CN101251021B - 用于锚索的张紧组件 - Google Patents

Abstract

一种用于具有柔性轴(12)的锚索的张紧组件(10)，其包括：夹紧装置(14、16)，该夹紧装置被设置安装在所述锚索轴(12)上并带有与所述轴的轴线(SA)同轴的夹紧装置轴线(CA)；以及外部部件，该外部部件位于所述夹紧装置(14，16)之上并与夹紧装置(14，16)配合。所述外部部件(18)被设置成在所述外部部件预定的运动下将驱动传递到所述夹紧装置(14、16)上以偏压所述夹紧装置(14、16)沿着所述夹紧装置的轴线方向移动。并且还公开了一种锚索和张紧锚索的方法。

Description

用于锚索的张紧组件

技术领域

本发明涉及锚索(cable bolt)，特别涉及一种用于锚索的张紧组件，所述锚索在采矿工业和隧道工业中用于提供岩石和墙体支护。本发明适用于坚硬的岩石也适用于较软的地层，如在煤矿采集业中常见的那样，并且可以理解在本说明书中使用的术语“岩石”具有宽泛的含义，涵盖了上述这些应用。

背景技术

在采矿和开隧道操作中顶板和墙体支护是非常重要的。矿井和隧道的墙体和顶板由岩层组成的，该墙体和顶板必须被加固以防止坍塌的可能。岩石锚杆，如刚性轴岩石锚杆和柔性锚索，都广泛地被用于加固岩层。

在传统的地层支护***中，用钻杆在岩石中钻孔，然后移走钻杆，将岩石锚杆安装在已钻出的孔中，并常使用树脂或水泥基砂浆将岩石锚杆固定在位。岩石锚杆被张紧，这样通过使这部分地层压紧而使相邻地层固结。

为了使得岩石锚杆被张紧，锚杆的末端通过锚杆末端上的膨胀组件与岩层的接合而被机械地锚固在岩层。或者，通过将树脂粘结材料注入钻孔中，锚杆可以黏附地与岩层结合。或者，通过同时使用膨胀组件和树脂粘结材料，机械锚固和树脂粘结的方法可以组合使用。

当使用树脂粘结材料时，树脂粘结剂渗透到周围的岩层中，使岩层黏附地结合并使岩石锚杆牢固地保持在钻孔中。树脂通常以双组件塑料筒的形式被注入在钻孔中，其中一个组分包含有可固化树脂成份，另一个组分包含固化剂(催化剂)。双组分树脂盛装筒被***到钻孔的封闭端，然后将矿井岩石锚杆***钻孔中，这样矿井岩石锚杆的端部刺破所述双组分树脂盛装筒。当矿井岩石锚杆绕其纵轴线旋转，树脂盛装筒内的隔舱被挤破，组分就混合在一起。树脂混合物充满钻孔壁与矿井岩石锚杆的轴之间的环形区域。混合树脂凝固并将矿井岩石锚杆与周围的岩石结合在一起。

张紧组件被设置是为了沿锚索提供张力，例如，其围绕锚索轴依次在通常为矿井顶板底层的底层上提供压缩力。所述的张紧组件通常包括用于安装的液压装置，并且要求安装者将所述装置提升至高于胸前(chest)的高度，以便将张紧组件置于露在钻孔外的钢丝绳端部。与矿井顶板高度相关，这会产生安全问题。在一个这样的组件中，随着钻孔中钢丝绳部分周围的树脂凝结，放置在螺纹上的螺母切入位于钻孔外侧的锚索外钢丝部分。然后螺母在锚索上向前旋转，直接地或通过置于底层与螺母之间的轴上的支承板而紧靠钻孔周围的底层。螺母连续旋转预定的圈数以沿着钢丝绳提供张力。但由于在螺母和钢丝绳之间会发生失效，这种方法在实际应用中是不可靠的。在另一种方法中，通过外部接头将螺杆连接到钢丝绳的远端上。接头置于孔内部，且螺杆被设置成凸出于孔外。然后将板置于所述杆上，螺母与螺杆螺旋地装配以锁住所述板。螺母被旋于所述杆上，使得所述板被压紧在钻孔周围的底层上。为实现这种方法，在接近钻孔开口处的钻孔部分必须被扩宽以容纳所述的外部接头。不利之处在于形成钻孔时需要两次施钻。如果所述钻孔被钻成具有一种直径，并且足够大到容纳所述零件，那么在钻孔壁与锚索之间就会产生一个较大空间，就需要更多的树脂来固定孔中的锚索。发现这一情况减弱了在钢丝绳、树脂和钻孔壁之间的结合强度。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种用于具有柔性轴的锚索的张紧组件，所述组件包括：夹紧装置，其设置为安装到锚索轴上，所述夹紧装置具有轴线，在使用中该轴线与所述轴的轴线对齐；以及外部部件，位于夹紧装置上方并与夹紧装置啮合，在所述外部部件预定的运动下，所述外部部件被设置成向所述夹紧机构传递驱动，以使所述夹紧装置沿所述夹紧装置的轴线方向运动。

在一种形式中，所述外部部件通过螺纹接头与夹紧装置连接，而所述夹紧装置在其外表面具有螺纹部分，以与所述外部部件的相对应的内螺纹表面螺纹连接，并且其中所述预定运动是所述外部部件相对于所述夹紧装置的旋转。

在一种形式中，所述夹紧装置包括一套筒和一楔形件，其中所述楔形件可以直接连接到锚索上，并且所述套筒适用于将所述楔形件容纳在其中。在一特定的实施例中，楔形件在外表面上具有螺纹部分，借此与外部部件中相应的内螺纹表面进行螺纹连接。另一种形式中，夹紧装置可为配件，例如金属圆柱筒，该配件例如通过模锻操作被夹紧在轴上。在这个形式中，螺纹可以形成在圆柱筒的外表面上以用于与外部部件的连接。

在一种形式中，将对接装置可滑动地安装到岩石锚杆上并且该装置适用于邻接外部部件。在一特定的形式中，所述对接装置包括一板。所述板包括中心凸台，该中心凸台包括穿过其的孔，该孔用于容纳锚索，所述凸台被设置成邻接所述外部部件。在一特定的形式中，所述外部部件从远端到近端渐细，所述孔的宽度小于所述外部部件远端处的横向宽度，大于所述外部部件近端处的横向宽度，所述近端被设置成邻接所述凸台。在一种形式中，所述外部部件的近端是外圆角形(bull-nosed)。在另一种形式中，所述近端大体是平的，并且球形垫圈被设置在所述外部部件的平顶与所述板之间。在这两种形式的任意一种中，锚索的轴线与所述部件较好地对准，以允许负荷绕轴线均匀地分布，而不会引起弯曲。在另一形式中，所述外部部件的近端是平的并且抵靠平板放置。

所述外部部件上可包括一驱动头，该驱动头被设置成由一驱动设备驱动，该驱动设备典型地被安装在钻孔组件上，以将预定的运动传递到所述外部部件上。

在一特定的形式中，所述组件进一步包括一限制装置，该限制装置适用于阻止所述预定运动直至极限负荷被施加在所述外部部件上。所述限制装置包括置于所述外部部件与夹紧装置的孔中的安全销，当极限负荷被施加时，所述安全销被切断。或者，所述限制装置可包括一帽，该帽可置于外壳中并且设置成当外壳与夹紧装置之间施加预定的相对转矩时从外壳中脱离。所述转矩使所述夹紧装置抵靠所述帽进行轴向运动，并且所述帽通过这个运动所传递的负荷而脱离出来。

在另一方面，提供的锚索包括一柔性锚索轴，并且具第一端和第二端，该第一端被设置成在使用中锚固在形成于岩石层中的孔中，该第二端被布置成位于孔的外部，并且包括一个上述任一种形式的张紧组件，其中所述张紧组件的夹紧装置被安装到锚索轴上接近第二端，并且所述外部部件在预定的运动下被设置成向所述夹紧装置传递驱动，使其偏压所述锚索杆沿向着第二端的方向移动。

根据另一方面，这里提供一种在形成于岩层的孔中张紧锚索的方法，所述锚索具有轴、设置在孔中的第一端和设置在孔外的第二端，所述方法包括以下步骤：在锚索轴上提供张紧组件，所述张紧组件具有安装在杆上的夹紧装置，和与夹紧装置配合的外部部件；将锚索锚固在孔中；以及驱动所述外部部件以将预定运动传递到所述外部部件上，由此，在此预定的运动下，通过驱动所述夹紧装置沿所述锚索轴的轴线朝向第二端运动，所述锚索的杆向远离岩层的方向运动以张紧所述钢丝绳。

在一种形式中，所述方法进一步包括使所述外部部件直接或间接地抵靠岩层外表面的步骤。在特定的形式中，所述外部部件通过邻接板抵靠岩层。

在一种形式中，所述夹紧装置通过螺纹接头被安装到所述外部部件中，并且所述预定运动为所述外部部件相对于夹紧装置的旋转运动。

在一特定形式中，所述夹紧装置和所述外部部件一起旋转，直至极限转矩被施加到所述张紧组件，随后所述外部部件可以相对夹紧装置旋转。

在一种形式中，所述方法进一步包括通过在所述外部部件上的驱动头将预定运动传递到所述外部部件上的步骤。

在一特定形式中，所述锚索在所述孔中被旋转以促使所述锚索在孔中的锚固。在一种形式中，所述锚索通过所述外部部件的旋转而被旋转。在一特定形式中，所述锚固步骤包括将固定剂容器***到孔中，和在所述容器***后将锚索的第二部分***到孔中，同时旋转所述锚索以破碎所述容器，将容器中的固化物质释放到所述孔中的锚索周围的空间。此外可选择地，所述锚固步骤进一步包括允许所述固化物质在钢丝绳张紧之前凝固的步骤。

在一种形式中，所述锚索置于孔中，该孔的直径超出所述锚索轴的直径30％以下。

附图说明

参考下列附图，优选的实施例现在将仅仅通过示例的方式描述，其中：

图1示出了根据优选实施例所述的锚索张紧组件的优选实施例的截面分解侧视图；

图2和图3示出了图1所示的组件在两个不同位置上的截面侧视图；

图4为图1所示组件的底面视图；和

图5示出了所述组件另一实施例的截面侧视图。

具体实施方式

如图所示，优选实施例为一张紧组件10，它与锚索11一起使用来支护矿井的墙体和/或顶板。所述组件10设置成与锚索11一起使用，所述锚索通常包括若干钢缆绳股，其缠绕在一起形成柔性锚索轴12，然而轴12还可以根据它的用途由其它适合的材料制成。例如，轴12可以由其它硬金属或硬化金属或聚合材料制成。轴12的直径通常为15-28mm，这里所采用的钢丝绳直径可以根据形成轴所使用的材料，或者根据将轴定位在其中的底层的类型来确定。轴12的长度根据使用者的要求，通常在大约4m到10m的范围内。

在图示的形式中，组件包括一形式为套筒14和锥形楔形件16的夹紧装置，该夹紧装置被设置成安装在锚索的轴12上。夹紧装置具有轴线CA，其与锚索轴的轴线SA对准。所述楔形件16包括三个部分16a，b，c，它们都被设置成绕所述钢丝绳夹紧，如图2和图3所示。如以下更详细的描述，所述楔形件16的部分16a，b，c被置于钢丝绳轴12上，并且在置于套筒14中之前由橡胶O型环17保持在一起。或者，使用一钢质弹性环来代替O型环17。或者，楔形件16可具有两个部分，或多于三个部分。

形式为外壳18的外部部件被设置成互补地与套筒14的外表面20螺纹配合。外壳被设置成固定在相对于套筒14的一系列位置上，这些位置沿轴的轴线方向上间隔开。外壳18还包括一形式为六角形驱动头22的驱动头，该驱动头被设置成由一合适的钻机驱动。或者，所述驱动头包括一些槽，与标准的或Phillip头螺钉相似，以容纳互补驱动机构。所述组件10进一步包括一形式为板24的对接装置，该对接装置被设置成可滑动地安装在所述轴12上、在外壳18与岩层28之间。所述板24被设置成与顶板28上的孔30周围的外岩石面29邻接，孔中***所述轴12的一部分。所述板24具有中心凸台32，其在使用时用于容纳外壳18的圆形的、渐缩的“外圆角”端部34的一部分。圆形的端部34与中心凸台32的这一组合使凸台32和外壳18在使用时轴线对准，以避免在轴12与组件10之间的横向剪切力。在另一个实施例中，端部34为截头圆锥体，而不是圆形。通常是诸如高密度的聚乙烯之类的塑料的垫圈35被置于轴12上、在板24与外壳18之间，用于减少外壳18相对于板24旋转时两者之间的摩擦。或者，作为对垫圈的附加或替代方式，外壳在其外表面上形成一低摩擦的涂层(如钼基涂层)。

组件10进一步包括一形式为安全销36的限制装置，所述安全销可定位在孔38a，b中，所述孔位于外壳18和套筒14中。在孔38a，b中的安全销36使套筒14保持在外壳18中对准。当在外壳18和套筒14之间施加通常为100-400N.m的预定转矩时，安全销36会断开，使套筒14可在外壳中旋转。限制装置的形式不一定必须为安全销的形式。例如，在如图5所示的一个替代实施例中(相同的附图标记表示相同的部件)，限制装置的形式为外壳18内的帽36’，该帽36’使套筒14相对于外壳18保持在一固定位置，直至施加在外壳18上的转矩超过帽36’的强度，这样，帽36’可以从外壳18上脱离，使套筒14可相对外壳18旋转。同样还是在这个实施例中，外壳18的所述端部34具有低摩擦的钼基涂层(finish)，这样可以不必使用垫圈35。然而，如果希望的话，垫圈35仍然可以在该实施例中使用。

现在将结合组件使用的方法对组件10进行描述。首先，组件10被安装在轴12上，为实现这一步骤，所述楔形件的部分16a，b，c围绕轴12的一端安装，并且由O型环17保持在一起。套筒14被置于楔形件16和外壳18上方，如图2所示的位置。然后穿过外壳18和套筒14钻出安全销孔38a，b，将安全销36置于其中。

楔形件16的部分的尺寸被这样设计，即它们围绕着轴12，不完全地相互接触。因此，当楔形件在套筒14的锥孔的内部沿渐细方向移动时，在套筒14的互补的(complementary)内部锥孔42内的楔形件16的渐细特性使楔形件更紧的夹紧轴12，从而增加轴12上的楔形件16的握紧力。在该实施例中，套筒的内部锥孔的细端相对于轴线的角度大约为7°，然而在另一个实施例中，锥形的角度可以大于或小于7°。

已知的钻机被置于矿井顶板28的表面29上。钻机被用于在矿井顶板28中钻出孔30，孔的直径通常在27-28mm，深度最长达100mm，该深度比所用的钢丝绳11(如前所述，钢丝绳长度通常在4m-10m范围内)的长度短。

然后将钻头从孔30中移走，将已知的粘合材料容器***到孔内。容器内装有形式为两部分树脂的粘合材料，其中的每一部分在容器内时保持与另一部分分离。

邻接板24被置于锚索上方，抵靠外壳18的端部。在容器被***到孔之后，带有组件10的锚索11随后被***到孔30中，钻机被连接到驱动头22上。然后，将轴向地推轴以抵住孔30中的容器。旋转中的轴12抵靠容器的压力使容器破碎。然后轴12继续被轴向推进穿过破碎的容器，并且轴的持续旋转混合树脂的两种组分。一旦轴12被完全***到孔中，轴12的旋转停止并在孔30中保持它的位置直至树脂凝固，将杆12结合到孔30上。安全销36被设置成具有足够的强度以抵抗在上述旋转轴12以破碎孔30中的容器并混合两种组分树脂的过程中所产生的剪切力。

一旦树脂凝固，钻机被用来通过驱动外壳18的六角形驱动头22来进一步驱动外壳18。假设轴12被固定在孔30中凝固的树脂中，钻机施加在外壳18上的压力使得安全销36剪切，这样使在外壳和套筒14之间发生相对旋转。外壳18的持续旋转使得带有楔形件16的套筒14在外壳中从第一位置(如图2所示)向套筒14在外壳18中的第二位置(如图3所示)移动。然后，还使板24上的外壳18沿着轴12提供张紧力。如前面关于现有技术的描述，这在孔30周围的矿井顶板28的岩石底层42上提供压缩力。然后，可将钻机从六角形驱动头22上移开，将锚索11和张紧组件10留在矿井顶板的位置中。可以理解的，使用若干带有张紧组件10的锚索11，在矿井顶板28的不同位置上进行相同的过程。

有利地是，张紧组件10的设置使套筒14、楔形件16和外壳18保持在孔30的外部。这意味着孔30的尺寸可以仅容纳轴12，并且不需要在长度方向上全部或部分的被扩大以容纳套筒14、楔形件16和外壳18。因此，如上述的解释，在树脂、孔30和轴12之间随产生的结合比现有技术的方法所获得的结合要更强。另外，提供一沿孔的长度方向直径固定的孔比提供一带有相对较宽部分的孔更方便。张紧组件10比现有技术中的方法和组件更易使用。

虽然参照优选实施例描述了本发明，可以理解地，所使用的词语是描述性的词语而不是限制性词语，且可以对本发明进行改变而不脱离它在附加权利要求中定义的范围。例如，优选实施例中已经描述了关于采矿的应用，可以理解的是本发明不局限于该应用。另外，优选实施例中的描述针对矿井顶板，可以理解的是本发明也可以应用在侧壁或基底/地面。

在后面的权利要求中和在本发明的前面的描述中，除了前后文需要另外确定描述语言或必要的含义的情况，词汇“包括(comprise)”或如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”表示为同一个意思，也就是说，确定了存在所陈述的特征，但并不排除本发明多种实施例其它特征的存在或添加。

在此对现有技术文献的参考并不是承认这些文献形成了本发明中的一般技术的一部分。

Claims (24)

1.一种用于锚索的张紧组件，所述锚索具有柔性轴，所述组件包括：

夹紧装置，其被设置成安装到锚索轴上，所述夹紧装置具有轴线，使用时该轴线与所述轴的轴线对齐；

对接装置，其可安装到锚杆上并被布置成沿所述轴的轴线方向与所述夹紧装置间隔开；和

外部部件，其在所述夹紧装置和所述对接装置之间延伸，所述外部部件位于夹紧装置之上并与夹紧装置配合，所述外部部件被设置成，在所述外部部件的预定运动下将驱动传递至所述夹紧装置，以偏压所述夹紧装置沿所述夹紧装置的轴线方向移动远离所述对接装置。

2.根据权利要求1所述的张紧组件，其特征在于，所述外部部件通过螺纹接头与所述夹紧装置配合，所述夹紧装置在外表面具有螺纹部分，该螺纹部分与所述外部部件的相对应的内螺纹表面螺纹连接，并且其中所述预定运动是所述外部部件相对于所述夹紧装置的旋转。

3.根据权利要求1所述的张紧组件，其特征在于，所述夹紧装置包括套筒和楔形件，其中所述楔形件直接与所述锚索连接，所述套筒适用于将楔形件容纳在其中。

4.根据权利要求3所述的张紧组件，其特征在于，所述楔形件包括多个部分，这些部分被设置为当共同被容纳在套筒中时夹紧岩石锚杆的一部分。

5.根据权利要求1所述的张紧组件，其特征在于，所述对接装置包括一邻接板，该邻接板可被安装到岩石锚杆上并且适用于邻接于所述外部部件的一端部。

6.根据权利要求5所述的张紧组件，其特征在于，所述板包括中心凸台，该凸台具有贯穿的孔，该孔用于容纳所述锚索，所述凸台被设置成与所述外部部件的所述端部相配合。

7.根据权利要求6所述的张紧组件，其特征在于，所述外部部件从远端到近端渐细，所述孔的宽度小于所述外部部件在远端的横向宽度，大于所述外部部件近端的横向宽度，所述近端被设置成邻接所述凸台。

8.根据权利要求7所述的张紧组件，其特征在于，所述外部部件的近端为外圆角。

9.根据权利要求1所述的张紧组件，其特征在于，所述外部部件上包括一驱动头，该驱动头被设置成由驱动设备驱动以向外部部件传递预定运动。

10.根据权利要求1所述的张紧组件，其特征在于，进一步包括一限制装置，所述限制装置适用于抑制预定运动直至向所述外部部件施加极限负荷。

11.根据权利要求10所述的张紧组件，其特征在于，所述限制装置包括安全销，所述安全销被设置成当预定转矩施加在所述外部部件与所述夹紧装置之间时断裂。

12.根据权利要求10所述的张紧组件，其特征在于，所述限制装置包括一帽，所述帽可定位在所述外壳内并被设置成当预定的相应转矩施加在所述外部部件与所述夹紧机构之间时所述帽可从所述外部部件脱离。

13.一种锚索组件，所述锚索组件包括柔性锚索轴并具有：第一端，所述第一端被设置成在使用时锚固在形成于岩层上的孔中；第二端，所述第二端被设置成在所述孔的外部；以及如上述任一权利要求所述的张紧组件，其中，所述张紧组件的所述夹紧装置被安装到锚索轴上接近第二端的位置，所述外部部件被设置成在预定的运动下将驱动传递到所述夹紧装置，以偏压所述锚索轴沿向着第二端的方向移动。

14.一种在形成于岩层上的孔中张紧锚索的方法，所述锚索具有轴以及置于所述孔中的第一端和置于所述孔外的第二端，所述方法包括以下步骤：

在所述锚索轴上设置张紧组件，所述张紧组件具有：夹紧装置，所述夹紧装置被安装在所述轴上；与所述夹紧装置配合的外部部件；和对接装置，所述对接装置从所述夹紧装置间隔开，所述外部部件在所述夹紧装置和所述对接装置之间延伸；

将所述锚索锚固在所述孔中；和

驱动所述外部部件以将预定运动传递到所述外部部件上，由此，在所述预定运动下，通过向夹紧装置传递驱动以使其沿着所述锚索轴的轴线向第二端移动，导致所述锚索轴向远离岩层的方向移动从而以张紧所述锚索。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述夹紧装置通过螺纹接头被安装到所述外部部件上，并且所述预定运动为所述外部部件相对所述夹紧装置的旋转。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述夹紧装置和所述外部部件共同旋转直至极限转矩被施加到所述张紧组件上，其后所述外部部件能够相对所述夹紧装置旋转。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述张紧组件被设置在所述孔的外部。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述外部部件直接或间接地抵靠在所述岩层的所述外表面的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述外部部件通过邻接板抵靠在岩层上。

20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括通过在所述外部部件上的驱动头将预定运动传递到所述外部部件的步骤。

21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述锚索在所述孔中被旋转以促使所述锚索在所述孔中的锚固。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述锚索通过所述外部部件的旋转而旋转。

23.根据权利要求14所述的方法，其中所述孔在其整个长度方向上具有不变的直径。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述锚索被提供在孔中，所述孔的直径超出所述锚索轴的直径30％以下。

Images