自鉆式錨桿組件和安裝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自鉆式錨桿組件和安裝方法。具體地，涉及用于在連續(xù)采礦機、隧道掘進機、移動錨桿機、將建筑/建筑物錨栓于混凝土中的工具等上操作的半自動或全自動自鉆式錨桿組件。
【背景技術】
[0002]錨桿在全世界較為常見，且通常鉆進巖層中并保持在巖層中，以向給支撐結構提供輔助的巖層整體提供支撐。例如，錨桿可用于建筑物以及礦山、隧道、航道、運河、圍墻、豎井、過道、進出通道、地道等。
[0003]在地下開挖隧道時，例如，通常沿著隧道以遞進的間隔安裝錨桿。在隧道的構建期間，由于高度危險的環(huán)境，所以期望提供易于以最小的人為干預穩(wěn)固于巖層中的錨桿。
[0004]將錨桿穩(wěn)固于巖層中的最常用方法是使用具有鉆桿的鉆機在巖層中鉆孔。一旦鉆好孔并從孔中取回鉆桿，鉆桿便從鉆頭夾盤去除。然后錨桿插入驅動小車中，該驅動小車是位于錨桿和驅動夾盤之間的接合器。然后將樹脂膠囊插入鉆好的孔中。隨后將錨桿插入鉆好的孔中，從而使得樹脂膠囊破裂。之后錨桿旋轉以促進樹脂的混合和分散。一旦設置了樹月旨，則位于錨桿的端部上的螺母旋轉且螺母與孔的頸部接觸。扭矩施加至與鉆孔的頸部接觸的螺母，且螺母在尚未錨固至巖層的錨桿的長度上產生張力。其結果是，隨后巖層處于受壓狀態(tài)，而牽制了巖層。
[0005]上述錨栓的方法具有諸多步驟并包括高水平的人工操作。該類重復的人工操作任務最終會引起事故和受傷。錨桿的安裝速度受到操作者的熟練度控制，而這可能會大幅改變。生產需求要求用于巖層支撐的有效安裝時間，但是該方法由于所包含的諸多步驟而費時。
[0006]開發(fā)了自鉆式錨桿以克服上述缺點。它是以提供單一的鉆鑿和穩(wěn)固功能而眾所周知。這消除了鉆孔、撤回鉆桿和隨后使用各種錨固方法將錨桿插入孔中的需求。
[0007]已經開發(fā)了空心、鋼質的自鉆式錨桿方案，以在巖石錨栓巖層時使所包括的循環(huán)次數最少。一種自鉆式錨桿使用錨桿的中央孔作為在鉆鑿過程期間水的輸送端口，以及使用渠道來栗送水泥漿和各類樹脂，以錨固和封緊錨桿。自鉆式錨桿然后鄰近于錨桿環(huán)形部分的內外兩側被簡單地填充，從而提供對巖層的銷釘支撐。巖層中的錨桿的長度未被施加張力。
[0008]還可利用機械錨固的自鉆式錨桿。它們可與水泥漿或樹脂即利用機械錨固件錨固的插入支柱組合使用。然而，當鄰近于鉆孔的巖層弱且不能提供足以允許張緊的阻力時，機械錨固技術也可能失效。錨桿比替代選擇更笨重，且由于用于完全封緊的支柱注漿步驟導致系統(tǒng)還較為緩慢。
[0009]另一自鉆式錨桿系統(tǒng)使用空心棒，該空心棒具有已經置于棒中央內的化學樹脂膠囊。水用作鉆鑿和沖洗介質并行進穿過錨桿的中部。一旦使用錨桿鉆孔，則水輸送至包含樹脂膠囊的錨桿的腔體中。水迫使樹脂膠囊在錨桿的環(huán)形部分環(huán)形流動之前進行分散和混合。當已經設置了化學樹脂時，錨桿以銷釘的形式加強巖層。該系統(tǒng)的缺點在于，由于錨桿內的內部配置，導致錨桿制造起來非常昂貴。另外，每個錨桿隨后具有基于樹脂盒有效期的貯存期。
[0010]除以上缺點外，現有的自鉆式錨桿盡管在全世界被使用，但是其較為昂貴、安裝費時、沉重、笨重且難以準確地安裝。另外，對于安裝傳統(tǒng)的自鉆式錨桿，尚未實現全自動化。機械錨固件、靜態(tài)混合器、各種化學制品、彈簧等也使得公知的自鉆式錨桿系統(tǒng)不可能自動化。在軟巖層環(huán)境中，機械錨固件也可能失效，因此將不允許錨桿被預張緊。
[0011]有益的是向安裝的錨桿施加預張緊，以提供對于任何巖層移動來說較大的阻力。這可通過以下來實現:一旦錨桿已經通過硬化物質穩(wěn)固于巖層中達到沿著錨桿的預定距離，則向錨桿施加張力，從而有效地縱向拉緊錨桿;之后，利用抵靠鉆孔頸部的螺母和螺紋將錨桿穩(wěn)固于張緊狀態(tài)。
[0012]因此，需要提供錨桿鉆頭機構、自鉆式錨桿、流體輸送系統(tǒng)和用于將自鉆式錨桿穩(wěn)固至巖層的方法，這樣單獨(或共同)提供了巖層的迅速、可靠和有效的支撐，增加了工作者的安全性，提供了有效的自動化，巖層可被預張緊，提供了用于與多種物質一起使用的多用途注射系統(tǒng)，降低了成本，增加了生產率，以及減少了人為干預的量因而提高了作業(yè)現場的安全性。
[0013]發(fā)明目的
[0014]本發(fā)明的目的在于，基本克服或至少改善現有技術的一個或多個缺點，或者至少提供有用的替代方案。

【發(fā)明內容】

[0015]在一種寬泛的形式中，本發(fā)明公開了一種自鉆式錨桿組件，該組件包括鉆頭機構和流體輸送系統(tǒng)，鉆頭機構和流體輸送系統(tǒng)在操作上彼此相關聯(lián)，且適用于利用預張緊力將自鉆式錨桿經由注射且以化學方式穩(wěn)固于巖層中；錨桿包括具有切割端和驅動端的桿體;該組件包括:
[0016]a.鉆頭機構，具有:
[0017]錨桿聯(lián)接部，與錨桿的驅動端可釋放地接合，其中錨桿聯(lián)接部的旋轉使錨桿旋轉；
[0018]中央空心部，提供至錨桿的流體連接端口的通路；以及
[0019]螺母聯(lián)接部，與位于錨桿的桿體上的螺母元件可釋放地接合，其中螺母聯(lián)接部的旋轉使螺母元件旋轉；
[0020]b.流體輸送系統(tǒng)，具有:
[0021]注射噴嘴，與一個或多個流體源連通，用于將具有測定量的一種或多種流體輸送至鄰近于所述組件的預定位置，
[0022]每個流體源包括與起動栗流體連通的儲存器，起動栗與容積式栗流體連通，容積式栗與注射噴嘴流體連通，以使來自儲存器的流體適合于被栗送至預定位置；
[0023]清潔沖洗段，用于注射噴嘴內的每個獨立的內通道，每個清潔沖洗段具有源自不同儲存器壓力源的清潔流體；
[0024]由此，在使用時，鉆頭機構通過在鉆鑿方向上以相同的速率旋轉錨桿和螺母元件而驅動錨桿進入巖層中，使得螺母元件相對于錨桿的桿體保持在相同的位置。
[0025]優(yōu)選地，螺母聯(lián)接部驅動螺母元件的外表面。
[0026]優(yōu)選地，錨桿聯(lián)接部包括與錨桿的一個或多個對應的母連接器接合的一個或多個公連接器，公連接器驅動錨桿的內表面。
[0027]優(yōu)選地，錨桿聯(lián)接部包括主體，主體具有與鉆頭機構的中央空心對應的中央空心，其中一個或多個公連接器包括突起，突起在與中央空心的縱軸線平行的方向上從主體的頂表面延伸，并適于在錨桿的驅動端與母連接器操作地聯(lián)接。
[0028]優(yōu)選地，在第一位置，螺母聯(lián)接部與螺母元件接合，且錨桿聯(lián)接部與錨桿的驅動端接合，在第二位置，螺母聯(lián)接部與螺母元件接合，且錨桿聯(lián)接部與錨桿的驅動端脫離接合。
[0029]優(yōu)選地，鉆頭機構通過在第二位置且在鉆鑿方向上旋轉而使螺母元件沿著錨桿前進，從而張緊錨桿。
[0030]在又一形式中，本文公開了一種自鉆式銷桿，該銷桿包括:
[0031]桿體，具有限定中央管道的空心部；
[0032]流體連接端口，包括流體密封件；
[0033]切割端，位于桿體固定有切割尖端的一端；以及
[0034]驅動端，位于桿體的另一端、適于操作地陰聯(lián)接至鉆頭機構，其中鉆頭機構的旋轉使桿體旋轉；
[0035]其中桿體包括位于驅動端或朝向驅動端的外螺紋，驅動端與螺母元件接合，以使螺母元件相對于桿體的旋轉使得螺母元件沿著桿體在軸向上運動。
[0036]優(yōu)選地，中央管道在位于驅動端的流體連接端口和位于切割端的流體出口之間提供流體連通。位于中央管道的驅動端的流體連接端口中的密封件確保了，在流體連接處不存在流體泄漏且全部流體從切割端處的中央管道排出。
[0037]優(yōu)選地，聯(lián)接端包括鄰近于流體連接端口徑向布置的一個或多個槽，每個槽適于將鉆頭機構的錨桿聯(lián)接部的公連接器容納于其中。
[0038]優(yōu)選地，切割尖端固定至錨桿，以使切割尖端創(chuàng)建用于將流體排出中央管道的流體出口。
[0039]優(yōu)選地，組件進一步包括篩網，該篩網鄰近于錨桿，以允許流體通過流經篩網而從鄰近于錨桿的空隙排出，但是阻擋粘性更高的硬化物質流經篩網而從空隙排出。
[0040]優(yōu)選地，流體包括以下中的一個或多個:緩凝硬化物質、快凝硬化物質、用于開始緩凝硬化物質和/或快凝硬化物質的硬化的催化劑、水、蒸汽、氣體、空氣、清潔流體和/或沖洗流體。
[0041]優(yōu)選地，組件進一步包括控制系統(tǒng)，以控制供應至錨桿的每種流體的比率和量以及鉆頭機構相對于巖層的運動。
[0042]