一种新型高强恒阻大变形锚杆及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高强恒阻大变形锚杆及其使用方法，它的锚杆体包括冷拔杆体、筒形套管和拔丝模；冷拔杆体的一端直径大于另一端的直径，即一端为粗段、一端为细段，粗段和细段之间为锥形段，细段表面带有肋纹；筒形套管和拔丝模相连，套装在冷拔杆体上；所述的拔丝模是锥形模，拔丝模的锥度与锥形段锥度相匹配；筒形套管的端头部或冷拔杆体的端头部设有用于安装螺母的外螺纹。本发明专利技术锚杆在围岩发生大变形时可以受拉伸长而本身不发生破坏，允许冷拔杆体发生较大位移以适应围岩变形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种水利水电工程、隧道工程、矿山工程等地下工程中的支护用锚杆，尤其涉及一种可产生连续变形而不发生破坏的恒阻高强锚杆。
技术介绍
在水利水电工程、隧道工程、矿山工程等地下工程支护中，锚杆是应用很多的ー种支护装备。随着开采深度不断增大以及大規模 地下工程的建设，面临的地质条件越来越复杂，围岩经常表现出大变形特点。当围岩变形量较大，超过锚杆所能够承受的范围时，将导致锚杆破坏失效，进而造成地下工程失稳破坏事故。这种情况下要求所使用的锚杆在围岩发生大变形时可以受拉伸长而本身不发生破坏，以适应围岩变形。目前，国外内锚杆采用的可变形伸长装置主要有碟形或葫芦形托盘、可变形杆体或衬垫、改进钢绞线的锚具、挤压可滑动钢套等装置来适应围岩体的大变形。上述装置允许变形量一般较小，不能适应大变形的特点，而允许变形量较大的装置，能提供的有效阻カ不足，性能不够稳定，不能满足现代地下工程支护需求。如专利CN 201943725U,存在所能提供的阻力不足、结构复杂的问题。专利CN 101858225A，其恒阻装置在变形的过程中，外管周向受压膨胀，对锚固剂产生损伤，且管体易发生撑裂的现象，造成锚杆失效，引发安全事故，因而难以广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供ー种高强恒阻大变形锚杆。该锚杆在围岩发生大变形时可以受拉伸长而本身不发生破坏，允许冷拔杆体发生较大位移以适应围岩变形，在此过程中还可以不断地吸收围岩变形能量，保持围岩的稳定。方案一，ー种新型高强恒阻大变形锚杆，它包括锚杆体、螺母和托盘，其特征在干，所述的锚杆体包括冷拔杆体、筒形套管和拔丝模；冷拔杆体的一端直径大于另一端的直径，即一端为粗段、一端为细段，粗段和细段之间为锥形段；筒形套管和拔丝模相连，套装在冷拔杆体上；所述的拔丝模是锥形模，拔丝模的锥度与锥形段锥度相匹配；筒形套管的端头部设有用于安装螺母的外螺纹；所述筒形套管直径和壁厚应符合锚固カ要求，所述筒形套管长度对应于冷拔杆体粗段长度，材料优先选用钢管。为了防止灰尘、水的进入套管,所述套管管ロ端设置有套管端盖,套管端盖与管ロ端通过螺纹连接。方案ニ，ー种新型高强恒阻大变形锚杆，它包括锚杆体、螺母和托盘，其特征在干，所述的锚杆体包括冷拔杆体和拔丝模；冷拔杆体的一端直径大于另一端的直径，即一端为粗段、一端为细段，粗段和细段之间为锥形段；冷拔杆体表面光滑；拔丝模套装在冷拔杆体上；所述的拔丝模是锥形模，拔丝模的锥度与锥形段锥度相匹配；冷拔杆体的端头部设有用于安装螺母的外螺纹。为防止冷拔杆体与砂浆粘结，可以在杆体粗段和细段表面设置有防粘隔离层，t匕如在杆体粗段和细段表面套上塑料管或涂抹上石蜡等。为了将拔丝模更稳定的固定在锚孔中，可以设置筒形套管；所述筒形套管与拔丝模相连，套装在冷拔杆体粗段；筒形套管表面加工有肋纹，筒形套管长度对应于冷拔杆体粗段长度。在方案一和方案ニ中所述的拔丝模材料可以选用硬质合金或优质钢。所述的冷拔杆体优先选用以下结构形式I、实心变径圆钢结构； 2、变径空心钢管结构，钢管粗段的终端设有锁块，作为杆体拉拔极限；3、杆体粗段和锥段采用空心结构，细段采用实心结构，钢管粗段的终端设有锁块，作为杆体拉拔极限。锥形段和细段的连接采用螺纹连接或焊接结构。为了防止冷拔杆体受损伤或被拉断，在冷拔杆体和拔丝模内表面涂抹有润滑剤，润滑剂的材料可以选用肥皂、植物油。方案一使用方法是I、首先在支护巷道中打锚孔，锚孔直径与锚杆体细段直径相配合，达到底后退出钻杆，再将孔ロ段扩孔加粗，加粗后的直径与套管外径匹配；2、向锚孔中注锚固剂，将锚杆细段的端部朝向孔底安装在锚孔中，并使拔丝模顶在锚孔加粗处的台阶上，待锚固剂凝固后在套管露头套上托盘，拧紧螺母，并达到设计的预紧力。3、锚杆使用过程中，如需测量支护条件下围岩位移，可打开端盖，測量杆体粗端位移，根据杆体拔出前后的长度比即可确定围岩位移。方案ニ使用方法是I、首先在支护巷道中打锚孔，锚孔直径与套管直径相配合；2、向锚孔中注锚固剂，将套管朝向孔底安装在锚孔，待锚固剂凝固后在冷拔杆体露头上套上托盘，拧紧螺母，并达到设计的预紧カ。本专利技术依据在于金属的冷拔性能，冷拔的过程中可以产生持续变形，并保持恒定的拉拔力。当本专利技术所述冷拔杆体采用空心钢管时，根据金属塑性力学理论，结合拉拔原理图，可以得到杆体工作应カ计算公式为びム=ぴ广 ^[1-(^)(1-^)] Iec'(I)式中，B= f/tan a = 2fLd/(D1-S0) ； λ = (D0-S0)/(D1-S0)；σ L为拉拔应力，即工作应力，也就是模出ロ处杆体的轴向应力；σ s为杆体拉拔前后的平均变形抗力；α为模角ば为摩擦系数；％为原始直径；Di为拔出后直径；Ld为定径区长度^为管壁厚度。杆体拉力即锚杆提供的恒定阻カ为F = C7fx^-(Dl-S0)2](2)根据杆体拉出前后直径、断面减缩率、材料性质、模角、润滑剂种类等因素不同，拉拔カ小则几吨，最大可达到几百吨。本专利技术，恒阻变形锚杆的工作原理大致是当围岩发生变形时会对冷拔杆体产生拉力，由于拔丝模孔ロ内径小于冷拔杆体较粗一端直径,二者之间会产生很大的挤压カ。当拉カ超过冷拔杆体的冷拔カ时,冷拔杆体受到纵向拉力和拔丝模横向压カ的作用，二者发生相对位移，杆体被缓慢拔出，其截面变小而长度增加。这种变形可以持续进行，并保持恒定的工作阻力，这样就实现了恒阻连续大变形的目的。 该恒阻连续变形锚杆充分利用钢筋/钢管的冷拔性能，结构在冷拔的过程中可以产生持续变形，并保持恒定的拉拔力。在围岩发生大变形时可以受拉伸长而本身不发生破坏，允许冷拔杆体发生较大位移以适应围岩变形，在此过程中还可以不断地吸收围岩变形能量，保持围岩的稳定。除了实现恒阻变形外，拉拔的另ー个有益效果为杆体通过模孔后，強度大幅提高。此外，本专利技术还具有可提供阻カ大，结构简单，性能稳定等特点。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进ー步说明图I为本专利技术一种实施方式的剖面结构示意图；图2为本专利技术拉拔变形原理图；图3为本专利技术另ー种优选方式的现场应用示意图；图4为本专利技术第三种优选方式的剖面结构示意图。图例说明，I-套管，2-拔丝摸，3-冷拔杆体，4-外端盖，5-托盘，6-螺母，7-高强螺栓,8-外螺纹，9-内螺纹,10-内端盖,11-锚固剂，12-锁块。具体实施例方式实施例一结合图1，ー种新型高强恒阻大变形锚杆，它包括锚杆体、螺母6和托盘5，其中所述的锚杆体包括冷拔杆体3、套管I和拔丝模2 ;冷拔杆体3后端的那一段直径大于前面杆体的直径，即一端为粗段、一端为细段，粗段和细段之间为锥形段；套管I和拔丝模2相连，套装在冷拔杆体3上；拔丝模2是锥形摸，拔丝模2的锥度与冷拔杆体3锥形段的锥度相匹配，套管I后端设有用于安装螺母的外螺纹8。上述套管I为筒形钢管，其直径和壁厚应符合锚固カ要求，其长度应符合设计锚杆的变形量；上述的拔丝模2材料可以选用硬质合金或优质钢，拔丝模2与套管I用高强螺栓7连接。上述的冷拔杆体3为实心变径圆钢结构，其细段表面带有肋纹，以增大其和锚固剂之间的摩擦力。在上述套管I管ロ端设置有外端盖4,外端盖4与管ロ端通过内螺纹9连接。为了防止冷拔杆体受损伤或被拉断，在冷拔杆体3和拔丝模2内表面涂抹有润滑剂，润滑剂的材料可以选用肥皂、植物油。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种新型高强恒阻大变形锚杆，它包括锚杆体、螺母和托盘，其特征在干，所述的锚杆体包括冷拔杆体、筒形套管和拔丝模；冷拔杆体的一端直径大于另一端的直径，即一端为粗段、一端为细段，粗段和细段之间为锥形段；筒形套管和拔丝模相连，套装在冷拔杆体上；所述的拔丝模是锥形模，拔丝模的锥度与锥形段锥度相匹配；筒形套管的端头部设有用于安装螺母的外螺纹；所述筒形套管直径和壁厚应符合锚固カ要求，所述筒形套管长度对应于冷拔杆体粗段长度。2.如权利要求I所述的高强恒阻大变形锚杆，其特征在于，所述的冷拔杆体有以下结构形式 一是实心变径圆钢结构； ニ是变径空心钢管结构，钢管粗段的终端设有锁块，作为杆体拉拔极限； 三是杆体粗段和锥形段采用空心结构，细段采用实心结构，钢管粗段的终端设有锁块，作为杆体拉拔极限。3.如权利要求I所述的高强恒阻大变形锚杆，其特征在于，所述套管管ロ端设置有套管端盖，套管端盖与管ロ端通过螺纹连接。4.如权利要求I所述的高强恒阻大变形锚杆，其特征在于，在冷拔杆体锥形段和拔丝模内表面涂抹有润滑剤。5.如权利要求1-4任一所述的高强恒阻大变形锚杆的使用方法，其特征在干， 第一歩首先在支护巷道中打锚孔，锚孔直径与锚杆体细段直径相配合，达到底后退出钻杆，再将孔ロ段扩孔加粗，加粗后的直径与套管外径匹配； 第二歩向锚孔中注锚固剂，将锚杆细段的端部朝向孔底安装在锚孔中，并使拔丝模顶在锚孔加粗处的台阶上，待锚固剂凝固后在套管露头套上托盘，拧紧螺母，并达...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，吴学震，蒋宇静，乔卫国，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：