бурения шпура 100 (см. фиг.5) в слое 500 породы. После этого, анкерный болт 10 закрепляется на месте, как описано более подробно ниже, для создания крепи слоя 500 породы.

В состав бурильного конца 11 включено буровое долото 15 с режущей пластиной 16 на дальнем конце и анкерное устройство 23, которое выполнено с возможностью удержания болта в пробуренном шпуре при использовании. Анкерное устройство 23 можно использовать для удержания болта 10 в пробуренном шпуре для временного закрепления анкерного болта на месте до ввода цементационного раствора в шпур 100, или для постоянной фиксации болта на месте установки и/или для натяжения болта, чтобы сообщить сжатие слою 500 породы.

Детали бурильного конца 11 лучше всего видны на фиг.3 и 4. Буровое долото 15 включает в себя корпус 17 долота, включающий в себя режущую пластину 16 на дальнем конце и хвостовик 18 бурового долота, имеющий внешнюю резьбу 22 на наружной поверхности. Канал 19 проходит от дальнего конца хвостовика 18 через него к дальнему концу корпуса 17 долота. Данный канал 19 выполнен гидравлически связывающимся с каналом 14 стержня, когда буровое долото 15 скрепляют с концом 20 стержня. Конец 20 стержня включает в себя внутреннюю резьбу 21 (см. фиг.4), соответствующую внешней резьбе 22 на хвостовике 18 бурового долота. Поэтому буровое долото 15 можно просто навинчивать на конец 20 стержня 13.

Во время операции бурения, бурильное устройство обычно создает правостороннее вращение бурильного стержня. Для обеспечения того, чтобы буровое долото 15 не отделилось от стержня во время операции бурения, резьбовое соединение между буровым долотом 15 и стержнем 13 имеет правую резьбу, обуславливающую затягивание резьбового соединения между буровым долотом и стержнем во время операции бурения.

Анкерное устройство 23 расположено под буровым долотом 15 и включает в себя пару расширяющихся элементов 24, разработанных с возможностью осуществления их перемещения наружу из убранного положения, показанного на чертежах, в выдвинутое положение (не показано), в котором расширяющиеся элементы 24 сцепляются со стенкой 101 пробуренного шпура 100.

Расширяющиеся элементы 24 соединены вместе соединительным устройством или подвеской 25. Данное соединительное устройство обычно выполнено из пружинной стали и включает в себя секцию 26 корпуса и соединительные лапы 27. Соединительные лапы 27 приварены (или прикреплены иначе) к ближним концам 28 расширяющихся элементов 24. При выполнении соединительного устройства 25 из пружинной стали, оно может изгибаться, создавая подвижный шарнир, дающий возможность поворота расширяющимся элементам для обеспечения их простого перемещения между убранным и выдвинутым положениями.

Корпус 26 соединительного устройства выполнен с возможностью захвата между буровым долотом 15 и концом 20 стержня способом, обеспечивающим вращение расширяющихся элементов вокруг оси 20 стержня, но предотвращающим их перемещение вдоль осевой линии стержня анкерного болта. Этого можно достичь созданием достаточно большого промежутка между буровым долотом 15 и концом 20 стержня, когда долото полностью закреплено на месте, обеспечивающего свободное удержание соединительного устройства между данными компонентами.

Анкерное устройство 23 дополнительно включает в себя оправку 29, которая в показанной форме включает в себя противоположные наклонные поверхности 30 и 31. Оправка 29 включает в себя головной участок 32 и две свисающие лапы 33 и 34 с противоположными гранями головного участка 32 и противоположными поверхностями 33 и 34 лап, образующих соответствующие наклонные поверхности 30 и 31.

Оправка является перемещающейся вдоль продольной осевой линии стержня 13 и способна принимать различные положения, в зависимости от своей установки на стержне. При нахождении на первом участке 40 стержня 13 (лучше всего показано на фиг.3), вращение оправки относительно стержня 13 вызывает соответствующее перемещение оправки вдоль осевой линии по стержню. Перемещение происходит по резьбовому соединению между стержнем и оправкой на данном первом участке стержня. Резьбовое соединение включает в себя внутреннюю резьбу 36, выполненную во внутреннем канале 37 в головном участке 32 оправки 29 и внешнюю резьбу 38, выполненную на стержне 13 анкерного болта.

Резьбовое соединение между оправкой 29 и стержнем 13 анкерного болта имеет левую резьбу, так что, когда анкерный болт вращается против направления вращения бурения (то есть при левом вращении стержня), любое относительное перемещение между оправкой и стержнем вызывает перемещение оправки к концу 12 установки гайки. Дополнительно, оправка устроена так, что наклонные поверхности 30 и 31 выполнены упирающимися во внутренние поверхности 35 расширяющихся элементов 24 так, что перемещение оправки к концу 12 установки гайки стержня вызывает перемещение расширяющихся элементов из убранного положения в выдвинутое положение.

Оправка также может размещаться на втором участке 41 стержня, непосредственно примыкающем к первому участку 40 стержня и проходящем до конца 20 стержня. Данный второй участок имеет гладкую наружную поверхность (в отличие от резьбового первого участка 40), круглое поперечное сечение и выполнен для обеспечения свободного вращения оправки на стержне без создания какого-либо осевого перемещения оправки на стержне.

Длина второго участка 41 только незначительно больше длины головки 32 оправки. Таким образом, оправка 29 остается близкой к началу резьбы 38, расположенной на первом участке 40.

Оправка выполнена так, что во время бурения штангой 10 крепи, она размещается на втором участке 41 стержня, где имеет возможность свободного вращения. В частности, при правом вращении во время бурения, любое относительное вращение оправки должно иметь направление, противоположное направлению резьбы 38, так что оправка не имеет тенденции к контакту с резьбой и навинчиванию с перемещением вниз на первый участок. Также отсутствует тенденция отклонения оправки для осевого перемещения к концу 20 стержня, что может обуславливать давление оправки, поджимающее подвеску 25 к нижней поверхности бурового долота, что может эффективно связывать данные компоненты вместе и препятствовать последующему вводу в действие анкерного устройства, когда оправка вращается в противоположном направлении.

Конец 12 установки гайки анкерного болта 10 включает в себя приводное устройство 43, расположенное вблизи конца 12 и выполненное с возможностью соединения бурильного устройства со стержнем, для обеспечения вращения и натягивания стержня болта. Приводное устройство 43 выполнено в виде приводной гайки, соединенной со стержнем 13 болта резьбовым соединением, содержащим внешнюю резьбу 44, расположенную на стержне 13, и соответствующую внутреннюю резьбу 45, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки.

Резьбовое соединение в показанном исполнении имеет левую резьбу, так что во время операции бурения, крутящий момент, приложенный к приводной гайке, стремится ее отвинтить от второго конца стержня 13. Для предотвращения этого оборудован палец 51 передачи крутящего момента, выполненный для предотвращения перемещения приводной гайки относительно стержня до приложения заданного крутящего момента к гайке. Палец 51 крутящего момента проходит радиально через гайку 47 в стержень 13 (как лучше всего показано на фиг.2) и функционально выполнен срезающимся с приложением заданного крутящего момента к гайке.

При использовании болт 10 соединяют с бурильным устройством, вращающим анкерный болт в первом направлении, посредством приводной гайки 43. Буровой раствор прокачивают через циркуляционный канал анкерного болта для омывания режущей поверхности анкерного болта. В этом положении оправка 29 расположена на втором участке стержня и имеет возможность свободного вращения с расширяющимися элементами 24 без производства какого-либо осевого перемещения к концу 20 стержня.

По завершении фазы бурения, бурильное устройство вращает болт в противоположном направлении. Приводная гайка 43 вращается вместе со стержнем, поскольку относительному перемещению препятствует палец передачи крутящего момента. Данное противоположное вращение выполняется для создания "скольжения" в расширяющихся элементах 24 оправки 29 относительно стержня анкерного болта. Данное относительное перемещение, производимое между анкерным устройством и стержнем, вводит оправку в контакт с резьбой 28 и обуславливает ее перемещение от второго участка 41 стержня на первый участок 40 при навинчивании на резьбу вниз по стержню. Данное перемещение вызывает смещение расширяющихся элементов радиально наружу для сцепления с поверхностью породы пробуренного шпура.

Когда расширяющиеся элементы сцеплены с поверхностью стенки, болт становится плотно зажатым на месте установки. Соответственно, позже, если необходимо, бурильное устройство может быть отсоединено и через некоторое время цементационный раствор может закачиваться в шпур для закрепления анкерного болта на месте установки.

Анкерный болт может также подвергаться натяжению на данном этапе с продолжением приложения крутящего момента во втором направлении к приводной гайке 43. В определенной точке, расширяющиеся элементы 24 становятся так твердо вдавленными в поверхность, что клин не может больше перемещаться вниз по стержню. При этом болт эффективно связывается, что препятствует его дополнительному вращению. Крутящий момент на приводной гайке 43, при этом, нарастает, пока не достигнет величины, при которой должен срезаться палец 51 крутящего момента, давая возможность, тем самым, приводной гайке перемещаться относительно стержня. Данное относительное перемещение обуславливает навинчивание гайки с перемещением вверх по стержню.

Когда приводная гайка получает возможность перемещения по стержню болта, она должна войти в контакт с внешней поверхностью 102 слоя 500 породы (либо напрямую, либо через опорную пластину), что затем обеспечивает натяжение болта, когда рабочая длина болта между приводной гайкой и анкерным устройством уменьшается. Это подвергает слой породы сжатию. Когда болт находится под достаточным натяжением, бурильное устройство может быть отсоединено и можно проводить финальный этап закрепления анкерного болта на месте установки введением цементационного раствора через внутренний канал анкерного болта, в соответствие с требованиями.

В приведенной ниже формуле изобретения и приведенном выше описании изобретения, кроме случаев, если контекст требует иного, вследствие ясно выраженного языка или необходимого исполнения, слово "содержать" или вариации, такие как "содержит" или "содержащий", используется во включительном смысле, то есть для определения присутствия заявленных признаков, но не для исключения присутствия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления изобретения.

Изменения и/или модификации можно выполнять в описанных выше частях без отхода от сущности или объема изобретения.

Описания в австралийской патентной заявке №2007214343, по которой данная заявка имеет приоритет, включены в данный документ в виде ссылки.

Группа изобретений относится к горному делу, в частности к анкерным болтам для поддержки кровли и стен при строительстве туннеля. Техническим результатом является повышение надежности работы анкерного устройства и крепления горной выработки за счет обеспечения надежного сцепления анкера с горной породой. Анкерный болт содержит стержень и анкерное устройство, содержащее оправку и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку. Причем, по меньшей мере, одна оправка или, по меньшей мере, один расширяющийся элемент выполнены с возможностью вращения относительно стержня и осевого перемещения вдоль него. При этом, по меньшей мере, один расширяющийся элемент выполнен с возможностью смещения радиально наружу с заданным относительным перемещением между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом. Кроме того, стержень содержит первый и второй участки для размещения перемещающегося элемента. Причем при размещении на первом участке стержня, вращение перемещающегося элемента относительно стержня вызывает осевое перемещение данного элемента вдоль стержня, а при размещении на втором участке стержня перемещающийся элемент установлен с возможностью вращения на стержне без отклонения с осевым перемещением вдоль стержня. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Анкерный болт, содержащий стержень, имеющий первый и второй концы, и анкерное устройство, выполненное с возможностью удержания анкерного болта при размещении в пробуренном шпуре и содержащее оправку, установленную на стержне, или встроенную в него, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку, причем, по меньшей мере, одна оправка, или, по меньшей мере, один расширяющийся элемент являются перемещающимися элементами и выполнены с возможностью вращения относительно стержня и осевого перемещения вдоль него, причем, по меньшей мере, один расширяющийся элемент выполнен с возможностью смещения радиально наружу с заданным относительным перемещением между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом, при этом стержень содержит первый участок и второй участок для перемещающегося элемента, причем при размещении на первом участке стержня, вращение перемещающегося элемента относительно стержня вызывает осевое перемещение данного элемента вдоль стержня, и при размещении на втором участке стержня перемещающийся элемент установлен с возможностью вращения на стержне без отклонения с осевым перемещением вдоль стержня.

2. Анкерный болт по п.1, в котором второй участок является примыкающим к первому участку.

3. Анкерный болт по п.1 или 2, в котором перемещающийся элемент соединен со стержнем на первом участке резьбовым соединением, содержащим внешнюю резьбу на стержне, и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности элемента.

4. Анкерный болт по п.3, в котором внешняя резьба стержня заканчивается ко второму участку, при этом перемещающийся элемент выполнен с возможностью перемещения между первым и вторым участками при свинчивании с внешней резьбы стержня или навинчивании на нее.

5. Анкерный болт по п.1, в котором второй участок проходит вдоль осевой линии стержня расстояние, немного больше длины вдоль осевой линии внутренней резьбы перемещающегося элемента.

6. Анкерный болт по п.1, в котором перемещающийся элемент является оправкой и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент удерживается от перемещения вдоль осевой линии по стержню анкерного болта.

7. Анкерный болт по п.6, в котором анкерное устройство дополнительно содержит соединительное устройство и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, свисающий с соединительного устройства, при этом соединительное устройство захвачено таким образом, что предотвращается осевое перемещение, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента вдоль стержня, при этом обеспечивается вращение соединительного устройства вокруг стержня.

8. Анкерный болт по п.7, в котором второй участок расположен на стержне, примыкающим к соединительному устройству, так, что предотвращает отклонение перемещающегося элемента посредством вращения вокруг стержня с перемещением в контакт с соединительным устройством.

9. Анкерный болт по п.7 или 8, в котором соединительное устройство захватывается на первом конце стержня.

10. Анкерный болт по п.1, в котором второй участок расположен на первом конце стержня и выполнен с возможностью ограничения величины, на которую перемещающийся элемент перемещается за пределы первого конца посредством вращения вокруг стержня.

11. Анкерный болт по п.9, в котором соединительное устройство захватывает удерживающая муфта, расположенная на стержне.

12. Анкерный болт по п.1, в котором заданное относительное перемещение является перемещением оправки относительно, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента в осевом направлении вдоль стержня ко второму концу.

13. Анкерный болт по п.1, в котором, по меньшей мере, один расширяющийся элемент и оправка удерживаются от относительного вращения вокруг оси стержня сцеплением, по меньшей мере, одной наклонной поверхности оправки с внутренней поверхностью, по меньшей мере, одного расширяющегося элемента.

14. Анкерный болт по п.1, выполненный с возможностью использования в качестве самозабуривающегося анкерного болта и дополнительно содержащий режущую пластину, расположенную на первом конце стержня, или соединенную с ним, и приводное устройство, на втором конце стержня, или соединенное с ним, выполненное с возможностью соединения с бурильным устройством для обеспечения вращения и осевой нагрузки на анкерный болт.

15. Анкерный болт по п.14, в котором болт вращается вокруг оси стержня в первом направлении в операции бурения и вращается в противоположном втором направлении, вызывающем заданное перемещение между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом для обеспечения функционирования анкерного устройства для удержания анкерного болта в пробуренном шпуре.

16. Анкерный болт п.14 или 15, в котором болт выполнен с возможностью прохода текучей среды между концами при размещении в пробуренном шпуре.

17. Анкерный болт по п.14, в котором стержень имеет внутренний канал для обеспечения прохода текучей среды между первым и вторым концами.

18. Анкерный болт по п.14, в котором режущая пластина выступает радиально на расстояние больше радиуса стержня для создания канала транспортировки текучих сред между стержнем и стенкой пробуренного шпура.

19. Анкерный болт по п.14, дополнительно содержащий буровое долото, соединенное с первым концом стержня и имеющее режущую пластину, причем буровое долото соединено с концом стержня соединительной муфтой, выполненной для передачи вращения на буровое долото от стержня, когда стержень вращается, по меньшей мере, в одном направлении.

20. Анкерный болт по п.19, в котором соединение бурового долота и стержня представляет собой резьбовое соединение, имеющее внешнюю резьбу на хвостовике бурового долота, и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности стержня.

21. Анкерный болт по п.14, в котором приводное устройство выполнено в виде приводной гайки, соединенной со стержнем анкерного болта резьбовым соединением, содержащим внешнюю резьбу, расположенную на стержне и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки.

22. Анкерный болт по п.21, дополнительно содержащий устройство передачи крутящего момента, функционирующее для ограничения осевого перемещения приводной гайки вдоль стержня, до приложения заданного крутящего момента к гайке.

23. Анкерный болт по п.22, в котором устройство передачи крутящего момента имеет форму пальца передачи крутящего момента, проходящего радиально через гайку в стержень, пальца передачи крутящего момента, функционирующего со срезанием при приложении заданного крутящего момента к гайке.

24. Анкерный болт по любому из пп.21-23, в зависимости от п.3, в котором резьбовые соединения перемещающегося элемента и приводной гайки со стержнем имеют одинаковое направление резьбы.

25. Стержень анкерного болта, проходящий вдоль осевой линии и содержащий первый и второй концы, первый участок стержня, имеющий внешнюю резьбовую поверхность, выполненную для образования части резьбового соединения с элементом, имеющим соответствующую внутреннюю резьбу, и второй участок стержня, расположенный примыкающим к первому участку, выполненный с формой для такого размещения элемента, чтобы обеспечивать вращение элемента на стержне без создания осевого перемещения элемента вдоль стержня.

26. Стержень анкерного болта по п.25, в котором второй участок размещен примыкающим к первому концу стержня.

27. Стержень анкерного болта по п.25 или 26, в котором второй участок имеет гладкую внешнюю поверхность и круглое поперечное сечение.

28. Стержень анкерного болта по п.25, в котором канал проходит от первого конца стержня и имеет резьбовую внутреннюю поверхность.

29. Стержень анкерного болта по п.25, в котором стержень является пустотелым и имеет канал, проходящий между противоположными первым и вторым концами стержня.

30. Стержень анкерного болта по п.25, в котором третий участок стержня, расположенный на расстоянии от второго участка, имеет резьбовую внешнюю поверхность.

31. Стержень анкерного болта по п.30, в котором третий участок размещен примыкающим ко второму концу стержня.

32. Стержень анкерного болта по п.30 или 31, в котором внешние резьбы на первом и третьем участках имеют одинаковое направление.

33. Самозабуривающийся анкерный болт, содержащий стержень, имеющий первый и второй концы, режущую пластину, выполненную на первом конце стержня, или соединенную с ним, приводное устройство, выполненное на втором конце или примыкающим ко второму концу стержня, выполненное с возможностью соединения с бурильным устройством для обеспечения вращения и приложения осевой нагрузки на анкерный болт, и анкерное устройство, выполненное с возможностью удержания анкерного болта после размещения в пробуренном шпуре и содержащее оправку, установленную на стержне, или встроенную в него, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку, причем по меньшей мере, одна оправка, или, по меньшей мере, один расширяющийся элемент являются перемещающимися элементами и выполнены с возможностью вращения относительно стержня, и осевого перемещения вдоль стержня, причем по меньшей мере, один расширяющийся элемент выполнен с возможностью смещения радиально наружу с заданным относительным перемещением между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом, при этом стержень содержит первый участок и второй участок для размещения перемещающегося элемента, причем при размещении на первом участке стержня, вращение перемещающегося элемента относительно стержня вызывает осевое перемещение данного элемента вдоль стержня, и при размещении на втором участке стержня, перемещающийся элемент способен к вращению на стержне без отклонения с осевым перемещением вдоль стержня.