SE525765C2

SE525765C2 - Method and device for rock bolting

Info

Publication number: SE525765C2
Application number: SE0301376A
Authority: SE
Inventors: Fredrik Oeberg; Morgan Kanflod
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-04-19
Also published as: IL171671A; NO20055861L; DK1623093T3; HRP20080032T3; JP4484869B2; ATE383496T1; SI1623093T1; AU2004236621B2; EP1623093A1; SE0301376L; CA2523296A1; AU2004236621A1; JP2006526091A; BRPI0410171B1; ZA200508165B; CN1788139A; CA2523296C; EP1623093B1; KR20060011862A; WO2004099569A1

Abstract

Method and device for rock bolting, wherein a tubular bolt (2) with closed cross-section is inserted and expanded for anchoring inside a bore hole (12), wherein the tubular bolt is expanded to contact in the inner portion of the bore hole, a tension element (3, 7, 8, 9) which is arranged in the outer portion of the bore hole with an inner part (7) attached to the tubular bolt (2) is pre-stressed and a settable medium is injected into the outer portion of the bore hole (14) between (27) the tension element and the wall of the bore hole and is allowed to set.

Description

25 (_ 'V1 í e.) CJ 1 *J CN (51 k) Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhanda- hälla ett förfarande och en anordning, vid vilka problemen med den kända tekniken undanröjs. I synnerhet avses tillhandahål- las ett förfarande och en anordning som medför snabb, ratio- nell, ekonomisk och säker installation. Detta uppnås genom särdragen i patentkravet l respektive ll. Object and main features of the invention It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus in which the problems of the prior art are eliminated. In particular, it is intended to provide a method and a device which entails fast, rational, economical and safe installation. This is achieved by the features of claims 1 and 11, respectively.

Härigenom uppnås att förspänning kan appliceras på bulten före ingjutning därav med ett härdbart medium, vilket medför att förspänningen blir väldefinierad efter en hel längd av ett element av bulten, och att säkerheten hos installationen ökas.In this way it is achieved that prestress can be applied to the bolt before casting thereof with a hardenable medium, which means that the prestress is well defined after a full length of an element of the bolt, and that the safety of the installation is increased.

Vidare medges att en bergbult anbringad genom ett förfarande enligt uppfinningen omedelbart kan belastas redan efter att den rörformiga bulten har expanderats till anliggning i borr- hålet. Härigenom undviks de'oönskade väntetider som är behöv- liga vid förfaranden enligtiden kända tekniken, och sammanta- get uppnås ett mindre omstäﬂdligt och mer ekonomiskt bergbult- ningsförfarande. En kanal fdr förmedling av nämnda härdbara medium öppnas för kommunikaqion med utsidan av dragelementet genom trycksättning till en~viss trycknivå, vilken överstiger ett visst förutbestämt tröshelvärde.Furthermore, it is permitted that a rock bolt applied by a method according to the invention can be loaded immediately already after the tubular bolt has been expanded to abut in the borehole. This avoids the undesired waiting times required in procedures according to the prior art, and overall a less cumbersome and more economical rock bolting procedure is achieved. A channel for conveying said curable medium is opened for communication with the outside of the traction element by pressurizing to a certain pressure level, which exceeds a certain predetermined threshold whole value.

Det är föredraget att drageﬂementet utnyttjas för förmedling av medium för att expandera;den rörformiga bulten, varför dragelementet uppvisar en genomgående kanal för förmedling av tryckvatten eller dylikt.It is preferred that the pulling element is used for conveying medium to expand the tubular bolt, so that the pulling element has a continuous channel for conveying pressurized water or the like.

I synnerhet föredras att även det härdbara mediet förmedlas genom en kanal i dragelemenqet.It is particularly preferred that the curable medium is also conveyed through a channel in the drawing element.

I fall samma kanal utnyttjas för förmedling av såväl media för att expandera den rörformiga bulten som det härdbara mediet 72l52b.doc; 2004-12-27 10 15 20 25 sätts nämnda tröskelnivà så att kanalen öppnas vid tryckökning med ett visst A-tryck utöver expansionstrycket.In case the same channel is used for conveying both media to expand the tubular bolt and the curable medium 72152b.doc; 2004-12-27 10 15 20 25 the said threshold level is set so that the channel opens when the pressure increases with a certain A-pressure in addition to the expansion pressure.

Genom att förse dragelementet med ett sprängbleck, som brister vid en viss förutbestämd trycknivà uppnås på ett enkelt sätt denna funktion.By providing the traction element with an explosive plate, which fails at a certain predetermined pressure level, this function is achieved in a simple manner.

I synnerhet kan sprängblecket vara en integrerad del av mate- rialet i dragelementet, till exempel ett urborrat eller ur- fräst parti med en viss resterande godstjocklek, som medger avskjuvning av godset vid uppnående av nämnda trycknivå.In particular, the explosive sheet can be an integral part of the material in the towing element, for example a drilled or milled-out portion with a certain remaining wall thickness, which allows shearing of the goods when the said pressure level is reached.

Ytterligare fördelar uppnås vid särdragen i de ytterligare osjälvständiga kraven och motsvarande fördelar uppnås vid en uppfinningsenlig anordning för bergbultning.Additional advantages are achieved with the features of the further dependent claims and corresponding advantages are achieved with a device for rock bolting according to the invention.

Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med ledning av utfö- ringsexempel och med ledning av bifogade ritningar, på vilka: Fig l visar en isärtagen perspektivvy av en anordning för bergbultning enligt uppfinningen, Fig 2 visar, delvis i sektion, anordningen i fig 1, sammansatt och insatt i ett borrhål, Fig 3 visar en detalj av anordningen i fig l och 2 med ett sprängbleck, Fig 4 schematiskt visar ett blockschema över steg ingående i ett förfarande enligt uppfinningen, Fig 5, 6 och 7 schematiskt visar alternativa anordningar en- ligt uppfinningen. 72l52b.doc; 2004-12-27 10 15 20 25 30 Beskrivning av utföringsexempel I fig 1 avses med hänvisningsbeteckning 1 generellt en anord- ning för bergbultning inkluderande forspänning av en bergbult och inkluderande en rörformig expanderbar bergbult, väsentli- gen av det slag som framgår av US-A-4459067 (Atlas Copco AB).Brief description of drawings The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a separate perspective view of a device for rock bolting according to the invention, Fig. 2 shows, partly in section, the device in fig. Fig. 3, assembled and inserted in a borehole, Fig. 3 shows a detail of the device in Figs. 1 and 2 with an explosion plate, Fig. 4 schematically shows a block diagram of steps included in a method according to the invention, Figs. according to the invention. 72l52b.doc; 2004-12-27 10 15 20 25 30 Description of exemplary embodiments In Fig. 1, reference numeral 1 generally refers to a device for rock bolting including prestressing of a rock bolt and including a tubular expandable rock bolt, substantially of the type shown in U.S. Pat. A-4459067 (Atlas Copco AB).

Den rörformiga bulten omfattar i huvudsak ett expanderbart parti 5 samt en infästningsdel 6, i vilken är fästbar ett ihå- ligt dragelement 3 omfattande en inre del 7 med gänga för sam- verkan med infästningsdelen 6 samt en hongänga för samverkan med en dragsektion 8, vilken i sin tur via ett skarvstycke 9 är inrättad att vara i hopskruvad med ytterligare en dragsek- tion 8.The tubular bolt essentially comprises an expandable portion 5 and a fastening part 6, in which a hollow pulling element 3 can be fastened comprising an inner part 7 with a thread for co-operation with the fastening part 6 and a female thread for co-operation with a pull section 8, which in turn via a joint piece 9 is arranged to be screwed together with an additional pull section 8.

Företrädesvis utgörs de i dragelementet 3 ingående delarna av standardkomponenter, vilka är kombinerbara efter önskemål, till exempel för anpassning till djupet på ett borrhàl i vil- ket anordningen l är avsedd att insättas.Preferably, the parts included in the traction element 3 consist of standard components, which are combinable as desired, for example for adaptation to the depth of a borehole in which the device 1 is intended to be inserted.

Ett anliggningselement 4 omfattande en anliggningsbricka 10 och en spännmutter 11, vilken samverkar med en yttre dragsek- tion 8, är anordnat utvändigt en ingångsöppning till nämnda borrhàl.An abutment element 4 comprising an abutment washer 10 and a clamping nut 11, which cooperates with an outer pull section 8, is arranged externally an inlet opening to said borehole.

Fig 2 visar anordningen i figur 1 i sammansatt tillstànd in- satt i ett borrhàl 12, vilket är upptaget i ett bergparti 20.Fig. 2 shows the device in Fig. 1 in composite condition inserted in a borehole 12, which is accommodated in a rock portion 20.

Borrhålet 12 uppvisar en ingångsöppning 13, ett yttre parti 14 samt ett inre parti 15.The borehole 12 has an inlet opening 13, an outer portion 14 and an inner portion 15.

Installationen av anordningen för bergbultning går till så att samtliga de i fig 1 visade delarna ihopskruvas tätande så att en tät kanal etableras mellan det expanderbara partiet 5 av den rörformiga bulten och ytteränden 29 av den yttersta drag- sektionen 8. Tätning uppnås på i för sig känt sätt genom här inte närmare diskuterade tätningselement. 72152b.doc; 2004-12-27 lO l5 20 25 30 Ytteränden 29 av den yttersta dragsektionen 8 ansluts efter insättning av anordningen i borrhålet 12 till en tryckvatten- källa eller dylikt, för förmedling av ett tryck av som exempel 300 bar till det expanderbara partiet 5.The installation of the device for rock bolting takes place so that all the parts shown in Fig. 1 are screwed together sealingly so that a tight channel is established between the expandable portion 5 of the tubular bolt and the outer end 29 of the outermost pull section 8. Sealing is achieved per se known method through sealing elements not discussed in more detail here. 72152b.doc; 2004-12-27 10 l5 20 25 30 The outer end 29 of the outermost draw section 8 is connected after insertion of the device in the borehole 12 to a pressure water source or the like, for transmitting a pressure of, for example, 300 bar to the expandable portion 5.

Detta expanderbara parti 5 kommer därvid att bringas till fast anliggning mot insidan av borrhålets 12 inre parti 15 så att redan i detta skede en betydande förankring av den totala bergbulten uppkommer.This expandable portion 5 will then be brought into fixed abutment against the inside of the inner portion 15 of the borehole 12, so that already at this stage a significant anchoring of the total rock bolt arises.

Efter avslutad expansion kan nu dragelementet bestående av de- larna 7, 8 och 9 förspännas, vilket går till på så sätt att anliggningsbrickan 10 anspänns mot berget 20 runt ingångsöpp- ningen 13 med hjälp av spännmuttern ll, som dras åt till ett förutbestämt momentvärde.After completion of the expansion, the tension element consisting of the parts 7, 8 and 9 can now be prestressed, which is done in such a way that the abutment washer 10 is clamped against the rock 20 around the entrance opening 13 by means of the clamping nut 11, which is tightened to a predetermined torque value.

Efter förspänningen skall nu anordningen ingjutas för för- stärkning av infästningen samt för korrosionsskydd genom in- jektering av ett härdbart medium i utrymmet 27 mellan dragele- mentet_och borrhålets 12 vägg.After the prestress, the device must now be cast in to strengthen the attachment and for corrosion protection by injecting a hardenable medium into the space 27 between the draw element_ and the wall of the borehole 12.

Enligt den på figur 2 visade föredragna utföringsformen går detta till så att först kanalen invändigt dragelementet tryck- sätts med ett tryck som överstiger trycket för expandering av den expanderbara delen 5 och som är vald på en sådan nivå att ett sprängbleck 6, vilket är insatt i den inre delen 7 av dragelementet, brister så att en öppen kanal bildas mellan denna kanal 19 och nämnda utrymme 27.According to the preferred embodiment shown in Figure 2, this is done so that first the channel inside the tension element is pressurized with a pressure which exceeds the pressure for expansion of the expandable part 5 and which is selected at such a level that an explosive plate 6, which is inserted in the inner part 7 of the traction element, breaks so that an open channel is formed between this channel 19 and said space 27.

Därefter ansluts anordningen på sin änddel 29 till en cement- pump eller till någon annan källa för ett lämpligt härdbart medium.Thereafter, the device is connected at its end portion 29 to a cement pump or to some other source of a suitable curable medium.

Fig 3 visar en detalj av en inre del 7 av ett dragelement med ett sprängbleck 16, vilket i detta fall är integrerad i godset till delen 7 på så sätt att en urfräsning 17 är gjord så att 72l52b.doc; 2004-12-27 10 l5 20 25 30 sprängbläckets 6 omkretsparti 18 uppvisar vid en viss tryck- sättningsnivà avskjuvbar godstjocklek.Fig. 3 shows a detail of an inner part 7 of a traction element with an explosive plate 16, which in this case is integrated in the goods to the part 7 in such a way that a milling-out 17 is made so that 72l52b.doc; 2004-12-27 10 l5 20 25 30 the circumferential portion 18 of the explosive ink 6 has a shearable wall thickness at a certain pressure setting level.

Förfarandet för bergbultning enligt uppfinningen kan samman- fattas med ledning av fig 4 varvid: position 21 anger sekvensens start, position 22 anger ihopsättning av en anordning för bergbult- ning samt insättning därav i ett borrhâl, position 23 avser expansion av en rörformig bult, position 24 avser förspänning av ett dragelement, position 25 injektering av härdbart material, samt position 26 sekvensens slut.The method for rock bolting according to the invention can be summarized with reference to Fig. 4, wherein: position 21 indicates the start of the sequence, position 22 indicates assembly of a device for rock bolting and insertion thereof in a borehole, position 23 refers to expansion of a tubular bolt, position 24 refers to biasing of a tension element, position 25 injection of curable material, and position 26 the end of the sequence.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för de efterföljande patentkraven, och som exempel kan en anordning för bergbult- ning utnyttjas, vid vilken medium för att expandera den rör- formiga bulten förmedlas till denna på annat sätt än genom dragelementet, till exempel genom ett separat insättbart och borttagbart element (28 i fig 5), varvid i så fall dragelemen- tet kan göras homogent.The invention can be modified within the scope of the following claims, and as an example a device for rock bolting can be used, in which medium for expanding the tubular bolt is conveyed to it in a manner other than through the traction element, for example by a separately insertable and removable element (28 in Fig. 5), in which case the pulling element can be made homogeneous.

Härdbart medium kan förmedlas till utsidan av dragelementet även på annat sätt, till exempel genom en kanal i en anligg- ningsbricka (30 i fig 7), varvid i så fall föredras att luft befintligt i detta utrymme vid injektering evakueras genom en öppning (31 i fig 7) till en kanal i ett dragelement eller ett intill dragelementet liggande annat element.Curable medium can also be conveyed to the outside of the traction element in another way, for example through a channel in a bearing washer (30 in Fig. 7), in which case it is preferred that air present in this space is evacuated through an opening (31 in Fig. 7) to a channel in a traction element or another element adjacent to the traction element.

Sprängblecket kan vara ett separat element insatt i dragele- mentet och även andra organ för att etablera en kanal för för- medling av det härdbara mediet kan förekomma, till exempel kan ett element med ventilfunktion utnyttjas. Ett ytterligare ex- empel är användning av en vid ett visst tryck avskjuvbar bryt- pinne, som fasthåller ett potentiellt rörligt ventilelement. 72l52b.doc; 2004-12-27 - ﬁfwv ~»'f Som ett ytterligare alternativ kan också dragelementet som ex- empel förankras på sätt som visas i fig 6, genom fastklämning av ett dragelement 29 mellan en expanderbar bult 2 och borrhå- lets vägg, varvid dragelementet i så fall kan utgöras av en kabel, som sedan kan förspännas och förankras och korrosions- säkras genom injektering av cement eller annat bindemedel. 72l52b.doc; 2004-12-27The explosive plate can be a separate element inserted in the traction element and also other means for establishing a channel for conveying the curable medium can be present, for example an element with a valve function can be used. A further example is the use of a breaker pin which can be sheared at a certain pressure, which holds a potentially movable valve element. 72l52b.doc; 2004-12-27 - ﬁ fwv ~ »'f As a further alternative, the pulling element can also be anchored, for example, in the manner shown in Fig. 6, by clamping a pulling element 29 between an expandable bolt 2 and the wall of the borehole, the pulling element in that case, it can consist of a cable, which can then be prestressed and anchored and corrosion-proofed by injecting cement or other binder. 72l52b.doc; 2004-12-27

Claims

10 15 20 25 30 Patent claims:

A method for rock bolting, wherein a tubular bolt (2) with a closed cross section is inserted and expanded into abutment in a borehole (12), which has an inner (15) and an outer (14) portion and an inlet opening (13), characterized of - that the tubular bolt is expanded to abut in the inner part of the borehole, - that a pulling element (3,7,8,9), which is arranged in the outer part of the borehole, with an inner part (7) attached to the tubular bolt the ten (2) is biased, - that a curable medium is injected into the outer portion (14) of the borehole, between (27) the traction element and the wall of the borehole and is allowed to cure, and the outside (27) of the traction element (3) by pressurizing to a certain pressure level.

Method according to claim 1, characterized in that medium for expanding the tubular bolt is conveyed through a channel (19) in the pulling element (3).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that - said curable medium is conveyed through a channel in the tension element (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the channel is opened by causing an explosive plate (16) to rupture at said pressure level. 72l52a .doCi ZO04-O6-ll 10 15 20 25 30 Fflff 'ff / f -.-. «.- \ J' i

Method according to claim 1 or 2, characterized in that said curable medium is conveyed (30) on the outside of the tension element (3).

Method according to claim 5, characterized in that - air present in the borehole is evacuated (31) through a channel in the traction element (3) during the injection of said hardenable medium.

Method according to claim 1, characterized in that - medium for expanding the tubular bolt is conveyed through a separate bolt installation element (28), which is fastened to a connecting portion on the tubular bolt (2).

Method according to claim 7, characterized in that - the tension element (3) is fastened in said connecting portion after the expansion of the tubular bolt (2).

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that - the tension element (29) is fastened by clamping between the tubular bolt (2) and the wall of the borehole at the expansion of the former.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the tension element (3) is prestressed between the tubular bolt (2) and a bearing element (4) arranged at the entrance opening of the borehole.

Device (1) for rock bolting, including a tubular bolt (2) with closed cross section for insertion and expansion into abutment in a borehole (12), which has an inner and an outer portion and an inlet opening, characterized by 72l52a.d0c; 2004-06-11 10 15 20 25 30 10 - a tension element (3) for arranging in the outer part of the borehole with an inner part (7) for fastening to the tubular bolt, - means (10, 11) for prestressing the tension element (3 ) in a longitudinal direction, between the tubular bolt and the inlet opening, - means for transmitting a hardenable medium to the outer portion of the borehole, between (27) the traction element and the wall of the borehole, and - a channel for transmitting said hardenable medium has means (16) which are opened for communication with the outside of the traction element by pressurizing to a certain pressure level.

Device according to claim 11, characterized by - means for conveying medium for expanding the tubular bolt (2).

Device according to claim 11 or 12, characterized by - said means for conveying said curable medium including a channel in the traction element (3).

Device according to claim 13, characterized in that - said openable means is an explosive plate (16), which is caused to rupture at said pressure level.

Device according to any one of claims 11 and 12, characterized in that - said curable medium is conveyed (30) on the outside of the tension element (3).

Device according to claim 15, characterized by - an evacuation channel (31) in the traction element for evacuating air present in the borehole during the injection of said hardenable medium. 72l52a .docz 2004-06-11 10 15 11

Device according to claim 11 or 12, characterized by - a separate bolt installation element (28), which is attachable to a connecting portion of the tubular bolt (2) for conveying medium for expanding the tubular bolt.

Device according to claim 11, 12 or 17, characterized in - that the traction element is provided with means for fastening in said connecting portion after the expansion of the tubular bolt.

Device according to Claim 11 or 12, characterized in that - the tension element (29) is designed to be fastened by clamping between the tubular bolt and the wall of the borehole during the expansion of the former. 72l52a .doc; 2004-06-11