CN101086159B - 环向限延伸柔性注压锚杆 - Google Patents

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本发明涉及岩土与矿山工程支护设施技术领域,尤其是一种环向限延伸柔性注压锚杆。是在现有“柔性注压锚杆”杆体结构的基础上,在柔性注压锚杆的杆体内纵向增强层的外层周边,环绕置入定长伸缩结构的纤维或钢丝或钢丝绳或它们的编织物,对锚杆杆体的整体进行增强。还可以将现有技术中锚杆与托盘的一体结构,改进为锚杆与托盘为组装结构。该技术在保持现有技术应用效果的基础上,还具有以下优点:锚杆杆体的环向增强结构限制了杆体的变形量,强化了锚杆体的整体强度,避免了锚杆杆体因蠕变变形产生的杆腔泄漏等原因而失效;当锚孔端口产生崩塌或锚孔内存在蜂窝空隙,不至于无限制变形,而导致锚杆失效;托盘改为组装结构可方便锚杆的安装。

Description

环向限延伸柔性注压锚杆
一、技术领域
[0001] 本发明涉及岩土与矿山工程支护设施技术领域,尤其是一种环向限延伸柔性注压 锚杆。
二、背景技术
[0002] 在岩土、隧道以及煤炭等矿山开采过程中,锚杆支护是兼有支架和加固两种作用 的围岩控制技术,与框式支架相比使用锚杆支护工艺具有显著的经济效益。
[0003] 传统的锚杆可分为全长锚固锚杆和端头锚固锚杆。全长锚固锚杆所用材料均是刚 性材料,它与所锚固的岩层是通过各类粘结剂填充和粘接在一起的;这类锚杆主要存在如 下缺点:1、施工安装复杂,施工周期长;2、无法补 偿岩层的运动引起的锚孔变化,尤其不能 很好解决较软和较弱围岩的支护问题;3、锚杆不易回收。端头锚杆(或锚索)是靠锚杆或 锚索的端部膨胀,将锚杆紧固在深部岩层上,对锚固岩层主要通过托板悬吊于坚硬的岩层 上。端头锚固锚杆存在以下缺点:1、锚杆的锚固作用力单一,一旦胀紧力不够便会滑脱,极 易造成锚杆锚固失效;2、锚杆无法回收。
[0004] 中国国家知识产权局2005年5月25日公开的,一项名称为“柔性注压锚杆”申请 号为CN 200310105525. 3的发明专利申请;以及2005年11月2日授权的,一项名称为“柔 性注压锚杆”专利号为ZL200320107130. 2的实用新型专利,有效地解决了传统锚杆存在的 缺点。该技术采用高弹性高分子材料(如橡胶、热塑性弹性体)作为锚杆主体材料,将锚杆 体做成中空结构,空心部分为注压腔,其端部一端封闭,一端紧密安装注射单向阀;锚杆体 用钢丝或纤维材料与高弹性高分子材料强化复合而成。该锚杆解决了传统锚杆在支护软、 散岩土体时存在的各种缺点,依靠杆体对锚孔的正压力而产生的摩擦力、镶嵌力提供全长 锚固,锚固过程中能自动补偿岩土体位移引起的锚孔变化、而不会导致锚杆松动,锚固力可 靠并易于调整和补充,易于回收复用。
[0005] 该柔性注压锚杆由于只对杆体进行了纵向增强,以满足对锚固力的要求,而未对 杆体环向进行增强,在长时间的使用过程中,由于杆体高分子材料的粘弹性或粘塑性将产 生蠕变等变形,尤其是遇到被锚固的岩土孔壁存在蜂窝空隙或孔口坍塌时,会导致柔性注 压锚杆杆体的局部环向破损而失效。
三、发明内容
[0006] 本发明的目的是解决现有的“柔性注压锚杆”杆体环向变形量无限制,导致强度 不足的缺陷,发明一种既能保持“柔性注压锚杆”的现有优势,又能限制锚杆杆体环向变形 量,通过提高锚杆杆体环向强度的措施,整体强化锚杆杆体强度的“环向限延伸柔性注压锚 杆,,。
[0007] 本发明的基本构思是:在现有“柔性注压锚杆”杆体结构的基础上,在柔性注压锚 杆的杆体内纵向增强层的外层周边环绕置入定长伸缩结构的纤维、钢丝、钢丝绳或它们的 编织物,对锚杆杆体的环向进行增强,使锚杆在产生锚固工艺所需要的弹性变形后,对锚杆杆体的环向的变形产生约束和增强作用,整体强化了锚杆杆体的强度。
[0008] 还可以将现有技术中锚杆与托盘的一体结构,改进为锚杆与托盘为组装结构。具体结构是,在“柔性注压锚杆”的锚杆体紧密安装注射单向阀的一端紧密安装锚头,锚头为 空心结构,锚头的空心部位安装注射单向阀,锚头的尾端是螺杆,螺杆上安装托盘,并用螺 母紧固。
[0009] “环向限延伸柔性注压锚杆”在保持“柔性注压锚杆”原有的应用效果的基础上,弥 补了 “柔性注压锚杆”存在的不足,增加了如下的优点:
[0010] 1、柔性注压锚杆环向定伸长增强结构,是通过环向增强材料在未达到限定伸长量 之前,锚杆杆体可以在较小的内压作用下,完成杆体的径向膨胀,对锚孔产生充分的压力; 当环向增强材料达到限定伸长量后,锚杆杆体的环向增强结构限制杆体的继续变形,避免 了锚杆杆体高分子材料,因蠕变变形产生的杆腔泄漏等原因而失效。
[0011] 2、由于采用了环向定伸长增强结构,增强了锚杆体的整体强度,当锚孔端口产生 崩塌或锚孔内存在蜂窝空隙,不至于无限制变形,而导致锚杆失效。
[0012] 3、通过改进,托盘6改造成可以拆装的结构,大大方便了锚杆的安装,提高了锚杆 对锚网的紧固作用。
四、附图说明
[0013] 图1为环向限延伸柔性注压锚杆的结构示意图;
[0014] 图2为图1中的A-A剖视图。
[0015] 附图标记:
[0016] 1、锚杆主体,1-1、耐磨承载层,1-2、环向定伸长增强层,1-3、纵向增强层,1-4、密 封层,2、注压腔,3、锚头,4、锚头卡箍,5、注射单向阀,6、托盘,7、托盘紧固螺母,8、堵头,9、 堵头卡箍。
五、具体实施方式
[0017] 最佳实施例,如图1、图2所示:
[0018] 选择煤矿常用锚杆为例。煤矿通常用直径28mm的钻头钻制锚孔安放锚杆,为便于 柔性注压锚杆的安装,锚杆的杆体直径略小于钻头直径,确定为27mm。注压腔直径为14mm, 选择直径14mm的芯轴,芯轴上涂脱模剂,锚杆主体1中的密封层1_4厚度2. 5mm,采用天然 橡胶挤出而成,套在或直接挤在芯轴上;纵向增强层1-3选用30根直径1. 5mm的钢绞线,沿 锚杆纵向均布于密封层1-4的外表面,或者与1-4 一同挤出;环向定伸长增强层1-2选用 15mm宽、1. 5mm厚、伸长率30%的高强锦纶编制松紧带,沿环向螺旋紧排缠绕在锚杆纵向增 强层的外层;杆体的最外部耐磨承载层厚度2. 5mm,采用50mm左右宽的橡胶带沿环向螺旋 紧排缠绕在环向定伸长增强层外表面,或者采用挤出的办法直接挤出在环向定伸长增强层 上。杆体挤出和缠制完毕后,再对杆体进行硫化。杆体的挤出、缠制和硫化可以是分段的, 也可以是连续的。对于分段加工的杆体即为符合锚杆长度要求的锚杆杆体,对于连续加工 的杆体按照锚杆长度要求截取锚杆杆体,通常锚杆长度为2米。锚杆杆体加工完毕后,一端 杆体孔内安装堵头8,通过扣紧堵头卡箍9,与杆体扣紧为一体;另一端杆体孔内安装注射 单向阀或安装锚头3,由扣紧锚头卡箍4将其扣紧于锚杆体。锚头3为空心结构,尾部有紧固托盘的螺纹;注射单向阀紧密安装在空心内,注射单向阀5可选用重型轮胎气门芯。托盘 6为厚10mm,直径60mm的圆形钢板,为现行锚杆托盘通用结构。托盘紧固螺母7为M27的 标准螺母。
[0019] 柔性注压锚杆经过环向定伸长增强后,强度大幅度提高,从原来的裸露状态下承 压不足2MPa,即发生锚杆体爆裂,且爆裂前产生局部极不均勻的大变形,改变为裸露状态下 可承受SMPa以上才发生杆体爆裂,而且爆裂前沿杆体均勻膨胀变形。地面模拟锚孔的蜂窝 空隙,当内注压力5MPa,锚孔有近30mm裸露,锚固力依然有70kN,完全不影响锚杆的正常锚 固效果。

Claims (2)

  1. 环向限延伸柔性注压锚杆,采用高弹性高分子材料作为锚杆主体材料,将锚杆体做成中空结构,空心部分为注液腔或者注气腔,其端部一端封闭,一端紧密安装注射单向阀;锚杆体用钢丝或纤维材料与高弹性高分子材料强化复合而成,其特征为在柔性注压锚杆的杆体内纵向增强层的外层周边,环绕置入定长伸缩结构的纤维或钢丝或钢丝绳或它们的编织物,对锚杆杆体的整体进行增强。
  2. 2.根据权利要求1所述的环向限延伸柔性注压锚杆,其特征为,所述的在锚杆体内紧 密安装注射单向阀的一端紧密安装锚头,锚头为空心结构,锚头的空心部位安装注射单向 阀,锚头的尾端是螺杆,螺杆上安装托盘,并用螺母紧固。
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