專(zhuān)利名稱(chēng)：可變形的巖石錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)易緩慢變形或突然爆裂的巖石進(jìn)行加強(qiáng)的錨桿。錨桿在地
下挖掘工作中是用于巖石加強(qiáng)的最常用的措施。世界上每年需要消耗數(shù)百萬(wàn)的巖石錨桿。對(duì)巖石錨桿的基本要求是，所述巖石錨桿不僅必須能夠承受重載荷，而且必須能夠在所述錨桿失效前承受一定的伸長(zhǎng)量。在高應(yīng)力巖體中，所述巖石會(huì)以弱巖石內(nèi)的較大變形的形式或以硬巖石內(nèi)的巖爆形式對(duì)挖掘工作形成反應(yīng)。在這些情形下，需要變形承受式(或吸收能量式)錨桿以實(shí)現(xiàn)良好的巖石加強(qiáng)效果。特別是在采礦工業(yè)中，因?yàn)椴傻V作業(yè)越來(lái)越深入地下，巖石變形和巖爆的問(wèn)題更趨嚴(yán)重，因此對(duì)變形承受式錨桿的需求比其它巖石學(xué)科更為強(qiáng)烈。
背景技術(shù)：
Ferguson在W099/61749 "Rock bolt and method of forming a rock bolt，，中
描述了通過(guò)使鋼桿的一部分發(fā)生塑性變形來(lái)形成鋸齒狀凹口 ，該鋸齒狀凹口形成攪拌葉部
分，其中，通過(guò)在所述鋼桿上施加偏心的剪切力來(lái)產(chǎn)生所述變形，以形成如本發(fā)明的圖8中所示的按原圖繪制的攪拌葉。Ferguson的巖石錨桿的目的在于，通過(guò)所述攪拌葉來(lái)加強(qiáng)攪拌，并且通過(guò)所述攪拌葉的剪切成形來(lái)使得所述錨桿不會(huì)沿著該錨桿的軸向方向或側(cè)向方向發(fā)生塑性變形。Ferguson提出了一種安裝的能夠擴(kuò)張的殼體，該殼體包括徑向作用楔，該徑向作用楔用于與所述攪拌葉相互作用以使得所述殼體擴(kuò)張，從而將所述錨桿相對(duì)于所述錨桿孔的壁鎖緊。此外，F(xiàn)erguson還提出沿著所述錨桿的長(zhǎng)度形成多個(gè)攪拌葉部分。Ferguson的攪拌葉的顯著缺點(diǎn)在于，這種包括通過(guò)施加偏心的剪切力而使錨桿的一部分變形的制造方法，使得所述攪拌葉部分成為錨桿強(qiáng)度最弱的點(diǎn)，從而導(dǎo)致錨桿不能提供令人滿意的錨固效果。 此外，同樣屬于Ferguson的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2005/0158127A1 "Yieldingstratabolt"中描述了一種具有預(yù)應(yīng)力筋的巖石錨桿，所述預(yù)應(yīng)力筋可以通過(guò)滑動(dòng)穿過(guò)錨固體而屈服，而不是通過(guò)該預(yù)應(yīng)力筋本身材料的屈服而屈服，以此控制內(nèi)部布置有該錨桿的不穩(wěn)固的巖石的運(yùn)動(dòng)。所述預(yù)應(yīng)力筋本身可以由金屬線束或金屬桿構(gòu)成，并設(shè)置有外套管以作為相對(duì)于灌漿滑動(dòng)的裝置。參見(jiàn)本申請(qǐng)的圖9，通過(guò)灌漿灌固的所述錨固體由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的錨固體部分形成，該兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的錨固體部分夾緊在所述預(yù)應(yīng)力筋上。US2005/0158127的一個(gè)缺點(diǎn)在于，僅是所述應(yīng)力件(即預(yù)應(yīng)力筋)變形，并且該應(yīng)力件與所述錨桿的直桿部分相比強(qiáng)度不夠，從而所述錨桿在所述錨固體處易于破裂，特別是在所述應(yīng)力件是由實(shí)心桿體制成的情形下更是如此。US2005/0158127的另一個(gè)缺點(diǎn)在于形成有效的巖石錨桿所需要的構(gòu)件的絕對(duì)數(shù)量。 德國(guó)專(zhuān)利DE 35 04 543限定了一種錨桿，該錨桿用于插入并通過(guò)灌漿灌固或粘結(jié)在地下洞穴中的鉆孔內(nèi)。所述錨桿具有錨桿桿體和帶螺母的單端螺紋部分，所述錨桿桿體包括用于與巖石連接的具有成型表面的部分，所述單端螺紋部分與所述桿體本身形成為一體或焊接于所述桿體。所述錨桿具有固定的、一體的或焊接的錨板，該錨板設(shè)置在所述外部螺紋部分與所述錨桿桿體的位于鉆孔內(nèi)部局部位置上的成型部分之間，因而不能對(duì)位于所述鉆孔內(nèi)的錨桿桿體進(jìn)行預(yù)張緊。所述錨桿桿體的表面成型是通過(guò)沿具有圓形橫截面的初始光滑的桿體的縱向方向?qū)U體表面成形為波浪形狀而形成的。DE 3504 543的錨桿桿體具有用于設(shè)置在鉆孔內(nèi)的三個(gè)連續(xù)的部分所述錨桿桿體的光滑的無(wú)突起的中間部分、波浪形部分以及過(guò)渡部分，該過(guò)渡部分從所述光滑的中間部分的兩端過(guò)渡到波浪形部分，所述過(guò)渡部分沿遠(yuǎn)離所述光滑的中間部分的方向具有逐漸增大的波形幅度。所述光滑的中間部分用于承受巖石變形后所引起的縱向力，但因?yàn)椴荒軐?duì)所述鉆孔內(nèi)的巖石錨桿進(jìn)行預(yù)張緊，因此不能防止初始巖石變形。
下面闡述要解決的問(wèn)題。 根據(jù)錨固機(jī)理，所有的錨固裝置分為三類(lèi)(a)機(jī)械錨桿；(b)完全灌漿固定式錨桿以及(c)摩擦式錨桿。 (a):傳統(tǒng)的機(jī)械錨桿在開(kāi)口孔內(nèi)是兩點(diǎn)錨固。這些錨桿在較大巖石變形的情形下是不可靠的。 (b):完全灌漿固定式錨桿主要指通過(guò)水泥或環(huán)氧樹(shù)脂灌固在所述鉆孔內(nèi)的鋼筋錨桿。鋼筋錨桿由鋼筋制成，所述鋼筋的圓柱面上具有棱紋。這種類(lèi)型的錨桿硬度較高，在失效之前僅能承受少量變形。鋼筋錨桿在高應(yīng)力巖體中失效的情形經(jīng)常可以觀測(cè)到(見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Li，2006a)。
(c):摩擦式錨桿能夠承受較大的變形，但這些錨桿承受載荷的能力很低。例如，標(biāo)
準(zhǔn)的分置錨桿僅可承受約50kN的載荷(見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Stillborg， 1994)。 在目前能夠商購(gòu)得到的巖石錨桿中的所有可選擇的錨桿中，最適于應(yīng)對(duì)巖石變形
和巖爆問(wèn)題的巖石錨桿可能是所謂的南非錐體錨桿(見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Li和Markhmd，
2004)。該錐體錨桿能夠顯著伸長(zhǎng)，并且同時(shí)能夠承受很高的載荷。但是，該錐體錨桿是一
種用于安裝到填充有水泥的鉆孔內(nèi)的兩點(diǎn)錨固式錨桿，該兩點(diǎn)錨固式錨桿在其光滑的錨桿
體的內(nèi)端上具有倒置的錐體。表面錨固體可以是通過(guò)錨桿的螺紋外端上的螺母固定的板。
所述錨固體中的一個(gè)錨固體的失效，例如所述壁表面上的錨固體的失效將會(huì)導(dǎo)致錨桿的巖
石加強(qiáng)功能完全喪失。 關(guān)于高應(yīng)力巖體中的巖石加強(qiáng)，目前能夠得到的錨桿的缺點(diǎn)是 鋼筋錨桿太硬，并且在失效之前僅能容許非常有限的伸長(zhǎng)量(約10mm)。 摩擦式錨桿提供的載荷承受能力太低。 錐體錨桿由于其兩點(diǎn)式錨固結(jié)構(gòu)而不太可靠。 以下描述在不同的巖體中錨固體的承載模式。 在弱巖石中，環(huán)繞地下孔洞的大量巖石在高的原位應(yīng)力情形下易于斷裂。在所述孔洞的壁表面上巖石變形量最大，并朝著所述巖體的內(nèi)部降低。這種類(lèi)型的巖石變形導(dǎo)致所述巖石錨桿在靠近所述壁表面的區(qū)域承受的載荷最大(見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Sun，1984 ;以及Li和Stillborg， 1999)。這解釋了在變形較大的巖體中許多鋼筋錨桿在所述螺紋部分處失效的原因(參見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Li，2006a)。有時(shí)，在所述壁表面的后面甚至可能會(huì)形成數(shù)米長(zhǎng)的較大的剪切破裂(參見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Li，2006b)。在此情形下，要求所述錨桿還應(yīng)該具有在較深的位置承受載荷和變形的能力。 在多節(jié)理巖體中，錨桿在其橫跨正在裂開(kāi)的巖石節(jié)理的位置上局部承受載荷(參
5見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Bj6mfot和St印hansson， 1984)。沿著所述錨桿的長(zhǎng)度可以存在數(shù)個(gè)負(fù)
載峰值，所述錨桿的承受載荷最大的部分可能位于所述巖石內(nèi)的深處。在這種類(lèi)型的巖體中，要求所述錨桿沿其整個(gè)長(zhǎng)度具有優(yōu)良的載荷承受能力和較高的變形承受能力。
以下是理想錨桿的必要特性 用于變形較大的巖體的理想錨桿應(yīng)該能夠承受高載荷，并能夠具有較大的伸長(zhǎng)量。此外，所述錨桿的錨固結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是可靠的。

發(fā)明內(nèi)容
上述問(wèn)題可以通過(guò)本發(fā)明得到解決，本發(fā)明是一種用于通過(guò)灌漿灌注在巖石中的鉆孔內(nèi)的巖石錨桿，其特征在于，該巖石錨桿包括 細(xì)長(zhǎng)的圓柱形實(shí)心桿體，該桿體的位于所述鉆孔表面的部分具有螺紋部分，該螺紋部分設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)螺母、以及一個(gè)或多個(gè)墊圈、墊片或面板，以用于對(duì)所述鉆孔內(nèi)的所述巖石錨桿進(jìn)行預(yù)張緊； 所述桿體包括三段或三段以上的桿體分段，每個(gè)桿體分段接續(xù)有一體形成的錨固體，與所述桿體分段的長(zhǎng)度相比，所述錨固體具有較短的長(zhǎng)度，所述錨固體沿著所述桿體的長(zhǎng)度間隔布置； 所述錨固體用于相對(duì)于這些錨固體對(duì)應(yīng)的局部鉆孔壁部分局部錨固，以承受因巖石變形引起的載荷； 所述桿體分段設(shè)置為能夠相對(duì)于所述灌漿或所述鉆孔滑動(dòng)，以通過(guò)位于成對(duì)的局部錨固的前一錨固體與局部錨固的后一錨固體之間的所述桿體分段的局部伸長(zhǎng)，來(lái)使得所述桿體分段中的每一個(gè)桿體分段限制局部巖石變形。 本發(fā)明優(yōu)于W099/61749的確定優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的錨固體形成為所述巖石錨桿的強(qiáng)度最強(qiáng)的構(gòu)件，而不是強(qiáng)度最弱的構(gòu)件，從而使得所述錨固體在載荷作用下不容易變形或破裂，并因此可以提供滿意的錨固效果。 本發(fā)明也具有優(yōu)于美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2005/0158127A1的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樗鰬?yīng)力件經(jīng)過(guò)改進(jìn)，以形成比所述巖石錨桿桿體的直桿段強(qiáng)度更高的錨固體，從而使得所述錨桿沿著所述桿體分段容易屈服，而在所述錨固體處則不容易屈服。本發(fā)明優(yōu)于US2005/0158127的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在由具有一體形成的錨固體(這些錨固體由同一毛坯件形成)的細(xì)長(zhǎng)鋼桿所形成的最簡(jiǎn)化的實(shí)施方式中，形成有效的巖石錨桿所需的構(gòu)件(至少六個(gè)構(gòu)件)顯著減少。


本發(fā)明已顯示在附圖中，這些附圖用于闡述本發(fā)明，而不應(yīng)被解釋為是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明僅通過(guò)附帶的權(quán)利要求進(jìn)行限制 圖1是根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的側(cè)視圖，其中顯示該巖石錨桿的基本實(shí)施方式，該基本實(shí)施方式的巖石錨桿只包括桿體，該桿體具有均勻分布的一體的錨固體部分，這些錨固體部分用于在鉆孔內(nèi)的水泥或樹(shù)脂硬化時(shí)錨固到所述水泥或樹(shù)脂上；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的側(cè)視圖，其中顯示該巖石錨桿布置在鉆孔的一部分內(nèi)，所述一體的錨固體部分因灌漿硬化而錨固到水泥或樹(shù)脂上。出于簡(jiǎn)潔的目的，僅顯示鄰近于所述錨固體的灌漿。桿體分段顯示為橫跨兩塊巖石之間的裂開(kāi)的裂縫，并且所述桿體段已經(jīng)伸長(zhǎng)，而相鄰的錨固體則相對(duì)它們所處的鉆孔內(nèi)周保持固定； 圖3是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的巖石錨桿的側(cè)視圖，其中在該圖的左側(cè)顯示該巖石錨桿具有螺紋部分，該螺紋部分具有墊圈和/或面板以及螺母，并且在該圖的右側(cè)還顯示該巖石錨桿具有可選用的端部攪拌器； 圖4是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的巖石錨桿的側(cè)視圖，其中顯示該巖石錨桿通過(guò)灌漿灌固在所述鉆孔的底部和所述巖石表面上的墊圈之間。出于簡(jiǎn)潔的目的，僅顯示了所述錨固體附近的灌漿部分，通常在環(huán)繞所述錨桿的整個(gè)環(huán)狀空間內(nèi)均填充有灌漿；
圖5a，圖5b，圖5c，圖5d和圖5e顯示根據(jù)本發(fā)明的錨固體的不同實(shí)施方式。圖5a顯示所述錨固體的一種實(shí)施方式，其中，所述桿體的一小段被壓得扁平，以提供變寬的一體的錨固體。在進(jìn)行壓平作業(yè)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行輕微的縱向鐓粗作業(yè)，以使得所述錨固體的屈服強(qiáng)度高于相鄰的桿體分段的屈服強(qiáng)度。圖5b顯示所述錨固體的另一種實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中，所述桿體的一小段已經(jīng)通過(guò)縱向鐓粗作業(yè)縮短。圖5c是三凸角式錨固體的示意圖，該示意圖顯示所述錨固體在過(guò)渡區(qū)朝向兩端一定程度地逐漸變細(xì)。圖5d顯示根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿具有帶眼形孔的錨固體。圖5e顯示通過(guò)與圖5b的鐓粗作業(yè)類(lèi)似的鐓粗作業(yè)而成形的錨固體的實(shí)施方式； 圖6顯示背景技術(shù)的端部攪拌器的兩個(gè)可選擇的形式，該端部攪拌器可以選擇地設(shè)置在本發(fā)明的巖石錨桿的孔底端部上。圖6a顯示Y形分叉的端部攪拌器，圖6b顯示焊接到所述桿體的孔底端部上的端部攪拌器板； 圖7顯示雖然變形的主要部分應(yīng)該通過(guò)所述錨固體之間的桿體分段的伸長(zhǎng)而被吸收，但一部分變形也可以因所述錨固體在硬化的灌漿中的相對(duì)短的縱向滑動(dòng)而被吸收；
圖8是從Ferguson的W099/61749中摘抄的等軸視圖，該等軸視圖顯示了通過(guò)使鋼桿的一部分變形而形成的鋸齒狀凹口 ，該鋸齒狀凹口形成攪拌葉部分，其中，通過(guò)在所述桿體上施加機(jī)械偏心的剪切力而形成所述變形。 圖9是從同樣屬于Ferguson的US2005/0158127中摘抄的縱向剖視圖，該縱向剖視圖顯示通過(guò)具有兩個(gè)部分的夾緊錨固體而變形的位于管子中的應(yīng)力件或應(yīng)力金屬線；
圖10顯示所述端部攪拌器的兩個(gè)實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿接近于具有上述理想錨桿的必要特性的錨桿。該巖石錨桿命名為變形錨桿，簡(jiǎn)稱(chēng)"D-錨桿"。根據(jù)本發(fā)明的變形錨桿是一種多點(diǎn)錨固式錨桿，該多點(diǎn)錨固式錨桿通過(guò)使用水泥或環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行灌漿而設(shè)置在鉆孔內(nèi)。圖l顯示根據(jù)本發(fā)明的基本實(shí)施方式的錨桿的側(cè)視圖，該錨桿包括優(yōu)選光滑的鋼條桿體l，該鋼條桿體1具有一體形
成的三個(gè)或多個(gè)錨固體2a， 2b， 2c，......， 2n，該三個(gè)或多個(gè)錨固體沿著鋼條桿體1的長(zhǎng)度
分布。換而言之，本發(fā)明包括用于通過(guò)灌漿g灌注在鉆孔b內(nèi)的巖石錨桿，該巖石錨桿包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形實(shí)心桿體l，該桿體1包括多段桿體分段ls，該多段桿體分段ls通過(guò)一體形成的錨固體2分隔開(kāi)，這些錨固體2沿著所述桿體1的長(zhǎng)度以間隔La分布。錨固體2a布置為相對(duì)于它們各自所處的鉆孔壁部分局部錨固，以吸收因巖石變形所引起的載荷。桿體分段ls布置為能夠相對(duì)于所述灌漿或所述鉆孔滑動(dòng)，以使得各段桿體分段ls能夠吸收成對(duì)的局部錨固的前一錨固體2與局部錨固的后一錨固體2之間的局部伸長(zhǎng)應(yīng)變。 本發(fā)明的巖石錨桿包括具有一體式錨固體2的桿體l，優(yōu)選地，該巖石錨桿完全由
鋼制成。此外，也可以使用強(qiáng)度高并且可變形的其它金屬。 依照根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的第一用途，桿體分段Is適于吸收因長(zhǎng)期巖石變形 所引起的局部伸長(zhǎng)應(yīng)變，在例如不牢固的軟巖石上進(jìn)行挖掘之類(lèi)工作之后，所述長(zhǎng)期巖石 變形會(huì)在數(shù)天、數(shù)月或數(shù)年的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。 依照根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的第二用途，桿體分段Is能夠吸收短期動(dòng)載荷，例如 因巖石突裂或巖石爆裂所引起的動(dòng)載荷。之所以能夠吸收短期動(dòng)載荷是因?yàn)槿绻褂酶鶕?jù) 本發(fā)明的巖石錨桿，那么因圖2和圖4中以"c"表示的突裂裂縫(該裂縫開(kāi)裂將使得分離 的裂縫表面間隔數(shù)厘米)所引起的巖石錨桿的局部伸長(zhǎng)可以分散在約50厘米長(zhǎng)的鋼條上。 所述錨固體之間的桿體分段將會(huì)僅相對(duì)于硬化的灌漿或鉆孔的圓周面滑動(dòng)。該效果在使用 鋼筋巖石錨桿的情形下是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，鋼筋巖石錨桿的每個(gè)部分均具有棱紋，從而幾乎使 得該鋼筋巖石錨桿的每個(gè)桿體分段均被局部地卡在所述灌漿內(nèi)，并且該鋼筋巖石錨桿僅能 在幾厘米長(zhǎng)的長(zhǎng)度上受迫吸收沖擊伸長(zhǎng)A La，從而會(huì)使得該鋼筋巖石錨桿破裂損壞，這種 破裂損壞在背景技術(shù)中是經(jīng)常發(fā)生的。由此可見(jiàn)，在本發(fā)明的巖石錨桿未破裂的情形下，該 巖石錨桿也可以吸收類(lèi)似于巖石突裂(例如巖爆)之類(lèi)的動(dòng)載荷。 在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述錨桿將包括螺紋部分3a，該螺紋部分3a布置在 該錨桿的首端并通過(guò)螺母3b設(shè)置，以將墊圈3c或墊板固定在巖石表面上。根據(jù)一種實(shí)施 方式，相對(duì)于所述鉆孔而構(gòu)成所述巖石錨桿內(nèi)端的相對(duì)端可以設(shè)置有端部攪拌器4，在將所 述巖石錨桿插入環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)時(shí)，該端部攪拌器4能夠起到作用。 此處，兩個(gè)相鄰的錨固體之間的間距稱(chēng)為k，并且該間距La是均等的。因此，在一 種實(shí)施方式中錨桿的長(zhǎng)度近似為L(zhǎng) = nLa，其中n是錨固體之間的桿體分段的數(shù)量(或者是 錨固體的數(shù)量)。此外，也可以使用沿著所述桿體的一部分不均勻分布的錨固體。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的巖石錨桿中，桿體分段Is設(shè)置為比錨固體2具有更高的每單 位長(zhǎng)度變形能力。此外，在本發(fā)明的巖石錨桿中，一體的錨固體2可以優(yōu)選地進(jìn)行硬化處 理，以使得錨固體2在固定于硬化的灌漿中而承受載荷時(shí)能夠防止變形，并且能夠防止該 錨固體2在硬化的灌漿中滑動(dòng)時(shí)磨損。也就是說(shuō)，錨固體2的極限強(qiáng)度應(yīng)該比由桿體分段 Is組成的桿體1的屈服強(qiáng)度高。 桿體分段Is布置為能夠相對(duì)硬化的灌漿或鉆孔滑動(dòng)，以使得每個(gè)所述桿體分段 ls能夠吸收成對(duì)的局部錨固的前一錨固體2和局部錨固的后一錨固體2之間的局部伸長(zhǎng)應(yīng) 變。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，巖石錨桿的桿體1具有光滑的、優(yōu)選為圓柱形的表面。所 述桿體分段可以不同程度地進(jìn)行精磨或者通過(guò)化學(xué)拋光或電拋光之類(lèi)的工藝進(jìn)行拋光處 理。桿體的表面可以進(jìn)一步進(jìn)行處理，以使得該桿體的表面對(duì)硬化的灌漿沒(méi)有或僅具有可 忽略不計(jì)的低粘著力。實(shí)現(xiàn)該目的的一個(gè)方法為，在該桿體的表面涂覆一薄層蠟、清漆、油 漆或者其它無(wú)粘著力或潤(rùn)滑性的介質(zhì)。當(dāng)受到拉伸載荷時(shí)，兩個(gè)相鄰的錨固體之間的桿體 分段可以不同程度地自由伸長(zhǎng)，而不會(huì)連結(jié)于環(huán)繞該桿體分段的硬化的灌漿。
當(dāng)在應(yīng)力作用下伸長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)因所謂的泊松效應(yīng)所導(dǎo)致的直徑減小而使得桿體l 的表面相對(duì)于所述硬化的灌漿松脫，從而桿體1能夠相對(duì)于其所處鉆孔內(nèi)周面滑動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿可以對(duì)桿體分段ls進(jìn)行表面處理，以使得所述桿體分段Is不會(huì)粘著在所述硬化的灌漿上。這可以通過(guò)化學(xué)表面處理實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)在桿體1上增 加金屬氧化層來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在錨固點(diǎn)上，所述錨桿連結(jié)到巖體上。對(duì)所述錨固體的基本要求是這些錨固體的 強(qiáng)度比桿體高。這意味著所述桿體會(huì)在所述錨固體失效之前屈服。所述錨固體可以具有不 同的形狀。圖1中所示的錨固體的形狀僅僅顯示了錨固體的各種有用形狀中的一種。就 所示的實(shí)施方式而言，所述錨固體簡(jiǎn)單地通過(guò)將所述桿體沿一個(gè)直徑方向壓得扁平并沿著 與該直徑方向相垂直的方向增加尺寸而形成。相鄰的錨固體可以具有相同的扁平形狀，但 該相同的扁平形狀垂直于當(dāng)前錨固體的扁平方向而形成。優(yōu)選地，如果使得所述鉆孔大致 是直的并具有平滑的壁，則平均間隔的錨固體能夠使得所述鋼桿不與所述鉆孔的壁直接接 觸，這有助于使得所述錨桿完全由所述灌漿包裹。與僅具有底部錨固體和表面錨固體的傳 統(tǒng)錨桿相比，這可以向所述錨桿提供改善的腐蝕保護(hù)。 參照?qǐng)D6，在背景技術(shù)中公知地，就樹(shù)脂灌漿而言，可以在所述錨桿的底端增設(shè)被 稱(chēng)為端部攪拌器的攪拌裝置。參照?qǐng)D6a，所述端部攪拌器的一個(gè)可選擇的實(shí)施方式是將所 述桿體的端部切開(kāi)成"Y"形。參照?qǐng)D6b，所述端部攪拌器的另一個(gè)可選擇的實(shí)施方式可以
將葉片焊接于所述桿體的端部。圖io顯示用于具有環(huán)氧樹(shù)脂的鉆孔內(nèi)的端部攪拌器的兩
個(gè)實(shí)施方式。 根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿可以以下述方式加強(qiáng)巖石巖石變形將通過(guò)所述錨固體而 主要加載在根據(jù)本發(fā)明的錨桿上。進(jìn)而，桿體，即兩個(gè)相鄰錨固體之間的桿體分段將會(huì)張緊 并伸長(zhǎng)。在極端地高載荷下，所述桿體將會(huì)屈服。在一些情形下，例如在相對(duì)弱的灌漿情 形下，所述錨固體甚至能夠在所述灌漿中輕微地滑動(dòng)而不會(huì)顯著降低對(duì)所述巖石的加強(qiáng)作 用。因?yàn)檫@兩個(gè)結(jié)構(gòu)，所述錨桿能夠容許較大的伸長(zhǎng)量，并且同時(shí)也能夠承受高載荷。實(shí)際 上，根據(jù)本發(fā)明的錨桿很大程度上利用了鋼材料的變形能力和強(qiáng)度。所述錨桿的巖石錨固 效果在所述錨固體之間的各桿體分段范圍內(nèi)能夠確保實(shí)現(xiàn)。各個(gè)錨固體處的錨固效果的喪 失僅僅是局部影響所述錨桿的加強(qiáng)效果?？傮w上，只要在所述鉆孔內(nèi)還有一個(gè)或多個(gè)錨固 體固定，那么所述錨桿仍能夠在喪失一個(gè)或多個(gè)錨固體的情形下有效工作。例如，假定根據(jù) 本發(fā)明的錨桿的螺紋部分失效并且表面錨固作用喪失。此時(shí)在使用根據(jù)背景技術(shù)的兩點(diǎn)式 錨桿的情形下，這種表面錨固作用的喪失會(huì)導(dǎo)致所述錨桿整體失效，而在使用本發(fā)明的錨 桿的情形下，表面錨固體的失效僅會(huì)導(dǎo)致所述螺紋部分與最靠近巖石表面的第一個(gè)錨固體 之間的錨桿分段上的加強(qiáng)作用的喪失。因?yàn)樵撳^桿仍能通過(guò)其余未受影響的錨固體很好地 錨固在所述巖石中，因此所述錨桿的其余部分不會(huì)受到所述螺紋部分的表面分段失效的影 響。 所述螺紋部分的強(qiáng)度應(yīng)該至少與所述鋼桿的強(qiáng)度一樣強(qiáng)，或者甚至可以比所述鋼 桿的強(qiáng)度更強(qiáng)。因此，所述螺紋部分的公稱(chēng)直徑應(yīng)該大于所述桿體的直徑，以使得所述螺紋 部分的有效直徑等于或大于所述桿體的直徑。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式對(duì)所述螺紋部分進(jìn) 行特殊的冶金處理，以使得該螺紋部分的強(qiáng)度高于所述桿體的強(qiáng)度。所述螺紋部分的變形 能力并不是特別重要的。該螺紋部分的關(guān)鍵要點(diǎn)在于強(qiáng)度足夠強(qiáng)，以使得所述螺紋部分和 所述第一個(gè)錨固體之間的鋼桿能夠進(jìn)入屈服點(diǎn)。如果實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)，將會(huì)使得所述桿體失效之 前發(fā)生的極限變形顯著加大。 下面給出圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的一個(gè)實(shí)施例。假設(shè)該錨桿的參數(shù)如下 桿體直徑d :20mm
錨固體間距Ls :0. 55m
錨固體長(zhǎng)度La :0. 05m
螺紋長(zhǎng)度Lt :0. 10m
錨固體的數(shù)量n:5
錨桿長(zhǎng)度L : 5 X 0. 55 = 2. 75m
錨桿斷裂強(qiáng)度200KN
錨桿屈服強(qiáng)度150KN
失效時(shí)的屈服應(yīng)變20% 該實(shí)施例的錨桿具有五個(gè)桿體分段，每個(gè)桿體分段的長(zhǎng)度Ls_La = 0. 5m?？紤]到屈 服伸長(zhǎng)，每個(gè)桿體分段能夠伸長(zhǎng)O. 5mX20%= 10cm。因此，每個(gè)桿體分段(0. 5m長(zhǎng))能夠承 受10cm的最大伸長(zhǎng)量。同時(shí)，該錨桿能夠承受150KN至200KN之間的載荷。第一桿體分段 (從所述螺紋部分到所述第一錨固體)可以比其它桿體分段略短，在該實(shí)施例中，該第一桿 體分段大約為0.4m(HLt)。該第一桿體分段的極限伸長(zhǎng)量為0.4mX20X二8cm。對(duì)于 鋼筋錨桿而言，能夠激發(fā)的僅是該螺紋部分的變形能力(見(jiàn)參考引用文獻(xiàn)Li，2006a)。張 緊的所述螺紋部分的極限伸長(zhǎng)量估計(jì)最大為lcm。由于本發(fā)明的D-錨桿的螺紋部分的強(qiáng)度 更高，因此與傳統(tǒng)螺紋式鋼筋錨桿相比，該D-錨桿在墻壁表面處的極限伸長(zhǎng)量(8cm)將會(huì) 顯著提高。通過(guò)這種變形能力/承載能力，該錨桿在變形較大的巖體或具有巖爆傾向的巖 體內(nèi)能夠提供令人滿意的巖石加強(qiáng)效果。 根據(jù)本發(fā)明的錨桿具有三個(gè)以上的長(zhǎng)度在0. 02m至0. 03m之間的錨固體，每對(duì)錨 固體之間間隔有桿體分段，根據(jù)巖石狀況和所述桿體的厚度(或直徑)，這些桿體分段的長(zhǎng) 度可以在約0. 3m至2m之間相應(yīng)地變化。所述桿體分段的長(zhǎng)度與所述錨固體的長(zhǎng)度的比率 可以在5 : 1至40 : l之間變化。所述巖石錨桿的桿體直徑可以在10mm至40mm之間或更大。 根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿的特征是高變形能力和高承載能力。并且，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā) 明的錨桿的多點(diǎn)錨固結(jié)構(gòu)，因此錨桿安裝質(zhì)量可靠。該錨桿特別適用于面臨較大巖石變形 或巖爆問(wèn)題的建筑采礦工程。該錨桿不僅在持續(xù)的巖石變形(在不牢固的軟巖體中)的情 形下，而且在個(gè)別巖石節(jié)理局部裂開(kāi)(在塊狀結(jié)構(gòu)的巖體中)的情形下，均能夠提供有效的 加強(qiáng)作用。 一個(gè)巖石節(jié)理的裂開(kāi)移位將由重疊在該節(jié)理上的兩個(gè)錨固體進(jìn)行約束。
所述錨固體可以以各種方式形成，以形成以下幾種不同的形式圖5a、圖5b、圖 5c、圖5d和圖5e所顯示的根據(jù)本發(fā)明的錨固體的實(shí)施方式。圖5a顯示所述錨固體的一種 實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中，所述桿體的一小段已經(jīng)被壓得扁平，以提供變寬的、一體的錨 固體，該錨固體的橫截面上具有兩個(gè)凸角，并且朝向兩端逐漸變窄以過(guò)渡到所述桿體分段。 在進(jìn)行壓平作業(yè)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行輕微的縱向鐓粗作業(yè)，以使得所述錨固體的屈服強(qiáng)度高 于相鄰的桿體分段的屈服強(qiáng)度。圖5b顯示所述錨固體的一種實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中， 所述桿體的一小段通過(guò)縱向鐓粗作業(yè)已經(jīng)縮短。圖5c是三凸角式錨固體的示意圖，該示意 圖顯示所述錨固體在過(guò)渡區(qū)朝向兩端一定程度地逐漸變細(xì)。圖5d顯示根據(jù)本發(fā)明的巖石 錨桿具有帶眼形孔的錨固體。在垂直于所述巖石錨桿的軸線的橫截面上，所述錨固體除去所述孔之外的材料橫截面積至少與所述桿體的材料橫截面積一樣大。圖5e顯示一種成形 為兩端之間間隔有頸狀部的錨固體的實(shí)施方式，所述頸狀部的厚度至少等于所述桿體的厚 度(或直徑)。鐓粗作業(yè)類(lèi)似于圖5b的鐓粗作業(yè)。在該實(shí)施方式中，所述錨固體還可以形 成為具有三個(gè)凸角。 本發(fā)明提供了一種巖石錨桿，該巖石錨桿具有多個(gè)直桿體分段，每個(gè)桿體分段后
續(xù)有短的錨固體。這提供了短的、相對(duì)硬的錨固體和具有高變形能力的相對(duì)長(zhǎng)的桿體分段。
因此，所述巖石錨桿將會(huì)沿著所述桿體牢固連結(jié)到鉆孔壁的多個(gè)間隔的位置上并抑制巖石
變形。所述預(yù)張緊特征可以防止或延緩初始裂縫的形成，并可以提供巖石地幔的初期約束。
根據(jù)本發(fā)明的巖石錨桿將用于限制因長(zhǎng)期變形和巖爆引起的巖石變形。 參考引用文獻(xiàn) 1. Bj。rnfot F.禾口 St印hansson 0. ， 1984，《Mechanics of grouted rock bolts-field testing inhard rock mining(灌槳巖石錨桿的力學(xué)-在硬巖礦內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 試)》，前期矛艮告53 :1/84， Swedish Rock Engineering Research Foundation (I詣典巖石工 程研究基金會(huì))。 2丄i， C. C. ， 2006a，《A practical problem with threaded rebar bolts in reinforcing largelydeformed rock masses (在加強(qiáng)變形較大的巖體時(shí)螺紋鋼筋錨桿的 實(shí)際問(wèn)題)》，《Rock MechRock Engng(巖石力學(xué)與巖石工程)》，ISSN 0723-2632，(正在評(píng) 審，尚未正式發(fā)表)在線可得。 3丄i， C. C. ， 2006b，《Rock support design based on the concept of pressure arch(基于壓力拱原理的巖石支撐設(shè)計(jì))》，國(guó)際期刊《Rock Mech. Min. Sci.(巖石力學(xué)與采 礦禾斗學(xué))》，43 (7) ， 1083-1090。 4. Li， C. C.禾口Markl皿d， P. _1. ， 2004，《Field tests of the cone bolt in the Boliden mines (在保利登礦田進(jìn)行的錐形錨桿的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試)》，Bergmekanikkdagen 2004， Oslo,35. 1-12， ISBN82 91341 85 0。 5丄i，C.禾口 Stillborg， B. ， 1999， {Analytical models for rock bolts(巖石 錨桿的分析模型)》，國(guó)際期刊《Rock Mech. Min. Sci.(巖石力學(xué)與采礦科學(xué))》，36 (8)， 1013-1029， ISSN1365-1609。 6. Stillborg B. ，{Professional Users Handbook for Rock Bolting(巖石錨桿 專(zhuān)業(yè)用戶手冊(cè))》，Trans Tech Publications (傳科出版社)(第二版)(1994)。
7. S皿，X. ， 1984，《Grouted rock bolt used in underground engineering in soft surro皿dingrock or in highly stressed regions (在軟圍巖或高應(yīng)力區(qū)的情形下 用于地下工程的灌漿巖石錨桿)》，《Proc.of Int.Symp.on Rock Bolting(關(guān)于巖石錨桿的 國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議記錄)》(由0 St印hansson編輯)，A. A. Balkema， Rotterdam, 93—99。
權(quán)利要求
一種用于通過(guò)灌漿灌固在巖石中的鉆孔內(nèi)的巖石錨桿，其特征在于，該巖石錨桿包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形實(shí)心桿體(1)，該桿體(1)的位于所述鉆孔表面的部分具有螺紋部分(3a)，該螺紋部分(3a)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)螺母(3b)以及一個(gè)或多個(gè)墊圈、墊片或面板(3c)，以用于對(duì)所述鉆孔內(nèi)的所述巖石錨桿進(jìn)行預(yù)張緊；其中，所述桿體(1)包括三段或三段以上的桿體分段(1s)，每段桿體分段(1s)接續(xù)有一體形成的錨固體(2a，2b，2c，......)，這些錨固體(2a，2b，2c，......)與所述桿體分段(1s)的長(zhǎng)度相比具有較短的長(zhǎng)度，所述錨固體(2a，2b，2c，......)沿著所述桿體(1)的長(zhǎng)度以間距(La)分布；所述錨固體(2a，2b，2c，......)用于相對(duì)于這些錨固體各自對(duì)應(yīng)的局部鉆孔壁部分局部錨固，以吸收因巖石變形所引起的載荷；所述桿體分段(1s)設(shè)置為能夠相對(duì)于所述灌漿或所述鉆孔滑動(dòng)，以使得所述桿體分段(1s)中的每段桿體分段，通過(guò)位于成對(duì)的局部錨固的前一錨固體(2a，2b，......)與局部錨固的后一錨固體(2b，2c......)之間的該桿體分段的伸長(zhǎng)，來(lái)限制局部的巖石變形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體分段(ls)的長(zhǎng)度與所述錨固體的 長(zhǎng)度的比率為5 : 1至40 : 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石錨桿，其中，所述錨固體的間距約為0. 55m，所述錨固體 的長(zhǎng)度約為0. 05m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述錨固體(2)的所述間距(La)具有相同 的長(zhǎng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，具有一體形成的所述錨固體(2)的所述桿體 (1)由鋼制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體分段(ls)具有比所述錨固體(2) 高的每單位長(zhǎng)度變形能力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，一體形成的所述錨固體(2)經(jīng)過(guò)硬化處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述錨固體(2)的第一屈服強(qiáng)度比所述桿體 分段(ls)的第二屈服強(qiáng)度高。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體分段(ls)具有光滑表面，以能夠相 對(duì)于所述灌漿或所述鉆孔的局部壁周滑動(dòng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的巖石錨桿，其中，所述巖石錨桿經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光處理或電解拋 光處理。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體分段(ls)設(shè)置有滑動(dòng)層(6)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的巖石錨桿，其中，所述滑動(dòng)層(6)為蠟或漆。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體(1)經(jīng)過(guò)表面處理以不會(huì)粘結(jié)在 硬化的所述灌漿上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的巖石錨桿，其中，所述桿體(1)的所述表面處理為化學(xué)表面 處理，例如通過(guò)在所述桿體(1)上增加金屬氧化層來(lái)進(jìn)行的化學(xué)表面處理。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述錨固體(2)逐漸變細(xì)，以在承受重載荷 時(shí)通過(guò)使鄰近的所述灌漿移動(dòng)并變形而消除能量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述螺紋部分(3a)的中徑等于或大于所述 桿體(1)的有效直徑。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述螺紋部分(3a)經(jīng)過(guò)硬化處理。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體(1)的孔底端部設(shè)置有端部攪拌 器(4)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的巖石錨桿，其中，所述端部攪拌器(4)由錨固體(2)構(gòu)成。
20. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巖石錨桿，其中，所述桿體分段(ls)的長(zhǎng)度與所述錨固體的 長(zhǎng)度的比率為10 : 1。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于通過(guò)灌漿灌固在鉆孔內(nèi)的巖石錨桿，該巖石錨桿包括細(xì)長(zhǎng)的圓柱形實(shí)心桿體(1)，該桿體(1)包括多段桿體分段(1s)，該多段桿體分段(1s)通過(guò)一體形成的錨固體(2)間隔開(kāi)，這些錨固體(2)沿著所述桿體(1)的長(zhǎng)度以間距(L3)分布；所述錨固體(2)用于相對(duì)于這些錨固體各自對(duì)應(yīng)的局部的鉆孔壁部分局部錨固，以吸收因巖石變形所引起的載荷；所述桿體分段(1s)設(shè)置為能夠相對(duì)于所述灌漿或所述鉆孔滑動(dòng)，以使得所述桿體分段(1s)中的每段桿體分段吸收成對(duì)的局部錨固的前一錨固體(2a，2b，......)與局部錨固的后一錨固體(2a，2b，......)之間的局部伸長(zhǎng)應(yīng)變。
文檔編號(hào)E21D21/00GK101720379SQ200780051233
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者C·C·李 申請(qǐng)人:動(dòng)力巖石支護(hù)公司