自鑽頂部錨杆的製作方法
2023-12-10 03:33:26
專利名稱：自鑽頂部錨杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種錨杆，該類型錨杆通常被認為是巖石錨杆或頂部錨杆，本發明特別涉及一種自鑽頂部錨杆。
頂部錨杆通常用於地下採礦業，支撐開挖的巖壁以防止其碎裂或崩坍。通常裝配頂部錨杆的工序包括在巖壁鑽定位孔，將錨杆插入孔內。通常藉助諸如樹脂或灰砂水泥的可凝固的膠粘物將錨杆固定在定位孔內，或者錨杆還可以包括與定位孔表面直接鎖合的裝置，如螺紋或膨脹套筒。頂部錨杆存在多種形式，一種特殊形式是管狀，沿錨杆縱向形成一中心孔。有利的是，該中心孔提供了在將錨杆插入定位孔時用於將水引入的導管。使用水是為了衝走巖石碎塊、細屑及灰塵，以降低錨杆與巖石間的摩擦阻力及產生的過高溫度。該中心孔還提供了用於將水泥灰砂或樹脂注入定位開口內從而將錨杆固定在其內的導管。
上述裝配頂部錨杆的方法使用了兩段工序，其中先鑽定位孔，隨後藉助合適的裝置將頂部錨杆插入並固定在定位孔中。因而這種頂部錨杆沒有鑽孔性能。具有鑽孔性能的頂部錨杆被認為指得是「自鑽頂部錨杆」，但是這種錨杆在採礦工業中並沒有普遍使用。與前述形式的頂部錨杆比較時，這種頂部錨杆要求更少的裝配步驟，因為不需要形成定位孔的另外的鑽頭。所以，這種自鑽型頂部錨杆可以更快地裝配，從而減少了所開挖巖石面的可能不穩定以及可能碎裂或崩坍的周期。
自鑽頂部錨杆沒有被普遍使用，其中一個原因是這種錨杆必須被改進以在其前端包括一個鉸孔鑽頭，以便使錨杆鑽出定位孔，但是這種改進相應地提高了錨杆的成本。這種鑽頭非常昂貴，它們通常需要承受很高的磨損，因此需要用於穿透的耐磨材料，對此錨杆鑽頭進行硬化是很正常的，這一點通常是通過提供碳化鎢刀頭而獲得的。澳大利亞專利號672428描述了一種特殊的管形頂部錨杆，該頂部錨杆將一對細長件滾壓或拉模成半圓柱段，並沿縱向端通過焊接將它們連成一錨杆柱。在這種頂部錨杆中，鄰近其前端的中心孔被車螺紋，以接收碳化鎢旋轉鑽頭的螺紋柄。旋轉鑽頭是已知的，且申請人提供了一系列這樣的鑽頭，該鑽頭包括支撐碳化鎢刀頭的鋼體，且該刀頭釺焊到鋼體上。但是這種鑽頭與其要連接到的杆相比，仍然相對昂貴。
在上述的每個頂部錨杆中，碳化鎢刀頭需添加到巖石錨杆的前端，由於費用昂貴使得以這種形式形成的頂部錨杆的使用受到抑制。但是，儘管存在這種情況，自鑽頂部錨杆的裝配優點仍多於非自鑽型頂部錨杆。
本發明的一個目的是提供一種自鑽頂部錨杆，它比上文所述頂部錨杆的製造成本更低，因此使其在採礦工業中的應用更具吸引力。
根據本發明，提供了一種細長頂部錨杆，它具有軸向延伸的中心孔，並在其一端限定了前端，該前端包括一對由機加工形成的軸向延伸的接合部件，該接合部件中的每一個包括一個接合面以在相對兩側與鑽尖接合，從而在鑽孔期間支撐鑽尖，該鑽尖橫過前端延伸並通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或鄰近所述前端處，在錨杆外部開口。
本發明的第一方面，當鑽尖被連到杆上時，使中心孔在杆前端或鄰近其前端處進一步保持張開配置。本發明的頂部錨杆因而保留了中心孔錨杆的優點，而且還提供了不需要結合完整的鑽頭就能自鑽的相關優點。本發明因此排除了對於另外的頂部鑽頭和鑽杆的需要。
鑽尖最好是平面形且橫過杆的前端並橫過中心孔的開口端沿直徑方向延伸。接合部件在中心孔兩側間隔設置，且鑽尖的厚度小於中心孔的直徑，從而該孔在鑽尖兩側張開。與具有由鑽尖覆蓋的孔(並未封閉)的配置相比較，本發明的配置使得用於將錨杆固定在杆所鑽孔內的膠粘物的泵速加大了，而且也提高了鑽孔期間的衝洗率。
本發明的第二方面，鑽尖在杆的前端橫向延伸並覆蓋中心孔的開口。在這種配置中，分支導管從中心孔處延伸並在鄰近前端處在杆的側壁表面外部開口。雖然最好至少有兩個這樣的導管開向杆的相對側，但也可以提供單個分支導管。
分支導管相對中心孔橫向延伸，或相對中心孔以一定角度延伸。此外，分支導管可能具有任何合適的截面，但最好為圓形且具有與中心孔相同或更大的直徑。
上述分支導管的配置同樣適用於本發明上文所述的第一方面。即頂部錨杆在其前端具有中心開口孔，但也可以使用沿側壁表面延伸的分支導管。這種配置與不包括分支導管的配置相比可以促使產生更大的泵速和衝洗速度。
在本發明的頂部錨杆中，鑽尖橫過中心孔延伸且最好伸出杆的外周邊。或者，鑽尖的相對兩端可以終止在杆的外周邊內，或者延伸至外周邊，或者鄰近外周邊。
在上述配置中，鑽尖還抵靠錨杆前端被軸向支撐，且最好該支撐被提供有一個鄰近錨杆前端設置的供鑽尖抵靠的基表面，且最好該軸向支撐被設置在中心孔的每一側。鑽尖基表面的軸向支撐可以在中心孔的邊緣和錨杆的外緣之間延伸，為此意圖可以機械加工出一個平面。該機加工表面可以是不同於前端其它表面部分的平臺。
鑽尖與錨杆之間的固定連接可以通過任何合適的方式獲得，例如碳化鎢刀頭可通過釺焊被固定。對於其它類型的刀頭材料，焊接也是可能的。鑽尖可以被固定到錨杆前端的任何合適部分上，最好被固定到兩個接合部件和軸向支撐表面上。
頂部錨杆的杆可以由任何合適方式形成，例如可以形成有沿其長度延伸的連續的或不連續的螺紋。縱向平面段可設置在該杆的相對側。如果提供了螺紋和/或平面段，它們可以沿杆的整個長度延伸，或者可以僅沿杆的一段或幾段上延伸。在一實施例中，螺紋在到達杆前端之前就終止。
杆的前端最好被成形為在錨杆旋轉方向的法向上在鑽尖後側提供有一間隙。為此每個接合部件可被成形為沿軸向延伸以大體支撐鑽尖背面的整個高度，但是離開背面軸向向下傾斜以提供所要求的間隙。前端也可以被成形以便在鑽尖刀刃的前面提供一間隙。該前面間隙可以從鑽尖徑向外緣向內延伸至支撐鑽尖相對側或後面的另一接合部件內。該前面間隙的深度可以改變，在本發明的一種形式中，提供了一種曲線或扇形形狀，該形狀從鄰近徑向邊緣的最小深度處延伸到接近鑽尖中部的最大深度處。該前面間隙最好是一連續的平滑曲線以減小應力集中，雖然也可以通過兩或多條曲線段，或者通過相鄰的曲線和直線段提供前面間隙。
前面間隙的形狀可以軸向擴大中心孔的孔口，以便於提高衝洗速度和膠粘物的泵速。也可以通過在鑽尖的每一側提供同樣的前面間隙形狀使得中心孔的孔口在其每一側都被擴大。
附圖顯示了上述本發明的具體實施例。附圖及與之相關的說明的獨特性不能替代本發明前述較寬描寫的一般性。
圖1是據本發明的頂部錨杆10的透視圖，而圖2至4顯示了同一錨杆的不同視圖。錨杆10由限定一中心孔的任何合適的形式製成，上述由滾壓或拉模以製取該錨杆的方法是適合的，但並非唯一有效的方法。
錨杆10被成型為非連續螺紋形狀，其包括螺紋11，它被一對相對設置的縱向延伸平臺14和15分成相對的螺紋杆部分12和13。這種杆形狀在澳大利亞專利號672428中被描述，應該理解其它形狀的杆也在本發明範圍內。
杆10有一前端16，前端16被機加工以便鑽尖17連接在其上，該鑽尖諸如已知形式的碳化鎢鑽尖。鑽尖17為平面形式，其限定了一對相對的平面18和19及一對傾斜刀刃20，該刀刃從一中心溝槽或凹槽21中下垂。上述刀刃根據已知原理形成，以所示方式形成的頂部錨杆作為旋轉鑽而非衝擊鑽工作。
鑽尖17的平面18和19延伸直至與一對軸向延伸的接合部件或翼22和23止動嚙合。接合部件22和23被機加工以便與鑽尖17的各平面18和19齊平。因此，每一部件包括用於該意圖的一平面24。圖5顯示了移去鑽尖17的頂部錨杆10，上述平面24從該圖中更清楚地顯示出來。在圖4所示的俯視圖中，部件22和23顯示為三角形並延伸入面25，面25被機加工為曲線或扇形形式。面25被機加工為扇形形式以提供用於鑽尖17的前面間隙。前面間隙的程度可以改變，圖6和7顯示了具有相同間隙用途的不同形狀。在圖6和7的每個中，面25包括在直線段28和29之間延伸的曲線段27。其它的形狀也可以採納。
部件22和23的端面26(參見圖5)沿與鑽尖17的刀刃20相同的方向向下傾斜以提供鑽尖後面的間隙角。該間隙允許鑽尖向前進入被鑽的巖石表面，而不會使接合部件22和23接觸巖石表面從而阻礙鑽尖向前的運動。
如圖2所示，面25與中心孔31相交，並進而露出孔31的開口端32。這也加大了衝洗速度和膠粘物的泵速。
孔31具有一直徑，該直徑等於在機加工螺杆前端16之前所形成的螺杆孔直徑，或者如果需要該直徑可以被擴大。最好孔31更大，這可以通過對原始杆孔進行鑽而獲得。該孔可以在杆的整個縱向長度上被擴大，或者僅在杆的一部分上被擴大，例如僅在其前端。
杆10的前端進一步被機加工，以便能夠抵消鑽孔期間施加在刀刃20上的軸向鑽孔力並支撐鑽尖17。圖2所示的支撐面30形成沿鑽尖17下表面支撐鑽尖的支撐平臺。軸向支撐範圍可以從杆的外周緣向中心孔31的內緣變化，或者可以比可接受值更小。在這點上，鑽尖普遍很易碎，且即使不是必要的，最大支撐還是所希望的。
鑽尖17因而被軸向和旋轉支撐，並通常通過焊接被連接到頂部錨杆的前端。最重要的是，在本發明的頂部錨杆中，並不須使用與已知的自鑽頂部錨杆一樣的鑽頭，從而錨杆的費用顯著降低。
圖8顯示了本發明的又一實施例，其中螺紋11』正好在錨杆10』的前端16』的前面終止。錨杆10』的無螺紋段33由於減少了流動阻力，從而進一步加大了衝洗速度和膠粘物的泵速。
圖9至16顯示了一種頂部錨杆，該頂部錨杆主要配置用於衝擊鑽探。頂部錨杆100包括一對接合部件101和102，接合部件101和102限定用於容納鑽頭104的凹槽103。該鑽頭是衝擊鑽頭，與圖1至8中所示類型刀刃不同，它被成形為類似鑿子的形狀。
頂部錨杆100以與圖1至8中的頂部錨杆10相似的方式操作，而且如圖9和12中所示，也配置有在前端106處開口的中心孔105。但是，頂部錨杆100包括一橫向的分支導管107，該導管橫向伸入中心孔105並在平面108外部開口。
圖13至16所示的頂部錨杆200包含了頂部錨杆100中的許多特徵，而且類似部件以同樣標號加100表示。鑽頭204具有比圖10所示鑽頭104的厚度t更大的厚度T。從而，由於該厚度T(比中心孔的直徑更大)，中心孔不能在前端206處打開。因此，頂部錨杆100和200之間的主要差別在於鑽頭204延伸並完全覆蓋錨杆前端206處中心孔的開口端。而且，頂部錨杆200也包括至少一個分支導管207，該導管從中心孔橫向伸出並將中心孔與鄰近前端206的平面208連通。
除以上特定描述外，本發明可以進行變化、修改和/或添加，應當理解本發明包括所有的這種變化，修改和/添加，且它們都落入上述說明書的精神和範圍內。
權利要求
1.一種細長頂部錨杆，具有軸向延伸的中心孔，並在其一端限定一前端，該前端包括一對由機加工形成的軸向延伸的接合部件，上述每一接合部件包括一接合面以用於在鑽尖的相應兩側上與鑽尖嚙合，該接合面用於在鑽孔期間支撐鑽尖，上述鑽尖橫過所述前端延伸並通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上，上述孔在所述前端或鄰近所述前端處在所述錨杆外部開口。
2.如權利要求1所述的細長頂部錨杆，所述鑽尖具有小於中心孔寬度的厚度，從而該中心孔在前端在鑽尖的至少一側上開口。
3.如權利要求2所述的細長頂部錨杆，其特徵在於所述鑽尖在中心孔的中心橫過所述前端延伸，於是該孔在前端在鑽尖兩側大體相等處開口。
4.如權利要求1至3中任一權利要求所述的細長頂部錨杆，還包括一個或多個從中心孔伸出並在鄰近該錨杆前端處開口的分支導管。
5.如權利要求1所述的細長頂部錨杆，該鑽尖具有一大於該中心孔寬度的厚度，從而在所述前端封閉中心孔，該中心孔在鄰近所述前端處與從中心孔延伸的一個或多個分支導管連通。
6.如前述任一權利要求所述的細長頂部錨杆，其特徵在於所述接合部件橫過所述前端並沿著它的整個長度上支撐鑽尖，並將鑽尖抵靠在接合部件的相對側表面上。
7.如權利要求1至5中任一權利要求所述的細長頂部錨杆，其特徵在於所述接合部件被設置在鑽尖的相對兩側並僅在鑽尖的相對兩端上支撐鑽尖。
8.如前述任一權利要求所述的細長頂部錨杆，其特徵在於鑽尖沿其所抵靠的基表面的至少一部分並抵靠著所述前端的一平面被支撐，該平面經機加工成形。
9.如權利要求8所述的細長頂部錨杆，該平面被成形在一平臺上，該平臺被機加工成前端。
10.如權利要求8或9所述的細長頂部錨杆，該平面從中心孔的相對邊緣伸向所述前端的外邊緣。
11.如前述任一權利要求所述的細長頂部錨杆，該頂部錨杆包括沿錨杆外表面延伸並在所述前端或鄰近所述前端處終止的螺紋。
12.如權利要求1至5中或權利要求7至11中任一權利要求所述的細長頂部錨杆，在所述前端，在鄰近相應的一個接合部件的所述鑽尖的至少一側上提供一間隙，以便使鑽尖的至少一個側面的一部分露出。
13.如權利要求12所述的細長頂部錨杆，所述前端被成形為從至少一個接合部件處軸向向下延伸以提供所述間隙。
14.如權利要求13所述的細長頂部錨杆，所述前端被成形以提供從鑽尖一側邊到接合部件的間隙。
15.如權利要求14所述的細長頂部錨杆，所述間隙的形狀是從鄰近所述前端外邊緣的最小深度到鄰近所述鑽尖中部的最大深度的曲線或扇形。
全文摘要
本發明涉及一種細長頂部錨杆,它具有軸向延伸的中心孔,並在其一端限定一前端。該前端包括一對由機加工形成的軸向延伸的接合部件,上述每一接合部件包括在其相應兩側用於與鑽尖嚙合的接合面,該接合面用於在鑽孔期間支撐鑽尖。鑽尖橫過所述前端延伸並通過熔焊、軟焊或硬焊而被固定到接合部件上。上述孔在所述前端或鄰近所述前端處在錨杆外部開口。
文檔編號E21D21/00GK1382243SQ0081470
公開日2002年11月27日 申請日期2000年10月25日 優先權日1999年10月29日
發明者史蒂文·韋弗, 麥可·麥克萊恩, 埃裡克·約翰松 申請人:桑德維克公司