【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地下隧道及矿井巷道支护，具体涉及一种循环应用的吸能结构支护装置及方法。
技术介绍
1、锚杆支护是一种主动的支护方式，其在我国地下工程支护中起着极其重要的作用。锚杆支护常用的主要有组合梁、组合拱和悬吊梁三种技术，主要是通过在围岩浅部形成锚固区，在围岩表面施加预紧力，从而在围岩浅部形成支护区。传统的锚杆采用锚固剂将锚杆体与围岩粘结形成锚固区，然而在实际工程中，由于锚固剂粘结性不理想的问题，造成了大量锚杆脱锚失效的情况。传统的吸能锚杆在锚杆头部采用锚固剂与围岩粘结，并在杆体的中部添加相应的构件来实现吸能的目的，在高应力巷道中，这种结构的吸能锚杆起到了良好的吸能效果，进而在一定条件下，这种传统的吸能锚杆解决了深部巷道高应力来压的问题。然而，在实际工程使用中，发现现有的吸能锚杆存在以下几点问题：一是在高应力持续来压时，无法满足持续的吸能需求；二是超出吸能范围后，吸能锚杆就会失效；三是均为一次性吸能支护方式，无法重复使用；四是锚固剂性能材料问题，容易产生杆体与围岩脱锚的情况，进而影响吸能支护效果。
2、为了有效解决以上问题，亟需提供一种能够有效应对吸能失效和锚固剂性能问题，并能满足持续吸能需求，可多次重复使用的吸能支护装置及方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种循环应用的吸能结构支护装置及方法，该装置支护能力强，吸能效果显著，环保无污染，能有效适应于高应力持续来压的工况，并能有效满足持续的吸能需求，可确保巷道支护的稳定性；该支护方法支
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种循环应用的吸能结构支护装置，包括锚固机构，所述锚固机构包括杆体、吸能托盘、垫圈和螺母；所述杆体由位于前部的锚固段、位于后部的吸能段、位于锚固段和吸能段之间的光杆段组成，所述吸能段的末端外侧设置有外螺纹段一，所述吸能托盘和垫圈滑动地套设在外螺纹段一的外侧，且垫圈较吸能托盘靠近吸能段的末端；所述螺母通过螺纹配合连接在外螺纹段一的外侧，且较垫圈靠近吸能段的末端；其特征在于，还包括胀紧机构；所述锚固机构还包括传感器组件和信号线；
3、所述锚固段的首端设置有外螺纹段二，并在外螺纹段二的末端同轴地套装有限位挡圈；
4、所述吸能托盘由内套管、中套管、外套管、连接板、扭转弹簧、平挡盘和凸挡盘组成；所述外套管、中套管和内套管的长度相同，且由外到内同轴地设置；所述外套管四周的管壁呈连续起伏状结构；所述中套管的断面呈正六边形；所述内套管的断面为圆形；四个连接板呈十字形地分布在外套管和中套管之间，且每个连接板长度方向的两端分别固定连接外套管的内侧壁和中套管的外侧壁；所述扭转弹簧套设在内套管的外侧，并位于中套管的内侧，扭转弹簧的一个连接端与内套管的外表面固定连接，其另一个连接端与中套管的内侧壁固定连接；所述平挡盘为平直板状结构，其后端面同时与中套管和外套管的前开口端固定连接，且与内套管的前开口端之间接触配合，且其中心区域在对应内套管的部分开设有通过孔一；所述凸挡盘为后端面中心向后弧形突出的板状结构，其前端面同时与中套管和外套管的后开口端固定连接，且与内套管的后开口端之间接触配合，且其中心区域在对应内套管的部分开设有通过孔二；
5、所述传感器组件为环状结构，其滑动地套设在外螺纹段一的外侧，且较吸能托盘远离吸能段的末端；传感器组件具有根据自身应力变化进行应力检测的功能，同时，具有根据吸能托盘压缩量的变化情况进行吸能托盘位移变化量检测的功能，其上连接有信号线；
6、所述胀紧机构通过螺纹配合套装在外螺纹段二的外侧,且其末端与限位挡圈的前端面相抵接，且其在与外螺纹段二的螺纹配合过程中具有径向膨胀能力。
7、进一步，为了使胀紧机构能有效锚固于围岩结构完整的钻孔中，所述胀紧机构为膨胀锚固头，其由膨胀套管、圆环挡圈一、圆环挡圈二和螺套一组成；所述膨胀套管为两端缩口式结构，其管身中部的相对地开设有两个条形槽，其管身外表面于条形槽以外的区域中固定连接有若干个均匀排布的半锥体状铆钉；所述圆环挡圈一和圆环挡圈二的尺寸相同，且分别同轴地固定连接在膨胀套管的前端和后端开口处；所述螺套一的内部设置有内螺纹结构，其后端同轴地与圆环挡圈一的前端固定连接；膨胀套管套装在外螺纹段二的外侧，且螺套一通过螺纹配合套设在外螺纹段二的外侧，且圆环挡圈二的后端面与限位挡圈的前端面相互抵接限位配合，膨胀锚固头与锚固机构共同形成膨胀锚固头锚杆。
8、进一步，为了提高胀紧机构与围岩之间的摩擦力，以进一步提高锚固力，所述膨胀套管的管身上环向均匀地设置有六排半锥体状铆钉，且每排半锥体状铆钉由沿管身长度方向均匀分布的五个半锥体状铆钉组成，其中，每个半锥体状铆钉的尖端均朝向螺套一的方向。
9、进一步，为了确保预紧力的施加效果，所述凸挡盘由矩形挡板和固定连接在矩形挡板后端面中心区域的圆台组成。
10、进一步，为了能使胀紧机构稳定可靠地锚固于离层区中，所述胀紧机构为兰花夹锚固头，其由螺套二、小螺套、支撑弹簧、膨胀夹板一、膨胀夹板二和螺杆组成；
11、所述螺套二的内部设置有内螺纹结构；两个小螺套相对称地径向固定连接在螺套二的外圆面上，且每个小螺套的内部均设置有内螺纹结构；所述支撑弹簧为扭臂弹簧；两个支撑弹簧相靠近的一端分别套装在两个小螺套的外侧，且该端的一个扭臂与对应的小螺套固定连接；
12、所述膨胀夹板二和膨胀夹板一彼此相对地设置在螺套二的相对两侧，且前端在彼此相对的一侧分别具有相平行的一对折弯耳板二和一对折弯耳板一，且后端之间形成兰花夹锚固头的开口端；一对折弯耳板二叠合地扣合在一对折弯耳板一的外侧，且一对折弯耳板一分别扣设在两个小螺套的外侧，并压接在两个支撑弹簧相远离的一端的外侧，同时，两个支撑弹簧的相远离一端的另一个扭臂分别抵接于膨胀夹板二的内侧面和膨胀夹板一的内侧面；在一对折弯耳板一上对应两个小螺套的位置相对地开设有一对通孔一，在一对折弯耳板二上对应两个小螺套的位置相对地开设有一对通孔二；两个螺杆对应两个小螺套地设置，且每个螺杆在依次穿过折弯耳板二、折弯耳板一和支撑弹簧后通过螺纹配合固定连接在小螺套的中，其中，通孔一的孔径和通孔二的孔径均大于螺杆杆体的外径；兰花夹锚固头与锚固机构共同形成兰花夹锚固头锚杆。
13、进一步，为了确保支护强度，所述杆体材质为q235普碳钢；所述膨胀夹板一、膨胀夹板二、螺杆和小螺套的材质均为q235普碳钢；所述膨胀套管和半锥体状铆钉的材质均为304不锈钢，圆环挡圈一、圆环挡圈二和螺套一的材质均为q235普碳钢。
14、本专利技术中，在锚固段的首端外侧开设有外螺纹段二，可以便于通过螺纹配合的方式将胀紧机构装配到杆体的首端，同时，在锚固段的外螺纹段二的末端设置限位挡圈，可以对胀紧机构的末端进行有效的限位，进而能限定胀紧机构的末端相对于杆体的位置。由于胀紧机构在与外螺纹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种循环应用的吸能结构支护装置，包括锚固机构，所述锚固机构包括杆体(5)、吸能托盘(9)、垫圈(10)和螺母(11)；所述杆体(5)由位于前部的锚固段(S1)、位于后部的吸能段(S2)、位于锚固段(S1)和吸能段(S2)之间的光杆段(S3)组成，所述吸能段(S2)的末端外侧设置有外螺纹段一(51)，所述吸能托盘(9)和垫圈(10)滑动地套设在外螺纹段一(51)的外侧，且垫圈(10)较吸能托盘(9)靠近吸能段(S2)的末端；所述螺母(11)通过螺纹配合连接在外螺纹段一(51)的外侧，且较垫圈(10)靠近吸能段(S2)的末端；其特征在于，还包括胀紧机构；所述锚固机构还包括传感器组件(7)和信号线(8)；
2.根据权利要求1所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，所述胀紧机构为膨胀锚固头(6)，其由膨胀套管(64)、圆环挡圈一(63)、圆环挡圈二(65)和螺套一(66)组成；所述膨胀套管(64)为两端缩口式结构，其管身中部的相对地开设有两个条形槽(62)，其管身外表面于条形槽(62)以外的区域中固定连接有若干个均匀排布的半锥体状铆钉(61)；所述圆环挡圈一(6
3.根据权利要求2所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，所述膨胀套管(64)的管身上环向均匀地设置有六排半锥体状铆钉(61)，且每排半锥体状铆钉(61)由沿管身长度方向均匀分布的五个半锥体状铆钉(61)组成，其中，每个半锥体状铆钉(61)的尖端均朝向螺套一(66)的方向。
4.根据权利要求3所述的一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置，其特征在于，所述凸挡盘(92)由矩形挡板(98)和固定连接在矩形挡板(98)后端面中心区域的圆台(99)组成。
5.根据权利要求1所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，所述胀紧机构为兰花夹锚固头(12)，其由螺套二(125)、小螺套(124)、支撑弹簧(123)、膨胀夹板一(121)、膨胀夹板二(126)和螺杆(122)组成；
6.根据权利要求5所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，所述杆体(5)材质为Q235普碳钢；所述膨胀夹板一(121)、膨胀夹板二(126)、螺杆(122)和小螺套(124)的材质均为Q235普碳钢；所述膨胀套管(64)和半锥体状铆钉(61)的材质均为304不锈钢，圆环挡圈一(63)、圆环挡圈二(65)和螺套一(66)的材质均为Q235普碳钢。
7.一种循环应用的吸能结构支护方法，采用如权利要求1至6任一项所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种循环应用的吸能结构支护装置，包括锚固机构，所述锚固机构包括杆体(5)、吸能托盘(9)、垫圈(10)和螺母(11)；所述杆体(5)由位于前部的锚固段(s1)、位于后部的吸能段(s2)、位于锚固段(s1)和吸能段(s2)之间的光杆段(s3)组成，所述吸能段(s2)的末端外侧设置有外螺纹段一(51)，所述吸能托盘(9)和垫圈(10)滑动地套设在外螺纹段一(51)的外侧，且垫圈(10)较吸能托盘(9)靠近吸能段(s2)的末端；所述螺母(11)通过螺纹配合连接在外螺纹段一(51)的外侧，且较垫圈(10)靠近吸能段(s2)的末端；其特征在于，还包括胀紧机构；所述锚固机构还包括传感器组件(7)和信号线(8)；
2.根据权利要求1所述的一种循环应用的吸能结构支护装置，其特征在于，所述胀紧机构为膨胀锚固头(6)，其由膨胀套管(64)、圆环挡圈一(63)、圆环挡圈二(65)和螺套一(66)组成；所述膨胀套管(64)为两端缩口式结构，其管身中部的相对地开设有两个条形槽(62)，其管身外表面于条形槽(62)以外的区域中固定连接有若干个均匀排布的半锥体状铆钉(61)；所述圆环挡圈一(63)和圆环挡圈二(65)的尺寸相同，且分别同轴地固定连接在膨胀套管(64)的前端和后端开口处；所述螺套一(66)的内部设置有内螺纹结构，其后端同轴地与圆环挡圈一(63)的前端固定连接；膨胀套管(64)套装在外螺纹段二(52)的外侧，且螺套一(66)通过螺纹配合套设在外螺纹段二(52)的外侧，且圆环挡圈二(65)的后端面与限位挡圈...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤，毕瑞阳，周健，习文琴，付钰森，颜勤，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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