一种高强稳阻可卸压回收锚杆及围岩变形监测方法技术

本发明专利技术公开了一种高强稳阻可卸压回收锚杆及围岩变形监测方法。该锚杆包括杆体、套管、卡位环、内螺母、外螺母以及托盘。卡位环用于套管与杆体之间的卡合，外螺母与托盘用于为该锚杆施加预紧力，围岩变形的监测是由托盘带动套管运动后，用尺子测量套管与杆体之间的相对位移实现的。该装置不仅能够为煤矿巷道围岩支护提供预紧力，同时能够克服常规锚杆延伸性差的缺陷，使得锚杆支护系统在煤矿回采巷道掘进期与回采期支护期具有“高强稳阻吸能”的性能，对增强围岩自身的承载能力、抵抗围岩大变形和防治冲击矿压有积极意义；该装置能够快速、便捷且精确的测量出巷道围岩的变形量，同时该装置能够在围岩变形结束后，将套管卸压后取出进行重复利用。

【技术实现步骤摘要】
一种高强稳阻可卸压回收锚杆及围岩变形监测方法
本专利技术涉及巷道支护中的锚杆
，具体而言，涉及一种高强稳阻可卸压回收锚杆。
技术介绍
目前我国煤矿开采进入了“深部开采”及“高强开采”的新格局，开采水平在800米以下、回采巷道跨度超过5米已经成为了常态。“深部开采”中，回采巷道由于受到“三高一扰动”的影响，软岩巷道会更易于产生大变形，硬岩巷道会遭受高弹性应变能集聚从而引发冲击矿压、岩爆等动力灾害的威胁；“高强开采”中，由于巷道断面的不断增大，也造成巷道围岩容易产生大变形，回采速度的不断增大也加大了巷道围岩产生动力灾害的可能性。传统的钢筋作为锚杆支护材料，由于其延伸率不足，已经不能够满足抵抗巷道大变形、与围岩协调变形过程中吸收弹性应变能的要求。因此，“让压锚杆”近年来在国内外得到了大力发展。目前国内外公开的“让压锚杆”主要从材料与结构的角度出发来增大锚杆的延伸率。例如，在托盘与螺母间加入让压环，通过压缩让压环实现大变形，然而，让压的距离往往在300mm到500mm内，不能实现大变形的目的；利用钛钢材料作为套管，在钢筋杆体中设置锥体从而使得围岩在变形过程中，套管、杆体、锥体三者组成的负泊松比结果，能够实现大变形的目的，然而，钛钢昂贵的价格也限制了其的大范围应用。利用多级插销剪切破坏过程产生的作用力来抵抗围岩变形，尽管支护力得到了提高，但是由于多级插销中存在空隙，围岩变形难以实现稳定支护。
技术实现思路
本专利技术目的是，克服现有技术及应用存在的上述缺陷，提供一种高强稳阻可卸压回收锚杆，能够在设定杆体抗拉强度80%左右的稳定阻力下实现较大行程的稳阻支护，同时能够重复利用，节省应用成本。本专利技术为实现专利技术目的所采用的技术方案是：一种高强稳阻可卸压回收锚杆，由杆体、套管、卡位环、内螺母、以及托盘和外螺母等构件组成。其特征是：所述杆体的一端带有一段螺纹；所述套管内壁设置部分长度的斜面，呈向外的喇叭口状；套管的外壁在位于喇叭口端带有一段螺纹；所述卡位环外周设钢珠套，钢珠套中布设钢珠。所述托盘的中心设圆孔；上述构件的装配关系：所述套管套装在杆体的螺纹端，喇叭口向外；所述卡位环穿入杆体装入套管中，内螺母旋入杆体螺纹段并压紧卡位环；所述托盘套在套管上，外螺母旋入套管外壁的螺纹。所述套管、杆体和钢珠三者之间的材料硬度、屈服极限和强度极限依次为，杆体最小，套管居中，钢珠最大。套管远离托盘一端的内壁中设有止滑套。本专利技术高强稳阻可卸压回收让压锚杆，其安装使用方法是：安装时，先将杆体锚固在围岩中，带螺纹的一端露在岩体外。插入套管，套管的喇叭口朝外，在套管中放入卡位环；将内螺母旋入杆体的螺纹，旋紧内螺母，利用内螺母压紧卡位环，使得其上的钢珠固定在抵靠斜面上。在套管上安装托盘，采用机械张拉装置，抵住托盘，将套管往外拉，使卡位环、锚杆和套管卡紧；同时将外螺母旋入套管外壁的螺纹，根据现场支护要求施加对应的预紧力。当围岩在小变形阶段，通过套管、钢珠以及杆体之间的挤压力的卡合作用，实现与常规锚杆相同的支护功能。而当围岩发生大变形时，托盘带动套管向巷道围岩外侧运动，使得套管、钢珠与杆体三者之间的挤压力也随之增大，当三者中的任何一个材料达到其塑性屈服极限时，套管与杆体就会发生错动，实现稳阻支护。由于套管、杆体和钢珠三者之间的材料硬度、屈服极限和强度极限依次杆体最小，套管居中，钢珠最大，因此，杆体与钢珠接触的局部会首先进入塑性屈服状态，钢珠会嵌入杆体，产生沿轴向的接触分力，该分力即为锚杆的工作阻力来源。当钢珠与套管运动到抵抗斜面的终点后，钢珠嵌入杆体的深度将保持不变，因此工作阻力也将会保持不变。该高强稳阻可卸压回收锚杆的稳定工作阻力是由套管、钢珠和杆体的结构特征和材料特征所决定的。一般可把工作阻力设定在杆体弹性极限的80%左右。该稳阻锚杆可提供的支护行程是套管的长度，也即止滑套与内螺母之间的距离。当然，这可以根据围岩变形的特征，通过调整外套管的长度来设定支护行程。当套管与内螺母发生抵靠时，本专利技术的锚杆的支护功能又与常规锚杆相同。在支护过程中，利用尺子测量套管与杆体之间的相对位移能反映出围岩的轴向变形。支护行程后，将外螺母松开，同时将托盘松动，利用机械工具往里敲套管，使得其与杆体之间的接触压力释放，然后将套管取出以便回收利用。止滑套及内螺母可用于在稳阻支护行程结束时二者相抵靠，防止杆体与托盘相脱离，此时稳阻锚杆的支护功能与常规锚杆相同。围岩轴向变形的概念是围岩在与锚杆协调变形中，在锚杆轴向上的位移大小。例如，巷道顶底板移近量、两帮变形量均是围岩轴线变形的衍生。一种使用本专利技术高强稳阻可卸压回收锚杆进行围岩变形监测的方法，其特征是：使用本专利技术高强稳阻可卸压回收锚杆锚固围岩，在围岩变形过程中，按照设定的时间间隔测量套管与杆体之间的相对位量，该相对位移量即是被监测围岩的轴向变形量。因此，根据本专利技术锚杆的结构特点及产生工作阻力的机制，本专利技术的工作阻力稳定，且可根据现场要求，调整结构的材料参数和结构参数，能够得到不同的稳阻数值以及支护距离；在支护结束后，可以将套管取出进行重复利用；通过测量套管与杆体之间的相对位移大小，能够得到围岩轴向位移；如果杆体设定为玻璃钢材质，当割煤机在采煤工作面进行作业时，只需退出托盘与套管而不需要将杆体拔出，因此能够适应“高产高效”采煤的快速回采速度。附图说明图1为本专利技术高强稳阻可卸压回收锚杆的结构示意图。图2为本专利技术高强稳阻可卸压回收锚杆杆体的结构示意图。图3为图1中Ⅱ处的放大示意图。图4为本专利技术高强稳阻可卸压回收锚杆锚固段的结构示意图。图5为本专利技术实施例中围岩变形监测方法示意图。图标：200-高强稳阻可卸压回收锚杆；210-杆体；220-套管；230-卡位环；211-内螺母；221-外螺母；222-抵靠斜面；223-止滑套；231-钢珠套；232-钢珠；240-托盘；300-巷道围岩；310-锚固段；320-围岩变形量；400-直尺。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图所示，本专利技术提出的一种高强稳阻可卸压回收锚杆200，包括杆体210、卡位环230、套管220、内螺母211、外螺母221和托盘240等组件组成。该高强稳阻可卸压回收锚杆200不仅能够为围岩施加预紧力，同时能够实现高强稳阻支护功能，能适用于围岩300大变形、动压状态下的稳定性控制，可以克服常规锚杆延伸率差的缺点。图1及图2示出了实施例中提供的高强稳阻可卸压回收锚杆200的具体结构。从图1及图2中可以看出，杆体210的一端外周带有一段螺纹，用于安装内螺母211。套管220套设在杆体210外，并且套管220的一端设有托盘240。套管220内壁设置部分长度的斜面，呈向外的喇叭口状；套管220的外壁在位于喇叭口的一端带有一段螺纹。另一端的内壁中设有止滑套223。卡位环230外周为钢珠套231，钢珠套中布满钢珠232。托盘240的中心设圆孔。套管220、杆体210和钢珠232三者之间的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强稳阻可卸压回收锚杆，由杆体、套管、卡位环、内螺母、以及托盘和外螺母等构件组成；其特征是：所述杆体的一端带有一段螺纹；所述套管内壁设置部分长度的斜面，呈向外的喇叭口状；套管的外壁在位于喇叭口端带有一段螺纹；所述卡位环外周设钢珠套，钢珠套中布设钢珠；所述托盘的中心设圆孔；上述构件的装配关系是，所述套管套装在杆体的螺纹端，喇叭口向外；所述卡位环穿入杆体装入套管中，内螺母旋入杆体螺纹段并压紧卡位环，使其上的钢珠固定在抵靠斜面上；所述托盘套在套管上，外螺母旋入套管外壁的螺纹。

【技术特征摘要】
1.一种高强稳阻可卸压回收锚杆，由杆体、套管、卡位环、内螺母、以及托盘和外螺母等构件组成；其特征是：所述杆体的一端带有一段螺纹；所述套管内壁设置部分长度的斜面，呈向外的喇叭口状；套管的外壁在位于喇叭口端带有一段螺纹；所述卡位环外周设钢珠套，钢珠套中布设钢珠；所述托盘的中心设圆孔；上述构件的装配关系是，所述套管套装在杆体的螺纹端，喇叭口向外；所述卡位环穿入杆体装入套管中，内螺母旋入杆体螺纹段并压紧卡位环，使其上的钢珠固定在抵靠斜面上；所述托盘套在套管上，外螺母旋入套管外壁的螺纹。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇，郝阳，郝观，李盼，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32