[发明专利]摩擦岩石锚杆

说明书

本发明涉及一种用以与在岩层中形成的孔的内表面摩擦接合的摩擦岩石锚杆组件。所述岩石锚杆包括加载机构，所述加载机构被设置在所述岩石锚杆的向后端处，所述加载机构包括载荷吸收器，以吸收初始的预定加载力，然后将所述力传递到主载荷元件。

技术领域

本发明涉及适合用于在地下采矿和隧道业中使用的、用于稳定岩层免于破裂或塌陷的膨胀岩石锚杆或摩擦岩石锚杆。

背景技术

下面对本发明的背景技术的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应明白，该讨论并非承认或认可在本申请的优先权日所提及的任何材料已出版、已知或作为公知常识的一部分。

通过将孔钻入到岩层中，将岩石锚杆插入到该孔中并使该锚杆的一部分膨胀，以提供抵靠孔表面的摩擦锁定，从而安装膨胀式岩石锚杆。膨胀式岩石锚杆包括能够径向膨胀的伸长管。通常通过将管纵向劈开并通过在管内通常是朝着管的前导端(即管的首先被插入到岩层或岩壁中的孔中的那一端部)定位的膨胀器机构来促进这种径向膨胀。膨胀器机构被连接到柔性缆材或实心杆材，该柔性缆材或实心杆材延伸到锚杆的尾端(其被锚固在此点处)，使得通过拉动或旋转缆材或杆材来实现膨胀机构的膨胀。

钻入到岩层中的孔的直径旨在小于管的外径，使得在管进行任何膨胀之前将管以摩擦配合插入孔内。这使岩石锚杆经由管的外表面与孔的相对表面实现的摩擦接合最大化。与采用树脂或灌浆以将岩石锚杆锚固在孔内的其它形式的岩石锚杆相比，这种插入方法相对简单。

树脂锚固的锚杆通常包括树脂筒，该树脂筒需要在插入锚杆之前被插入到孔中。树脂筒的插入有时非常困难，这是因为隧道壁通常延伸到相当大的高度，使得要触及树脂筒所要被插入其中的孔可能是不方便的。另外，所采用的树脂相对昂贵并且具有有限的保存期限。

虽然水泥灌浆的岩石锚杆比树脂锚固的锚杆便宜，但是涂布水泥比涂布树脂麻烦。水泥灌浆需要水泥搅拌设备以及泵送设备和递送设备，以将混合后的水泥递送到孔中。

然而，树脂或水泥锚固的岩石锚杆通常锚固在孔中，以提供与摩擦岩石锚杆相比更高水平的岩石加固或稳定作用，这是因为与摩擦岩石锚杆的摩擦接合相比，孔壁和树脂或水泥之间的结合更好。另外，水泥锚固的岩石锚杆通常能够沿岩石锚杆和孔壁的整个长度结合。

如果锚杆暴露于已经在安装有锚杆的岩层的过度加载，则任何形式的岩石锚杆都容易失效。该失效能够是拉伸失效或剪切失效，也能够是拉伸失效和剪切失效的组合。在膨胀式岩石锚杆中，该锚杆可能因管的破裂而失效。只要锚杆的杆材或缆材没有也失效，通常能够容忍这种失效。

难以锚固的一种特殊类型的岩层是弱岩层或地震岩层。在这种类型的岩层破裂时，岩石锚杆可能承受动态加载，这种动态加载趋于导致锚杆从孔向外偏移并且允许围绕岩石锚杆的岩体的面也向外移位。岩石锚杆周围的岩体面与岩石锚杆是通过岩板接触的，并且在某些地区，行业设定了地震条件下的地面支撑要求，使得在地面动能为25kJ的情况下，在绕孔的直径约为1m时，岩石锚杆的位置移位不应超过300mm。换句话说，岩石面的向隧道或地下矿井的向外位移不应超过300mm。在这种情况下，树脂或水泥锚固的锚杆是不合适的，这是因为25kJ的能量会在锚杆上产生超过其抗拉强度的冲击载荷，使得已知这些类型的锚杆在这些条件下会失效。

在一些现有的膨胀式岩石锚杆中，由岩层的移动或破裂产生的能量直接从岩板传递到岩石锚杆的管，并且如果岩层破裂上方的管的外表面与孔的面对表面之间的摩擦接合不足的话，则该岩石锚杆将移位。在非常坚硬且非常脆弱的岩层中尤其如此，这是因为用于将岩石锚杆适当地锚固在该岩层中的摩擦能力很差。

例如，在一些现有的膨胀式岩石锚杆中，岩石锚杆使接合构件(例如，楔子)向外膨胀，以凿入到孔壁中，从而提高锚杆在岩层中的锚固。虽然最初的凿入可能很小，但在载荷的下，岩石锚杆从孔向外的任何移动都将导致构件进一步凿入到孔壁中，并阻止进一步的向外移动。然而，在非常坚硬的岩层中，构件不能凿入到孔壁中，或者只能以最小程度凿入，所以岩石锚杆与孔壁之间的接触在很大程度上仅是摩擦接合。