一种锚杆让压与预应力监测集成装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种锚杆让压与预应力监测属于地下工程支护和岩土工程监测技术领域。包括套在锚杆上的钢制套筒、氮气弹簧和气压预应力监测仪，钢制套筒的后端设有用以抵在锚孔外侧岩体上的钢制套筒翼缘，前部设有与氮气弹簧对接的槽位，氮气弹簧压缩性能好，在地下工程岩体变形时使锚杆产生让压作用，当预应力施加时，高强齿轮螺母将带动气压预应力监测仪的气压推头，挤压气压预应力监测仪气缸内的氮气，使气压值与预应力值互为平衡力，气压值会被压强传感器捕捉，最终经过综合型数据读出机，根据氮气压强实时显示锚杆的预应力数值。其具有大变形让压、可回收再利用、安装简单便捷、监测精度高等优点。精度高等优点。精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆让压与预应力监测集成装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种锚杆让压与预应力监测集成装置及其使用方法，属于地下工程支护和岩土工程监测


技术介绍

[0002]近年来，随着锚杆支护技术的快速发展，对锚杆支护理论的研究也有了较大进展。逐步认识到预应力在锚杆支护中的决定性作用。关于锚杆预应力的重要性，在岩土加固工程中已经得到广泛认可和重视。通常来说，施加预应力是锚杆发挥对巷道、隧道、硐室等地下工程围岩主动支护的主要措施，施加的预应力越大则越有利于发挥锚杆的主动支护作用。随着矿产资源开采强度的增加及深地工程的大规模建设，在复杂且困难的巷道、隧道及硐室等的工程环境中，仍旧存在着锚杆的预应力施加数值不能直观获取、施加的预应力容易发生损失等工程技术难题。因此，为深入研究锚杆与围岩的相互作用机理及评价锚杆的安全使用状态，需为工程设计较为可靠的预应力监测和保持装置。
[0003]目前，工程界对锚杆预应力作用的认识还不够，尚未形成成熟且统一的理论系统，从国内外对预应力锚杆的研究成果来看，主要集中于锚固系统和加固岩体机理方面，对锚杆预应力监测及围岩控制效果评价方法的研究相对较少。目前常采用扭矩扳手、扭矩放大器、锚杆安装机、锚杆轴力测力计(压力盒、液压枕)或根据锚杆杆体的变形来判断锚杆施加预应力的大小，但此类方法仍然存在着诸如不能实时获得锚杆预应力大小、测量的精度低、可靠性差等问题，导致测试结果对锚杆支护设计指导性不强。与此同时，地下工程中围岩大变形不仅会抵消已施加的预应力，而且会造成锚杆体及其监测仪器的破坏，故锚杆让压结构(装置)也应运而生。目前锚杆的让压从机理上可分为机械滑动实现让压、增设屈服管(让压管、让压环等)实现让压和依靠本身材料的屈服伸长实现让压。但在工程应用层面可操作性及可推广性较差，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有技术的不足之处，提供一种锚杆让压与预应力监测集成装置及其使用方法，该装置具有大变形让压、可回收再利用、安装简单便捷、监测精度高等优点。
[0005]技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，设置在锚杆上，锚杆位于锚孔外的尾部设有高密螺纹段，锚杆尾部套设有氮气弹簧让压系统及气压预应力监测系统，氮气弹簧让压系统及气压预应力监测系统之间通过吸盘连接，其中氮气弹簧让压系统设置在锚孔内部的锚杆段上，气压预应力监测系统设置在锚孔外部的高密螺纹段上；
[0006]氮气弹簧让压系统包括套在锚杆上的钢制套筒，钢制套筒前端封闭仅开有允许通过锚杆的孔，钢制套筒后端全开口并设有法兰状的钢制套筒翼缘，钢制套筒插入锚孔，后端的钢制套筒翼缘抵设在锚孔所在的岩体壁上，钢制套筒内在锚杆两侧设有一对氮气弹簧，氮气弹簧的端部与钢制套筒前端内侧连接，氮气弹簧的尾部设有与气压预应力监测系统接
触的自锁挡板，自锁挡板能够抵挡因围岩变形而向外突出的氮气弹簧，达到压缩氮气弹簧，让压保护锚杆的目的；
[0007]气压预应力监测系统包括可旋转托盘、两支内部充有氮气的气缸及设在锚杆尾部高密螺纹段上的高强齿轮螺母，可旋转托盘为中心开孔的圆盘结构，可旋转托盘的开孔通过轴承连接管与高密螺纹段连接，其中两支气缸的底端通过螺栓对称设置在可旋转托盘的旋转面上，可旋转托盘的另一个旋转面通过吸盘与钢制套筒翼缘连接，两支气缸之间通过横梁设有旋转握把；所有气缸内设有气压推头，气压推头顶部连接有刚性推动杆，刚性推动杆为异形结构，刚性推动杆的一端与气压推头连接，另一端与高强齿轮螺母通过高强螺栓连接；所有气缸上均设有注气孔，刚性推动杆上设有齿带，气缸上设有与齿带匹配从而保证刚性推动杆移动轨迹的小齿轮；在高强齿轮螺母与可旋转托盘之间设有托盘螺母稳固器，从而固定施加预应力后高强齿轮螺母与可旋转托盘的相对位置；
[0008]所有气缸底部均设有压强传感器，所有压强传感器通过内置数据线连接至综合型数据读出机；
[0009]当岩体变形时使锚杆产生让压作用，当预应力施加时，高强齿轮螺母带动气压预应力监测仪的气压推头向下挤压气缸内的氮气，使气缸的气压值与预应力值平衡，气压值被压强传感器获取，最终经过综合型数据读出机根据氮气压强实时显示锚杆的预应力数值。
[0010]进一步，氮气弹簧为气体活塞结构，包括氮气缸，氮气缸内气缸活塞头，气缸活塞头上连接有活塞传动杆，其中氮气缸端部设有卡槽，钢制套筒端部内侧设有卡榫，氮气缸端部的卡槽与钢制套筒端部的卡榫快速连接，自锁挡板与氮气弹簧的末端接触。
[0011]进一步，在使用气压预应力监测仪前，先从注气孔为气缸内充入一个大气压强的氮气，利用氮气膨胀将气压推头缓慢推至气缸顶端，调整综合型数据读出机上的压力值归零后关闭注气孔，定义此时的压强传感器为0。
[0012]进一步，在锚杆尾部安装高强齿轮螺母后，首部为气压推头的刚性推动杆末端通过两根高强螺栓与高强齿轮螺母固定在一起；具体的，通过旋转握把施加预应力矩，将高强齿轮螺母沿着锚杆朝岩体方向旋进并完成安装；所述自锁挡板内侧设有与高密螺纹段相匹配的内螺纹，使其能够在锚杆上移动。
[0013]进一步，氮气弹簧的氮气缸充有一个大气压力的氮气，氮气弹簧在正常状态处于自然伸长的松弛状态，总长度与钢制套筒长度一致，当岩体发生变形时，岩体会推动钢制套筒整体向锚孔外法线方向产生位移，此时固定在锚杆上的自锁挡板挤压氮气弹簧的活塞传动杆，阻止其继续跟随钢制套筒外移，在钢制套筒的压迫下，气缸活塞头会挤压氮气缸内氮气，氮气弹簧收缩，以缓解因岩体变形而导致的锚杆被损坏。
[0014]进一步，刚性推动杆包括垂直于气缸设置并能够随气压推头在气缸内移动的活塞杆段，活塞杆段的端部通过连接段连接有与活塞杆段平行设置的高强齿轮螺母连接段，高强齿轮螺母连接段端部通过高强螺栓与高强齿轮螺母连接，高强齿轮螺母连接段上设有与小齿轮匹配的齿带，方便刚性推动杆水平位移。
[0015]进一步，可旋转托盘与钢制套筒翼缘接触面之间通过多个吸盘连接，将可旋转托盘的接触面与钢制套筒的钢制套筒翼缘连接，可旋转托盘另一旋转面通过4根螺栓与气压预应力监测仪固定从而实现同步旋转运动。
[0016]进一步，在高强齿轮螺母与可旋转托盘之间设置的托盘螺母稳固器，托盘螺母稳固器为长度可调结构，托盘螺母稳固器包括可伸缩杆和安装可伸缩杆的底座，底座上设有长度固定旋钮，可伸缩杆用来自定义调整托盘螺母稳固器长度，长度固定旋钮用来固定可伸缩杆的位置；可伸缩杆和底座端部均设有挂钩，分别用以固定在螺栓和高强螺栓上。
[0017]进一步，综合型数据读出机需要将来自内置数据线的干路电信号进行加法计算，由于施加的预应力和气缸内氮气压强互为一对平衡力，则显示的压强值结果即为所施加的预应力值，并且数据会根据气缸内氮气压强的情况实时变化，除综合型数据读出机外，所有电路原件均内置于气压预应力监测仪中。
[0018]一种锚杆让压与预应力监测集成装置的使用方法，其特征在于步骤如下：
[0019]步骤一，在岩体上布置锚孔，对锚孔端部0.5～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚杆让压与预应力监测集成装置，设置在锚杆(1)上，其特征在于：锚杆(1)位于锚孔(15)外的尾部设有高密螺纹段(24)，锚杆(1)尾部套设有氮气弹簧让压系统及气压预应力监测系统，氮气弹簧让压系统及气压预应力监测系统之间通过吸盘连接，其中氮气弹簧让压系统设置在锚孔(15)内部的锚杆段上，气压预应力监测系统设置在锚孔(15)外部的高密螺纹段(24)上；氮气弹簧让压系统包括套在锚杆(1)上的钢制套筒(13)，钢制套筒(13)前端封闭仅开有允许通过锚杆(1)的孔，钢制套筒(13)后端全开口并设有法兰状的钢制套筒翼缘(10)，钢制套筒(13)插入锚孔(15)，后端的钢制套筒翼缘(10)抵设在锚孔(15)所在的岩体(12)壁上，钢制套筒(13)内在锚杆(1)两侧设有一对氮气弹簧(16)，氮气弹簧(16)的端部与钢制套筒(13)前端内侧连接，氮气弹簧(16)的尾部设有与气压预应力监测系统接触的自锁挡板(17)，自锁挡板(17)能够抵挡因围岩变形而向外突出的氮气弹簧，达到压缩氮气弹簧，让压保护锚杆的目的；气压预应力监测系统包括可旋转托盘(11)、两支内部充有氮气的气缸(5)及设在锚杆(1)尾部高密螺纹段(24)上的高强齿轮螺母(23)，可旋转托盘(11)为中心开孔的圆盘结构，可旋转托盘(11)的开孔通过轴承连接管与高密螺纹段(24)连接，其中两支气缸(5)的底端通过螺栓(9)对称设置在可旋转托盘(11)的旋转面上，可旋转托盘(11)的另一个旋转面通过吸盘与钢制套筒翼缘(10)连接，两支气缸(5)之间通过横梁设有旋转握把(2)；所有气缸(5)内设有气压推头(4)，气压推头(4)顶部连接有刚性推动杆(3)，刚性推动杆(3)为异形结构，刚性推动杆(3)的一端与气压推头(4)连接，另一端与高强齿轮螺母(23)通过高强螺栓(19)连接；所有气缸(5)上均设有注气孔(7)，刚性推动杆(3)上设有齿带(6)，气缸(5)上设有与齿带(6)匹配从而保证刚性推动杆(3)移动轨迹的小齿轮(22)；在高强齿轮螺母(23)与可旋转托盘(11)之间设有托盘螺母稳固器(18)，从而固定施加预应力后高强齿轮螺母(23)与可旋转托盘(11)的相对位置；所有气缸(5)底部均设有压强传感器(21)，所有压强传感器(21)通过内置数据线(20)连接至综合型数据读出机(8)；当岩体变形时使锚杆(1)产生让压作用，当预应力施加时，高强齿轮螺母(23)带动气压预应力监测仪的气压推头(4)向下挤压气缸(5)内的氮气，使气缸(5)的气压值与预应力值平衡，气压值被压强传感器(21)获取，最终经过综合型数据读出机(8)根据氮气压强实时显示锚杆(1)的预应力数值。2.根据权利要求1所述的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，其特征在于：氮气弹簧(16)为气体活塞结构，包括氮气缸(30)，氮气缸(30)内气缸活塞头(29)，气缸活塞头(29)上连接有活塞传动杆(28)，其中氮气缸(30)端部设有卡槽(31)，钢制套筒(13)端部内侧设有卡榫(14)，氮气缸(30)端部的卡槽(31)与钢制套筒(13)端部的卡榫(14)快速连接，自锁挡板(17)与氮气弹簧(16)的末端接触。3.根据权利要求1所述的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，其特征在于：在使用气压预应力监测仪前，先从注气孔(7)为气缸(5)内充入一个大气压强的氮气，利用氮气膨胀将气压推头(4)缓慢推至气缸顶端，调整综合型数据读出机(8)上的压力值归零后关闭注气孔(7)，定义此时的压强传感器为0。4.根据权利要求1所述的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，其特征在于：在锚杆
(1)尾部安装高强齿轮螺母(23)后，首部为气压推头(4)的刚性推动杆(3)末端通过两根高强螺栓(19)与高强齿轮螺母(23)固定在一起；具体的，通过旋转握把(2)施加预应力矩，将高强齿轮螺母(23)沿着锚杆(1)朝岩体(12)方向旋进并完成安装；所述自锁挡板(17)内侧设有与高密螺纹段(24)相匹配的内螺纹，使其能够在锚杆(1)上移动。5.根据权利要求1所述的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，其特征在于：氮气弹簧(16)的氮气缸(30)充有一个大气压力的氮气，氮气弹簧(16)在正常状态处于自然伸长的松弛状态，总长度与钢制套筒(13)长度一致，当岩体(12)发生变形时，岩体(12)会推动钢制套筒(13)整体向锚孔(15)外法线方向产生位移，此时固定在锚杆(1)上的自锁挡板(17)挤压氮气弹簧(16)的活塞传动杆(28)，阻止其继续跟随钢制套筒(13)外移，在钢制套筒(13)的压迫下，气缸活塞头(29)会挤压氮气缸(30)内氮气，氮气弹簧(16)收缩，以缓解因岩体(12)变形而导致的锚杆(1)被损坏。6.根据权利要求1所述的一种锚杆让压与预应力监测集成装置，其特征在于：刚性推动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆彬，宋子鸣，刘滨，康永水，黄炳香，宋洋，辛学奎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：