專利名稱：鉆具、自鉆式巖石錨桿、用于自鉆式巖石錨桿的錨定裝置、用于鉆具的軸以及用于鉆具的 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于在采礦掘進(jìn)業(yè)中使用以提供頂和壁的支承的鉆具 和巖石錨桿。本發(fā)明適用于例如煤礦中常見的硬巖以及軟巖層應(yīng)用， 應(yīng)當(dāng)理解的是，賦予此說(shuō)明書使用的術(shù)語(yǔ)"巖石"廣泛的意義，涵蓋 上述兩種應(yīng)用。本發(fā)明本身上還涉及一種鉆頭、鉆軸、相關(guān)聯(lián)的聯(lián)接 器以及錨定裝置。
背景技術(shù)：
頂和壁的支承在采礦掘進(jìn)作業(yè)中至關(guān)重要。礦井和隧道的壁和頂
由必須加固以防止枬塌可能性的巖層組成。巖石錨桿被廣泛用于加固
該巖層。
在常規(guī)巖層支承系統(tǒng)中，使用鉆桿對(duì)巖石進(jìn)行鉆孔，然后移除該 鉆桿，然后將巖石錨桿安裝在所鉆鑿的孔內(nèi)并通常使用樹脂或水泥基 的灌漿將該巖石錨桿固定在適當(dāng)位置。
為了改進(jìn)此過(guò)程，已提出了自鉆式巖石錨桿，借此還可將該錨桿 用作鉆桿。因而，利用自鉆式巖石錨桿，可一次性鉆孔和安裝錨桿。
盡管自鉆式巖石錨桿提供極大地改進(jìn)巖石錨桿安裝時(shí)間的可能， 但自鉆式巖石錨桿未得以廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種鉆具，其包括第一端和第二端、 在兩端之間延伸的軸以及止擋件，第一端具有穿入巖石的鉆頭，該鉆
8頭與軸具有互補(bǔ)的螺紋，上述止擋件限制鉆頭在軸上的旋轉(zhuǎn)，以使得 鉆頭在沿第一方向的鉆孔期間與軸保持松弛螺紋連接。
在一種形式中，止擋件限制鉆頭在軸上的旋轉(zhuǎn)，從而在鉆孔期間 保持軸的端面與鉆頭的端面之間的間隔。這樣，上述止擋件防止在鉆 孔期間可能出現(xiàn)鉆頭束縛到軸的端部上的情況。
在具體形式中，上述止擋件包括配合鄰接面， 一個(gè)面布置在鉆頭 上，而另一個(gè)面布置在軸上。在一種形式中，鉆頭和軸中的一個(gè)設(shè)置 有突起，而另一個(gè)設(shè)置有凹槽，該突起和凹槽具有提供止擋件的鄰接 面中相應(yīng)的一個(gè)面。
在一種形式中，軸形成為通常由鋼制成的整體結(jié)構(gòu)。在另一形式 中，上述軸由多個(gè)部件組成。在具體形式中，上述軸包括主要部分和 端部部分。該主要部分和端部部分通過(guò)適當(dāng)?shù)穆?lián)接器(諸如螺紋聯(lián)接 器)互連，同時(shí)該端部部分包括結(jié)合螺紋聯(lián)接器的末端，從而接納鉆 頭和止擋件的配合鄰接面中的一個(gè)面。
在一種形式中，該主要部分為常規(guī)鉆桿，而端部部分被設(shè)置為允
許改進(jìn)(retrofitting)鉆桿以包括止擋件的聯(lián)接器。在具體形式中，上
述聯(lián)接器被布置為旋入設(shè)置在鉆桿端部上的現(xiàn)有螺紋聯(lián)接器，該鉆桿
的端部傳統(tǒng)上已設(shè)置成用以容納鉆頭。為此，不需要對(duì)鉆桿進(jìn)行改型 而允許鉆具包括止擋件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所提供的自鉆式巖石錨桿包括第一端和 第二端、在兩端之間延伸的軸、以及沿著軸的鄰近第一端的第一部分 延伸的錨定裝置，該錨定裝置具有與上述軸上的外螺紋配合的內(nèi)螺紋， 第一端具有鉆頭和止擋件，該鉆頭在沿第一方向鉆孔期間穿入巖石，
而該止擋件用于限制錨定裝置在軸上的旋轉(zhuǎn)，從而使錨定裝置在鉆孔 期間與該軸保持松弛螺紋連接。在具體形式中，止擋件限制錨定裝置在軸上的旋轉(zhuǎn)，從而在鉆孔 期間保持錨定裝置的端面與鉆頭的端面之間的間隔。在具體形式中， 上述止擋件包括配合鄰接面， 一個(gè)面布置在鉆頭上，而另一個(gè)面布置 在錨定裝置上。
在一種形式中，第二端適于連接至鉆孔裝置以允許錨桿旋轉(zhuǎn)并推 動(dòng)該錨桿，且錨定裝置包括心軸和覆蓋該心軸的至少一個(gè)擴(kuò)展元件， 該心軸被安裝到軸上的外螺紋并與該外螺紋配合，其中至少一個(gè)擴(kuò)展 元件在心軸以使得心軸相對(duì)于擴(kuò)展元件朝著第二端移動(dòng)的方向在軸上 旋轉(zhuǎn)時(shí)可操作以徑向朝外移位，心軸的旋轉(zhuǎn)在該軸以與所述第一方向 相反的第二方向旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明此方面的止擋件用于與以上形式的錨定裝置連接 時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)在于止擋件將阻止錨定裝置與鉆頭卡住，當(dāng)軸沿第一方 向旋轉(zhuǎn)時(shí)在鉆孔期間可能會(huì)出現(xiàn)上述卡住的情況。如果錨定裝置確實(shí) 卡住了，則當(dāng)軸沿相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)使錨組件起作用，而心軸在 此起作用期間需要在軸的外螺紋上自由地旋轉(zhuǎn)。
在一種形式中，止擋件的配合鄰接面中的一個(gè)面直接設(shè)置在心軸上。
在可替代布置中，至少一個(gè)擴(kuò)展元件連接至連接器而形成錨組件， 該錨組件被布置為卡合在鉆頭的端面與軸的端面之間。在此布置中， 止擋件的配合鄰接面中的一個(gè)面直接設(shè)置在連接器上。在此形式中， 止擋件被布置為當(dāng)將連接器布置在軸端上時(shí)采用脫離狀態(tài)，使得該止 擋件不會(huì)防止錨定裝置在軸上旋轉(zhuǎn)，并且在連接器與軸間隔開時(shí)采用 接合狀態(tài)。在此接合狀態(tài)中，止擋件起作用，從而防止錨組件圍繞軸 旋轉(zhuǎn)，借此防止心軸在鉆孔期間朝著鉆頭軸向移動(dòng)。在一種形式中，使止擋件在心軸移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)從脫離狀態(tài)移 動(dòng)到接合狀態(tài)。在此位置上，心軸通常突出到軸端上方并使心軸沿將 心軸朝向鉆頭軸向移動(dòng)的方向圍繞軸旋轉(zhuǎn)的作用下移動(dòng)到適當(dāng)位置。
為確保止擋件不防止錨定裝置起作用，使該止擋件在心軸于其相 對(duì)旋轉(zhuǎn)作用下從預(yù)定位置移動(dòng)時(shí)從接合狀態(tài)移動(dòng)到脫離狀態(tài)。
在一種形式中，鉆頭和錨定裝置中的一個(gè)設(shè)置有突起，而另一個(gè) 設(shè)置有凹面，該突起和凹面具有提供止擋件的鄰接面中相應(yīng)的一個(gè)面。 在一種形式中，凹面相對(duì)于其中形成有該凹面的鉆頭或錨定裝置的肩 部表面以銳角傾斜。在一種形式中，凹面至少在鉆孔期間容納突起。 在具體形式中，凹面連接至形成一個(gè)配合鄰接面的至少一個(gè)直立壁， 其中，突起包括形成止擋件的另一鄰接面的前緣。
在一種形式中，凹面相對(duì)于肩部表面以銳角傾斜。
在一種形式中，該角度的大小比形成在軸上的外螺紋的螺旋角大
至少20%。
在具體形式中，突起的最大高度小于凹面的最大深度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于鉆具的鉆頭，該鉆具包 括鉆頭本體和鉆頭柄，該鉆頭本體包括位于一端的用于鉆鑿巖石的裝 置，而鉆頭柄結(jié)合有螺紋，其中，鉆頭設(shè)置有與鉆頭柄相連的肩部表 面，其中，該肩部表面形成止擋件的一部分。
在一種形式中，止擋件包括鉆頭的肩部表面上的凹面。在此布置 的具體形式中，凹面連接至至少一個(gè)直立壁。
在具體形式中，凹面相對(duì)于肩部表面以銳角傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中，該角度的大小大于形成在鉆柄上的外螺紋的螺 旋角。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于自鉆式巖石錨桿的錨定 裝置，該錨定裝置用于當(dāng)位于鉆孔內(nèi)時(shí)保持錨桿，該錨定裝置包括心 軸和覆蓋該心軸的至少一個(gè)擴(kuò)展元件，其中至少一個(gè)擴(kuò)展元件在心軸 與至少一個(gè)擴(kuò)展元件之間的預(yù)定相對(duì)移動(dòng)時(shí)徑向向外移位，其中至少 一個(gè)擴(kuò)展元件連接至連接器而形成錨組件，所述錨組件被鍵接到心軸 上，且該錨組件包括止擋件的部分。
在具體形式中，止擋件設(shè)置成阻止錨組件圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，并防止 心軸在沿第一方向的鉆孔期間沿著錨桿軸在一個(gè)方向上軸向移動(dòng)。
在一種形式中，止擋件包括設(shè)置在連接器上的突起。在具體形式 中，突起包括引導(dǎo)緣。
在一個(gè)可替代形式中，連接器包括本體部分和至少一個(gè)連接腿， 所述各腿承載附屬片。在一種形式中，附屬片靠近腿的端部而設(shè)置并 與連接器一體地形成，該附屬片適于在鉆孔期間不起作用而在錨定裝 置的錨定期間起作用。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于鉆具的軸，該軸包括相 對(duì)的第一端和第二端，其中，第一端結(jié)合從第一端突出并形成止擋件 的一部分的肩部表面。
在一種形式中，第一端還結(jié)合有螺紋孔，該螺紋孔布置成用以容 納具有柄的鉆頭，該柄具有互補(bǔ)的外螺紋。在具體形式中，上述軸包 括主要部分和端部部分，該主要部分和端部部分互連并軸向?qū)R，且 該端部部分結(jié)合軸的第一端。在又一方面中，本發(fā)明提供了一種用于鉆具的端部聯(lián)接器，該端 部聯(lián)接器具有相對(duì)的第一端和第二端、沿著聯(lián)接器的端部部分形成并 延伸至第二端的螺紋柄，其中，肩部表面從第一端突出并形成止擋件 的一部分。


為了方便起見，下文將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)將附圖 和相關(guān)描述的詳細(xì)內(nèi)容理解為并未取代本發(fā)明前述廣泛性描述的概 要。在附圖中圖I是鉆具的示意性透視圖；圖2A是圖l鉆具的第一端的分解圖；圖2B是圖1鉆具的第一端的另一分解圖；圖3是圖1鉆具的第一端的側(cè)視圖；圖4是位于巖層中時(shí)圖1鉆具的第一端的剖面圖；圖5A是部分地處于坍縮狀態(tài)且部分地處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的圖l鉆具的 連接器的俯視圖；圖5B是部分地處于坍縮狀態(tài)且部分地處于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的圖l鉆具的 連接器的側(cè)視圖；圖6A是圖1鉆具的鉆頭的仰視圖；圖6B是圖1鉆具的鉆頭的側(cè)視圖；圖7A是圖1中的鉆具的側(cè)視圖，其中鉆頭與圖5A和圖5B的連 接器脫離；圖7B是圖7A中鉆頭與連接器接合的鉆具； 圖8A是可替代鉆具的側(cè)視圖； 圖8B是圖8A中鉆具的剖面圖；圖9是又一可替代鉆具的示意性透視圖；圖IO是用于又一可替代鉆具的鉆軸的側(cè)視圖；圖11是圖10的鉆軸的剖面圖；以及圖12是圖IO的鉆軸的端部聯(lián)接器的透視圖。
具體實(shí)施方式
圖l示出了自鉆式巖石錨桿10，其結(jié)合第一(鉆孔)端11、第二(螺母)端12以及在相對(duì)端11、 12之間延伸的軸13。通常由鋼制成的軸13 沿其長(zhǎng)度的主要(第二)部分為實(shí)心，且該軸結(jié)合內(nèi)部通道14 (參見 圖4)，該內(nèi)部通道沿著錨桿的鄰近鉆孔端的末端(第一)部分。該內(nèi) 部通道經(jīng)由橫向端口 60和端部端口 61在兩個(gè)位置與軸的外部連通。在使用中，自鉆式巖石錨桿10連接至鉆孔和錨桿支承設(shè)備(未示 出)并用作(參見圖4)在巖層500中鉆出孔100的鉆桿。此后，如以 下將更詳細(xì)說(shuō)明的，將巖石錨桿10固定到適當(dāng)位置，從而為巖層500 提供支承。鉆孔端11結(jié)合鉆頭15和錨定裝置23，該鉆頭15結(jié)合位于其一端 的鉆尖16，而該錨定裝置23在使用過(guò)程中被布置成將錨桿保持在鉆孔 內(nèi)。錨定裝置23沿著錨桿的第一部分延伸并用于將錨桿10保持在鉆 孔內(nèi)，從而在將灌漿引入孔100以永久性地將巖石錨桿固定在適當(dāng)位 置，和/或使得該錨桿張緊以至于巖層500處于受壓狀態(tài)之前，將巖石 錨桿暫時(shí)固定在適當(dāng)位置。在圖2A至圖6B中最佳地看到鉆孔端11的詳細(xì)情況。在鉆孔作業(yè)期間，鉆孔裝置通常將右旋旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)至鉆軸。為確保 鉆頭15在鉆孔作業(yè)期間不會(huì)與軸分離，鉆頭15和軸13之間的螺紋連 接為右旋螺紋，從而趨向于在鉆孔作業(yè)期間形成鉆頭與軸之間的螺紋 連接。鉆頭15包括鉆頭本體17和鉆頭柄18，該鉆頭本體17包括位于其外端的鉆尖16，而該鉆頭柄18結(jié)合諸如位于其外表面上的外螺紋22之類的緊固裝置。通道19從柄18的末梢延伸至鉆頭本體17的末端。 當(dāng)將鉆頭15固定至軸端20時(shí)，通道19被布置為與軸的內(nèi)部通道14 的端部端口 61流體連通(圖4中清晰可見)。軸端20包括與鉆頭柄 18上的外螺紋22互補(bǔ)的內(nèi)螺紋21 (參見圖4)。因而，可容易地將鉆 頭15旋擰在軸13的軸端20上。鉆頭15設(shè)置有與鉆頭柄18相連的下端表面80。端表面80大致與 鉆頭柄垂直地延伸。當(dāng)已安裝了鉆頭時(shí)，肩部表面朝向軸13。肩部表 面包括結(jié)合一個(gè)直立壁82的至少一個(gè)凹面81。在所說(shuō)明的形式中，凹 面81大致平行于下表面80，但在另一種形式中，凹面81可以以相對(duì) 于下端表面的銳角a (在圖6B中所示)傾斜。該角度a的大小需要大于 在鉆柄上形成的外螺紋的螺旋角。角度a的大小比在錨桿軸13上形 成的外螺紋38的螺旋角大至少20%。換言之，凹面可以以近似于與圖 6B中的右旋螺紋相反的左旋螺紋傾斜。直立壁82將形成下面將作詳述 的止擋件的一部分。錨定裝置23被布置在鉆頭15下方并包括一對(duì)擴(kuò)展元件24，該對(duì) 擴(kuò)展元件被設(shè)計(jì)為使其從附圖所示的縮回位置向外移動(dòng)至擴(kuò)展?fàn)顟B(tài) (未示出)，其中，擴(kuò)展元件24接合鉆孔100的壁101。擴(kuò)展元件24通過(guò)連接器或夾緊帶(bail strap) 25互連。該連接 器通常由鋼制成并包括大致為圓形的主體部分26和連接腿27。連接腿 27被鉚接(或以其它方式固定)至擴(kuò)展元件24的近端28。擴(kuò)展元件 連接至連接器以形成錨組件。通過(guò)使得連接器25由鋼制成，則其能伸 縮，借此提供允許擴(kuò)展元件樞轉(zhuǎn)的活鉸鏈，以至于擴(kuò)展元件容易地在 其縮回位置和擴(kuò)展位置之間移動(dòng)。本體部分26優(yōu)選為大致為圓形并包括用以容納鉆頭柄18的中心 孔84。本體部分26在朝向鉆頭15的表面上設(shè)置有至少一個(gè)突起或直15立榫83。優(yōu)選為在本體部分的中部區(qū)域位置，即孔84與本體部分外圍 之間的位置處沖壓出榫舌83。榫舌83具有圖5B清晰可見的大致V形， 但也可具有其它適當(dāng)?shù)男螤?，例如U形或半圓形。該榫舌的最大高度 小于凹面81的最大深度。該榫舌包括引導(dǎo)緣85，即連接器以左旋方向 旋轉(zhuǎn)情況下的引導(dǎo)。引導(dǎo)緣85基本上垂直于本體部分26的平面。上 述榫舌將由凹面81容納并能在鉆孔期間緊靠直立壁82。因此，該榫舌 將形成下面將作詳述的第一相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)止擋裝置的部分。
如果錨定裝置易于被卡于軸端20，則各腿27可承載第二止擋件或 引導(dǎo)附屬片42A、 42B，即連接器以左旋方向旋轉(zhuǎn)情況下的引導(dǎo)。附屬 片42A、 42B被設(shè)置為鄰近腿的遠(yuǎn)離本體部分26的端部并與連接器成 為一體。在圖5A和圖5B中，出于說(shuō)明性原因，將附屬片42A顯示為 縮回位置而將附屬片42B顯示為擴(kuò)展位置。因此，附屬片適于在鉆孔 (右旋旋轉(zhuǎn))期間不起作用，而在錨定(左旋旋轉(zhuǎn))期間起作用。附 屬片的幾何形狀為任選的。
錨定裝置23還包括心軸29，該心軸包括相對(duì)的斜面30和31。在 示例性形式中，心軸29包括頭部32和兩個(gè)懸垂腿33和34，且頭部 32的相對(duì)面以及腿33和34的相對(duì)邊緣表面形成相應(yīng)傾斜面30和31。 頭部32可具有兩個(gè)相對(duì)凹槽以容納連接器的腿的部分。
心軸布置為使得斜面30和31為基本上平的并設(shè)計(jì)為與擴(kuò)展元件 24的內(nèi)表面35鄰接，從而心軸朝著軸的螺母端12的相對(duì)移動(dòng)使得擴(kuò) 展元件從其縮回位置移動(dòng)至擴(kuò)展位置。
為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)，將心軸聯(lián)接至錨桿軸，在所示布置中，通過(guò) 與在心軸29的頭部32中的內(nèi)孔37中形成的內(nèi)螺紋36以及在錨桿軸 13上形成的外螺紋38螺紋連接來(lái)實(shí)現(xiàn)該相對(duì)移動(dòng)。
心軸29和錨桿軸13之間的螺紋連接為左旋螺紋，以便當(dāng)巖石錨桿(在軸的右旋旋轉(zhuǎn)下)經(jīng)歷鉆孔作業(yè)時(shí)，心軸和該軸之間的任何相 對(duì)移動(dòng)將使得心軸朝著鉆孔端移動(dòng)，借此確保擴(kuò)展元件不會(huì)移至其擴(kuò) 展?fàn)顟B(tài)。然而，如果存在過(guò)多的移動(dòng)，則心軸對(duì)連接器施加作用力而 使其抵靠鉆頭，而由于心軸不能從軸上轉(zhuǎn)下，以至于心軸不能左旋旋
轉(zhuǎn)，借此防止錨定裝置起作用。
為了防止這種情況發(fā)生，通過(guò)使得直立壁81和榫舌83的鄰接面
配合來(lái)設(shè)置止擋件。當(dāng)這兩個(gè)面接合時(shí)，止擋件起作用并限制錨定裝 置在軸上旋轉(zhuǎn)，從而在鉆孔期間保持錨定裝置的端面與鉆頭的端面之 間的間隔。
圖7A和圖7B最佳地示出了止擋件的操作。如圖7A最佳示出的， 鉆頭15的下表面80和軸13的端部之間設(shè)置有間隙。該間隙足夠大以 使得當(dāng)連接器位于軸端上時(shí)，直立壁81與榫舌83脫離。因此，止擋 件不起作用且不阻止心軸29在軸上的任何旋轉(zhuǎn)。但是，如果使心軸在 鉆孔端11的方向上沿著軸旋繞時(shí)，最終將使得連接器上升而離開軸13， 借此使得榫舌83與直立壁81接合，如圖7B所示。這使得止擋件變得 起作用，并防止心軸在該方向上進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。而且在該位置上，連接 器25仍與鉆頭的下表面分離，以至于心軸在軸上保持松弛螺紋連接。
當(dāng)錨桿IO經(jīng)歷左旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于止擋件的兩個(gè)鄰接面不會(huì)阻止心 軸在該方向上的運(yùn)動(dòng)，因此，不存在對(duì)心軸從軸上轉(zhuǎn)下的阻礙。
錨定裝置23還可包括未示出的環(huán)形帶，可將該環(huán)形帶布置在擴(kuò)展 元件24的末端周圍。該環(huán)形帶通常由聚合材料或橡膠材料制成，并設(shè) 置用于僅在運(yùn)輸和開始鉆孔期間將擴(kuò)展元件24保持在一起。
連接器的附屬片42A、 42B被布置為具有兩種狀態(tài)。圖3示出了 第一狀態(tài)，附屬片42A、 42B朝著心軸29折疊。當(dāng)附屬片在鉆孔作業(yè) 期間經(jīng)歷右旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)這種情況。在圖5A所示朝右的第二狀態(tài)中，附屬片從連接器25的外圍朝外突出。在錨桿的相反轉(zhuǎn)動(dòng)期間會(huì)出 現(xiàn)這種情況，且該情況由在此轉(zhuǎn)動(dòng)的作用下穿入鉆孔的壁表面101的 附屬片引起。在第二 (或擴(kuò)展)狀態(tài)下時(shí)，存在附屬片接合鉆孔的壁 表面的更大趨勢(shì)。
一旦它們夾緊，錨定裝置就開始相對(duì)于軸滑動(dòng)，借
此引起某些相對(duì)移動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)反過(guò)來(lái)致使心軸開始從上述軸轉(zhuǎn)下(wind down)，借此使得擴(kuò)展元件朝外移位。
因此，連接器25能執(zhí)行多種功能。第一功能是將擴(kuò)展元件保持為 以設(shè)定距離軸向遠(yuǎn)離軸的端部。第二功能是將心軸和擴(kuò)展元件旋轉(zhuǎn)地 結(jié)合在一起。第三功能是提供孔，以便能將鉆頭旋入軸中。第四功能 是形成轉(zhuǎn)動(dòng)止擋裝置的一部分，該轉(zhuǎn)動(dòng)止擋裝置阻止心軸過(guò)緊地與鉆 頭螺接。第五功能是提供在錨定期間夾緊孔壁的附屬片，借此使得錨 定裝置相對(duì)于軸旋轉(zhuǎn)。
圖9示出了巖石錨桿10的變型。巖石錨桿50包括錨桿10的多個(gè) 特征件，且相同的特征件用相同的附圖標(biāo)識(shí)來(lái)表示。
在錨桿50中，擴(kuò)展組件51設(shè)置為包括擴(kuò)展元件24和布置在錨桿 50的軸13周圍的套環(huán)52。套環(huán)52以與前述實(shí)施例的連接器25相同 的方式發(fā)揮作用并與擴(kuò)展元件24的近端28互連。
與前述實(shí)施例相反，擴(kuò)展組件51被定向，以使得擴(kuò)展元件的末端 40朝向鉆孔端11而非前述實(shí)施例中的螺母端12。為防止擴(kuò)展組件51 朝著螺母端12移動(dòng)，將組件51定位在保持裝置53上，該保持裝置包 括軸向固定至錨桿軸13的止推環(huán)54以及布置在止推環(huán)54與套環(huán)52 之間的滑動(dòng)環(huán)55。
在符合前述實(shí)施例的布置中，組件51結(jié)合所布置的心軸29，以便 將該心軸的斜面30和31設(shè)計(jì)為與擴(kuò)展元件24的內(nèi)表面35鄰接。如 此，阻止了心軸29和擴(kuò)展元件24之間圍繞軸心線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，心軸29朝著軸的螺母端12的相對(duì)移動(dòng)致使擴(kuò)展元件從其縮回位置移 動(dòng)至其擴(kuò)展位置。此外，心軸通過(guò)螺紋聯(lián)接器(未示出)聯(lián)接至錨桿軸。
心軸29和錨桿軸13之間的螺紋連接為左旋螺紋，以便當(dāng)巖石錨桿(在
軸的右旋旋轉(zhuǎn)下)經(jīng)歷鉆孔作業(yè)時(shí)，心軸和該軸之間的任何相對(duì)移動(dòng) 將使得心軸朝著鉆孔端移動(dòng)，借此確保擴(kuò)展元件不會(huì)移至其擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。
在錨桿50的左旋旋轉(zhuǎn)作用下，擴(kuò)展元件的旋轉(zhuǎn)發(fā)生但未示出，錨定裝 置23還可結(jié)合上述帶以促進(jìn)此旋轉(zhuǎn)。由于心軸部29和擴(kuò)展組件51 — 起旋轉(zhuǎn)，因此，此旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移至心軸29，從而啟動(dòng)裝置23并實(shí)現(xiàn)心軸朝 著螺母端12的移動(dòng)。
在與前述實(shí)施例相似的方式中，止擋件被設(shè)置用以防止心軸朝著 鉆頭過(guò)度地移動(dòng)。但是在此實(shí)施例中，形成止擋件的一個(gè)配合面的榫 舌83直接形成在心軸29上。
如圖l所示，巖石錨桿IO包括沿著軸13的主要部分的套筒62。 套筒62從錨定裝置23附近穿過(guò)螺母端12并延伸至螺母端12附近。 套筒的目的是提供循環(huán)通路的至少部分，從而允許流體從螺母端12經(jīng) 過(guò)而到達(dá)鉆孔端11。循環(huán)通路由形成在錨桿軸13與套筒62之間的通 道以及內(nèi)部通道14實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部通道14經(jīng)由橫向端口 60與形成在軸13 與套筒62之間的通道連通。
循環(huán)通路還包括形成在套筒62與鉆孔100的壁101之間的外部通 道64。通過(guò)使得鉆尖16以大于套筒62半徑的距離徑向延伸而形成外 部通道。
套筒62由套環(huán)66密封于末端65。套環(huán)66能將內(nèi)螺紋結(jié)合到外螺 紋38上，該外螺紋加工于軸13的上部上。
還通過(guò)與申請(qǐng)人的澳大利亞專利申請(qǐng)No.2006202778中詳細(xì)描述 的驅(qū)動(dòng)聯(lián)接器43內(nèi)嵌接合來(lái)密封套筒62的近端67,此處通過(guò)引用將該申請(qǐng)并入本說(shuō)明書中。
可將支承板和球形墊圈72布置在軸13上并由傳動(dòng)螺母43卡住。 支承板被布置為抵靠巖層500的外面。
在操作之前，適當(dāng)?shù)貙㈠^定裝置23螺旋在軸13上，直到軸端20 緊靠連接器25的本體部26的下側(cè)為止。然后將鉆頭15旋入軸端的內(nèi) 螺紋21，直到鉆頭柄端86接合內(nèi)螺紋21的底部87為止。
在操作過(guò)程中，經(jīng)由傳動(dòng)螺母43將錨桿10固定至鉆孔裝置，這 使得巖石錨桿沿第一方向旋轉(zhuǎn)。在由軸與套筒62之間的通道形成的循 環(huán)通道、內(nèi)部通道60和外部通道64周圍泵送鉆孔流體，以沖洗巖石 錨桿的巖石開鑿面。流體從已沖洗傳動(dòng)螺母43中的端口引入或排出。
在完成鉆孔階段時(shí)，鉆孔裝置隨之使得錨桿沿相反的方向旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)相對(duì)移動(dòng)由扭矩銷阻止時(shí)，傳動(dòng)螺母43繞軸13旋轉(zhuǎn)。這使得附屬 片42 (如果存在)朝外張開，以至于連接器夾緊壁面101，從而使得 擴(kuò)展元件24和心軸29開始相對(duì)于錨桿軸滑動(dòng)。錨定裝置與軸之間引 起的相對(duì)移動(dòng)致使心軸使得該軸的螺紋松弛，以至于擴(kuò)展元件徑向地 朝外移位而接合鉆孔的巖石表面。
當(dāng)擴(kuò)展元件與壁面接合時(shí)，通過(guò)繼續(xù)將第二方向上的扭矩施加到 傳動(dòng)螺母43而使得錨桿承受張力。在特定點(diǎn)，擴(kuò)展元件24受到強(qiáng)大 的作用力而抵靠巖壁面，以至于心軸不能進(jìn)一步向下移動(dòng)軸。這有效 地限制錨桿，并防止其進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。這將使得扭矩在傳動(dòng)螺母43處增 大直到該傳動(dòng)螺母到達(dá)將剪斷扭矩銷的點(diǎn)，借此使得傳動(dòng)螺母相對(duì)于 軸移動(dòng)。然后，該相對(duì)移動(dòng)致使螺母巻緊上述軸。
一旦傳動(dòng)螺母能沿著錨桿軸移動(dòng)，則該傳動(dòng)螺母將(直接或者通 過(guò)支承板)與巖層500的外面接合，當(dāng)錨桿在傳動(dòng)螺母與錨定裝置之
20間有效長(zhǎng)度縮短時(shí)，該巖層的外面將使得錨桿承受張力。 一旦錨桿處 于足夠的張力，則此時(shí)可移除鉆孔裝置，或者可為了進(jìn)一步進(jìn)行支承， 進(jìn)行經(jīng)由傳動(dòng)螺母43中的端口引入灌漿以將錨桿安裝在適當(dāng)位置的最 后階段。
在可替代實(shí)施例中，如圖8A和圖8B所示，鉆具包括第一端和第 二端(后者未示出)以及在兩端之間延伸的軸13'。第一端具有穿入巖 石的鉆頭15'。鉆頭15'和軸13分別具有互補(bǔ)的螺紋22鄰21'。鉆頭的 肩部表面80'和軸的端部包括相對(duì)旋轉(zhuǎn)的止擋件，該止擋件確保鉆頭沿 第一方向的鉆孔期間保持松弛。這里的術(shù)語(yǔ)"松弛"是指分離扭矩不超過(guò) 聯(lián)接扭矩的10%，即不需要扳手或鐵錘，而只需要用手力來(lái)拆卸鉆具。
鉆頭和軸中的一個(gè)設(shè)置有突起83'，另一者設(shè)置有凹槽81'。該突 起與凹槽81'的直立壁82'鄰接以阻止鉆頭和軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。螺紋21'與 螺紋22'匹配，從而突起83'將進(jìn)入凹槽81'中以提供鉆頭的肩部表面80' 與軸13'的端部之間的最小間隙。前述實(shí)施例已更詳細(xì)地描述了該突起 和凹槽。
圖10至圖12示出了軸90，其可替代圖8A和圖8B的鉆具的軸 13'。在前述實(shí)施例中，軸90包括第一端92上的突起91并結(jié)合內(nèi)螺紋 93，該內(nèi)螺紋布置用以容納鉆頭15的螺紋柄。如此，結(jié)合柄90的鉆 具能以與圖8A和圖8B所示的鉆具相同的方式發(fā)揮作用。
但是，與制造為一體式元件的軸13相反，軸90包括主要部分94 和端部95。這些部分94和95與端部部分95軸向?qū)R，該端部部分結(jié) 合螺紋聯(lián)接器93以接納鉆頭及其末端上的突起91。
在所示例的形式中，主要部分94為常規(guī)鉆桿并包括鄰近第二端99 形成的驅(qū)動(dòng)元件98，第二端被布置為連接至鉆孔設(shè)備以用于將轉(zhuǎn)動(dòng)和 推力供應(yīng)至鉆具。端部部分95為端部聯(lián)接器形式，該端部聯(lián)接器結(jié)合布置為旋入設(shè)置在鉆桿94的端部上的螺紋孔97內(nèi)的螺紋柄96 (圖12 中最佳地示出)。此螺紋孔97被設(shè)置為容納常規(guī)鉆桿構(gòu)造中的鉆頭。 如此，通常被形成為鑄件的端部聯(lián)接器95提供簡(jiǎn)單布置，從而將常規(guī) 鉆桿轉(zhuǎn)換為能結(jié)合如上所述止動(dòng)機(jī)構(gòu)的鉆桿。具體而言，可改進(jìn)端部 聯(lián)接器95而不需要對(duì)鉆桿94作任何修改。
在所附的權(quán)利要求以及相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)止擋裝置的前述中，除了上下文 需要或由于表達(dá)語(yǔ)言或必然的暗示，將詞語(yǔ)"包括(comprise)"或諸如 "包括(comprises)或"包括(comprising)"的變體用作包括的意思，艮P ， 表明所述特征存在但不排除發(fā)明各種實(shí)施例中存在或增加其他特征。
此公開要求澳大利亞專利申請(qǐng)No. 2006236010和No.2006236012
中公開內(nèi)容的優(yōu)先權(quán)，此處通過(guò)引用將其并入。
在不脫離本發(fā)明精神或范圍的前提下可對(duì)前述部分作出變型和/ 或更改。
權(quán)利要求
1. 一種鉆具，包括第一端和第二端、在所述端之間延伸的軸、以及止擋件，所述第一端具有用以穿入巖石的鉆頭，所述鉆頭和所述軸具有互補(bǔ)的螺紋，所述止擋件限制所述鉆頭在所述軸上的旋轉(zhuǎn)，以使所述鉆頭在沿第一方向的鉆孔期間與所述軸保持松弛的螺紋連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鉆具，其中所述止擋件限制所述鉆頭在所述軸上的旋轉(zhuǎn)，從而在鉆孔期間保持所述軸的端面與所述鉆頭的端面之間的間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆具，其中所述止擋件包括配合鄰 接面， 一個(gè)所述面布置在所述鉆頭上，而另一個(gè)所述面布置在所述軸 上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆具，其中所述鉆頭和所述軸中的一個(gè) 設(shè)置有突起，而另一個(gè)設(shè)置有凹槽，所述突起和所述凹槽具有提供所 述止擋件的所述鄰接面中相應(yīng)的鄰接面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鉆具，其中所述軸包括主要部分和 端部部分，所述主要部分和所述端部部分互連并軸向?qū)R，并且其中 所述端部部分容納所述鉆頭并結(jié)合有所述配合鄰接面中的一個(gè)配合鄰 接面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鉆具，其中所述主要部分和所述端部部 分具有互補(bǔ)的螺紋并通過(guò)位于所述端部部分上的螺紋柄互連，并且所述端部部分與布置在所述主要部分中的螺紋孔螺紋接合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鉆具，其中所述主要部分包括鉆桿。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鉆具，其中所述軸包括允許 流體在所述鉆具的所述端之間流過(guò)的內(nèi)部通道。
9. 一種自鉆式巖石錨桿，包括第一端和第二端、在所述端之間延 伸的軸、以及沿著所述軸的鄰近所述第一端的第一部分延伸的錨定裝 置，所述錨定裝置具有與所述軸上的外螺紋配合的內(nèi)螺紋，所述第一 端具有鉆頭和止擋件，所述鉆頭用以在沿第一方向的鉆孔期間穿入巖 石，所述止擋件用于限制所述錨定裝置在所述軸上的旋轉(zhuǎn)，以使所述 錨定裝置在鉆孔期間與所述軸保持松弛的螺紋連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述止擋件限 制所述錨定裝置在所述軸上的旋轉(zhuǎn)，從而在鉆孔期間保持所述錨定裝 置的端面與所述鉆頭的端面之間的間隔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述止擋 件包括配合鄰接面， 一個(gè)所述面布置在所述鉆頭上，而另一個(gè)所述面 布置在所述錨定裝置上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述第二端適于連接至鉆孔設(shè)備，用以允許所述錨桿旋轉(zhuǎn)并允許推動(dòng)所述錨桿， 并且所述錨定裝置包括心軸和覆蓋所述心軸的至少一個(gè)擴(kuò)展元件，所 述心軸被安裝到所述軸上的外螺紋并與所述外螺紋配合，其中所述至 少一個(gè)擴(kuò)展元件可操作以在所述心軸沿使所述心軸相對(duì)于所述擴(kuò)展元 件朝著所述第二端移動(dòng)的方向在所述軸上旋轉(zhuǎn)時(shí)徑向向外移位，所述 心軸的所述旋轉(zhuǎn)被布置為在所述軸沿與所述第一方向相反的第二方向 旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述止擋件的所述配合鄰接面中的一個(gè)面設(shè)置在所述心軸上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述至少一 個(gè)擴(kuò)展元件被連接至連接器從而形成錨組件，所述錨組件被布置為卡 合在所述鉆頭的所述端面與所述軸的所述端面之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述止擋件的 所述配合鄰接面中的一個(gè)面設(shè)置在所述連接器上，并且所述止擋件被 布置為當(dāng)所述連接器布置在所述軸端時(shí)呈脫離狀態(tài)，以使所述止擋件 不會(huì)防止所述錨定裝置在所述軸上的旋轉(zhuǎn)，并且在所述連接器與所述 軸間隔開時(shí)呈接合狀態(tài)，在所述接合狀態(tài)中，所述止擋件防止所述錨 組件圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)，從而防止所述心軸在沿所述第一方向的鉆孔期 間朝著所述鉆頭軸向移動(dòng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的自鉆式巖石錨桿，其中，在所述心軸繞所述軸沿引起所述心軸朝著所述鉆頭軸向移動(dòng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的作用 下，使所述止擋件在所述心軸移動(dòng)至預(yù)定位置時(shí)從所述脫離狀態(tài)移動(dòng) 至所述接合狀態(tài)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的自鉆式巖石錨桿，其中，在所 述心軸繞所述軸沿引起所述心軸朝著所述第二端軸向移動(dòng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng) 的作用下，使所述止擋件在所述心軸從所述預(yù)定位置移動(dòng)時(shí)從所述接 合狀態(tài)移動(dòng)至所述脫離狀態(tài)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11至17中的任一項(xiàng)所述的自鉆式巖石錨桿， 其中所述鉆頭和所述錨定裝置中的一個(gè)設(shè)置有突起，而另一個(gè)設(shè)置有 凹面，所述突起和所述凹面具有提供所述止擋件的所述鄰接面中相應(yīng) 的一個(gè)鄰接面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述凹面相對(duì) 于其中形成有所述凹面的所述鉆頭或所述錨定裝置的肩部表面以銳角 傾斜。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的自鉆式巖石錨桿，其中所述銳角的 大小比形成在所述軸上的所述外螺紋的螺旋角大至少20%。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中的任一項(xiàng)所述的自鉆式巖石錨桿， 其中所述突起的最大高度小于所述凹面的最大深度。
22. —種用于鉆具的鉆頭，所述鉆頭包括鉆頭本體和鉆頭柄，所 述鉆頭本體包括位于一端的用于切割巖石的裝置，其中所述鉆頭設(shè)置有與所述鉆頭柄相連的肩部表面，其中所述肩部表面形成部分止擋件。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的鉆頭，其中所述柄結(jié)合有螺紋。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的鉆頭，還包括所述鉆頭的所述 肩部表面上的凹面，所述凹面形成部分所述止擋件。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的鉆頭，其中所述凹面連接至形成所述 止擋件的鄰接面的至少一個(gè)直立壁。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的鉆頭，其中所述凹面相對(duì)于所 述肩部表面以銳角傾斜。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的鉆頭，其中所述凹面垂直于鉆 頭軸線。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的鉆頭，其中所述角度的大小大于形成 在所述鉆柄上的外螺紋的螺旋角。
29. —種用于自鉆式巖石錨桿的錨定裝置，所述錨定裝置用于當(dāng) 位于鉆孔內(nèi)時(shí)保持所述錨桿，所述錨定裝置包括心軸和覆蓋所述心軸的至少一個(gè)擴(kuò)展元件，其中所述至少一個(gè)擴(kuò)展元件在所述心軸和所述 至少一個(gè)擴(kuò)展元件之間的預(yù)定相對(duì)移動(dòng)時(shí)徑向向外移位，其中所述至 少一個(gè)擴(kuò)展元件連接至連接器，以形成錨組件，所述錨組件被鍵接到 所述心軸，并且所述錨組件包括部分止擋件。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的錨定裝置，其中所述第一止擋件設(shè)置成阻止所述錨組件圍繞巖石錨桿軸的軸線旋轉(zhuǎn)并防止所述心軸在沿第 一方向的鉆孔期間沿著所述錨桿軸在一個(gè)方向上軸向移動(dòng)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的錨定裝置，還包括設(shè)置在所述 連接器上的突起，所述突起形成部分所述止擋件。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的錨定裝置，其中所述突起包括鄰接面。
33. 根據(jù)權(quán)利要求29至32中任一項(xiàng)所述的錨定裝置，其中所述 連接器包括本體部分和至少一個(gè)連接腿，所述腿承載附屬片。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的錨定裝置，其中，所述附屬片設(shè)置成 鄰近所述腿的端部并與所述連接器成為一體，并且所述附屬片適于在 鉆孔期間不起作用而在所述錨定裝置的錨定期間起作用，從而抑制所 述錨定裝置在所述巖石錨桿旋轉(zhuǎn)時(shí)在鉆孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
35. —種用于鉆具的軸，所述軸包括相對(duì)的第一端和第二端，其 中所述第一端結(jié)合有從所述第一端突出并形成部分止擋件的肩部表 面。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的軸，其中所述第一端還結(jié)合有螺紋孔， 所述螺紋孔布置成接納具有柄的鉆頭，并且所述柄具有互補(bǔ)的外螺紋。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的軸，還包括主要部分和端部部分，所述主要部分和所述端部部分互連并軸向?qū)R，且所述端部部分 結(jié)合了所述軸的第一端。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的軸，其中所述主要部分和所述端部部 分具有互補(bǔ)的螺紋并通過(guò)所述端部部分上的螺紋柄互連，所述螺紋柄與布置在所述主要部分中的螺紋孔螺紋接合。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的軸，其中所述主要部分包括鉆桿。
40. —種用于鉆桿的端部聯(lián)接器，所述端部聯(lián)接器具有相對(duì)的第 一端和第二端、沿著所述聯(lián)接器的端部部分形成并延伸至所述第二端 的螺紋柄，其中，從所述第一端突出肩部表面，并且該肩部表面形成 部分止擋件。
全文摘要
一種鉆具(10)，其結(jié)合有第一端和第二端、在所述端之間延伸的軸(13、90)。第一端具有用以穿入巖石的鉆頭(15)。鉆頭與軸具有互補(bǔ)的螺紋。鉆頭和軸包括相對(duì)旋轉(zhuǎn)止擋裝置(82、83)，所述相對(duì)旋轉(zhuǎn)止擋裝置(82、83)確保鉆頭在沿第一方向的鉆孔期間保持松弛。本發(fā)明本身還涉及自鉆式巖石錨桿(10)、鉆頭(15)、鉆軸(13、90)、軸聯(lián)接器(94)、錨定裝置(23)、以及端部聯(lián)接器(95)。
文檔編號(hào)E21D21/00GK101535597SQ200780042458
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者史蒂文·韋弗, 約翰·霍斯, 達(dá)雷·韋伯, 馬修·肯尼 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司