КОНТРОЛИРУЕМОЕ РАСШИРЕНИЕ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

Область использования изобретения

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу установки вручную анкерных болтов, расширяемых посредством воздействия давлением и к устройству для их установки.

Предпосылки создания изобретения

Туннели часто прокладывают в узких пространствах, при этом требуется, чтобы оператор вручную установил, например, анкерные болты и другие виды средств для поддерживания горной породы. Установка вручную анкерных болтов включает присоединение оператором вручную устройства для установки к анкерному болту. Устройство для установки содержит установочный шток, присоединенный к насосной системе, посредством которой осуществляют воздействие давлением на анкерный болт.

При воздействии давлением среду, например воду, нагнетают в анкерный болт с помощью насосной системы, а более конкретно, с помощью высоконапорного насоса, посредством чего анкерный болт расширяется. Для расширения анкерного болта требуется воздействие давлением определенного уровня и поддержание этого давления в течение периода времени, достаточного для обеспечения расширения анкерного болта.

Насосная система, используемая для воздействия давлением на анкерные болты, обычно содержит систему управления с низким уровнем интеллекта, с помощью которой стремятся только поддерживать давление, создаваемое высоконапорным насосом, постоянным на предварительно заданном уровне. Требуемое давление зависит от типа анкерного болта, но часто составляет 240 или 300 бар.

Между анкерным болтом и высоконапорным насосом установлен трехходовой клапан, функция которого заключается в открывании прохода для потока жидкости в анкерный болт при воздействии давлением, закрывании прохода для потока жидкости от насоса после окончания установки и в последующем отводе из анкерного болта закачанной жидкости. Трехходовым клапаном управляет оператор посредством рукоятки.

Недостатком существующего в настоящее время способа установки вручную анкерных болтов является то, что процесс установки сложен для выполнения ее оператором. Так как оператор прикладывает давление путем нажима на рукоятку или высвобождения рукоятки, соответственно, в устройстве для установки, давление может иногда сбрасываться и, кроме того, оператору бывает сложно понять, в течение какого времени поддерживалось определенное давление и, следовательно, в течение какого времени происходило расширение анкерного болта. Оказалось, что оператор часто переоценивает длительность истекшего времени при установке вручную анкерных болтов и, следовательно, склоняется к преждевременному прерыванию процесса установки. Таким образом, выявлено, что при установке анкерных болтов некоторые из них оказывались недостаточно расширенными, в результате чего возникали проблемы, связанные с качеством их установки и недостаточной надежностью поддержания горной породы.

В связи с этим было бы желательным создание способа и устройства, посредством которых можно было бы упростить и усовершенствовать установку вручную анкерных болтов.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, посредством которых можно устранить упомянутые выше проблемы. Более конкретно, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа установки вручную анкерных болтов и устройства для его осуществления, при применении которых процесс установки анкерных болтов являлся бы полностью завершенным. Другой целью настоящего изобретения является создание способа установки вручную анкерных болтов и устройства для его осуществления, при применении которых исключались бы все сомнения относительно правильности установки анкерного болта.

Эти и другие цели достигают в соответствии с настоящим изобретением посредством применения способа установки вручную расширяемых анкерных болтов согласно п.1 формулы изобретения и посредством применения системы управления согласно п.8 формулы изобретения.

Упомянутые выше цели достигают путем применения способа установки вручную расширяемых посредством воздействия давлением анкерных болтов согласно настоящему изобретению, включающего присоединение источника давления к расширяемому анкерному болту, при котором оператор начинает выполнение последовательности операций, при которых анкерный болт подвергается воздействию давления предварительно заданного уровня. Предварительно заданное давление поддерживается в течение предварительно заданного периода времени в ходе установки анкерного болта. Таким способом препятствуют ошибочному преждевременному прерыванию процесса установки анкерного болта оператором, благодаря чему может быть гарантировано качество поддержки горной породы. Оператор, однако, может осознанно прервать процесс установки путем нажатия на кнопку сброса, например, при обнаружении утечки или подобной неисправности.

Согласно одному варианту исполнения настоящего изобретения подается сигнал после успешного завершения последовательности операций по установке. Благодаря этому оператор никогда не должен самостоятельно оценивать, достаточно ли долго проходил процесс расширения анкерного болта, и риск преждевременного прерывания процесса расширения, таким образом, исключается.

Согласно другому варианту исполнения настоящего изобретения издается сигнал и предпочтительно сообщение об ошибке в случае, если последовательность операций по установке не выполнена успешно. Таким способом оператора предупреждают о том, что установка выполнена некачественно и следует произвести повторную установку. Таким образом обеспечивают установку анкерных болтов с гарантированным качеством.

Согласно еще одному варианту исполнения настоящего изобретения осуществляют установку таймера или какого-либо другого средства в исходное положение, когда предварительно заданное давление в течение предварительно заданного промежутка времени оказалось ниже определенного уровня давления, и повторно запускают таймер после достижения определенного уровня давления. Таким образом гарантируется реальное поддержание давления, требуемого для полного расширения анкерного болта, в течение предварительно заданного периода времени.

Согласно еще одному варианту исполнения настоящего изобретения зажимной патрон или какое-либо другое средство, используемое для установки, удерживают в зажатом состоянии на анкерном болте до истечения предварительно заданного периода времени. Таким образом обеспечивают прочную и надежную установку анкерного болта.

Согласно еще одному варианту исполнения настоящего изобретения перед началом процесса установки оператору предоставляют возможность выполнения действий в течение определенного периода времени до начала выполнения последовательности операций. Таким образом, оператору предоставляют определенное время на визуальное выявление наличия возможных неисправностей в системе, и в течение этого времени оператор может предотвратить начало выполнения последовательности действий.

Настоящее изобретение также относится к системе управления для установки вручную расширяемых анкерных болтов, с помощью которой достигаются описанные выше преимущества.

Дополнительные преимущества достигаются благодаря применению различных отличительных особенностей изобретения, и эти преимущества станут более понятными при ознакомлении с последующим описанием.

Краткое описание чертежей

фиг.1 изображает способ установки анкерного болта;

фиг.2 схематически изображает способ расширения расширяемого анкерного болта;

фиг.3 - блок-схему, иллюстрирующую последовательность операций при установке анкерного болта согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов исполнения изобретения

Ниже со ссылками на фиг.1 описан способ установки вручную расширяемого анкерного болта согласно настоящему изобретению. Оператор 1 имеет доступ к устройству для установки анкерных болтов, содержащих установочный шток 2 с рукояткой 3 на одном его конце и установочным зажимным патроном 4 на другом его конце. Установочный шток 2 присоединен к высоконапорному насосу 5, и насосом нагнетают среду, например, воду, под предварительно заданным давлением в анкерный болт 6. Путем нажима, например, на рукоятку 3 оператор 1 начинает последовательность операций по установке, которую он затем не может прервать каким-либо иным способом, кроме нажима на кнопку сброса, которую предпочтительно располагают на высоконапорном насосе 5.

В отличие от аналогов, в которых оператор сам должен был решать, завершена ли установка анкерного болта, и сам должен был оценивать, как долго следует расширять анкерный болт, в соответствии с настоящим изобретением оператор 1 должен только начать последовательность операций по установке.

Способ расширения анкерного болта далее описан коротко, со ссылками на фиг.2, для пояснения последовательности операций по установке. В течение фазы 1 анкерный болт заполняют водой (или другой жидкостью), и давление не должно быть очень высоким. После этого предел давления повышают для обеспечения постоянной деформации (фаза 2). Во время осуществления постоянной деформации (фаза 3) давление несколько снижается, надрез анкерного болта раскрывается и его прижимают (фаза 4) так, чтобы он плотно прилегал к горной породе. Во время фазы 4 происходит также упругая деформация горной породы. В последней фазе, являющейся критической фазой установки, давление достигает предварительно заданного предела. Давление следует поддерживать на этом уровне в течение предварительно заданного периода времени, обычно составляющего 6 секунд для обеспечения полного расширения анкерного болта в скважине. Для расширения различных анкерных болтов требуется различное давление, и даже при использовании анкерных болтов одного и того же вида их сопротивление может колебаться в некоторых пределах. Давление, несколько превышающее 300 бар, является, однако, достаточным.

Основное назначение системы 7 управления согласно настоящему изобретению заключается в обеспечении цикла, описанного со ссылками на фиг.2, который не может быть прерван вручную оператором 1. Оператор 1, таким образом, не должен иметь возможности прерывания процесса установки путем отвода рукоятки 3, и последовательность операций при установке продолжается, даже если оператор высвободил бы рукоятку 3.

Система 7 управления показана на фиг.1 только схематически в виде отдельного блока, соединенного с высоконапорным насосом 5, но понятно, что он может представлять собой часть высоконапорного насоса 5 или, например, часть, которую можно располагать где угодно в системе насоса. Система 7 управления содержит средство, например, таймер, с помощью которого после истечения предварительно заданного периода времени выключают реле высоконапорного насоса 5. На анкерный болт следует воздействовать давлением предварительно заданной величины в течение периода времени, определяемого в фазе 5, скажем, 6 секунд, и зажимной патрон 4 не должен ослаблять зажима анкерного болта 6 по истечении времени. Если давление в течение этой фазы падает ниже определенного значения, то таймер повторно переустанавливается в исходное положение и снова начинает отсчет времени только тогда, когда будет достигнуто определенное давление.

Процесс установки содержит следующие этапы, проиллюстрированные на блок-схеме на фиг.3: на этапе 100 оператор вручную присоединяет источник давления к анкерному болту, который надлежит подвергнуть расширению; на этапе 102 оператор начинает последовательность операций, при которых анкерный болт подвергают воздействию давления предварительно заданного уровня; на этапе 104 с помощью системы 7 управления поддерживают предварительно заданное давление в течение предварительно заданного периода времени, и на эти параметры оператор не может воздействовать.

Например, когда оператор нажимает на рукоятку в устройстве для установки анкерного болта, датчик в рукоятке может подать сигнал в систему 7 управления, в результате чего начинается выполнение последовательности операций по установке. Датчик соединен с системой 7 управления, посредством которой управляют высоконапорным насосом 5. Система 7 управления затем начинает отсчет времени, например, с помощью таймера и контролирует условия, при которых должно быть достигнуто установленное давление в анкерном болте, и это давление должно поддерживаться в течение определенного предварительно заданного периода времени (время и давление соответствуют фазе 5 на фиг.2). После истечения предварительно заданного периода времени реле, получившее сигнал от таймера о том, что предварительно заданный период времени истек, может отключить источник создания давления, например, высоконапорный насос 5. Измерение времени не должно производиться с использованием механического средства, но может, конечно, альтернативно, осуществляться путем использования программного обеспечения. По истечении предварительно заданного периода времени оператор знает, что установка завершена, и при этом он уверен, что анкерный болт установлен правильно.

Трехходовой клапан, упомянутый во вводной части описания, может быть, таким образом, в настоящем изобретении исключен и заменен, например, датчиком.

Иногда случается, что анкерный болт невозможно расширить, если, например, в анкерном болте нет отверстия. Если это так, то давление достигнет определенного значения мгновенно, и последовательность операций прервется после истечения предварительно заданного периода времени, как обычно. Анкерный болт, однако, не будет расширен, но при этом не будет опасности того, что в скважине остался частично расширенный анкерный болт. Таким образом, оператора предупреждают о том, что анкерный болт дефектный, и качество поддержки горной породы может быть, таким образом, также гарантировано.

Система 7 управления также «справляется» с ситуацией, когда предварительно заданное давление не может быть достигнуто в анкерном болте, например, из-за протечки в анкерном болте. Оператор может при этом выключить высоконапорный насос путем нажатия на кнопку сброса на рукоятке штока устройства или на самом высоконапорном насосе или подобным образом.

В альтернативном варианте указанная функция может быть выполнена в том случае, когда, например, с помощью таймера определяют, что последовательность операций выполнена в течение предварительно заданного максимального периода времени, в течение которого предварительно заданное давление должно было быть достигнуто и выдержано в течение предварительно заданного периода времени. Таймер затем настраивают на период времени, требующийся для выполнения всего цикла установки и, если этот период времени превышен, последовательность операций по установке прерывают. Важно, чтобы суммарная установленная продолжительность периода времени не была слишком короткой, так как установка анкерного болта при этом может быть прервана преждевременно без предупреждения оператора об этом. Если система 7 управления использует такое максимальное значение периода времени на установку, после которого последовательность операций по установке прерывается, определенный сигнал может быть подан для предупреждения оператора об истечении максимального периода времени. Кроме того, сообщение об ошибке может быть представлено оператору, например, «установка анкерного болта дефектна». Оператор должен затем запустить систему снова, т.е. вернуть ее в исходное положение.

Описанную выше функцию можно использовать в том случае, когда давление никогда не достигает предварительно заданного уровня и требуемого уровня, но также и в том случае, если давление вдруг падает ниже этого уровня до истечения требуемого периода времени. Анкерный болт при этом неправильно установлен, он был расширен только частично, и система 7 управления должна об этом предупредить оператора. Частично расширенные анкерные болты могут, например, появиться в случае, если анкерный болт начинает протекать, или если возникла протечка в системе насоса. Так как оператор, согласно настоящему изобретению, может прервать установку вручную только путем нажатия на кнопку сброса и так как, в противном случае, он должен быть оповещен сообщением об ошибке или сигналом, он будет, таким образом, всегда оповещен о том, что анкерный болт не был правильно установлен.

Если оператор ошибочно начал выполнение последовательности операций по установке, например, если он начал выполнение последовательности операций при отсутствии в зажимном патроне вставленного анкерного болта, система 7 управления определит это в альтернативном варианте исполнения. Система 7 управления определяет, что повышение давления нормальное, что не соответствует случаю, когда, например, отсутствует анкерный болт. Система 7 управления затем прерывает выполнение последовательности операций и мгновенно повторно начинает ту же самую операцию, если это возможно. В альтернативном варианте исполнения начало выполнения последовательности операций по установке требует от оператора действия в течение определенного заданного периода времени, например, чтобы оператор нажал на рукоятку в течение определенного периода времени, например, 2 секунды, до начала выполнения последовательности операций и до, так называемой, фиксации и невозможности в дальнейшем прерывания оператором. В течение этой начальной фазы, перед тем, как начнет выполняться последовательность операций, у оператора имеется время посмотреть, например, имеет ли место протечка в насосной системе, и он может при этом остановить начало выполнения последовательности операций.

Согласно варианту исполнения изобретения система 7 управления может также содержать счетчик для подсчета числа правильно установленных анкерных болтов. Это может быть полезным, например, когда очень важно, чтобы было установлено определенное количество анкерных болтов или в случае желательности накопления статистических данных.

Согласно изобретению расширение анкерного болта не может быть ошибочно прервано преждевременно и, таким образом, нет риска в закреплении анкерного болта в горной породе, которую надлежит удалить, и таким образом, компенсировать поддержку недостатка горной породы.

Кроме того, с помощью настоящего изобретения можно исключить все сомнения оператора по поводу того, был ли анкерный болт закреплен правильно или нет. Согласно изобретению оператор всегда знает, была ли достигнута установка анкерного болта или нет.

С помощью системы 7 управления согласно настоящему изобретению обеспечивают условия, при которых анкерные болты 6 подвергают воздействию давления предварительно заданного уровня и поддерживают заданное давление в течение предварительно заданного требовавшегося периода времени. Благодаря этому обеспечивается очень надежная установка вручную анкерных болтов.

Изобретением обеспечивают возможность поддержания давления и времени для отдельных болтов для обеспечения соответствующего качества установки болтов.