PL194044B1 - Kotwa rurowa do górotworu - Google Patents

Abstract

1. Kotwa rurowa do górotworu, stosowana w gór- nictwie i/lub przy budowie tuneli, z elementem ruro- wym, który na jednym koncu jest zaopatrzony w glowice wiertnicza, na naprzeciwleglym koncu posiada srodki napedowe, wewnatrz przynajmniej czesciowo jest wypelniony jedno- lub wieloskladni- kowa zaprawa, a w obszarze glowicy wiertniczej znajduje sie co najmniej jeden kanal wylotowy, zna- mienna tym, ze zaprawa (4, 37, 38) jest umieszczo- na w co najmniej jednym srodku ustalajacym (7, 24, 25) zasadniczo w postaci wydrazonego cylindra pomie- dzy dwoma tlokami (8, 9, 31, 39, 32, 33), przesuw- nymi wzdluz elementu rurowego (1, 21) i w kierunku osadzania (S) za tlokiem (8, 31, 32) umieszczonym w kierunku osadzania (S) posiada obszar mocowa- nia (6, 35) dla tloka (8, 32, 31), zaopatrzony w otwór przelotowy (11, 34, 40), przy czym otwór przelotowy (11, 34) od strony wolnego konca obszaru mocowa- nia (6, 35) posiada odstep (a, b), który odpowiada przynajmniej dlugosci (l) tloka (8,32), mierzonej wzdluz elementu rurowego (1, 21). PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (²¹) Numer zgłoszeni: ³⁴⁶⁹⁶⁰ (⁵⁾ ) ^LCI.

E21D 21/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 09.04.2001 (54)

Kotwa rurowa do górotworu

(30) Pierwszeństwo: 10.04.2000,DE,10017763.8	(73) Uprawniony z patentu: Hilti Aktiengesellschaft,Schaan,LI
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 22.10.2001 BUP 22/01	(72) Twórca(y) wynalazku: Wolfgang Ludwig,SchwabmUnchen,DE Erich Leibhard,Munchen,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(74) Pełnomocnik: Misztak Irena, PATPOL Sp. z o.o.
30.04.2007 WUP 04/07

(57) 1. Kotwa rurowa do górotworu, stosowana w górnictwie i/lub przy budowie tuneli, z elementem rurowym, który na jednym końcu jest zaopatrzony w głowicę wiertniczą, na naprzeciwległym końcu posiada środki napędowe, wewnątrz przynajmniej częściowo jest wypełniony jedno- lub wieloskładnikową zaprawą, a w obszarze głowicy wiertniczej znajduje się co najmniej jeden kanał wylotowy, znamienna tym, że zaprawa (4, 37, 38) jest umieszczona w co najmniej jednym środku ustalającym (7, 24, 25) zasadniczo w postaci wydrążonego cylindra pomiędzy dwoma tłokami (8, 9, 31, 39, 32, 33), przesuwnymi wzdłuż elementu rurowego (1, 21) i w kierunku osadzania (S) za tłokiem (8, 31, 32) umieszczonym w kierunku osadzania (S) posiada obszar mocowania (6, 35) dla tłoka (8, 32, 31), zaopatrzony w otwór przelotowy (11, 34, 40), przy czym otwór przelotowy (11, 34) od strony wolnego końca obszaru mocowania (6, 35) posiada odstęp (a, b), który odpowiada przynajmniej długości tłoka (8,32), mierzonej wzdłuż elementu rurowego (1,21).

Hal ±

PL 194 044 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kotwa rurowa do górotworu stosowana w górnictwie i/lub przy budowie tuneli.

Kotwy rurowe jako takie są znane. Służą one w rodzaju kotwy rurowej do górotworu do stabilizacji ścian pustek w tunelach, sztolniach i tym podobnych, a mianowicie w ten sposób, że warstwy górotworu, następujące kolejno po sobie w kierunku pionowym do ściany, są mocowane do siebie, przy czym w wielu wypadkach wychodzi się od tego, że warstwy, które w bezpośredniej bliskości ścian w następstwie wykonania pustki, zmniejszają swoje właściwości mechaniczne, zwłaszcza swoją nośność, są mocowane na bardziej oddalonych, nieuszkodzonych warstwach górotworu.

Kotwa rurowa wymienionego rodzaju jest przykładowo ujawniona w opisie US 4055051, przy czym składa się ona z elementu rurowego, który na jednym końcu jest zaopatrzony w głowicę wiertniczą, a na przeciwległym końcu posiada elementy napędowe. Znana kotwa rurowa jest częściowo wypełniona wewnątrz zaprawą. Przez głowicę przechodzi co najmniej jeden kanał wylotowy. Proces osadzania znanej kotwy rurowej przeprowadza się w dwóch etapach. W pierwszym etapie kotwa rurowa jest osadzana w podłożu, zwłaszcza w górze, przez przykładowo stosowany przyrząd wiertniczy. Urobiona przez głowicę wiertniczą kotwy wiertniczej na jej końcu od strony kierunku wiercenia i rozdrobniona skała jest odprowadzana przez umieszczone na głowicy wiertniczej otwory wylotowe i przestrzeń pośrednią między ścianami otworu wiertniczego a zewnętrznym obwodem kotwy rurowej. W drugim etapie, na końcu odwróconym od kierunku osadzania jest przykładowo wtłaczany w kierunku osadzania tłok, który znajdującą się w kotwie rurowej zaprawę wyciska przez otwory wylotowe z kotwy rurowej do otworu wiertniczego.

Niedogodnością tej znanej kotwy rurowej jest to, że nie zawsze zapewniona jest możliwość manipulacji i bezpieczeństwo w odniesieniu do zaprawy, umieszczonej w kotwie rurowej. Częściowo agresywne składniki zaprawy, jak przykładowo bazujące na aminach utwardzacze epoksydowe, przenikają do wnętrza kotwy rurowej i tym samym przykładowo osłabiają sprawność działania znanej kotwy rurowej.

Ponadto nie jest zapewnione całkowite wytłoczenie zaprawy, umieszczonej wewnątrz znanej kotwy rurowej, ponieważ w znacznym stopniu jest to zależne od stosowanego przyrządu do osadzania. Wskutek tego przykładowo bardzo trudne jest określenie koniecznej ilości masy. Dodatkowo okoliczność ta jest tym istotniejsza, że koszt zaprawy stanowi znaczny udział w odniesieniu do kosztów całkowitych.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie kotwy rurowej, która zapewnia prawie całkowite wytłoczenie z niej zaprawy. Ponadto powinna być umożliwiona łatwa manipulacja kotwą rurową, a jednocześnie jej ekonomiczne wytworzenie.

Według wynalazku zadanie to wykonano dzięki temu, że zaprawa jest umieszczona w co najmniej jednym środku ustalającym zasadniczo w postaci wydrążonego cylindra, pomiędzy dwoma tłokami, przesuwnymi wzdłuż elementu rurowego i w kierunku osadzania za tłokiem, umieszczonym w kierunku osadzania, posiada obszar mocowania dla tłoka, zaopatrzony w co najmniej jeden otwór przelotowy, przy czym otwór przelotowy od strony wolnego końca obszaru mocowania posiada odstęp, który odpowiada przynajmniej długości tłoka, mierzonej wzdłuż elementu rurowego.

Zaprawa, znajdująca się między tłokami przesuwnymi wzdłuż elementu rurowego, jest przemieszczana w środku ustalającym wskutek ciśnienia wywieranego z zewnątrz. Dzięki temu, że w środku ustalającym znajduje się obszar mocowania dla tłoka, to tłok usytuowany w obszarze końcowym od strony osadzania może być tak daleko przesuwany w kierunku osadzania, aż uwolni otwór przelotowy dla zaprawy. Dzięki zastosowaniu tłoka uszczelniającego, w każdych okolicznościach zapewnione jest uwolnienie otworu przelotowego przy dostatecznie wysokim ciśnieniu. Przy tym wytworzenie tej postaci wykonania jest ekonomiczne, ponieważ zbędny jest montaż skomplikowanego mechanizmu, powodującego uwolnienie otworu przelotowego. Umieszczenie zaprawy w środku ustalającym pomiędzy dwoma uszczelniającymi tłokami, zapewnia łatwą i pewną manipulację kotwa rurową, a zwłaszcza zaprawą. Tłoki zapewniają to, że zaprawa może być uszczelniona i oddzielona od elementu rurowego, a w razie potrzeby może być wprowadzona na miejscu. Dzięki temu zmniejszone zostają koszty składowania i zaprawa może być umieszczona z konieczną starannością.

Celowo obszar mocowania posiada co najmniej dwa rozdzielone równomiernie na obwodzie otwory przelotowe w celu zapewnienia równomiernego rozdzielenia zaprawy na obwodzie zewnętrznym elementu rurowego, a tym samym uzyskania większych wartości obciążenia.

PL 194 044 B1

Korzystnie zewnętrzna średnica głowicy wiertniczej jest większa od największej średnicy elementu rurowego w celu zapewnienia wycięcia pierścieniowej szczeliny dla przyjęcia zwiercin zmieszanych z zaprawą.

Celowo zewnętrzna średnica środka ustalającego jest mniejsza od wewnętrznej średnicy elementu rurowego, tworząc kanał przelotowy. Ponadto dzięki temu możliwe jest wprowadzenie środka ustalającego do wnętrza elementu rurowego. Takie ukształtowanie środka ustalającego zapewnia ekonomiczne wytwarzanie kotwy rurowej. Zbędne są dodatkowe elementy czy etapy robocze dla utworzenia kanału przelotowego, co zapewnia łatwe i pewne manipulowanie kotwą rurową.

Korzystnie w środku ustalającym znajduje się co najmniej jedna torba w postaci giętkiego węża dla zaprawy, w celu ułatwienia wprowadzania zaprawy do środka ustalającego, a ponadto zapewnić łatwą manipulację kotwa rurową według wynalazku.

Korzystnie zaprawa znajduje się w szeregu środkach ustalających zasadniczo posiadających kształt wydrążonego cylindra. Tym samym w przypadku zapraw wieloskładnikowych można w prosty sposób wpływać na proporcje mieszania dzięki geometrycznemu ukształtowaniu środka ustalającego. Przy tym zapewnione jest dokładne rozdzielenie poszczególnych składników zaprawy. Poza tym ułatwione jest umieszczenie poszczególnych składników.

Celowo środki ustalające są umieszczone jeden za drugim w kierunku wzdłużnym elementu rurowego, aby nie oddziaływać ujemnie na wymiary elementu rurowego. Ponadto tłoki o okrągłym przekroju poprzecznym zapewniają dobre uszczelnienie. W przypadku środków ustalających, umieszczonych jeden za drugim, ten okrągły przekrój poprzeczny już istnieje i tym samym może być zastosowany, bez uwzględniania dodatkowej, mniej ekonomicznej konstrukcji lub rozwiązania z gorszym uszczelnieniem.

Korzystnie odwrócone od kierunku osadzania tłoki środków ustalających są ze sobą połączone, zwłaszcza przez ukształtowane jednoczęściowe tłoczysko, aby podczas wytłaczania zaprawy oba środki ustalające były zasilane równomiernie ciśnieniem. Dzięki temu proporcje mieszania poszczególnych składników zaprawy można łatwo określić na podstawie średnicy środka ustalającego.

Ponadto środki ustalające i tłoki są korzystnie wykonane z tworzywa sztucznego, aby zapobiec rozkładowi pod wpływem działania chemikaliów, zawartych w zaprawie. Chemikalia stykają się ze środkiem ustalającym i tłokiem zwłaszcza podczas procesu osadzania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kotwę rurową według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - przedstawioną na fig. 1 kotwę rurową podczas procesu osadzania, a fig. 3 - dalszą postać wykonania kotwy rurowej w przekroju wzdłużnym, z wieloma środkami ustalającymi.

Na figurach 1 i 2 jest przedstawiona kotwa rurowa według wynalazku z cylindrycznym elementem rurowym 1, który wewnątrz posiada środek ustalający 7 z zaprawą 4 - Na końcu od strony kierunku osadzania, element rurowy 1 posiada głowicę wiertniczą 2, a na naprzeciwległym końcu - środek napędowy 3, ukształtowany jako profilowanie zewnętrzne.

Wykonany przykładowo z metalu element rurowy 1 posiada na końcu od strony kierunku osadzania jeden lub szereg otworów wylotowych 5, rozdzielonych równomiernie na obwodzie, oraz zewnętrzne profilowanie na całej długości. Zewnętrzne profilowanie może być wytworzone przez walcowanie.

Głowica wiertnicza 2 posiada stożkowy wierzchołek, którego powierzchnia jest uzbrojona w zdzierające elementy 10, wykonane zwłaszcza z twardego stopu. W celu przyjmowania zwiercin, średnica zewnętrzna głowicy wiertniczej 2 jest ukształtowana jako większa od średnicy elementu rurowego 1.

Środek ustalający 7 w postaci cylindra, przykładowo z tworzywa sztucznego, jest zamknięty na obu końcach przez przesuwne wzdłuż elementu rurowego 1 tłoki 8, 9. Za tłokiem 8 w kierunku osadzania S jest umieszczony obszar mocowania 6 dla tłoka 8, zaopatrzony w szereg otworów przelotowych 11, rozdzielonych równomiernie na obwodzie. Otwory przelotowe 11 są umieszczone w odstępie a od wolnego końca obszaru mocowania 6, który odpowiada przynajmniej długości l tłoka 8, mierzonej wzdłuż elementu rurowego 1. Zaprawa 4 może być dodatkowo opakowana w nie przedstawioną torbę w postaci giętkiego węża.

Podczas procesu osadzania, który jest przedstawiony zwłaszcza na fig. 2, kotwa rurowa jest wprawiana w ruch obrotowy i posuw osiowy, przykładowo za pomocą nie przedstawionego przyrządu wiertniczego. Głowica wiertnicza 2 wierci cylindryczny otwór wiertniczy 16, w którym umieszczony jest element rurowy 1 w podłożu 14. Gdy osiągnie się żądaną głębokość osądzania, wówczas za pomocą stosowanego mechanizmu 15, tłok odwrócony od kierunku osadzania jest zasilany czynnikiem pod

PL 194 044 B1 ciśnieniem, działającym w kierunku osadzania s. Poprzez zaprawę 4, umieszczoną wewnątrz środka ustalającego 7, nacisk jest przenoszony dalej na tłok 8 od strony kierunku osadzania. Umieszczony w kierunku osadzania S. tłok 8 jest tak daleko przesuwany w kierunku osadzania S, aż znajduje się on całkowicie w obszarze mocowania 6 i tym samym uwalnia otwory przelotowe 11 dla zaprawy 4. Zaprawa 4 znajduje się dalej pod ciśnieniem wywieranym przez tłok 9 odwrócony od kierunku osadzania S, dzięki czemu zaprawa 4. jest kierowana przez uwalniany przez tłok 8 kanał przelotowy 12, co jest widoczne z fig. 2, do otworów wylotowych 5 i tam miesza się ze zwiercinami. Wskutek działania ciśnienia, zaprawa 4 pomieszana ze zwiercinami rozdziela się równomiernie w przestrzeni pośredniej między ścianami wywierconego otworu 16 o zewnętrzną powierzchnię elementu rurowego 1.

Na figurze 3 jest przedstawiona dalsza postać wykonania kotwy rurowej z głowicą wiertniczą 22 i elementem rurowym, przez który w obszarze końca od strony kierunku osadzania przechodzi szereg otworów wylotowych 23. W przeciwieństwie do postaci wykonania, podstawionej na fig. 1 i 2, w elemencie rurowym 1 jest umieszczonych w kierunku wzdłużnym szereg środków ustalających 24, 25, zwłaszcza dwa środki ustalające 24, 25. Dzięki temu ta kotwa rurowa nadaje się zwłaszcza do zapraw wieloskładnikowych. Przykładowo poszczególne składniki 37, 38 mogą być umieszczone w oddzielnych środkach ustalających 24, 25 pomiędzy uszczelnionym tłokami 32, 33 i 31,39.

Pierwszy środek ustalający 24, za pomocą rozporki 26, 27 jest umieszczony w stałym odstępie współśrodkowo w elemencie rurowym 21. Odwrócona od strony kierunku osadzania rozpórka 27 jest ukształtowana jako kołnierz i działa jako uszczelka między ścianą zewnętrzną pierwszego środka ustalającego 24 a ścianami wewnętrznymi elementu rurowego 21. Rozpórki 26 umieszczone w kierunku osadzania s nie są umieszczone w sposób ciągły na całym obwodzie, dzięki czemu powstaje kanał przepływowy 26, który styka się z otworami wylotowymi.

Drugi środek ustalający 25, umieszczony w pierwszym środku ustalającym 24, jest utrzymywany współśrodkowo w pierwszym środku ustalającym 24 przez kołnierz 30 i ukształtowanego w rodzaju kołnierza od strony kierunku osadzania, tłoka 31. Kołnierz 30 i tłok 31 działają jako uszczelki pomiędzy ścianą wewnętrzną pierwszego środka ustalającego 24 a ścianą zewnętrzną drugiego środka ustalającego 25. Drugi środek ustalający 25 jest krótszy od pierwszego środka ustalającego.

Drugi, cylindryczny środek ustalający 25, wytworzony przykładowo z tworzywa sztucznego, jest zamknięty na obu końcach przez przesuwne wzdłuż elementu rurowego 21 tłoki 32, 33. Za tłokami 32 w kierunku osadzania S jest umieszczony obszar mocowania 35 dla tłoków 32, zaopatrzony w szereg rozdzielonych równomiernie na obwodzie otworów przelotowych 34. Otwory przelotowe 34 są umieszczone w odstępie b od wolnego końca obszaru mocowania 35, który odpowiada przynajmniej długości tłoka 32, mierzonej wzdłuż elementu rurowego 21. Ponadto tłok 31 jest wyższy od drugiego środka ustalającego 21 na końcu odwróconym od strony kierunku osadzania przynajmniej o odstęp b. Przykładowo składnik 37 może być dodatkowo opakowany w nie przedstawioną torbę w postaci giętkiego węża.

Pierwszy, cylindryczny środek ustalający 24, wytworzony przykładowo z tworzywa sztucznego, na końcu od strony kierunku osadzania jest zamknięty przez tłok 39, połączony z tłokiem 33 za pomocą tłoczyska 41, a na przeciwległym końcu jest zamknięty przez kołnierz 43 przesuwny wzdłuż elementu rurowego 21. Kołnierz 43 działa uszczelniające pomiędzy ścianą wewnętrzną pierwszego środka ustalającego 24 a powierzchnią płaszcza tłoczyska 41. Tworzy on odwróconą od kierunku osadzania część tłoka 31. W odstępie b w kierunku osadzania S od promieniowego obszaru rzutu kołnierza 43, pierwszy środek ustalający 24 posiada co najmniej jeden otwór przelotowy 40. Dalsze otwory przelotowe 42 są umieszczone promieniowo symetrycznie w kierunku osadzania przez promieniowy obszar rzutu kołnierza 30 na pierwszym środku ustalającym 24.

Podczas procesu osadzania w nie przedstawionym podłożu, kotwa rurowa za pomocą nie przedstawionego przyrządu wiertniczego jest wprawiana w ruch obrotowy i posuw osiowy. Głowica wiertnicza 22 wierci w podłożu nie przedstawiony, cylindryczny otwór wiertniczy do ustalenia elementu rurowego 21. Gdy kotwa rurowa jest osadzona na dostateczną głębokość, wówczas tłok 39 jest zasilany czynnikiem pod ciśnieniem, dzięki czemu tłok 39, i za pomocą tłoczyska 41 tłok 33 przesuwa się w kierunku osadzania S. Najpierw przesuwają się w kierunku osadzania S tłoki 31, 32 za pomocą składników 37, 38 zaprawy. Gdy oba tłoki 31, 32 uwolnią odpowiadające otwory przelotowe, wówczas może się zmniejszyć ciśnienie, wytworzone przez tłok 39 wskutek wypływania składników 37, 38 z ich środków ustalających 24, 25 przez odpowiedni otwór przelotowy 34, 40. Dzięki temu poszczególne składniki 37, 38 zaprawy mogą dotrzeć za pomocą kanału przepływowego 29 do otworów wylotowych 23 i tam wypłynąć. Wskutek ruchu obrotowego kotwy rurowej według wynalazku, w obszarze głowicy wiertniczej 22 zostają zmieszane ze sobą poszczególne składniki 37, 38 zaprawy. Ruch obrotowy i panujące

PL 194 044 B1 ciśnienie powodują wtłaczanie zmieszanej już zaprawy do przestrzeni pośredniej między ścianami otworu wiertniczego a zarysem zewnętrznym kotwy rurowej, gdzie zaprawa utwardza się i w ten sposób zapewnia trwałe pouczenie Kotwy z otaczającym ją. podłożem.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kotwa rurowa do górotworu, stosowana w górnictwie i /lub przy budowie tuneli, z elementem rurowym, który na jednym końcu jest zaopatrzony w głowicę wiertniczą, na naprzeciwległym końcu posiada środki napędowe, wewnątrz przynajmniej częściowo jest wypełniony jedno- iub wieloskładnikową zaprawą, a w obszarze głowicy wiertniczej znajduje się co najmniej jeden kanał wylotowy, znamienna tym, że zaprawa (4, 37, 38) jest umieszczona w co najmniej jednym środku ustalającym (7, 24, 25) zasadniczo w postaci wydrążonego cylindra pomiędzy dwoma tłokami (8, 9, 31, 39, 32, 33), przesuwnymi wzdłuż elementu rurowego (1, 21) i w kierunku osadzania (S) za tłokiem (8, 31, 32) umieszczonym w kierunku osadzania (S) posiada obszar mocowania (6, 35) dla tłoka (8, 32, 31), zaopatrzony w otwór przelotowy (11, 34, 40), przy czym otwór przelotowy (11, 34) od strony wolnego końca obszaru mocowania (6, 35) posiada odstęp (a, b), który odpowiada przynajmniej długości (l) tłoka (8, 32), mierzonej wzdłuż elementu rurowego (1,21).
2. 2. Kotwa według zas^z. 1, znamienna tym, że obszar mocowania (6, 35) posiada co najmniej dwa rozdzielone równomiernie na obwodzie otwory przelotowe (11, 34).
3. 3. Koowa według zassz. t albo 2, znamieena tym, że ze wnęttzna śr^dr^n^^ głowicy t², 22) jest większa od największej średnicy elementu rurowego (1, 21).
4. 4. Koowa w^c^łi^^ ζ^ζ t, znnmiennn tym, że znwnętrzna Zr^dr^t^^ środd^a ζ^^οο|ο (7, 24, 25) jest mniejsza od wewnętrznej średnicy elementu rurowego (1,21), tworząc kanał przelotowy (12, 29).
5. 5. Koowawedług z^^sr^.t albo4, znamiennatym, zewśrodkuuutalająccm g^, 24, 25) znajduje się co najmniej jedna torba w postaci giętkiego węża dla zaprawy (4, 37, 38).
6. 6. Koowa według zas^z. t albo 4, znamienna tym, że 38) znajduje się w szeregu środkach ustalających (24, 25) zasadniczo posiadających kształt wydrążonego cylindra.
7. 7. Koowawedług zasSz. 6, znamiennn tym, że żroclki (24, 255 są u^i^ss^c^^c^^^jeden za drugim w kierunku wzdłużnym elementu rurowego (21).
8. 8. Koowa według zas^z. 7, znamienna tym, że odwróconeod kkerunku osadzaniattoki ((3^, 39) środków ustalających (24, 25) są ze sobą połączone.
9. 9. Kotwa według zas^z. 1 albo 8, zi^^mi^m^^ tym, że środki usSalające (7, 24, 25) i ttoki (8, 9, 31, 32, 33, 39) są wykonane z tworzywa sztucznego.