【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深部巷道锚杆支护，具体涉及一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置及方法。
技术介绍
1、巷道围岩控制是保障地下空间安全稳定的重要措施，尤其是对于深部岩体，围岩控制尤为重要。锚杆支护是地下工程常用的支护方式，具有主动支护性好、支护强度高、施工方便等诸多优点。目前，我国大部分深部巷道均使用锚杆支护的方式，在大量的实践应用过程中，锚杆支护的理论与技术已经趋于成熟。然而，在深部岩体的支护过程中，仍会出现区域支护失效的问题。例如，锚杆脱锚、锚杆绷断、巷道顶板下沉、巷道帮部外鼓等失效现象。造成这些问题的主要因素有几方面，一方面是因为在对巷道支护前，没有清楚地掌握岩体内部的具体结构，对整个巷道均采用了同一种支护方式，这样会造成支护过剩，或者会造成支护不足的情况；同时，在巷道使用期间，无法及时有效地掌握锚杆的支护应力及变形情况。另一方面，针对深部巷道，以往的传统锚固剂锚固方式效果不佳，对于围岩锚固剂往往会发生脱锚的情况；同时，对于破碎岩体采用单一的端头锚固方式无法形成整体的预紧效果。
2、由于岩体在邻近工程的扰动下，会形成区域性的破碎现象，因此，在支护前需要提前对岩体内部结构进行分析，从而能针对性的对不同岩体区域提出不同的支护方式，同时，需要在支护期间对锚杆的支护效果进行实时监测。
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基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置及方法，该装置结构简单、操作过程方便、支护效果好，同时，其具有对支护状态实时监测的功能
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置，包括锚固机构和膨胀支撑机构；所述锚固机构包括杆体、托盘、垫圈和螺母；所述杆体的末端设置有外螺纹段，所述垫圈和托盘滑动的套设在外螺纹段的外侧，且垫圈较托盘靠近杆体的末端；所述螺母通过螺纹配合连接在外螺纹段的外侧，且较垫圈靠近杆体的末端；
3、所述锚固机构还包括位移传感器、应力传感器和导线线束；所述杆体的首端设置有锥形头，杆体的轴心开设有轴向贯通的主线槽；杆体在外螺纹段和锥形头之间的部分为光杆段；所述锥形头呈圆台状，且其大径端位于杆体末端的一侧，其小径段的外径与杆体的外径相一致，锥形头在其大径端的中心区域开设有传感器凹槽一，在其锥身部分的表面开设有传感器凹槽二，在其锥身部分的内部开设有支线槽，支线槽的两端分别连通传感器凹槽二和主线槽；所述位移传感器嵌设于传感器凹槽一中；所述应力传感器嵌设于传感器凹槽二中；所述导线线束设置在主线槽中，其末端裸露于杆体末端的外侧，其首端的一组支线束穿至主线槽的首端并与位移传感器连接，其首端的另一组支线束穿过支线槽后与应力传感器连接；
4、所述膨胀支撑机构为筒状结构，其内径与光杆段的外径相适配；膨胀支撑机构的前端与锥形头之间限位配合，其后端与托盘之间限位配合，且在被压缩时具有径向膨胀能力；膨胀支撑机构的长度与杆体上光杆段的长度相适配，且套装在光杆段的外侧。
5、进一步，为了能使全长锚固段与钻孔周围的围岩均能紧密接触，进而能实现全长锚固段支护效果的充分提升，所述膨胀支撑机构由依次连接的多个多点膨胀套管组成；
6、所述多点膨胀套管的内径与光杆段的外径相适配，其由膨胀壳、凹槽挡圈和凸块挡圈组成，所述膨胀壳为筒状结构，其壳身上中部的相对地开设有两个条形槽，其壳身的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凸块；所述凹槽挡圈的末端与多点膨胀套管的首端同轴地固定连接，其首端环向均匀地设置有呈十字形分布的四个卡扣凹槽；所述凸块挡圈的首端与多点膨胀套管的末端同轴地固定连接，其末端环向均匀地设置有四个呈十字形分布的四个卡扣凸块；多个多点膨胀套管依次同轴地排布，且相邻的两个多点膨胀套管之间通过卡扣凸块与卡扣凹槽之间的卡扣配合连接在一起；相互连接的多个多点膨胀套管套装在锚固机构上光杆段的外部，并与锚固机构共同形成多点膨胀锚杆。通过两个条形槽的设置，可以便于在压缩过程中使膨胀壳的膨胀幅度更大，有利于更充分地与围岩进行紧密地接触。通过在膨胀壳的壳身上设置有若干个半锥体状凸块，可以在膨胀壳与围岩紧密接触过程中，使若干个半锥体状凸块能够嵌入围岩的一定深度中，进而可以显著提高对围岩锚固效果。在膨胀壳的两端分别连接凹槽挡圈和凸块挡圈，可以便于多个多点膨胀套管之间通过卡扣的方式实现级联，进而可以确保多个多点膨胀套管在连接后能形成整体的结构，方便装配的同时，还能进一步提高锚固效果。
7、进一步，为了有效增加全长锚固段的抗剪能力，同时，为了能使锚杆首端与钻孔周围的围岩能够紧密地接触，进而能同时大幅度地提升抗剪能力和支护效果，所述膨胀支撑机构为端头膨胀套管；
8、所述端头膨胀套管的内径与光杆段的外径相适配，其由膨胀变形体、直筒管和托盘挡圈组成；所述膨胀变形体由前挡环、后挡环、弹性变形条和限位直筒组成；所述前挡环和后挡环前后相对地设置；多根弹性变形条呈筒形均匀地分布，且其前端周向均匀地固定连接在前挡环的后端面上，其后端周向均匀地固定连接在后挡环的前端面上；所述限位直筒同轴地固定连接在前挡环的前端面上；所述直筒管的前端同轴地固定连接在后挡环的后端面上；所述托盘挡圈同轴地固定连接在直筒管的末端；端头膨胀套管套装在锚固机构上光杆段的外部，并与锚固机构共同形成端头膨胀锚杆。使多根弹性变形条呈筒形均匀地分布，并于其两端分别连接前挡环和后挡环，可以便于通过压缩前后挡环的方式来使膨胀变形体产生径向上的膨胀，进而能与围岩充分地接触；在前挡环的前侧连接限位直筒，不仅可以提高锚杆前端的抗剪能力，还能有利于使锥形头的预紧力能更稳定地传递给前挡环，从而可以使膨胀变形体能够稳定地胀起；通过限位直筒的设置，一方面可以显著增加光杆段的抗剪强度，进而能显著提高对围岩的支护强度，另一方面，可以通过其端部托盘挡圈与托盘的相互作用来向膨胀变形体传递预紧力，进而能确保多个弹性变形条能在径向上向外侧膨胀，从而能使膨胀变形体能够与孔底部附近的围岩紧密地接触，以有效对钻孔底部附近的围岩进行锚固。
9、进一步，为了能实现全周向应力的有效检测，以确保应力检测的准确性和精度，所述传感器凹槽二为圆环形。
10、本专利技术中，在杆体的首端固定连接有外径较大的锥形头，可以便于在杆体的首端形成限位部；在锥形头的首端中心开设有传感器凹槽一，并于其中装配位移传感器，可以便于在支护期间通过采集至孔底之间的距离信号的方式来便捷地实现对杆体位移变化情况的监测。在锥形头锥身部分开设有传感器凹槽二，并于其中装配应力传感器，可以便于在支护期间实时感知钻孔周围围岩应力的变化情况。这样，利用同一根锚杆上装配的位移传感器和应力传感器相互配合，便可以对锚杆支护过程中的位移变化量和应力变化情况进行同步监测，进而可以科学合理地判断出每根锚杆的支护效果，从而可以在锚杆支护失效的情况下及时采集有效的补充支护措本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置，包括锚固机构；所述锚固机构包括杆体（13）、托盘（18）、垫圈（19）和螺母（20）；所述杆体（13）的末端设置有外螺纹段（134），所述垫圈（19）和托盘（18）滑动的套设在外螺纹段（134）的外侧，且垫圈（19）较托盘（18）靠近杆体（13）的末端；所述螺母（20）通过螺纹配合连接在外螺纹段（134）的外侧，且较垫圈（19）靠近杆体（1）的末端；其特征在于，还包括膨胀支撑机构；
2.根据权利要求1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，所述膨胀支撑机构由依次连接的多个多点膨胀套管（14）组成；
3.根据权利要求1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，所述膨胀支撑机构为端头膨胀套管（21）；
4.根据权利要求1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，所述传感器凹槽二（135）为圆环形。
5.一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护方法，包括窥视仪、多点膨胀锚杆和端头膨胀锚杆；
6.根据权利要求5所述的一种基
7.根据权利要求1所述的一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护方法，其特征在于，所述自动伸缩杆（5）为三节式伸缩杆。
...【技术特征摘要】
1.一种基于围岩结构特征的深部巷道膨胀支护装置，包括锚固机构；所述锚固机构包括杆体（13）、托盘（18）、垫圈（19）和螺母（20）；所述杆体（13）的末端设置有外螺纹段（134），所述垫圈（19）和托盘（18）滑动的套设在外螺纹段（134）的外侧，且垫圈（19）较托盘（18）靠近杆体（13）的末端；所述螺母（20）通过螺纹配合连接在外螺纹段（134）的外侧，且较垫圈（19）靠近杆体（1）的末端；其特征在于，还包括膨胀支撑机构；
2.根据权利要求1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，所述膨胀支撑机构由依次连接的多个多点膨胀套管（14）组成；
3.根据权利要求1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，所述膨胀支撑机构为端头膨胀套管（21）；
4.根据权利要求1所述的一种基于围岩结构特征的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤，毕瑞阳，周健，习文琴，陈妍廷，梁燕，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。