Самобурящий анкерный болт и анкерное устройство для него

Изобретение относится к горному делу, в частности самобурящим анкерным болтам для крепления кровли и стен горной выработки. Техническим результатом является повышение надежности работы анкера. Самобурящий анкерный болт содержит первый и второй концы, вал, имеющий ось и проходящий между концами, и анкерное устройство, расположенное вдоль первой части вала вблизи первого конца и имеющее внутреннюю резьбу, взаимодействующую с внешней резьбой вала. При этом первый конец анкерного болта имеет буровое долото и стопор для ограничения вращения анкерного устройства на валу для поддержания анкерного устройства в свободном резьбовом соединении на валу во время бурения. Стопор содержит сопряженные опорные поверхности, одна из которых расположена на буровом долоте, и другая - на валу, при этом каждая опорная поверхность образована, по меньшей мере, одной выступающей вверх стенкой. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к буровым инструментам и анкерным болтам, подходящим для использования в горном деле и прокладке туннелей для обеспечения поддержки кровли и стен. Изобретение подходит для использования в твердых породах так же, как и в более мягких пластах, таких как часто встречаемые в угольных шахтах, и следует понимать, что термин «порода», как он используется в описании, дается в широком смысле для обозначения обоих этих применений. Изобретение дополнительно относится к буровому долоту, буровому валу и соответствующему соединению, и собственно анкерному устройству.

Предшествующий уровень техники изобретения

Поддержка кровли и стен является жизненно важной при горных и туннельных работах. Стены и кровли шахт и туннелей состоят из пластов породы, которые должны быть укреплены, чтобы предотвратить возможное обрушение. Анкерные болты широко используются для укрепления пластов породы. В обычных системах поддержки пластов в породе сверлится отверстие с помощью буровой штанги, которая затем удаляется, и в просверленное отверстие вставляется анкерный болт, который закрепляется обычно с использованием смоляного или цементного раствора.

Для улучшения этого процесса были предложены самобурящие анкерные болты, которые также используются в качестве буровой штанги. В связи с этим, с помощью самобурящего анкерного болта за один проход может быть просверлено отверстие и установлен болт.

Хотя самобурящие анкерные болты обеспечивают возможность значительно улучшить время установки анкерных болтов, они широко не использовались.

Сущность изобретения

Согласно изобретению создан самобурящий анкерный болт, содержащий первый и второй концы, вал, имеющий ось и проходящий между концами, и анкерное устройство, расположенное вдоль первой части вала вблизи первого конца и имеющее внутреннюю резьбу, взаимодействующую с внешней резьбой вала, при этом первый конец имеет буровое долото для проникновения в породу во время бурения в первом направлении и стопор для ограничения вращения анкерного устройства на валу для поддержания анкерного устройства в свободном резьбовом соединении на валу во время бурения, при этом стопор содержит сопряженные опорные поверхности, одна из которых расположена на буровом долота, и другая из которых расположена на валу, при этом каждая опорная поверхность образована, по меньшей мере, одной выступающей вверх стенкой.

Стопор может ограничивать вращение анкерного устройства на валу для поддержания расстояния между торцевой поверхностью анкерного устройства и торцевой поверхностью бурового долота во время бурения.

Второй конец может быть выполнен с возможностью подсоединения к буровому устройству для обеспечения вращения и упора болта, и анкерное устройство содержит оправку, смонтированную на валу и взаимодействующую с внешней резьбой вала, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку и выполненный с возможностью смещения радиально наружу при вращении оправки на валу в направлении, которое вызывает перемещение оправки относительно расширяющегося элемента в сторону второго конца, при этом вращение оправки осуществляется при вращении вала во втором направлении, противоположном первому направлению.

Одна из сопряженных опорных поверхностей стопора может быть расположена на оправке.

По меньшей мере, один расширяющийся элемент может быть присоединен к соединителю для формирования анкерного узла, выполненного с возможностью расположения между торцевой поверхностью бурового долота и торцевой поверхностью вала.

Одна из сопряженных опорных поверхностей стопора может быть расположена на соединителе, стопор может иметь разъединенное состояние при расположении соединителя на конце вала, при котором стопор не препятствует вращению анкерного устройства на валу, и соединенное состояние при отделении соединителя от конца вала, при котором стопор препятствует вращению анкерного устройства вокруг вала и осевому перемещению оправки в сторону бурового долота во время бурения в первом направлении.

Стопор может приводиться из разъединенного состояния в соединенное состояние при перемещении оправки в заранее определенное положение вследствие вращения оправки на валу в направлении, которое вызывает осевое перемещение оправки в сторону бурового долота.

Стопор может приводиться из соединенного состояния в разъединенное состояние при перемещении оправки из заранее определенного положения вследствие вращения оправки на валу в направлении, которое вызывает осевое перемещение оправки в сторону второго конца.

Одно из бурового долота и анкерного устройства может быть снабжено выступом, и другое из бурового долота и анкерного устройства может быть снабжено углубленной поверхностью, и выступ и углубленная поверхность имеет соответствующую опорную поверхность стопора. Углубленная поверхность может быть наклонена под острым углом относительно нижней поверхности бурового долота или анкерного устройства, в котором образована указанная поверхность. Величина острого угла может превышать, по меньшей мере, на 20% величину угла наклона внешней резьбы, сформированной на валу.

Выступ может иметь максимальную высоту, которая является меньшей, чем наибольшая глубина углубленной поверхности.

Согласно изобретению создано также анкерное устройство для самобурящего анкерного болта для удержания болта, размещенного в пробуренном отверстии, содержащее оправку, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку и способный смещаться радиально наружу при заранее определенном относительном перемещении между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом, при этом, по меньшей мере, один расширяющийся элемент присоединен к соединителю для образования анкерного узла, закрепленного на оправке и содержащего часть стопора для ограничения вращения анкерного узла вокруг оси анкерного болта и предотвращения осевого перемещения оправки в одном направлении вдоль анкерного болта в процессе бурения в первом направлении, при этом стопор содержит сопряженные опорные поверхности, одна из которых расположена на анкерном узле, при этом каждая опорная поверхность образована, по меньшей мере, одной выступающей вверх стенкой.

Анкерное устройство может дополнительно содержать выступ, расположенный на соединителе и содержащий одну опорную поверхность стопора.

Соединитель может включать в себя секцию корпуса, и, по меньшей мере, одну соединяющую стойку, несущую выступ. Выступ может быть расположен вплотную к концу стойки, интегрирован с соединителем и способен быть пассивным во время бурения и активным во время закрепления анкерного устройства для предотвращения вращения анкерного устройства в отверстии при вращении анкерного болта.

Краткое описание чертежей

Далее приведено описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На чертежах изображено следующее:

фиг.1 является схематическим видом в перспективе бурового инструмента;

фиг.2А является видом в разобранном состоянии первого конца бурового инструмента на фиг.1;

фиг.2В является другим видом в разобранном состоянии первого конца бурового инструмента на фиг.1;

фиг.3 является видом сбоку первого конца бурового инструмента на фиг.1;

фиг.4 является видом сечения первого конца бурового инструмента на фиг.1, когда он расположен в пласте породы;

фиг.5А является видом сверху соединителя бурового инструмента на фиг.1 частично в сложенном состоянии и частично раскрытом состоянии;

фиг.5В является видом сбоку соединителя бурового инструмента на фиг.1 частично в сложенном состоянии и частично раскрытом состоянии;

фиг.6А является видом снизу бурового долота бурового инструмента на фиг.1;

фиг.6В является видом сбоку бурового долота бурового инструмента на фиг.1;

фиг.7А является видом сбоку бурового инструмента на фиг.1 с буровым долотом, отсоединенным от соединителя на фиг.5А и фиг.5В;

фиг.7В является буровым инструментом на фиг.7А с буровым долотом, подсоединенным к соединителю;

фиг.8А является видом сбоку альтернативного бурового инструмента;

фиг.8В является видом поперечного сечения бурового инструмента на фиг.8А;

фиг.9 является схематическим видом в перспективе дополнительного альтернативного бурового инструмента;

фиг.10 является видом сбоку бурового вала для дополнительного альтернативного бурового инструмента;

фиг.11 является видом поперечного сечения бурового вала на фиг.10;

фиг.12 является видом в перспективе концевого соединения бурового вала на фиг.10.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 иллюстрирует самобурящий анкерный болт 10, который включает в себя первый (буровой) конец 11 и второй (хвостовой) конец 12 и вал 13, который проходит между противолежащими концами 11, 12. Вал 13, который обычно делается из стали, является сплошным на протяжении большей (второй) части его длины и включает в себя внутренний канал 14 (фиг.4) вдоль дальней (первой) части болта вплотную к буровому концу. Внутренний канал соединен с внешней частью вала в двух местах: через боковое отверстие 60 и через концевое отверстие 61.

При использовании самобурящий анкерный болт 10 подсоединен к буровому и установочному устройству (не показано) и выступает в роли буровой штанги для бурения отверстия 100 (фиг.4) в пласте 500 породы. После этого анкерный болт 10 закрепляется на месте, как будет объяснено более подробно ниже, для обеспечения поддержки пласта 500 породы.

Буровой конец 11 включает в себя буровое долото 15, имеющее буровой наконечник 16 на его конце и анкерное устройство 23, которое при использовании предназначено удерживать болт в пробуренном отверстии. Анкерное устройство 23 расположено вдоль первой части болта и используется для удерживания болта 10 в пробуренном отверстии так, чтобы временно закрепить анкерный болт на месте перед введением жидкого цементного раствора в отверстие 100 для постоянного закрепления болта на месте и/или для натяжения болта так, чтобы подвергнуть пласт 500 породы сжатию.

Подробности бурового конца 11 видны наилучшим образом на фиг.2А-6В.

Во время бурения буровое устройство обычно осуществляет правостороннее вращение бурового вала. Для предотвращения отделения бурового долота 15 от вала во время бурения резьбовое соединение между буровым долотом 15 и валом 13 является правосторонней резьбой для упрочнения резьбового соединения между буровым долотом и валом во время бурения.

Буровое долото 15 включает в себя корпус 17 долота, который включает в себя буровой наконечник 16 на его внешнем конце и хвостовик 18, который включает в себя средство крепления, такое как внешняя резьба 22 на его внешней поверхности. Канал 19 проходит от дальней кромки хвостовика 18 к дальнему концу корпуса 17 долота. Канал 19 предназначен для сообщения с отверстием 61 внутреннего канала 16 вала, когда буровое долото 15 закреплено на конце 20 вала (как наилучшим образом видно на фиг.4). Конец 20 вала включает в себя внутреннюю резьбу 21, которая соответствует внутренней резьбе 22 на хвостовике 18 бурового долота. Таким образом, буровое долото 15 может быть просто навинчено на конец 20 вала 13.

Буровое долото 15 снабжено нижней поверхностью 80, соединенной с хвостовиком 18 бурового долота. Нижняя поверхность 80 проходит практически перпендикулярно хвостовику бурового долота. Нижняя поверхность обращена к валу 13, когда буровое долото установлено. Нижняя поверхность содержит, по меньшей мере, одну углубленную поверхность 81, которая содержит выступающую стенку 82. Углубленная поверхность в показанной форме обычно является параллельной торцевой поверхности 80, но может быть наклонена под острым углом (см. фиг.6В) относительно нижней торцевой поверхности. Величина угла α должна быть больше, чем угол наклона внешней резьбы, сформированной на хвостовике бурового долота. Величина угла α является, по меньшей мере, на 20% больше, чем угол наклона внешней резьбы 38, сформированной на валу 13 болта. Углубленная поверхность может находиться под тем же углом, что и левосторонняя резьба, в противоположность правосторонней резьбе 22 на фиг.6В. Выступающая стенка 82 формирует часть стопора, описанного более подробно ниже.

Анкерное устройство 23 расположено ниже бурового долота 15 и включает в себя пару расширяющихся элементов 24, которые сконструированы для движения наружу из сложенного состояния, как проиллюстрировано на чертежах, в раздвинутое состояние (не показано), при этом расширяющиеся элементы зацепляются за стенку 101 пробуренного отверстия 100.

Расширяющиеся элементы 24 соединены с помощью соединителя или хомута 25. Соединитель обычно сделан из стали и включает в себя практически цилиндрическую секцию 26 корпуса и соединяющие стойки 27. Соединительные стойки 27 приклепаны (или прикреплены другим образом) к ближнему концу 28 расширяющихся элементов 24. Расширяющиеся элементы подсоединены к соединителю для формирования анкерного узла. Выполненный из стали соединитель 25 может изгибаться, что обеспечивает подвижный шарнир, что позволяет поворачиваться расширяющимся элементам для свободного перемещения между сложенным и раздвинутым положением. Секция 26 корпуса является предпочтительно практически круглой и содержит центральное отверстие 84 для размещения хвостовика 18 бурового долота. Секция 26 корпуса снабжена, по меньшей мере, одним выступом или выступающим язычком 83 на поверхности, обращенной к буровому долоту 15. Язычок 83 является предпочтительно выштампованным из секции корпуса в средней части, т.е. в месте между отверстием 84 и краем секции корпуса. Язычок 83 имеет общую V-образную форму, что хорошо видно на фиг.5В, но может иметь любую подходящую форму, такую как U-образная или полукруглая. Язычок имеет максимальную высоту, которая является меньшей, чем наибольшая глубина углубленной поверхности 81. Язычок содержит переднюю кромку 85, т.е. переднюю, если соединитель вращается в левую сторону. Передняя кромка 85 является практически перпендикулярной к плоскости секции 26 корпуса. Язычок входит в углубленную поверхность и может опираться на выступающую стенку 82 во время бурения. Таким образом язычок образует часть первого средства стопора относительного вращения, описанного более подробно ниже.

Если анкерное устройство предрасположено к заклиниванию на конце 20 вала, каждая стойка 27 может нести второй стопор или передний выступ 42А, 42В, т.е. передний, если соединитель 25 вращается в левую сторону. Выступ 42А, 42В расположен вплотную к концу стойки, дальнему относительно секции 26 корпуса, и интегрирован с соединителем. На фиг.5А и фиг.5В выступ 42А показан в сложенном положении, в то время как выступ 42В показан в выдвинутом положении для наглядности изображения. Таким образом выступ приспособлен быть пассивным во время бурения (правостороннее вращение), но активным во время закрепления (левостороннее вращение). Геометрия выступов является произвольной.

Анкерное устройство 23 дополнительно включает в себя оправку 29, которая включает в себя противолежащие наклоненные поверхности 30 и 31. В показанном варианте осуществления оправка 29 включает в себя головную часть 32 и две стойки 33 и 34 с противолежащими поверхностями головной части 32 и противолежащими торцевыми поверхностями стоек 33 и 34, образующими соответствующие наклоненные поверхности 30 и 31. Головная часть 32 может иметь два противолежащих углубления для размещения частей стоек соединителя.

Оправка выполнена так, что наклоненные поверхности 30 и 31 являются практически плоскими и предназначенными опираться на внутренние поверхности 35 расширяющихся элементов 24 таким образом, что относительное движение оправки в направлении хвостового конца 12 вала заставляет расширяющиеся элементы перемещаться из их сложенного положения в их выдвинутое положение. Для обеспечения этого относительного движения оправка подсоединена к валу болта, что в показанном исполнении осуществляется посредством резьбового соединения с внутренней резьбой 36, сформированной во внутреннем канале 37 в головной части 32 оправки 29, и внешней резьбой 38, сформированной на валу 13 болта.

Резьбовое соединение между оправкою 29 и валом 13 болта является левосторонним, так что при использовании анкерного болта в буровой операции (с правосторонним вращением вала) любое относительное движение между оправкой и валом заставит оправку перемещаться в сторону бурового конца, гарантируя тем самым что расширяющиеся элементы не переместятся в их выдвинутое состояние. Однако при значительном перемещении оправка сильно прижмет соединитель к буровому долоту так, что оправка не сможет вращаться под действием левостороннего вращения, препятствуя тем самым активации анкера, поскольку оправка не сможет свинчиваться с вала.

Для предотвращения этого использован стопор путем объединения опорных поверхностей выступающей вверх стенки 81 и язычка 83. Этот стопор действует когда эти две поверхности приходят в зацепление и ограничивают вращение анкерного устройства на валу так, что поддерживают расстояние между торцевой поверхностью анкерного устройства и торцевой поверхностью бурового долота во время бурения.

Работа стопора наилучшим образом показана на фиг.7А и 7В. Как наилучшим образом показано на фиг.7А, обеспечивается зазор между нижней поверхностью 80 бурового долота 15 и концом вала 13. Зазор является достаточно большим, так что когда соединитель свободно вращается на конце вала, выступающая стенка 81 и язычок 83 разъединяются. Таким образом, стопор является неактивным и не препятствует любому вращению оправки 29 на валу. Однако если оправка начинает перемещаться вдоль вала в направлении бурового конца 11, это в конце концов сместит соединитель с конца вала 13, перемещая тем самым язычок 83 в зацепление с выступающей стенкой 81, как показано на фиг.7В. Это заставит стопор стать активным и препятствовать дальнейшему вращению оправки в этом направлении. Также в этом положении соединитель 25 все еще является отделенным от нижней поверхности бурового долота, так что оправка остается свободно вращающейся на валу. Когда болт 10 начинает вращаться в левую сторону, у оправки не имеется препятствий для свинчивания с вала, поскольку две опорные поверхности стопора не препятствуют движению оправки в этом направлении.

Анкерное устройство 23 может дополнительно содержать кольцеобразную ленту (не показана), которая может быть расположена вокруг дальнего конца расширяющихся элементов 24. Кольцеобразная лента обычно сделана из полимерного или резинового материала и обеспечивает удержание расширяющихся элементов 24 вместе только во время транспортировки и начала бурения.

Выступы 42А, 42В соединителя выполнены для принятия двух состояний. В первом состоянии, как показано на фиг.3, выступы 42А, 42В прижаты к оправке 29. Это состояние возникает когда выступы вращаются в правую сторону, что происходит во время бурения. Во втором положении, как наилучшим образом показано справа на фиг.5, выступы выступают за пределы соединителя 25. Это происходит во время противоположного вращения болта и заставляет выступы проходить по поверхности 101 стенки пробуренного отверстия под действием этого вращения. Во втором (или раздвинутом) состоянии существует большая тенденция к зацеплению выступов за поверхность стенки пробуренного отверстия. Как только они приходят в зацепление, анкерное устройство начинает проскальзывать относительно вала, вызывая тем самым некоторое относительное перемещение. Это перемещение, в свою очередь, заставляет оправку начать свинчиваться с вала, заставляя тем самым расширяющиеся элементы раздвигаться в стороны.

Таким образом, соединитель 25 выполняет несколько функций. Первая функция состоит в удерживании расширяющихся элементов на определенном расстоянии по оси от конца вала. Вторая функция состоит во вращательном соединении оправки и расширяющихся элементов вместе. Третья функция состоит в обеспечении отверстия, так что буровое долото может навинчиваться на вал. Четвертая функция состоит в формировании части вращательного стопора, который предотвращает плотное привинчивание оправки к буровому долоту. Пятая функция состоит в обеспечении выступов, которые зацепляются за стенку канала во время закрепления, позволяя тем самым анкерному устройству вращаться относительно вала.

Вариации анкерного болта 10 показаны на фиг.9. Анкерный болт 50 включает в себя много элементов болта 10, и одинаковые элементы будут даны под одинаковыми позициями.

В болте 50 обеспечен расширяющийся узел 51, который включает в себя расширяющиеся элементы 24 и муфту 52, расположенную на валу 13 болта 50. Муфта 52 работает так же как и соединитель 25 предыдущего варианта осуществления и соединяет ближние концы 28 расширяющихся элементов 24.

В отличие от предыдущего варианта осуществления расширяющийся узел 51 ориентирован так, что дальние концы 40 расширяющихся элементов обращены к буровому концу 11, а не к хвостовому концу 12, как в предыдущем варианте осуществления. Для предотвращения движения расширяющегося узла 51 к хвостовому концу 12 узел 51 посажен на удерживающее устройство, которое содержит упорное кольцо 54, которое зафиксировано от осевого смещения на валу 13 болта, и скользящее кольцо 55, расположенное между упорным кольцом 54 и муфтой 52.

В соответствии с предыдущим вариантом осуществления, узел 51 включает в себя оправку 29, выполненную так, что ее наклоненные поверхности 30 и 31 предназначены для опоры на внутренние поверхности 35 расширяющихся элементов 24. Таким образом, относительное вращение между оправкой 29 и расширяющимися элементами вокруг оси вала тормозится. Далее, относительное движение оправки 29 в направлении хвостового конца 12 вала заставляет расширяющиеся элементы перемещаться из их сложенного положения в их выдвинутое положение. Более того, оправка соединена с валом болта с помощью резьбового соединения (не показано). Резьбовое соединение между оправкой 29 и валом 13 болта является левосторонним, так что когда анкерный болт используется в буровой операции (при правостороннем вращении вала), любое относительное движение оправки и вала заставит оправку перемещаться в сторону бурового конца, гарантируя тем самым что расширяющиеся элементы не переместятся в их выдвинутое положение. При левостороннем вращении болта 50 вращение расширяющегося элемента является возможным и пока не показано, анкерное устройство 23 может также содержать кольцо для облегчения этого вращения. Вследствие того, что часть 29 оправки и расширяющийся узел 51 вращаются вместе, это вращение передается оправки 29, активируя устройство 23 и вызывая движение оправки в сторону хвостового конца 12.

Подобно предыдущему варианту осуществления, обеспечивается стопор для предотвращения излишнего перемещения оправки в направлении бурового долота. Однако в этом варианте осуществления язычок 83, который образует одну из совместных плоскостей стопора, выполнен непосредственно на оправке 29. Как показано на фиг.1, анкерный болт 10 включает в себя рукав 62 вдоль большей части вала 13. Рукав 62 проходит практически от анкерного устройства 23 до практически хвостового конца 12. Цель рукава состоит в обеспечении, по меньшей мере, частичного пути циркуляции, чтобы обеспечить прохождение флюида от хвостового конца 12 к буровому концу 11. Этот путь циркуляции обеспечен каналом, образованным между валом 13 болта и рукавом 62, так же как и внутренним каналом 14. Внутренний канал 14 соединяется с каналом, образованным валом 13 и рукавом 62 через боковое отверстие 60. Путь циркуляции также включает в себя внешний канал 64, сформированный между рукавом 62 и стенкой 101 пробуренного отверстия 100. Этот внешний канал образован благодаря тому, что буровые наконечники 16 радиально выступают на большее расстояние, чем радиус рукава 62. Рукав 62 изолирован на его дальнем конце с помощью муфты 66. Эта муфта 66 может включать в себя внутреннюю резьбу, чтобы навинчиваться на внешнюю резьбу, нарезанную на верхней части вала 13.

Ближний конец 61 рукава 62 также изолирован с помощью соединения с патроном 43 привода, что подробно описано в заявке заявителя на патент Австралии №2006202778, которая включена в настоящую спецификацию.

Опорная тарелка и сферическая шайба 72 могут быть расположены на валу 13 и захватываться патроном 43 привода. Опорная тарелка предназначена для опоры на внешнюю поверхность пласта 500 породы.

Перед работой анкерное устройство 23 навинчивается на вал 13, пока конец 20 вала не упрется в нижнюю сторону секции 26 корпуса соединителя 25. Затем буровое долото 15 ввинчивается во внутреннюю резьбу 21 конца вала до упора конца 86 хвостовика бурового долота в дно 87 внутренней резьбы 21. В процессе работы болт 10 закреплен в буровом устройстве с помощью патрона 43 привода, который вращает анкерный болт в первом направлении. Буровой раствор закачивается в каналы циркуляции, образованные каналом между валом и рукавом 62, внутренним каналом 60 и внешним каналом 64, для смывания режущих поверхностей анкерного болта. Раствор также поступает или вытекает из отверстия в снабженном каналом патроне 43 привода. После завершения фазы бурения буровое устройство вращает болт в обратном направлении. Патрон 43 привода вращает вал 13, поскольку относительное перемещение предотвращается торсион. Это заставляет выступы 42 (если есть) отклоняться в стороны, заставляя соединитель зацепляться за поверхность 101 стенки, заставляя расширяющиеся элементы 24 и оправку 29 начинать проскальзывать относительно вала болта. Это относительное движение, вызванное между анкерным устройством и валом, заставляет оправку свинчиваться с вала, заставляя тем самым расширяющиеся элементы смещаться радиально в стороны для сцепления с поверхностью породы в пробуренном отверстии.

Когда расширяющиеся элементы сцепились с поверхностью стенки, к болту прикладывается усилие путем продолжения приложения усилия во втором направлении к патрону 43 привода. В определенной точке расширяющиеся элементы 24 оказывают на поверхность стенки породы такое большое давление, что оправка не может больше перемещаться вниз по валу. Это эффективно закрепляет болт и предотвращает его дальнейшее вращение. Это повышает усилие вращения на патроне 43 привода достижения точки, в которой оно срезает торсион, позволяя тем самым патрону привода вращаться относительно вала. Это относительное движение заставляет патрон навинчиваться на вал.

Как только патрон привода имеет возможность перемещаться вдоль вала болта, он приходит в соприкосновение с пластом 500 породы (или непосредственно или через опорную тарелку), что позволяет создать нагрузку на болт, поскольку эффективная длина болта между патроном привода и анкерным устройством уменьшилась. Как только болт оказался под достаточной нагрузкой, буровое устройство может быть удалено, и, возможно, для дополнительного укрепления может быть проведена финальная стадия установки болта на место путем введения жидкого цементного раствора через отверстие в патроне 43 привода.

В альтернативном варианте осуществления, как показано на фиг.8А и фиг.8В, буровой инструмент содержит первый и второй концы (последний не показан), вал 13', проходящий между концами. Первый конец имеет буровое долото 15' для бурения породы. Буровое долото 15' и вал 13' имеют соответствующие резьбы 22' и 21' соответственно. Нижняя поверхность 80' бурового долота и конец вала содержат стопор относительного вращения, который гарантирует, что буровое долото останется свободным во время бурения в первом направлении. Здесь термин «свободный» означает, что развинчивающее усилие не превышает 10% от свинчивающего усилия, т.е. нет необходимости в гаечном ключе или молотке для разборки бурового инструмента, но только с использованием ручного усилия.

Один из бурового долота или вала снабжен выступом 83', а другой - углублением 81'. Выступ и выступающая стенка 82' углубления 81' упираются для остановки относительного вращения бурового долота и вала. Резьбы 21' и 22' совпадают так, что выступ 83' войдет в углубление 81' для обеспечения минимального зазора между нижней поверхностью 80' бурового долота и концом вала 13'. Выступ и углубление были описаны более подробно выше в связи с предыдущим вариантом осуществления.

Альтернативный вал 90 по отношению к валу 13' для бурового инструмента на фиг.8А и фиг.8В показан с фиг.10 по фиг.12. Как и в предыдущих вариантах осуществления, вал 90 включает в себя выступ 91 на первом конце 92 и содержит внутреннюю резьбу 93, которая выполнена для приема резьбового хвостовика бурового долота 15'. Таким образом, буровой инструмент, содержащий вал 90, способен функционировать тем же образом, что и буровой инструмент на фиг.8А и фиг.8В.

Однако в отличие от вала 13', который выполнен в виде цельного элемента, вал 90 включает в себя большую часть 94 и концевую часть 95. Эти части 94 и 95 являются соосными, при этом концевая часть 95 содержит резьбовое соединение 93 для приема бурового долота и выступ 91 на его дальнем конце.

В показанном варианте осуществления главная часть 94 является обычной буровой штангой и включает в себя приводной элемент 98 привода, сформированный на втором конце 99, который предназначен для подсоединения к буровому устройству для обеспечения вращения и упора бурового инструмента. Концевая часть 95 выполнена в форме концевого соединения, которое содержит резьбовой хвостовик 96 (что наилучшим образом видно на фиг.12), предназначенный для ввинчивания в резьбовое отверстие 97, обеспеченное на конце буровой штанги 94. Резьбовое отверстие 97 обеспечено для приема бурового долота в обычной конфигурации буровой штанги. Таким образом, концевое соединение 95, которое обычно образовано в виде литого компонента, обеспечивает простой способ превращать обычную буровую штангу в штангу, которая содержит описанный выше стопорный механизм. В частности, концевое соединение 95 может быть модернизировано без необходимости выполнения какой-либо модификации буровой штанги 94.

В следующей формуле изобретения и в предшествующем описании средства стопора относительного вращения, где контекст требовал ясности языка необходимо подразумеваемого положения, слово «содержит» или такие вариации, как «содержат» или «содержащий», используются во включающем смысле, т.е. для обозначения присутствия упомянутых признаков, но не для прибавления присутствия или добавления дополнительных признаков в различных вариантах осуществления изобретения.

Вариации и/или модификации могут быть сделаны вышеописанных частей без выхода за рамки сущности или объема изобретения.

1. Самобурящий анкерный болт, содержащий первый и второй концы, вал, имеющий ось и проходящий между концами, и анкерное устройство, расположенное вдоль первой части вала вблизи первого конца и имеющее внутреннюю резьбу, взаимодействующую с внешней резьбой вала, при этом первый конец имеет буровое долото для проникновения в породу во время бурения в первом направлении и стопор для ограничения вращения анкерного устройства на валу для поддержания анкерного устройства в свободном резьбовом соединении на валу во время бурения, при этом стопор содержит сопряженные опорные поверхности, одна из которых расположена на буровом долоте, и другая из которых расположена на валу, при этом каждая опорная поверхность образована, по меньшей мере, одной выступающей вверх стенкой.

2. Самобурящий анкерный болт по п.1, в котором стопор способен ограничивать вращение анкерного устройства на валу для поддержания расстояния между торцевой поверхностью анкерного устройства и торцевой поверхностью бурового долота во время бурения.

3. Самобурящий анкерный болт по п.1 или 2, в котором второй конец выполнен с возможностью подсоединения к буровому устройству для обеспечения вращения и упора болта, и анкерное устройство содержит оправку, смонтированную на валу и взаимодействующую с внешней резьбой вала, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку и выполненный с возможностью смещения радиально наружу при вращении оправки на валу в направлении, которое вызывает перемещение оправки относительно расширяющегося элемента в сторону второго конца, при этом вращение оправки осуществляется при вращении вала во втором направлении, противоположном первому направлению.

4. Самобурящий анкерный болт по п.3, в котором одна из сопряженных опорных поверхностей стопора расположена на оправке.

5. Самобурящий анкерный болт по п.3, в котором, по меньшей мере, один расширяющийся элемент присоединен к соединителю для формирования анкерного узла, выполненного с возможностью расположения между торцевой поверхностью бурового долота и торцевой поверхностью вала.

6. Самобурящий анкерный болт по п.5, в котором одна из сопряженных опорных поверхностей стопора расположена на соединителе, при этом стопор имеет разъединенное состояние при расположении соединителя на конце вала, при котором стопор не препятствует вращению анкерного устройства на валу, и соединенное состояние при отделении соединителя от конца вала, при котором стопор препятствует вращению анкерного устройства вокруг вала и осевому перемещению оправки в сторону бурового долота во время бурения в первом направлении.

7. Самобурящий анкерный болт по п.6, в котором стопор способен приводиться из разъединенного состояния в соединенное состояние при перемещении оправки в заранее определенное положение вследствие вращения оправки на валу в направлении, которое вызывает осевое перемещение оправки в сторону бурового долота.

8. Самобурящий анкерный болт по п.6 или 7, в котором стопор способен приводиться из соединенного состояния в разъединенное состояние при перемещении оправки из заранее определенного положения вследствие вращения оправки на валу в направлении, которое вызывает осевое перемещение оправки в сторону второго конца.

9. Самобурящий анкерный болт по любому из пп.1, 2 и 4-7, в котором одно из бурового долота и анкерного устройства снабжено выступом, и другое из бурового долота и анкерного устройства снабжено углубленной поверхностью, и выступ и углубленная поверхность имеет соответствующую опорную поверхность стопора.

10. Самобурящий анкерный болт по п.9, в котором углубленная поверхность наклонена под острым углом относительно нижней поверхности бурового долота или анкерного устройства, в котором образована указанная поверхность.

11. Самобурящий анкерный болт по п.10, в котором величина острого угла превышает, по меньшей мере, на 20% величину угла наклона внешней резьбы, сформированной на валу.

12. Самобурящий анкерный болт по п.9, в котором выступ имеет максимальную высоту, которая является меньшей, чем наибольшая глубина углубленной поверхности.

13. Анкерное устройство для самобурящего анкерного болта для удержания болта, размещенного в пробуренном отверстии, содержащее оправку, и, по меньшей мере, один расширяющийся элемент, перекрывающий оправку и способный смещаться радиально наружу при заранее определенном относительном перемещении между оправкой и, по меньшей мере, одним расширяющимся элементом, при этом, по меньшей мере, один расширяющийся элемент присоединен к соединителю для образования анкерного узла, закрепленного на оправке и содержащего часть стопора для ограничения вращения анкерного узла вокруг оси анкерного болта и предотвращения осевого перемещения оправки в одном направлении вдоль анкерного болта в процессе бурения в первом направлении, при этом стопор содержит сопряженные опорные поверхности, одна из которых расположена на анкерном узле, при этом каждая опорная поверхность образована, по меньшей мере, одной выступающей вверх стенкой.

14. Анкерное устройство по п.13, дополнительно содержащее выступ, расположенный на соединителе и содержащий одну опорную поверхность стопора.

15. Анкерное устройство по п.13 или 14, в котором соединитель содержит секцию корпуса и, по меньшей мере, одну соединяющую стойку, несущую выступ.

16. Анкерное устройство по п.15, в котором выступ расположен вплотную к концу стойки, интегрирован с соединителем и способен быть пассивным во время бурения и активным во время закрепления анкерного устройства для предотвращения вращения анкерного устройства в отверстии при вращении анкерного болта.