Способ и устройство для анкерного крепления
Изобретение относится к способу и устройству для установки анкерных болтов. Способ и устройство, в котором трубчатый болт замкнутого сечения устанавливают во внутренний участок скважины и расширяют его расширяемую часть до контакта с внутренним участком скважины для анкерования в ней. Подвергают предварительному натяжению натяжной элемент, расположенный во внешнем участке скважины, имеющий внутреннюю часть, прикрепленную к трубчатому болту. Открывают канал для пропускания отверждаемой среды для сообщения с внешним пространством натяжного элемента посредством подачи давления определенной величины. Нагнетают отверждаемую среду во внешний участок скважины между натяжным элементом и стенкой скважины и обеспечивают ее отвердение. Изобретение обеспечивает быструю, рациональную, экономичную и безопасную установку анкерного болта в укрепляемой породе. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для анкерного крепления.
Описание предшествующего уровня техники
Предварительно напряженные болты для укрепления породы устанавливаются путем цементирования болта в отверстии, выполненном в укрепляемой породе. В данном случае в качестве связующего используют цементный бетон или любой другой связующий агент.
После нагнетания связующего агента требуется время на его отвердевание, в течение которого болт необходимо оставить ненагруженным. После затвердевания на поверхность породы устанавливают крепежную плиту, благодаря чему болт получает предварительное напряжение через резьбовое средство или подобное устройство.
Из-за характера монтажа предварительное напряжение возникает только на той части тела болта, которая выступает из связующего агента. Длина этой части, выступающей из связующего агента, не определена, что является проблемой, поскольку это связано с безопасностью установки болта.
Таким образом, известный способ установки болтов требует затрат времени, поскольку монтаж необходимо проводить за несколько этапов с промежуточным этапом выдержки.
Кроме того, невозможность использования болта до отвердевания связующего агента во многих случаях считается недостатком. В соответствии с вышеизложенным прочность установленного болта также является недостаточной.
Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства анкерного крепления, обеспечивающего быструю, рациональную, экономичную и безопасную установку анкерного болта в укрепляемой породе.
Указанная цель достигается способом анкерного крепления, при котором трубчатый болт замкнутого сечения устанавливают во внутренний участок скважины и расширяют его расширяемую часть до контакта с внутренним участком скважины для анкерования в ней, отличающийся тем, что подвергают предварительному натяжению натяжной элемент, расположенный во внешнем участке скважины, имеющий внутреннюю часть, прикрепленную к трубчатому болту, открывают канал для пропускания отверждаемой среды для сообщения с внешним пространством натяжного элемента посредством подачи давления определенной величины, нагнетают отверждаемую среду во внешний участок скважины и обеспечивают ее отвердение.
Среду для расширения трубчатого болта можно пропускать по каналу, выполненному в натяжном элементе.
Отверждаемую среду можно пропускать по каналу, выполненному в натяжном элементе.
Канал в натяжном элементе можно открывать, когда разрывную пластину разрушают при указанной величине давления.
Отверждаемую среду можно пропускать снаружи натяжного элемента. При нагнетании отверждаемой среды воздух, присутствующий в скважине, можно откачивать через канал в натяжном элементе.
Среду для расширения трубчатого болта можно пропускать через отдельный монтажный элемент трубчатого болта, прикрепленный к соединительному участку трубчатого болта.
Натяжной элемент можно прикреплять к соединительному участку трубчатого болта после его расширения.
Натяжной элемент можно закреплять посредством зажима между трубчатым болтом и стенкой скважины при расширении трубчатого болта.
Натяжной элемент можно подвергать предварительному натяжению между трубчатым болтом и упорным элементом, расположенным у входного отверстия скважины.
Согласно изобретению создано устройство для анкерного крепления, содержащее трубчатый болт, имеющий замкнутое сечение и предназначенный для установки во внутренний участок скважины и расширения в ней для крепления, отличающееся тем, что содержит натяжной элемент, размещенный во внешнем участке скважины и имеющий внутреннюю часть для прикрепления к трубчатому болту, средство для предварительного натяжения натяжного элемента в направлении длины между трубчатым болтом и входным отверстием скажины, средство для пропускания отверждаемой среды во внешний участок скважины между натяжным элементом и стенкой скважины, имеющее приспособление, способное открываться для сообщения с пространством снаружи натяжного элемента при подаче давления определенной величины.
Устройство может содержать средство для пропускания среды для расширения трубчатого болта.
Средством для пропускания отверждаемой среды может быть канал, выполненный в натяжном элементе.
Открывающимся приспособлением может быть разрушаемая пластина, выполненная с возможностью разрушения при определенном давлении. В частности, разрывная пластина может быть выполнена заодно целое с натяжным элементом из материала натяжного элемента, например, как высверленный или отфрезерованный участок, на котором остается материал определенной толщины, что обеспечивает возможность срезания этого материала при достижении указанного давления.
Устройство может быть выполнено с возможностью пропускания отверждаемой среды снаружи натяжного элемента.
Устройство может содержать канал, выполненный в натяжном элементе, для откачивания воздуха, присутствующего в скважине, при нагнетании отверждаемой среды.
Устройство может содержать отдельный установочный элемент трубчатого болта, выполненный с возможностью крепления с соединительным участком трубчатого болта для пропускания среды для расширения трубчатого болта.
Натяжной элемент может быть снабжен средством для крепления к соединительному участку трубчатого болта после его расширения.
Натяжной элемент может быть выполнен с возможностью закрепления путем зажима между трубчатым болтом и стенкой скважины при расширении трубчатого болта.
В вышеописанных способе и устройстве достигается возможность предварительного напряжения болта до заливки его отверждаемой средой, обеспечивающего напряжение по всей длине болта и повышение безопасности при его установке.
Кроме того, анкерный болт, установленный способом по настоящему изобретению, разрешается нагружать немедленно после расширения трубчатого болта, для анкеровки его в скважине. Благодаря этому устраняется нежелательный период выдерживания, требуемый в известном способе, и тем самым достигается менее продолжительный и более экономичный способ анкерного крепления.
Краткое описание чертежей
Ниже следует более подробное описание вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 изображает вид в перспективе устройства для анкерного крепления по настоящему изобретению в разобранном состоянии;
фиг.2 - устройство, показанное на фиг.1, частично в сечении, собранное и установленное в скважину;
фиг.3 - деталь устройства, показанного на фиг.1 и 2, с разрывной пластиной;
фиг.4 - блок-схему операций способа по настоящему изобретению;
фиг.5 и 6 изображают альтернативные устройства по настоящему изобретению.
Описание вариантов настоящего изобретения
На фиг.1 показано устройство 1 для анкерного крепления с предварительным напряжением анкерного болта, имеющее трубчатый расширяющийся анкерный болт, раскрытый в патенте США 4459067.
Трубчатый болт содержит расширяемый участок 5 и крепежный участок 6, в который вставлен трубчатый натяжной элемент 3, включающий внутренний участок 7, снабженный резьбой для взаимодействия с крепежным участком 6 и внутренней резьбой для взаимодействия с натяжным участком 8, который в свою очередь через соединительный элемент 9 может ввинчиваться в еще один натяжной участок 8.
Предпочтительно компоненты натяжного элемента 3 являются стандартными компонентами, которые можно комбинировать по желанию, например для соответствия глубине скважины, в которую вставляется устройство 1.
Упорный элемент 4 содержит упорную плиту 10 и натяжную гайку 11, которая взаимодействует с внешним натяжным участком 8, выступающим из отверстия скважины.
На фиг.2 устройство 1 показано в собранном состоянии и расположенным в скважине 12, пробуренной в породе 20. Скважина 12 имеет отверстие 13, внешний участок 14 и внутренний участок 15.
Устройство 1 устанавливается так, что все детали, показанные на фиг.1, плотно свинчены друг с другом и между расширяемым участком 5 трубчатого болта и внешним концом 29 внешнего натяжного участка 8 образован уплотненный канал. Уплотнение можно создать известными способами, с помощью известных уплотняющих элементов, которые далее не описываются.
Внешний конец 29 внешнего натяжного участка 8 после установки устройства 1 в скважину 12 соединяют с источником воды под давлением или подобным устройством для создания давления, например 300 бар, на расширяющийся участок 5.
Расширяемый участок 5, таким образом, приводится в плотную посадку относительно внутреннего участка 15 скважины 12 так, что уже на этой стадии осуществляется закрепление всего анкерного болта.
После завершения расширения натяжному элементу, состоящему из деталей 7, 8, 9, можно придать натяжение за счет прижатия упорной плиты 10 к поверхности породы 20 вокруг отверстия 13 с помощью натяжной гайки 11, которую затягивают с заранее определенным моментом.
После предварительного натяжения устройство 1 заливают отверждаемой средой для усиления его крепления и защиты от коррозии, нагнетая отверждаемую среду в пространство 27 между натяжным элементом и стенкой скважины 12.
Согласно предпочтительному варианту, показанному на фиг.2, это осуществляется так, что в канал 19 в натяжном элементе подается давление, превышающее давление, необходимое для расширения расширяемого участка 5, величина которого выбирается так, чтобы разрывная пластина 6, расположенная на внутренней части 7 натяжного элемента, разрывается, образуя канал между каналом 19 и пространством 27.
После этого концевой участок 29 устройства соединяют с цементным насосом или любым другим источником соответствующей отверждаемой среды.
На фиг.3 показана деталь внутреннего участка 7 натяжного элемента с разрывной пластиной 16, которая в данном случае интегрирована с материалом участка 7 таким образом, что во время операции фрезерования участок 18, окружающий разрывную пластину 6, обеспечивает толщину материала, которая могла бы срезаться при определенном уровне давления.
Способ анкерного крепления по настоящему изобретению, как показано на фиг.4, содержит начальную стадию 21, стадию 22 сборки устройства для анкерного крепления и установки его в скважину, стадию 23 расширения трубчатого болта, стадию 24 предварительного натяжения натяжного элемента, стадию 25 заливки отверждаемой средой и конечную стадию 26 способа.
Настоящее изобретение может быть модифицировано в объеме прилагаемой формулы изобретения и, например, может включать устройство для анкерного крепления, в котором среда для расширения трубчатого болта и отверждаемая среда подаются снаружи натяжного элемента, например через отдельный вставляемый и извлекаемый элемент 28 (фиг.5), при этом натяжной элемент выполнен однородным.
Разрывная пластина может быть отдельным элементом, вставленным внутрь натяжного элемента, а также другим средством для создания канала для пропускания отверждаемой среды, например элементом, выполняющим функции клапана. Другим примером является применение разрушаемого штифта, который срезается при определенном давлении и фиксирует потенциально подвижный клапанный элемент.
В качестве другой альтернативы натяжной элемент, например, может анкероваться способом, показанным на фиг.6, путем зажима натяжного элемента 29 между расширяемым болтом 2 и стенкой скважины, при этом натяжной элемент в этом случае можно выполнить из проволоки, которую затем можно предварительно натягивать и анкеровать и защищать от коррозии нагнетанием цемента или любого другого связующего агента, как описано выше.
1. Способ анкерного крепления, при котором трубчатый болт замкнутого сечения устанавливают во внутренний участок скважины и расширяют его расширяемую часть до контакта с внутренним участком скважины для анкерования в ней, отличающийся тем, что подвергают предварительному натяжению натяжной элемент, расположенный во внешнем участке скважины, имеющий внутреннюю часть, прикрепленную к трубчатому болту, открывают канал для пропускания отверждаемой среды для сообщения с внешним пространством натяжного элемента посредством подачи давления определенной величины, нагнетают отверждаемую среду во внешний участок скважины между натяжным элементом и стенкой скважины и обеспечивают ее отвердение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среду для расширения трубчатого болта пропускают по каналу, выполненному в натяжном элементе.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отверждаемую среду пропускают по каналу, выполненному в натяжном элементе.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что канал в натяжном элементе открывают, когда разрывную пластину разрушают при указанной величине давления.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отверждаемую среду пропускают по каналу снаружи натяжного элемента.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при нагнетании отверждаемой среды воздух, присутствующий в скважине, откачивают через канал в натяжном элементе.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что среду для расширения трубчатого болта пропускают через отдельный монтажный элемент трубчатого болта, прикрепленный к соединительному участку трубчатого болта.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что натяжной элемент прикрепляют к соединительному участку трубчатого болта после его расширения.
9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что натяжной элемент закрепляют посредством зажима между трубчатым болтом и стенкой скважины при расширении трубчатого болта.
10. Способ по любому из пп.1, 2, 3 и 5-8, отличающийся тем, что натяжной элемент подвергают предварительному натяжению между трубчатым болтом и упорным элементом, расположенным у входного отверстия скважины.
11. Устройство для анкерного крепления, содержащее трубчатый болт, имеющий замкнутое сечение и предназначенный для установки во внутренний участок скважины и расширения расширяемого участка болта для анкерования в скважине, отличающееся тем, что содержит натяжной элемент, размещенный во внешнем участке скважины, и имеющий внутреннюю часть для прикрепления к трубчатому болту, средство для предварительного натяжения натяжного элемента в направлении длины между трубчатым болтом и входным отверстием скважины, средство для пропускания отверждаемой среды во внешний участок скважины между натяжным элементом и стенкой скважины, имеющее приспособление, способное открываться для сообщения с пространством снаружи натяжного элемента при подаче давления определенной величины.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит средство для пропускания среды для расширения трубчатого болта.
13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что средством для пропускания отверждаемой среды является канал, выполненный в натяжном элементе.
14. Устройство по любому из п.11 или 12, отличающееся тем, что открывающимся приспособлением является разрушаемая пластина, выполненная с возможностью разрушения при определенном давлении.
15. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью пропускания отверждаемой среды снаружи натяжного элемента.
16.Устройство по п.15, отличающееся тем, что содержит канал, выполненный в натяжном элементе, для откачивания воздуха, присутствующего в скважине, при нагнетании отверждаемой среды.
17. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что содержит отдельный установочный элемент трубчатого болта, выполненный с возможностью крепления с соединительным участком трубчатого болта для пропускания среды для расширения трубчатого болта.
18. Устройство по любому из пп.11, 12 и 16, отличающееся тем, что натяжной элемент снабжен средством для крепления к соединительному участку трубчатого болта после его расширения.
19. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что натяжной элемент выполнен с возможностью закрепления путем зажима между трубчатым болтом и стенкой скважины при расширении трубчатого болта.
