CN102562109B - 增阻让压的大变形锚杆及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增阻让压的大变形锚杆及其加工方法，它是由锚固杆段、自由杆段和让压套筒三部分所组成；锚固杆段连接在让压套筒前端；在让压套筒上设有对称的条孔，自由杆段的前端两侧各焊接一个滑移键，自由杆段的前端插入让压套筒中，并使滑移键嵌入条孔中，自由杆段的后端从让压套筒的后端伸出；在让压套筒两侧与条孔一致的轴向上设有断续的开缝，条孔与开缝之间的无缝段称为第一增阻段，之后的无缝段依次为第二增阻段、第三增阻段，依次类推；且增阻段的长度从第一段开始至后要逐渐加长。本发明即能够伸长较大距离同时阻力可平稳增大，用在锚网喷支护方式中，来解决围岩大变形巷道的支护难题。
Description
技术领域
本发明涉及矿山工程支护用的锚杆，尤其涉及煤矿巷道围岩大变形支护用的锚杆。
背景技术
在我国西部，煤矿巷道常处于岩性为泥岩或砂质泥岩的地层中，这些岩石的微观结构为“细颗粒+泥质胶结物”，易受水的侵蚀且胶结强度低。此时地压的绝对值可能不显著，但与岩石的强度尤其是含水状态下的岩石强度相比则相对较高，巷道围岩极易发生大变形或碎裂；裂隙增多又使围岩的透水性增强，进而更易受水的弱化。因此，在泥岩或砂质泥岩中开拓的巷道易发生持续时间较长、总量较大的收敛变形。在我国东部，多数矿井进入了深部开采，即使岩石条件较好，高地压也会促使巷道围岩产生较大的变形。因此，这两种开采条件均出现了巷道围岩发生过大变形的现象，引发锚杆锚索拉断、喷层破裂等问题。
为解决上述变形控制问题，目前的支护方法是对围岩实施“二次支护”或“先让后抗”的支护方式。即前期采用锚杆、锚索等柔性支护，允许围岩有一定的变形，待围岩变形速率变缓，再实施不易变形且能增加抗力的衬砌等刚性支护。但这样的支护方法成本较高，仅适合重要的硐室、巷道。
目前，大量的支护方式通常采用锚网喷方式。由于围岩变形和控制的双重要求，如采用锚网喷方式就需要一种既能产生足够的变形又能始终具备足够抗力的可变形锚杆。
发明内容
本发明提出了一种能够伸长较大距离同时阻力可平稳增大的可变形锚杆，称为增阻让压的大变形锚杆。该锚杆用在锚网喷支护方式中，来解决围岩大变形巷道的支护难题。
增阻让压的大变形锚杆构造是，它是由锚固杆段、自由杆段和让压套筒三部分所组成；锚固杆段和让压套筒连接结构是，让压套筒的前端加工有内螺纹，锚固杆段通过该螺纹连接在让压套筒前端；自由杆段和让压套筒连接结构是，在让压套筒靠近前端的筒体两侧轴向上设有对称的条孔，自由杆段的前端两侧各焊接一个滑移键，自由杆段的前端插入让压套筒中，并使滑移键嵌入条孔中，自由杆段的后端从让压套筒的后端伸出，且后端部加工有用于安装螺母的螺纹；另外，在让压套筒两侧与条孔一致的轴向上设有断续的开缝，条孔与开缝之间的无缝段称为第一增阻段，之后的开缝之间的无缝段依次为第二增阻段、第三增阻段，依次类推；且增阻段的长度从第一段开始至后要逐渐加长。例如，依次为2cm、3cm、4cm、5cm.......。
这种增阻让压的大变形锚杆的工作原理如下：
围岩变形使锚杆受拉增大到一定程度时，首先自由杆段上的滑移键剪切开第一增阻段，挤进第一段开缝中，促使缝隙扩张、让压套筒变粗，与孔壁产生约束力，同时滑移键持续受开缝的夹持和摩擦，也产生恒定的阻力；随着围岩的继续变形，滑移键又不断的剪切下一个增阻段，由于增阻段逐渐增长，所以边让压阻力又逐渐变大。总之，滑移键在开缝内发生挤压、摩擦，在增阻段部分发生剪切，通过这两种作用得到了平稳递增的阻力，锚杆的让抗结合最终使围岩释放一定变形后达到稳定，锚杆亦不因承载过高而破坏。
本发明的增阻让压的大变形锚杆具备以下优点：
(1)调节开缝的长度可以改变允许围岩变形的距离，调节增阻段的长度可以改变阻力的高低，所以它能适应各种程度的巷道变形。
(2)多种方式产生阻力，包括套筒自身的夹持、增阻段的阻挡、岩石孔壁的约束。
(3)套筒使杆体保持在钻孔正中，锚固材料均匀分布于杆体周围，因此锚固效果更好。
(4)发生伸长的套筒位于钻孔内，不影响巷道表面喷层和管线的施工。
附图说明
图1为本发明增阻让压的大变形锚杆的简图。
图2为本发明让压套筒的主视图；
图3为本发明自由杆段的结构示意图；其中左图为主视图，右图为侧视图。
图例说明：1-树脂药卷锚固端，2-锚固杆段，3-让压套筒，4-自由杆段，5-托盘，6-螺母，7-条孔，8-开缝，9-第一增阻段，10-滑移键，11-内螺纹，12-让压套筒后端，13-外螺纹。
具体实施方式
如图1所示，本发明增阻让压的大变形锚杆构造是，它是由锚固杆段2、自由杆段4和让压套筒3三部分所组成；锚固杆段2的前端为树脂药卷锚固端1，自由杆段4的尾端设有托盘5和螺母6；锚固杆段2和让压套筒3连接结构是，让压套筒3的前端加工有内螺纹11，锚固杆段2通过该螺纹连接在让压套筒3前端；自由杆段4和让压套筒3连接结构是，在让压套筒3靠近前端的筒体两侧轴向上设有对称的条孔7，自由杆段4的前端两侧各焊接一个滑移键10，自由杆段4的前端插入让压套筒3中，并使滑移键10嵌入条孔7中，自由杆段4的后端从让压套筒3后端12伸出，且后端部加工有用于安装螺母的外螺纹13；另外，在让压套筒3两侧与条孔7一致的轴向上设有断续的开缝8，条孔7与开缝8之间的无缝段称为第一增阻段9，之后开缝之间的无缝段依次为第二增阻段、第三增阻段，类推；且增阻段的长度从第一段开始至后要逐渐加长。例如，依次为2cm、3cm、4cm、5cm.......。
增阻让压的大变形锚杆设计、制作要求如下：
(1)筒体的外径与锚固钻孔的直径相匹配，内径与两杆段的直径相匹配；
(2)锚固杆段2，让压套筒3，自由杆段4的抗拉强度应基本一致；
(3)让压套筒3与锚固杆段2连接强度、滑移键10的抗剪强度均不得低于杆体抗拉强度，但增阻段的抗剪强度略低于杆体抗拉强度；
(4)开缝8和增阻段的长度按围岩变形允许范围而定。
以初始长度2.2m、可延伸500mm的一种增阻让压的大变形锚杆为例，举例说明尺寸：
图1中固定杆段2为长1.2m、直径20mm的实心螺纹钢杆体，一端加工10cm长的外螺纹，与让压套筒3内螺纹11匹配；
图1中自由杆段4为长1m、直径18mm的实心杆体，一端焊接滑移键10，一端有外螺纹13；
图3中自由杆段4端部的滑移键10的尺寸为长100mm、宽6mm、高6mm；
图2中让压套筒3为长90cm、内径18mm、外径30mm的钢筒，两端15cm长度完全焊接，一端加工有长10cm的内螺纹11，套筒壁上条孔7长10cmm、宽6mm，套筒壁上的开缝8与焊缝交替设置，焊缝形成增阻段，每个开缝8的长为6cm，宽为1～2mm，增阻段长度依次为2cm、3cm、4cm、5cm、6cm。
下面列举一种制作安装方法：
(1)将一段钢筒沿纵长平分成两半，作为让压套筒3的基本件；
(2)在两个半筒的开缝处分别切削出半个条孔7的形状；
(3)在自由杆段4一端加工外用于安装螺母的外螺纹13，另一端两侧焊接滑移键10；
(4)将自由杆段4的前端置于两半让压套筒3的基体内，滑移键10置于条孔7处，两半让压套筒3的基本件对齐后进行间断焊接，除两端段焊死外其余焊接为间断的增阻段，每个增阻段的长度要符合设计要求；焊接后成为整体的让压套筒3；
(5)在让压套筒3靠近条孔7的一端加工内螺纹11，在锚固杆段2一端加工与套筒内螺纹11相配合的外螺纹，将锚固杆段2螺纹连接在让压套筒3上，形成增阻让压的大变形锚杆；
(6)安装时先将树脂药卷装入围岩钻孔底部，再将增阻让压的大变形锚杆放入围岩钻孔中，搅拌树脂药卷，凝固后形成树脂药卷锚固端1，再安装托盘5、拧紧螺母6。
Claims (2)
1.一种增阻让压的大变形锚杆，其特征在于，它是由锚固杆段、自由杆段和让压套筒三部分所组成；锚固杆段和让压套筒连接结构是，让压套筒的前端加工有内螺纹，锚固杆段通过该螺纹连接在让压套筒前端；自由杆段和让压套筒连接结构是，在让压套筒靠近前端的筒体两侧轴向上设有对称的条孔，自由杆段的前端两侧各焊接一个滑移键，自由杆段的前端插入让压套筒中，并使滑移键嵌入条孔中，自由杆段的后端从让压套筒的后端伸出，且后端部加工有用于安装螺母的螺纹；另外，在让压套筒两侧与条孔一致的轴向上设有断续的开缝，条孔与开缝之间的无缝段称为第一增阻段，之后的开缝之间的无缝段依次为第二增阻段、第三增阻段，依次类推；且增阻段的长度从第一段开始至后要逐渐加长。
2.一种如权利要求1所述的增阻让压的大变形锚杆的加工方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：将一段钢筒沿纵长平分成两半，作为让压套筒(3)的基本件；
第二步：在两个半筒的开缝处分别切削出半个条孔(7)的形状；
第三步：在自由杆段(4)一端加工外用于安装螺母的外螺纹(13)，另一端两侧焊接滑移键(10)；
第四步：将自由杆段(4)的前端置于两半让压套筒(3)的基体内，滑移键(10)置于条孔(7)处，两半让压套筒(3)的基本件对齐后进行间断焊接，除两端段焊死外其余焊接为间断的增阻段，每个增阻段的长度要符合设计要求；焊接后成为整体的让压套筒(3)；
第五步：在让压套筒(3)靠近条孔(7)的一端加工内螺纹(11)，在锚固杆段(2)一端加工与套筒内螺纹(11)相配合的外螺纹，将锚固杆段(2)螺纹连接在让压套筒(3)上，形成增阻让压的大变形锚杆；
第六步：安装时先将树脂药卷装入围岩钻孔底部，再将增阻让压的大变形锚杆放入围岩钻孔中，搅拌树脂药卷，凝固后形成树脂药卷锚固端(1)，再安装托盘(5)和拧紧螺母(6)。
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