САМОРЕЗНЫЙ АНКЕРНЫЙ БОЛТ
SELF-TAPPING ANCHOR BOLT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к анкерным болтам, подходящим для использования в горнодобывающей промышленности и строительстве туннелей для обеспечения поддержания кровли и стен. Изобретение пригодно для использования в твердых породах, а также в более мягких породах, таких, которые часто встречаются в угольных шахтах, и необходимо отметить, что термин "порода", который используется в описании, имеет широкое значение, включающее в себя оба этих применения.
Уровень техники
При шахтных и туннельных работах крайне необходимо поддержание кровли и стен. Стены и кровля шахт и туннелей состоят из каменной породы, которая должна быть укреплена для того, чтобы предотвратить возможность обрушения. Для укрепления каменной породы широко используются анкерные болты.
В традиционных системах укрепления породы в горной породе с помощью буровой штанги сверлится отверстие, после чего буровая штанга удаляется и в просверленное отверстие устанавливается анкерный болт, который обычно крепится на месте с помощью жидкого раствора на основе синтетической смолы или цемента.
Для того чтобы усовершенствовать этот процесс, были предложены саморезные анкерные болты, в которых болт также используется в качестве буровой штанги. В связи с этим при использовании саморезного анкерного болта за одну операцию может быть просверлено отверстие и установлен болт.
Хотя саморезные анкерные болты обеспечивают возможность значительного уменьшения времени установки анкерных болтов, они не получили широкого распространения в основном из-за высокой стоимости их производства.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предусматривается саморезный анкерный болт, который содержит первый и второй концы, стержень, протянутый между этими концами, и анкерное устройство, первый конец которого имеет сверлильный наконечник для внедрения в породу, а второй конец приспособлен для того, чтобы соединяться со сверлильным устройством, обеспечивающим вращение болта и осевое давление на болт, где анкерное устройство способно удерживать болт, установленный в просверленное отверстие и содержит оправку, имеющую одну или несколько внешних поверхностей, расположенных наклонно по отношению к стержню, где оправка устанавливается на стержень или выполняется с ним как одно целое, и, по меньшей мере, один распорный элемент, находящийся над клиновой частью, где, по меньшей мере, один распорный элемент радиально смещается наружу при заранее определенном перемещении клиновой части относительно, по меньшей мере, одного распорного элемента.
В одном из вариантов болт способен вращаться вокруг собственной оси в первом направлении при операции сверления и вращается в противоположном втором направлении для того, чтобы вызвать заранее определенное перемещение оправки относительно, по меньшей мере, одного распорного элемента для того, чтобы задействовать анкерное устройство для удержания болта в просверленном отверстии.
В одном из вариантов оправка установлена на стержне. Кроме того, по меньшей мере, один распорный элемент и оправка могут быть соединены со стержнем болта таким образом, который позволяет им вращаться относительно стержня вокруг оси болта. Кроме того, по меньшей мере, в одном варианте внутренняя поверхность, по меньшей мере, одного распорного элемента и внешняя наклонная поверхность (поверхности) имеют такую форму, чтобы предотвратить вращение, по меньшей мере, одного распорного элемента относительно оправки. Таким образом, по меньшей мере, один распорный элемент и оправка совместно вращаются относительно стержня болта.
В одном из вариантов вышеупомянутой конструкции при вращении стержня во втором направлении относительно анкерного устройства, по меньшей мере, один распорный элемент закреплен в осевом направлении и не может перемещаться вдоль стержня болта, тогда как оправка способна продольно перемещаться вдоль стержня в направлении, которое вызывает смещение наружу, по меньшей мере, одного распорного элемента. Соответственно, при такой конфигурации вращение стержня относительно анкерного устройства вызывает перемещение оправки относительно, по меньшей мере, одного распорного элемента, и оправка вызывает радиальное смещение, по меньшей мере, одного распорного элемента наружу.
В одном из вариантов оправка соединяется со стержнем посредством резьбового соединения, которое содержит наружную резьбу на стержне и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности оправки. Таким образом, резьбовое соединение вызывает осевое перемещение оправки по стержню при вращении стержня относительно оправки. В одном из вариантов движение оправки вдоль стержня (то есть в направлении второго конца) вызывает радиальное смещение, по меньшей мере, одного распорного элемента наружу.
В одном варианте осуществления анкерное устройство, кроме того, содержит кольцо, установленное вокруг, по меньшей мере, одного распорного элемента. В одном из вариантов кольцо имеет два основных назначения; первое назначение состоит в том, чтобы удерживать распорный элемент в сложенном состоянии, а второе назначение состоит в том, чтобы поддерживать вращение анкерного устройства относительно стержня болта, когда болт вращается во втором направлении для того, чтобы вызвать радиальное смещение распорного элемента наружу.
В одном из вариантов кольцо имеет профилированную поверхность, которая приспособлена для того, чтобы свободно перемещаться по поверхности породы в просверленном отверстии при вращении болта в первом (сверлильном) направлении, и приспособлена для того, чтобы иметь высокую склонность упираться в поверхность стенки просверленного отверстия при вращении кольца в противоположном втором направлении. В одном из вариантов кольцо включает в себя основу кольца и некоторое количество пластинок, которые образуют профилированную поверхность кольца и которые выступают из основы кольца. В такой конструкции при соприкосновении поверхности кольца с поверхностью стенки просверленного отверстия пластинки сгибаются и охватывают основу кольца при вращении в первом направлении и выгибаются наружу для того, чтобы упереться в поверхность стенки просверленного отверстия, когда болт вращается во втором направлении.
В одном из вариантов кольцо изготавливается из полимерного материала.
В одном из вариантов саморезный анкерный болт имеет внутренний проход в стержне. Обычно стержень изготавливается из стали, и такой проход является частью циркуляционного канала для подвода или отвода бурового раствора к первому концу болта, а также для закачивания жидкого раствора в просверленное отверстие для закрепления анкерного болта на месте. Обычно циркуляционный канал, кроме того, включает в себя второй проход, который образован между стержнем болта и поверхностью стенки просверленного отверстия.
Полый стержень может быть изготовлен с помощью различных технологий. В данном варианте выполнения стержень изготавливается из вытянутой металлической заготовки, которая загибается таким образом, чтобы соединить противоположные продольные края металлической заготовки и образовать шов. Один полый стержень такого типа производится и поставляется фирмой OneSteel Pty Ltd и использует стальную заготовку. Такая конструкция полого стержня имеет то преимущество, что его производство сравнительно недорого и, тем самым, он идеально подходит для такого применения, как саморезные анкерные болты, которые предназначены для одноразового использования.
В другом варианте стержень может быть сплошным, по меньшей мере, на части его длины и вдоль этой части устанавливается патрубок, чтобы обеспечить проход между стержнем и патрубком. Этот проход в свою очередь является частью циркуляционного канала. Такая конструкция описана заявителем в соответствующей международной заявке, озаглавленной "Саморезный анкерный болт" и поданной той же датой, что и настоящая заявка, на содержание которой здесь даны перекрестные ссылки.
В одном из вариантов сверлильный наконечник выступает в радиальном направлении от оси болта на расстояние, большее толщины стержня для того, чтобы обеспечить проход между стержнем и стенкой просверленного отверстия. В одном из вариантов сверлильный наконечник расположен прямо на стержне болта, который может быть видоизменен для установки сверлильного наконечника, например, с помощью операции фрезерования или штамповки.
В альтернативном варианте анкерный болт, кроме того, содержит буровую головку, которая присоединена к концу стержня и которая включает в себя сверлильный наконечник. В такой конструкции буровая головка присоединена к концу стержня с помощью соединения, которое предназначено для передачи вращения стержня буровой головке, когда стержень вращается, по меньшей мере, в одну сторону. В этом отношении соединение может быть неразъемным, то есть буровая головка может быть приварена к стержню, или в качестве альтернативы буровая головка может быть съемной. В этой последней конструкции соединение может иметь вид сопряженных выступов и углублений, которые позволяют передавать вращение или же может использоваться резьбовое соединение, в котором буровая головка включает в себя стержень, имеющий наружную резьбу, а соответствующая внутренняя резьба расположена на внутренней поверхности стержня.
В одном из вариантов анкерное устройство расположено рядом с первым концом. В описанной выше конструкции, где, по меньшей мере, один распорный элемент закреплен в осевом направлении и не может перемещаться вдоль стержня болта, этот распорный элемент может быть закреплен одним концом, по меньшей мере, одного распорного элемента, тем самым, позволяя остальной части распорного элемента радиально смещаться наружу, в одном из вариантов, по меньшей мере, один распорный элемент может находиться в пазу, расположенном у стержня, или может фиксироваться удерживающей обоймой, расположенной вокруг стержня. В альтернативном варианте распорный элемент может быть сконструирован таким образом, чтобы фиксироваться между буровой головкой и концом стержня для того, чтобы закрепить распорный элемент в осевом направлении.
В одном из вариантов распорный элемент выступает вниз от зафиксированного конца в сторону второго конца анкерного болта. В другом варианте распорный элемент выступает вверх в сторону первого конца анкерного болта. В этой последней конструкции, по меньшей мере, один распорный элемент может быть расположен в пазу или может плотно прилегать к удерживающей обойме, расположенной на стержне в месте, удаленном от первого конца.
В одном из вариантов предусматривается множество распорных элементов, которые при использовании равномерно распределены по окружности вокруг оси стержня. В одном из вариантов предусматривается соединитель, который соединяет разделительные элементы друг с другом и который приспособлен для соединения со стержнем болта для того, чтобы предотвратить осевое перемещение распорных элементов вдоль стержня. В одном из вариантов этот соединитель может быть выполнен из нескольких деталей или может деформироваться для того, чтобы иметь возможность расширяться и устанавливаться в углубление на стержне.
В конструкции, альтернативной приведенной выше, распорные элементы изготовлены как единая деталь, которая имеет центральное отверстие. В такой конструкции в одном из ее вариантов распорные элементы сконструированы таким образом, чтобы располагаться между буровой головкой и концом стержня, а стержень буровой головки приспособлен для того, чтобы входить в отверстие, образованное в соединителе. В другом варианте стержень выступает из отверстия, а распорные элементы фиксируются на месте с помощью одной или нескольких удерживающих обойм.
В одном из вариантов анкерный болт, кроме того, содержит приводную муфту, расположенную рядом со вторым концом, которая сконструирована для того, чтобы соединяться со сверлильным устройством. Приводная муфта также соединяется со стержнем для того, чтобы обеспечить передачу вращения и осевого давления на стержень болта.
В одном из вариантов приводная муфта выполнена в виде приводной гайки, которая соединена со стержнем болта с помощью резьбового соединения, содержащего наружную резьбу, расположенную на стержне, и соответствующую внутреннюю резьбу, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки.
В одном из вариантов предусмотрен стопор, который предназначен для того, чтобы препятствовать осевому смещению приводной гайки от заранее определенного для нее положения на стержне. В одном из вариантов этот стопор выполнен в виде стопорной гайки, которая прикреплена к стержню и которая соединяется со стержнем с помощью резьбового соединения, предпочтительно имеющего направление резьбы, обратное тому, которое используется на приводной гайке.
В одном из вариантов предусмотрено устройство передачи момента, предназначенное для ограничения осевого перемещения приводной гайки вдоль стержня, пока к ней не приложен определенный крутящий момент. В одном из вариантов это устройство передачи момента выполнено в виде штифта момента, который радиально проходит через гайку и входит в стержень и в котором штифт момента способен срезаться при приложении определенного крутящего момента к гайке. В одном из вариантов устройство передачи момента может также выполнять функцию стопора, ограничивающего осевое смещение приводной гайки от заранее определенного для нее положения на стержне.
При использовании данного варианта осуществления саморезного анкерного болта болт присоединяется к сверлильному устройству с помощью приводной гайки, которое вращает анкерный болт в первом направлении. К первому концу подается буровой раствор для того, чтобы орошать режущую поверхность анкерного болта. После завершения фазы сверления сверлильное устройство вращает болт в противоположном направлении, что активирует анкерное устройство и в данном варианте вызывает осевое перемещение оправки вниз по стержню болта, которое раздвигает распорный элемент (элементы).
В одном из вариантов как резьбовое соединение оправки, так и резьбовое соединение приводной гайки имеют одинаково направленную резьбу. При такой конструкции при вращении во втором направлении приводная гайка вращается вместе со стержнем, так как их относительное перемещение предотвращается штифтом момента, тем самым, заставляя стержень вращаться во втором направлении. Если вокруг распорного элемента расположено кольцо, это вращение заставляет пластинки кольца отогнуться в стороны от кольца, и в свою очередь распорный элемент (элементы) и оправка начинают проскальзывать относительно стержня болта. Если кольцо не предусмотрено, то распорный элемент (элементы) напрямую упирается в стенку просверленного отверстия для того, чтобы вызвать проскальзывание распорного элемента (элементов). Это относительное движение, созданное между анкерным устройством и стержнем, вызывает смещение оправки вниз по резьбе стержня, тем самым, вызывая радиальное смещение распорных элементов наружу для их более плотного сцепления с поверхностью породы в просверленном отверстии.
Когда распорные элементы надежно сцепляются с поверхностью стенки, болт надежно фиксируется на месте. Соответственно при необходимости сверлильное устройство может быть отсоединено и через некоторое время в отверстие может быть введен жидкий раствор для фиксации болта на месте.
На этом этапе болт также может быть приведен в напряженное состояние путем продолжения приложения крутящего момента к приводной гайке во втором направлении. В определенный момент распорные элементы так сильно упираются в поверхность стенки, что клин не может далее перемещаться вниз по стержню. Это эффективно закрепляет болт на месте и препятствует его дальнейшему вращению. Крутящий момент на приводной гайке повышается, пока не достигает того значения, при котором штифт момента срезается, тем самым, позволяя приводной гайке перемещаться относительно стержня. Это относительное перемещение вызывает закручивание гайки вверх по стержню.
Как только приводная гайка получает возможность перемещаться вдоль стержня болта, она соприкасается с внешней поверхностью каменной породы (либо напрямую, либо через прижимную пластину), что позволяет привести болт в напряженное состояние, так как длина болта между приводной гайкой и анкерным устройством уменьшается. Таким образом укрепляется каменная порода. Когда болт находится под достаточным напряжением, сверлильное устройство может быть отсоединено, и может быть осуществлен последний этап установки болта на месте с помощью ввода жидкого раствора через внутренний проход болта.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем будет удобно описывать варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Подразумевается, что подробности, показанные на чертежах и связанные с ними описания, в общем не заменяют собой данного выше широкого описания изобретения.
На чертежах:
На Фиг.1 показан схематичный вид в перспективе саморезного анкерного болта;
На Фиг.2 показан вид по частям первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.1;
На Фиг.3 показан вид в перспективе первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.1;
На Фиг.4 показан разрез первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.1, находящегося в каменной породе;
На Фиг.5 показан подробный вид анкерного кольца анкерного болта, показанного на Фиг.1, находящегося в сложенном состоянии;
На Фиг.6 показано анкерное кольцо с Фиг.5, находящееся в развернутом состоянии;
На Фиг.7 показан вид по частям второго конца анкерного болта, показанного на Фиг.1;
На Фиг.8 показан вид в перспективе второго конца анкерного болта, показанного на Фиг.1;
На Фиг.9 показан разрез второго конца, показанного на Фиг.8, находящегося в каменной породе;
На Фиг.10 показан вариант осуществления анкерного болта, показанного на Фиг.1;
На Фиг.11 показан схематичный вид в перспективе второго варианта осуществления саморезного анкерного болта;
На Фиг.12 показан поэлементный вид первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.11;
На Фиг.13 показан вид в перспективе первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.11;
На Фиг.14 показан разрез первого конца анкерного болта, показанного на Фиг.11, находящегося в каменной породе;
На Фиг.15 показан подробный вид анкерного кольца анкерного болта, показанного на Фиг.11, находящегося в сложенном состоянии;
На Фиг.16 показано анкерное кольцо с Фиг.15, находящееся в развернутом состоянии;
На Фиг.17 показан вид в перспективе второго конца анкерного болта, показанного на Фиг.11;
На Фиг.18 показан вид в перспективе орошаемой приводной гайки, расположенной на втором конце анкерного болта, показанном на Фиг.17;
На Фиг.19 показан разрез второго конца анкерного болта, показанного на Фиг.17, находящегося в каменной породе; и
На Фиг.20 показан вариант осуществления анкерного болта, показанного на Фиг.11.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показан саморезный анкерный болт 10, который содержит первый (сверлильный) конец 11, второй (гаечный) конец 12 и стержень 13, который протянут между противоположными концами 11, 12. Стержень 13, который обычно изготавливается из стали, является полым и содержит в себе центральный проход 14 (см. Фиг.4 и Фиг.9), который дает возможность подвода жидкости от гаечного конца 12 к сверлильному концу 11. По меньшей мере, средняя часть стержня 13 может иметь некоторое количество отверстий, радиально расходящихся наружу от центрального прохода 14. При использовании саморезный анкерный болт 10 соединяется со сверлильным устройством (не показано) и действует буровая штанга, просверливая отверстие 100 (см. Фиг.4 и Фиг.9) в каменной породе 500. После этого анкерный болт 10 крепится на месте, как будет более подробно рассмотрено ниже для того, чтобы обеспечить укрепление каменной породы 500.
Сверлильный конец 11 содержит буровую головку 15, имеющую сверлильный наконечник 16 на ее дальнем конце, и анкерное устройство 23, которое приспособлено для того, чтобы удерживать болт в просверленном отверстии при его использовании. Анкерное устройство 23 может использоваться для того, чтобы удерживать болт 10 в просверленном отверстии для того, чтобы временно зафиксировать анкерный болт на месте перед введением в отверстие 100 жидкого раствора для постоянного закрепления болта на месте и/или для приведения болта в напряженное состояние, чтобы создать напряжение в каменной породе 500.
Сверлильный конец 11 подробно показан на чертежах от Фиг.2 до Фиг.6.
Как лучше всего видно на Фиг.2, буровая головка 15 содержит тело 17 головки, которое включает в себя сверлильный наконечник 16 на своем наружном конце и стержень 18 буровой головки, который имеет наружную резьбу 22 на своей внешней поверхности. Проход 19 продолжается от крайней части стержня 18 сквозь тело 17 головки к его крайнему концу. Этот проход 19 приспособлен для того, чтобы сообщаться с проходом 14 внутри стержня, когда буровая головка 15 прикрепляется к концу 20 стержня (как лучше всего видно на Фиг.4). Конец 20 стержня имеет внутреннюю резьбу 21 (см. Фиг.4), которая соответствует наружной резьбе 22 на стержне 18 буровой головки. Таким образом, буровая головка 15 может просто привинчиваться к концу 20 стержня 13.
Во время операции сверления сверлильное устройство обычно вызывает вращение бурового стержня по часовой стрелке. Чтобы гарантировать то, что при операции сверления буровая головка 15 не отсоединится от стержня, резьбовое соединение между буровой головкой 15 и стержнем 13 имеет правостороннюю резьбу для того, чтобы резьбовое соединение между буровой головкой и стержнем стремилось плотнее затянуться во время сверлильной операции.
Анкерное устройство 23 расположено ниже буровой головки 15 и включает в себя пару распорных элементов 24, которые сконструированы таким образом, чтобы иметь возможность перемещаться наружу из сложенного состояния, которое показано на чертежах, в раздвинутое состояние (не показано), в котором распорные элементы 24 сцепляются со стенкой 101 просверленного отверстия 100.
Распорные элементы 24 соединены друг с другом с помощью соединителя 25. Этот соединитель обычно изготавливается из пружинной стали и содержит основную часть 26 и соединительные ножки 27. Соединительные ножки 27 приварены (или прикреплены каким-либо другим образом) к ближайшему концу 28 распорных элементов 24. Так как соединитель 25 изготовлен из пружинной стали, он может изгибаться, тем самым, обеспечивая подвижный шарнир, что позволяет поворачивать распорные элементы для того, чтобы обеспечить их легкое перемещение из сложенного положения в раздвинутое.
Основная часть 26 соединителя приспособлена для того, чтобы при использовании зажиматься между буровой головкой 15 и концом 20 стержня таким образом, который дает распорным элементам возможность вращаться вокруг оси 20 стержня, но предотвращает их осевое перемещение вдоль стержня болта.
Анкерное устройство 23, кроме того, включает в себя оправку 29, которая в показанном варианте включает противолежащие наклонные поверхности 30 и 31. Оправка 29 включает в себя переднюю часть 32 и две зависимые ножки 33 и 34, где противолежащие грани передней части 32 и поверхности противолежащих сторон ножек 33 и 34 образуют соответствующие наклонные поверхности 30 и 31.
Оправка сконструирована таким образом, что наклонные поверхности 30 и 31 приспособлены для того, чтобы упираться во внутренние поверхности 35 распорных элементов 24 таким образом, что относительное перемещение оправки в сторону гаечного конца 12 стержня заставляет распорные элементы смещаться из их сложенного положения в раздвинутое положение.
Для осуществления этого относительного перемещения оправка соединяется со стержнем болта, что в показанном варианте осуществляется с помощью резьбового соединения, состоящего из внутренней резьбы 36, образованной во внутреннем отверстии 37 в передней части 32 оправки 29, и из наружной резьбы 38, образованной на стержне 13 болта.
Резьбовое соединение между оправкой 29 и стержнем 13 болта имеет левостороннюю резьбу для того, чтобы при выполнении анкерным болтом сверлильной операции (при вращении болта по часовой стрелке) любое движение оправки относительно стержня вызывало перемещение оправки к сверлильному концу, тем самым, гарантируя, что распорные элементы не смещаются в свое раздвинутое состояние.
Анкерное устройство 23 дополнительно содержит анкерное кольцо 39, которое расположено вокруг дальнего конца 40 распорных элементов 24. Анкерное кольцо 39 обычно изготавливается из полимерного материала и включает в себя основу 41 кольца и некоторое количество пластинок 42, которые расположены вокруг внешней части основы 41 кольца, чтобы образовать профилированную поверхность 43.
Эта профилированная поверхность 43 кольца 39 предназначена для того, чтобы находиться в двух состояниях, как это лучше всего показано на Фиг.5 и Фиг.6. В первом состоянии, показанном на Фиг.5, пластинки 42 сгибаются и охватывают основу 41 кольца. Это состояние возникает, когда кольцо вращается по часовой стрелке, как это и происходит в случае сверлильной операции. Во втором состоянии, лучше всего показанном на Фиг.6, пластинки 42 выгибаются наружу от основы кольца 39. Это состояние возникает при вращении стержня болта в противоположном направлении и вызывается движением кольца по стенке 101 просверленного отверстия при таком вращении. Когда кольцо находится в этом втором (или раздвинутом) положении, кольцо гораздо больше склонно упираться в поверхность стенки 101 просверленного отверстия. Как только оно упирается, анкерное устройство начинает проскальзывать относительно стержня, тем самым, вызывая некоторое относительное перемещение. Это перемещение, в свою очередь, заставляет оправку начать движение вниз по резьбе стержня, тем самым, вызывая смещение распорных элементов наружу.
Анкерный болт 50, показанный на Фиг.10, содержит другой вариант анкерного устройства 23 болта 10. Так как болт 50 содержит многие детали болта 10, то одинаковым деталям будут даны одинаковые ссылочные номера.
В конструкции болта 50 предусмотрено распорное устройство 51, которое включает в себя распорные элементы 24 и обойму 52, расположенную вокруг стержня 13 болта 50. Обойма 52 действует таким же образом, как и соединитель 25 ранее рассмотренного варианта осуществления и соединяет ближайшие концы 28 распорных элементов 24 друг с другом.
В отличие от ранее рассмотренного варианта осуществления распорное устройство 51 расположено таким образом, что дальние концы 40 распорных элементов направлены к сверлильному концу 11, а не к гаечному концу 12, как это было в ранее рассмотренном варианте осуществления. Для того чтобы предотвратить перемещение распорного устройства 51 к гаечному концу 12, распорное устройство 51 установлено на стопорном устройстве 53, которое содержит упорное кольцо 54, закрепленное в осевом направлении на стержне 13 болта, и скользящее кольцо 55, расположенное между упорным кольцом 54 и обоймой 52.
В той части конструкции, которая согласуется с ранее рассмотренным вариантом осуществления, устройство 51 содержит оправку 29, сконструированную таким образом, что ее наклонные поверхности 30 и 31 упираются во внутренние поверхности 35, расположенную на стержне 13, и соответствующую внутреннюю резьбу 45, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки.
Резьбовое соединение в показанном варианте имеет левостороннюю резьбу для того, чтобы при сверлильной операции крутящий момент, прилагаемый к приводной гайке, стремился свинтить ее со второго конца стержня 13. Для того чтобы предотвратить это, предусматривается стопорное устройство 46, которое препятствует осевому смещению приводной гайки от заранее определенного для нее положения на стержне. В показанном варианте этот стопор выполнен в виде стопорной гайки 47, которая присоединена к крайней части 48 стержня, имеющей уменьшенный диаметр. Стопорная гайка 47 соединяется с крайней частью 48 стержня с помощью резьбового соединения (то есть с помощью наружной резьбы 49 на крайней части стержня и соответствующей внутренней резьбы 50 на гайке), в котором резьба направлена в сторону, обратную направлению резьбы на приводной гайке.
Кроме того, стопорная гайка 47 также соединяется со стержнем с помощью штифта 51 момента, который предназначен для предотвращения относительного перемещения приводной гайки, пока к гайке не приложен определенный крутящий момент. Штифт 51 момента радиально проходит через гайку 47 и входит в стержень 13 (как лучше всего показано на Фиг.9), и способен срезаться при приложении определенного крутящего момента к гайке. Если штифт 51 момента сконструирован таким образом, что имеет достаточную прочность, он может устранить необходимость использования стопорной гайки 47.
Хотя саморезный анкерный болт 10 показан на чертежах со стержнем, имеющим центральный проход, следует учитывать, что изобретение не ограничивается такой конструкцией. Например, анкерный болт может иметь стержень, который является сплошным, по меньшей мере, на значительной части своей длины. Такая конструкция показана на чертежах от Фиг.11 до Фиг.20.
На Фиг.11 показан саморезный анкерный болт 210 в соответствии с далее описанным вариантом осуществления, который содержит первый (сверлильный) конец 211, второй (гаечный) конец 212 и стержень 213, который протянут между противоположными концами 211, 212. Стержень 213, который обычно изготавливается из стали, является сплошным на большей (второй) части своей длины и имеет внутренний проход 214 (см. Фиг.14) в дальней (первой) части болта рядом со сверлильным концом. Внутренний проход сообщается с внешней поверхностью стержня в двух местах: через боковое отверстие 260 и через концевое отверстие 261.
Сверлильный конец 211 содержит буровую головку 215, имеющую сверлильный наконечник 216 на ее дальнем конце, и анкерное устройство 223, которое приспособлено для того, чтобы удерживать болт в просверленном отверстии при его использовании. Анкерное устройство 223 находится в первой части болта и используется для того, чтобы удерживать болт 210 в просверленном отверстии для того, чтобы временно зафиксировать анкерный болт на месте перед введением в отверстие 100 жидкого раствора для постоянного закрепления болта на месте и/или для приведения болта в напряженное состояние, чтобы создать напряжение в каменной породе 500.
Сверлильный конец 211 подробно показан на чертежах от Фиг.12 до Фиг.16.
Как лучше всего видно на Фиг.12, буровая головка 215 содержит тело 217 головки, которое включает в себя сверлильный наконечник 216 на своем наружном конце и стержень 218 буровой головки, который имеет наружную резьбу 222 на своей внешней поверхности. Проход 219 идет от крайней части стержня 218 сквозь тело 217 головки к его крайнему концу. Этот проход 219 приспособлен для того, чтобы сообщаться с концевым отверстием 261 внутреннего прохода 214 стержня, когда буровая головка 215 прикрепляется к концу 220 стержня (как лучше всего видно на Фиг.14). Конец 220 стержня имеет внутреннюю резьбу 221 (см. Фиг.14), которая соответствует наружной резьбе 222 на стержне 218 буровой головки. Таким образом, буровая головка 215 может просто привинчиваться к концу 220 стержня 213.
Во время операции сверления сверлильное устройство обычно вызывает вращение бурового стержня по часовой стрелке. Чтобы гарантировать то, что при операции сверления буровая головка 215 не отсоединится от стержня, резьбовое соединение между буровой головкой 215 и стержнем 213 имеет правостороннюю резьбу для того, чтобы резьбовое соединение между буровой головкой и стержнем стремилось плотнее затянуться во время сверлильной операции.
Анкерное устройство 223 и его использование имеют вид, который согласуется с ранее рассмотренным вариантом осуществления, а одинаковым деталям даны одинаковые ссылочные номера, к которым в качестве префикса прибавлен номер "2" для того, чтобы отличать варианты осуществления друг от друга. Подобным образом на Фиг.20 показан вариант анкерного устройства 223 болта 210, имеющего такой же вид, как и у устройства, описанного на Фиг.10, а одинаковым деталям даны одинаковые ссылочные номера, к которым в качестве префикса прибавлен номер "2" для того, чтобы отличать варианты осуществления друг от друга.
Как лучше всего показано на Фиг.11 и Фиг.14, анкерный болт 210 имеет кожух 262 вдоль большей части стержня 213. Кожух 262 продолжается от места рядом с анкерным устройством 223 (или с распорным устройством 251) до места рядом с гаечным концом 212. Назначение этого кожуха состоит в том, чтобы обеспечить, по меньшей мере, часть циркуляционного канала для подвода жидкости от гаечного конца 212 к сверлильному концу 211. Этот циркуляционный канал обеспечивается проходом, образованным между стержнем 213 болта и кожухом 262, а также внутренним проходом 214. Как лучше всего показано на Фиг.14, внутренний проход 214 сообщается с проходом 263, образованным между стержнем 213 и кожухом 262 с помощью бокового отверстия 260. Так как кожух 262 не должен воспринимать какую-либо существенную нагрузку, он может быть изготовлен из недорогого материала, такого как пластик. Дальнейшим преимуществом изготовления кожуха из пластика является то, что кожух может обеспечить преграду проникновению воды и, тем самым, предотвратить коррозию установленного в породе стального стержня.
Циркуляционный канал также включает в себя внешний проход 264, образованный между кожухом 262 и стенкой 101 просверленного отверстия 100. Этот внешний проход образован радиальным выступанием сверлильного наконечника 216 за радиус кожуха 262.
Кожух 262 герметично закрыт на своем дальнем конце 265 с помощью обоймы 266. Эта обойма 266 в показанном варианте имеет внутреннюю резьбу и навинчивается на верхнюю часть стержня 213, на котором нарезана наружная резьба 238.
Ближний конец 267 кожуха 262 также герметично закрыт соединением с приводной муфтой 243, как более подробно объясняется ниже.
На чертежах от Фиг.17 до Фиг.19 показан гаечный конец 212 анкерного болта 210, который содержит приводную муфту 243. Приводная муфта расположена рядом с концом 212 и приспособлена для присоединения к сверлильному устройству и стержню для того, чтобы обеспечить вращение болта и осевое давление на стержень болта. Приводная муфта 243 выполнена в виде орошаемой приводной гайки 243 (как это лучше всего показано на Фиг.18), которая соединена со стержнем 213 болта с помощью резьбового соединения, имеющего наружную резьбу 244, расположенную на стержне 213, и соответствующую внутреннюю резьбу 245, расположенную на внутренней поверхности приводной гайки 243.
Резьбовое соединение в показанном варианте имеет левостороннюю резьбу для того, чтобы при сверлильной операции крутящий момент, прилагаемый к приводной гайке, стремился свинтить ее со второго конца стержня 213. Для того чтобы предотвратить это, предусматривается стопорное устройство 246, которое препятствует осевому смещению приводной гайки от заранее определенного для нее положения на стержне. В показанном варианте этот стопор выполнен в виде стопорной гайки 247, которая присоединена к крайней части 248 стержня, имеющей уменьшенный диаметр. Стопорная гайка 247 соединяется с крайней частью 248 стержня с помощью резьбового соединения (то есть с помощью наружной резьбы 249 на крайней части стержня и соответствующей внутренней резьбы 250 на гайке), в котором резьба направлена в сторону, обратную направлению резьбы на приводной гайке.
Кроме того, приводная гайка 243 также соединяется со стержнем с помощью штифта 251 момента, который предназначен для предотвращения относительного перемещения приводной гайки, пока к гайке не приложен определенный крутящий момент. Штифт 251 момента радиально проходит через гайку 247 и входит в стержень 213 (как лучше всего показано на Фиг.19), и способен срезаться при приложении определенного крутящего момента к гайке. Если штифт 251 момента сконструирован таким образом, что имеет достаточную прочность, он может устранить необходимость использования стопорной гайки 247.
Как лучше всего показано на Фиг.18, приводная гайка 243 содержит кольцевое углубление 268 и фланец 269, которые предназначены для соединения с ближним концом 267 кожуха для того, чтобы герметично присоединить приводную гайку 243 к этому концу. Кроме того, приводная гайка 243 имеет отверстие 270, которое позволяет подводить или отводить жидкость из прохода 263, расположенного между кожухом 262 и стержнем 213.
Прижимная пластина 271 и сферическая шайба 272 могут быть расположены на стержне 213 и зафиксированы приводной гайкой 243. Прижимная пластина 271 предназначена для того, чтобы прижиматься к внешней поверхности 501 каменной породы 500.
При использовании болт 10 или 210 с помощью приводной гайки 43, 243 присоединяется к сверлильному устройству, которое вращает анкерный болт в первом направлении. Через циркуляционный канал болта подается буровой раствор, который орошает режущую поверхность анкерного болта.
После завершения этапа сверления сверлильное устройство вращает болт в противоположном направлении. Приводная гайка 43, 243 вращается вместе со стержнем, так как их относительное перемещение предотвращается штифтом момента. Это вращение в противоположном направлении предназначено для того, чтобы вызвать "проскальзывание" распорных элементов 24, 224 и оправки 29, 229 относительно стержня болта. Такое проскальзывание может быть обеспечено с помощью кольца 39, 239, если пластинки кольца 42, 242 при его вращении выгибаются наружу от кольца, заставляя кольцо упираться в поверхность стенки 101. Такое перемещение анкерного устройства относительно стержня вызывает смещение оправки вниз по резьбе стержня, тем самым, вызывая радиальное смещение распорных элементов наружу для их сцепления с поверхностью породы в просверленном отверстии.
Когда распорные элементы сцепляются с поверхностью стенки, болт надежно фиксируется на месте. Соответственно при необходимости сверлильное устройство может быть отсоединено и через некоторое время в отверстие может быть введен жидкий раствор для фиксации болта на месте.
На этом этапе болт также может быть приведен в напряженное состояние путем продолжения приложения крутящего момента к приводной гайке 43, 243. В определенный момент распорные элементы 24, 224 так сильно упираются в поверхность стенки, что клин не может далее перемещаться вниз по стержню. Это эффективно закрепляет болт на месте и препятствует его дальнейшему вращению. Крутящий момент на приводной гайке 43, 243 повышается, пока не достигает того значения, при котором штифт 51, 251 момента срезается, тем самым, позволяя приводной гайке перемещаться относительно стержня. Это относительное перемещение вызывает закручивание гайки вверх по стержню.
Как только приводная гайка получает возможность перемещаться вдоль стержня болта, она соприкасается с внешней поверхностью 102 каменной породы 500 (либо напрямую, либо через прижимную пластину), что позволяет привести болт в напряженное состояние, так как эффективная длина болта между приводной гайкой и анкерным устройством уменьшается. Таким образом укрепляется каменная порода. Когда болт находится под достаточным напряжением, сверлильное устройство может быть отсоединено, и может быть осуществлен последний этап установки болта на месте с помощью ввода жидкого раствора через внутренний проход болта.
В приведенной ниже формуле изобретения и в вышеизложенном описании изобретения кроме тех случаев, где контекст требует иного из-за языка высказывания или из-за необходимого смысла, слово "содержать" или его формы, такие как "содержит" или "содержащий", используются во включающем смысле, то есть для того, чтобы указать на присутствие упомянутых признаков, но не для того, чтобы заранее исключить наличие или добавление других признаков различных вариантов осуществления изобретения.
В описанные выше детали могут быть внесены различные изменения и/или модификации без отступления от идеи и объема изобретения.