一种防脱锚恒定阻力让压锚杆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防脱锚恒定阻力让压锚杆装置及其使用方法，属于矿山井巷、隧道、地下工程支护领域。其利用异形锚杆端部螺纹段在套筒的相对滑移来实现让压功能，即在围岩发生大变形时该锚杆装置可同步实现恒阻大变形，以保证锚杆和锚固结构不发生破坏；利用防脱锚装置与异形锚杆的直径递增段间的相对滑移来提供恒定阻力。当发生锚杆与锚固剂或锚固体与围岩发生脱锚失效时，防脱锚装置会自动进行补救措施，以保证支护工程的安全。该结构既可以实现让压效果，又可以对脱锚失效现象自动实施补救，具有功能多样、锚固可靠、结构合理、经济适用等优点。用等优点。用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置及其使用方法，属于矿山井巷、隧道、地下工程支护领域。

技术介绍

[0002]随着基础设施建设的快速发展，越来越多的矿山、公路、铁路、水电、地铁及城市地下空间工程处于更为复杂的工程条件中，带来了更多的巷道、隧道、边坡、基坑等岩土支护问题。锚杆支护是目前岩土支护领域最为常用的技术手段，尤其是在地下巷道、隧道及隧洞围岩稳定性控制中，作为新奥法支护的关键技术，是目前使用最为广泛的支护方式。随着煤矿开采深度和隧道埋深的不断加大，面临的开采环境与地质条件愈加复杂。深部地下工程受大埋深、高地应力、软弱岩体等多重因素影响，一方面岩土体作用在支护结构上的荷载更大，加上采动、矿震、地震、岩爆等附加作用的叠加，工程中支护锚杆的受力变形极易超过其极限值，锚杆破断失效问题越来越突出(锚杆一般为金属杆材，在拉伸荷载作用下，受拉伸长至最终破断是锚杆杆体的基本属性，是岩土体支护工程中的常见现象。)；尤其在受到采动影响的回采巷道，锚杆破断现象更为显著。另一方面，由于部分工程围岩较为软弱破碎，导致锚杆与围岩之间的锚固效果差、锚固力不足，会出现锚杆脱锚或被拔出的现象，造成锚杆支护失效，进而引起锚杆支护工程冒顶、塌方、滑坡等安全事故。
[0003]在更多的大埋深、高应力、软岩、破碎条件下，局部锚杆的破断和脱锚往往会导致支护结构由点到面的整体性崩溃失效，给岩土与地下工程的稳定性控制带来困难并造成安全隐患。为解决深部地下工程围岩大变形的支护技术难题，要求锚杆既能提供恒定的支护力(支护阻力，即锚杆对围岩的作用力，是锚杆发挥支护作用的关键)，受载后锚杆体又能产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求。为此，目前研发了多种形式的让压锚杆或相关让压装置，在一定程度上缓解了围岩大变形问题。但是，锚杆支护属于隐蔽工程(锚杆打入岩体中就无法再次看到，设计的支护参数难以验证)，一方面检测锚杆的锚固效果及是否发生锚固失效的相关技术及装置并不成熟，目前常采用锚杆拉拔试验来确定锚杆的锚固力(主要做法是采用锚杆拉拔仪将锚杆从岩土体中拔出，测试锚杆被拔出时的极限荷载则为锚杆的锚固力)，但这是一种破坏性试验，只能用于验证性或抽查性试验，而不能大量使用，否则岩土体中的锚杆大量被拔出而造成支护失效。另一方面，因锚杆结构设计不合理及锚杆脱锚等因素，造成锚杆施加的支护阻力不断衰减，造成锚杆支护效果不佳，甚至会诱发冒顶、塌方及滑坡等事故的发生，存在较大的安全影响。虽然目前设计了一些让压锚杆，但其结构较为复杂、生产成本较高，阻碍了让压锚杆的推广应用。基于上述问题，亟需研制一种既能提供恒定的支护力，又能产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求，还能对锚固脱锚失效进行补救措施的锚杆装置，即一种集恒定阻力、变形让压和失效补救功能于一体的锚杆以解决现有问题。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有技术中的不足之处，提供一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置及其使用方法，其不但能够提供恒定的支护力，而且能够产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求，还能够对锚固脱锚失效进行补救。
[0005]技术方案：一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置，包括异形锚杆，异形锚杆的端部设有锚杆螺纹Ⅱ段，锚杆螺纹Ⅱ段上设有端部锚固装置，异形锚杆的中段设有锚杆滑道段，锚杆滑道段上设有防脱锚装置，异形锚杆的尾部设有锚杆螺纹Ⅰ段，锚杆螺纹Ⅰ段上设有防滑丝螺母和托盘，锚杆螺纹Ⅰ段到锚杆滑道段之间为锚杆实心段，异形锚杆安装了防脱锚装置部分与端部锚固装置之间的部分为锚杆直径递增段，其中锚杆螺纹Ⅰ段、锚杆实心段、锚杆滑道段和锚杆螺纹Ⅱ段截面直径相同；
[0006]锚杆滑道段为异形截面，其外表面设有多道凹槽滑道，防脱锚装置通过凹槽滑道与锚杆滑道段滑动；
[0007]端部锚固装置包括套筒，异形锚杆的锚杆螺纹Ⅱ段插入套筒内，其中套筒内径与杆螺纹Ⅱ段直径匹配，锚杆螺纹Ⅱ段上设有平螺纹，齿轮螺栓的轮齿与平螺纹匹配并啮合，在杆螺纹Ⅱ段的上下两侧的套筒内分别设有多个方形内凹槽，每个方形内凹槽内均设有一个齿轮螺栓，其中齿轮螺栓包括轮齿与平螺纹匹配的齿轮，齿轮圆形处轴向设有螺杆，每个方形内凹槽内设有与齿轮螺栓匹配的螺栓孔，齿轮螺栓的螺杆随着齿轮的转动能够通过螺纹转动进入螺栓孔，螺栓孔内在螺杆旋入方向的空间内设有高弹性弹簧，当围岩变动异形锚杆受拉力时，锚杆螺纹Ⅱ段上的平螺纹与套筒发生相对滑动，滑动过程中平螺纹带动齿轮螺栓旋转，螺杆随着齿轮的转动在螺栓孔内发生旋转并竖向向下移动，挤压螺栓孔内的高弹性弹簧，使高弹性弹簧压缩，随着高弹性弹簧压缩程度越来越高，高弹性弹簧的反作用力抵抗齿轮螺栓继续旋转，从而使异形锚杆也无法与套筒继续滑动，完成锚固。
[0008]进一步，套筒内侧面沿圆周间隔设有方形内凹槽，各断面均匀布置4～6个方形内凹槽。
[0009]进一步，所述防脱锚装置为套筒结构，套筒结构两端设有与预设钻孔匹配的法兰结构，两端法兰结构之间位于套筒结构外侧缠绕有封装好的锚固剂；套筒结构的外侧是环形凹槽，环形凹槽上焊有楔形锯齿，法兰结构内侧沿圆周相对设有一圈用以搅破锚固剂的封装并充分搅拌混合锚固剂的楔形锯齿，锚固剂凝固后形成锚固剂胶结体；套筒结构内侧与锚杆滑道段匹配，套筒结构的楔形锯齿之间设有内凹槽，每个内凹槽内均设有通过金属支撑轴活动连接有可以伸缩的锯齿，锯齿底部通过金属翼板与内凹槽之间设有弹簧，锯齿齿尖指向锚孔孔外，所述弹簧始终处于压缩状态；异形锚杆滑移时，防脱锚装置通过凹槽滑道滑向锚杆直径递增段，金属支撑轴在凹槽滑道部分受轴向挤压沿轴向移动，锯齿伸出并嵌入锚固剂胶结体，弹簧进一步受压，进一步将限制金属支撑轴移动，进而限制异形锚杆的滑移。
[0010]进一步，所述的异形锚杆的锚杆直径递增段最小截面直径与其他段相同，最大截面直径大于防脱锚装置内径；所述金属轴支撑尾端深入凹槽滑道，即防脱锚装置能够与异形锚杆同步转动。
[0011]进一步，锚杆直径递增段末端上设有圆柱形凸起，嵌入套筒在与圆柱形凸起匹配的位置上设有凹孔，圆柱形凸起嵌入套筒预留的凹孔中，使套筒亦可随异形锚杆同步转动。
[0012]一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置的工作方法，其步骤如下：
[0013]首先，在围岩预先标定的位置施工钻锚孔，将异形锚杆的锚杆螺纹Ⅱ段滑入套筒，在防脱锚装置上缠绕锚固剂；
[0014]将防脱锚装置从异形锚杆的锚杆螺纹Ⅰ段滑入，使其移动到锚杆滑道段，并确保金属支撑轴嵌入凹槽滑道中；螺栓孔中的高弹性弹簧在异形锚杆滑入后为压缩状态但留有重组的压缩余量；
[0015]然后，将锚固剂胶泥药卷、固化剂药卷和防脱锚恒定阻力让压锚杆装置送入锚孔之中，启动搅拌器带动异形锚杆旋转搅拌；
[0016]防脱锚装置中的金属轴支撑尾部嵌入凹槽滑道中，防脱锚装置随异形锚杆同步转动；
[0017]防脱锚装置上的环形凹槽上焊有楔形锯齿，利用搅拌器带动旋转异形锚杆，楔形锯齿将锚固剂搅碎并充分搅拌形成锚固剂胶体；
[0018]等待锚固剂固化后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置，其特征在于：它包括异形锚杆(2)，异形锚杆(2)的端部设有锚杆螺纹Ⅱ段(10)，锚杆螺纹Ⅱ段(10)上设有端部锚固装置，异形锚杆(2)的中段设有锚杆滑道段(8)，锚杆滑道段(8)上设有防脱锚装置(14)，异形锚杆(2)的尾部设有锚杆螺纹Ⅰ段(6)，锚杆螺纹Ⅰ段(6)上设有防滑丝螺母(3)和托盘(4)，锚杆螺纹Ⅰ段(6)到锚杆滑道段(8)之间为锚杆实心段(7)，异形锚杆(2)安装了防脱锚装置(14)部分与端部锚固装置之间的部分为锚杆直径递增段(9)，其中锚杆螺纹Ⅰ段(6)、锚杆实心段(7)、锚杆滑道段(8)和锚杆螺纹Ⅱ段(10)截面直径相同；锚杆滑道段(8)为异形截面，其外表面设有多道凹槽滑道(15)，防脱锚装置(14)通过凹槽滑道(15)与锚杆滑道段(8)滑动；端部锚固装置包括套筒(11)，异形锚杆(2)的锚杆螺纹Ⅱ段(10)插入套筒(11)内，其中套筒(11)内径与杆螺纹Ⅱ段(10)直径匹配，锚杆螺纹Ⅱ段(10)上设有平螺纹，齿轮螺栓(13)的轮齿与平螺纹匹配并啮合，在杆螺纹Ⅱ段(10)的上下两侧的套筒(11)内分别设有多个方形内凹槽(12)，每个方形内凹槽(12)内均设有一个齿轮螺栓(13)，其中齿轮螺栓(13)包括轮齿与平螺纹匹配的齿轮，齿轮圆形处轴向设有螺杆，每个方形内凹槽(12)内设有与齿轮螺栓(13)匹配的螺栓孔(22)，齿轮螺栓(13)的螺杆随着齿轮的转动能够通过螺纹转动进入螺栓孔(22)，螺栓孔(22)内在螺杆旋入方向的空间内设有高弹性弹簧(21)，当围岩变动异形锚杆(2)受拉力时，锚杆螺纹Ⅱ段(10)上的平螺纹与套筒(11)发生相对滑动，滑动过程中平螺纹带动齿轮螺栓(13)旋转，螺杆随着齿轮的转动在螺栓孔(22)内发生旋转并竖向向下移动，挤压螺栓孔(22)内的高弹性弹簧(21)，使高弹性弹簧(21)压缩，随着高弹性弹簧(21)压缩程度越来越高，高弹性弹簧(21)的反作用力抵抗齿轮螺栓(13)继续旋转，从而使异形锚杆(2)也无法与套筒(11)继续滑动，完成锚固。2.根据权利要求1所述的一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置，其特征在于：套筒(11)内侧面沿圆周间隔设有方形内凹槽(12)，各断面均匀布置4～6个方形内凹槽(12)。3.根据权利要求1所述的一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置，其特征在于：所述防脱锚装置(14)为套筒结构，套筒结构两端设有与预设钻孔匹配的法兰结构，两端法兰结构之间位于套筒结构外侧缠绕有封装好的锚固剂；套筒结构的外侧是环形凹槽(23)，环形凹槽(23)上焊有楔形锯齿(16)，法兰结构内侧沿圆周相对设有一圈用以搅破锚固剂的封装并充分搅拌混合锚固剂的楔形锯齿(16)，锚固剂凝固后形成锚固剂胶结体(25)；套筒结构内侧与锚杆滑道段(8)匹配，套筒结构的楔形锯齿(16)之间设有内凹槽(20)，每个内凹槽(20)内均设有通过金属支撑轴(19)活动连接有可以伸缩的锯齿(24)，锯齿(24)底部通过金属翼板(18)与内凹槽(20)之间设有弹簧(17)，锯齿(24)齿尖指向锚孔(5)孔外，所述弹簧(17)始终处于压缩状态；异形锚杆(2)滑移时，防脱锚装置(14)通过凹槽滑道(15)滑向锚杆直径递增段(9)，金属支撑轴(19)在凹槽滑道(15)部分受轴向挤压沿轴向移动，锯齿(24)伸出并嵌入锚固剂胶结体(25)，弹簧(17)进一步受压，进一步将限制金属支撑轴(19)移动，进而限制异形锚杆(2)的滑移。4.根据权利要求1所述的一种防脱锚恒定阻力让压锚杆装置，其特征在于：所述的异形锚杆(2)的锚杆直径递增段(9)最小截面直径与其他段相同，最大截面直径大于防脱锚装置(14)内径；所述金属轴支撑(19)尾端深入凹槽滑道(15)，即防脱锚装...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆彬，辛学奎，刘滨，浦海，陈彦龙，李明，宋子鸣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：