[发明专利]局部锚固的自钻式中空岩石锚杆

说明书

局部锚固的自钻式可变形中空岩石锚杆具有一个或多个中间局部锚固件16A，每个锚固件的两侧是两个相对可伸长的柄段14A、14B。在岩石锚杆处于钻孔中期间通过岩石锚杆的中空内部提供浆料后，每个锚固件16A将锚杆固定到岩体，而相邻的光滑柄段14A、14B可以变形并且甚至屈服以适应岩石断裂。与柄段相比，局部锚固件可以相对较短。中间锚固件16A中的一个或多个可以由将相邻的锚杆段连接在一起的联接件形成，和/或通过将锚杆成型而形成和/或通过提供外部锚固件而形成。岩石锚杆的最内端可由钻头形成或承载钻头。钻头可以具有钻孔和用作锚杆的最内锚固件的双重功能。

相关申请的交叉引用

本申请根据35USC§1.119(e)要求于2015年5月8日提交的题为“LOCALLY ANCHOREDSELF-DRILLING HOLLOW ROCK BOLT”的在先美国临时专利申请第62/158,656号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明一般涉及墙锚，更具体地说，涉及用于加固矿井巷道、隧道等的岩壁的自钻式中空“岩石锚杆”。本发明还涉及制造，组装和使用这种岩石锚杆的方法。

背景技术

采矿和隧道工程通常需要将形成矿井巷道或隧道的墙壁的岩石加固以抵抗岩石自重、缓慢变形和/或突然爆裂。锚杆是地下挖掘中最常用的岩石加固技术。全世界每年都消耗数百万个岩石锚杆。岩石锚杆的基本要求是，它们不仅必须能够承受重载荷，而且还必须在锚杆失效前承受一定的伸长。在高应力岩体中，岩石以在弱岩石中大变形的形式或在硬岩石中岩石爆裂的形式对挖掘作出反应。在这些情况下，需要可变形(或可吸能)锚杆，以实现良好的岩石加固并降低岩石坠落的风险。特别是在采矿业中，由于采矿活动越来越深，并且随着深度增加岩石变形和岩石爆裂的问题越来越严重，因此对可变形锚杆的需求比其他岩石分支更强。

然而，传统的岩石锚杆不具有锚固或承载能力与可变形性的良好组合。例如，完全灌浆的传统钢筋锚杆在失效前提供非常有限的伸长(大约30毫米)。传统的摩擦式锚杆虽然表现出高可变形性，但是对许多应用来说具有不可接受的低承载能力。

最近，已经开发出一种岩石锚杆，其被局部锚固在一个或多个离散位置处并且可在锚固件之间可变形。这种锚杆可从Normet商购获得，商品名为并且公开在美国专利第8,337,120号中，该专利的主题通过引用整体并入本文。该锚杆包括相对光滑的钢柱，沿着钢柱的长度具有多个离散的一体化的锚固件。该锚杆通过粘结性浆料或树脂锚固在钻孔中。该锚杆主要锚固在锚固件的位置处的周围浆料中，同时锚固件之间的光滑段可以在锚杆经受岩石膨胀时自由变形。该锚杆通过充分调动锚杆材料(通常是工程钢)的强度和变形能力来吸收岩石膨胀能。D-Bolt的光滑段独立地提供岩石加固功能，一段失效不影响该锚杆其他段的加固功能。

D-Bolt岩石锚杆提供可变形性和承载能力的极好组合。然而，它在一些应用中仍表现出一些缺点。

例如，D-Bolt岩石锚杆和其他岩石锚杆通常具有标准长度，这需要将所有钻孔都钻到相同的深度，或者需要手头具有不同标准长度的不同锚杆，以允许加固深度的一定多样性。

此外，D-Bolt通常必须分三步灌浆到先前钻出的钻孔中，包括钻孔、灌浆和插入岩石锚杆。将浆料灌入钻孔的通常方法是直接灌入钻孔或者将一个或多个填充有浆料的小圆桶插入钻孔中。当岩石锚杆随后插入钻孔时，这些小圆桶破裂。在任何一种情况下，浆料都要填充岩石锚杆和钻孔的内周表面之间的空间，并且当硬化时，将岩石锚杆锁定到局部锚固件处的岩石上。然而，如果岩石高度破裂，则碎片可能形成阻止浆料完全填充岩石锚杆和钻孔周面之间的间隙的障碍物。此外，一些浆料采用两部分树脂的形式，它们必须通过转动锚杆来混合。钻孔中的碎片可能会阻碍树脂充分混合。在极端情况下，在钻头移去后，钻孔实际上可能会塌陷，从而阻止随后的灌浆和/或岩石锚杆插入钻孔。