CN103016037B - 一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘，从而实时监测锚杆预紧力的状态和重复循环使用降耗。本发明包括支撑板，支撑板上倒扣有弹性碟形盘，弹性碟形盘和支撑板上设有穿入锚杆用的预留孔。用钢卷尺量出受压弹性碟形盘的初始高度，利用高度-压力曲线或外径-压力曲线查出对应的预紧力；并定时观测弹性碟形盘的径向变化，查出对应的负荷。较好的解决了量测高强锚杆预紧力的问题。可根据弹性碟形盘高度的变化显示锚杆受力状况，可以检测出支护质量。达到了定量让压和可重复循环利用的节支降耗的目的。符合支护中“先让后抗再让”的原则，可以延缓冲击地压的发生的时间、减少冲击地压带来的危害，从而提高了矿山支护的安全性。

Description

一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种预紧力显示装置，具体涉及一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘及其使用方法。属于矿山、地下工程等锚杆锚固领域。

背景技术

目前，我国工程、矿山建设事业蓬勃发展，锚杆作为有效的支护材料被大量的应用。锚杆预紧力是反映锚固质量的主要指标，在生产实践中施工完毕的锚杆预紧力并不能得到实时观测，失去支护效果的锚杆（特别是帮部）不易被人们发现；现用的高预应力锚杆配套的让压环虽能达到定量让压，但也存在受压变形后不能恢复再重复使用的缺点，达不到节支降耗的目的。

中国专利ZL200620008770.1公开了一种锚索、锚杆预紧力监测计，是通过目测塑性测力环变形量的大小得到锚索、锚杆预紧力的大小及受力状况，得到的数据不精确，不能充分体现锚索、锚杆预紧力的大小；且此监测计未涉及到当锚索、锚杆失效时载荷-变形量标定值的变化量。另外，该专利是通过塑性测力环的变形来实现对预紧力的监测，但随着时间的推移，锚杆的预紧力会发生损失，塑性测力环无法恢复变形，从而起不到对预紧力补偿的作用，也就是后期无法实现对锚杆、锚索预紧力的监测作用。

中国专利ZL201120468173.8公开了一种锚杆预紧力检测垫，安装在锚杆现托盘和螺母之间，这就需要增加锚杆外露长度，相应的减少了锚杆的有效长度，只能当检测垫承载至完全压平展开状态时才能说明螺母施加的扭矩达到要求的预紧力，不能做到当压力减小后自由恢复得功能，另外，检测垫主要是通过给螺母施加扭矩时当检测垫承载至完全压平展开状态时，说明螺母施加的扭矩达到了要求的预紧力。但是由于煤矿开采深度的增加，深部围岩具有高地应力的特征，此检测垫无法通过大的变形从而实现定量让压的目的，而且具有不可恢复的性质，故其不适用于矿山的深部开采。并且一种锚杆预紧力检测垫不能重复循环使用，浪费材料。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘，从而实时监测锚杆预紧力的状态和重复循环使用降耗。充分利用钢材弹簧范围内受压发生形变的特性，把一定的厚度的钢板压制成弹性碟形盘，能够确保施工完毕的锚杆的预紧力时时得到监测和达到定量让压重复循环利用的多重目的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘，包括支撑板，所述支撑板上倒扣有弹性碟形盘，所述弹性碟形盘和支撑板上设有穿入锚杆用的预留孔。

所述弹性碟形盘的纵剖面左、右对称，为1/4个圆弧，圆弧直径为60~90mm，圆心角为90°。

可根据不同的受力情况来研制不同规格的弹性碟形盘。

所述弹性碟形盘由弹簧钢热轧钢板制成。

所述支撑板用厚8～10mm的钢板切割而成，其外径比弹性碟形盘的外径大80mm。

一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘的使用方法，步骤如下：

1）把支撑板和弹性碟形盘依次套在锚杆杆体的丝口端；

2）把锚杆杆体旋入钻孔中；

3）在锚杆杆体的丝口端上紧锚杆螺母，把弹性碟形盘与支撑板紧压在钻孔周围的金属网上；

4）用钢卷尺量出受压弹性碟形盘的初始高度，利用高度-压力曲线或外径-压力曲线查出对应的预紧力；

5）对应实验数据，利用不同材质、规格的弹性碟形盘的高度对应的高度-压力曲线或外径-压力曲线，查出初始安装负荷；

6）定时观测弹性碟形盘的径向变化，查出锚杆的对应的预应力。

所述弹性碟形盘在使用之前要经过防腐、疲劳试验检验合格。

所述高度-压力曲线或外径-压力曲线为针对不同材质、规格的弹性碟形盘在实验室内模拟绘制得到。

弹性碟形盘有可靠的弹性，受压力后弹性碟形盘高度减小，外径变大；压力解除后弹性碟形盘恢复原始状态。

本发明的技术和操作要点是：

1）弹性碟形盘使用弹簧钢热轧钢板制成。

2）弹性碟形盘有可靠的弹性，当弹性碟形盘受压后，弹性碟形盘的高度与外径会发生变化，压力增大，弹性碟形盘的高度会缩小，外径变大；压力减小，弹性碟形盘的高度会增加，外径变小。压力完全解除时，弹性碟形盘恢复至原有高度和外径。

3）若压力超过弹性碟形盘所承受的极限，弹性碟形盘的高度不会再恢复。

4）针对需求，可加工制作不同规格的弹性碟形盘。

5）每一批次不同规格的弹性碟形盘需在实验室内绘制出高度-压力或外径-压力对应曲线。

6）本发明弹性碟形盘适用于未实施喷浆作业的巷道。

本发明的有益效果是：

1）较好的解决了量测高强锚杆预紧力的问题。

2）可根据弹性碟形盘高度的变化显示锚杆受力状况，可以检测出支护质量。

3）达到了定量让压和可重复循环利用的节支降耗的目的。

4）符合支护中“先让后抗再让”的原则，可以延缓冲击地压的发生的时间、减少冲击地压带来的危害，从而提高了矿山支护的安全性。

5）本发明的弹性碟形盘，可随着预紧力的大小实现不同程度的变形，当后期锚杆的预紧力减小时，弹性托盘通过自身的弹性恢复从而起到了对预紧力补偿的作用，本发明的弹性碟形盘可恢复弹性，重复使用，减少材料消耗，降低了成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明使用时的装配结构示意图；

图3是高度-压力曲线；

图4是外径-压力曲线；

其中1.弹性碟形盘，2.预留孔，3.支撑板，4.锚杆螺母，5.锚杆杆体，6.金属网，7.钻孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

本发明包括用厚8～10mm的普通钢板切割而成的支撑板3，支撑板3上倒扣有由弹簧钢热轧钢板制成的弹性碟形盘1，支撑板3的外径比弹性碟形盘1的外径大80mm，弹性碟形盘1和支撑板3上设有穿入锚杆用的预留孔2。

所述弹性碟形盘的纵剖面左右对称，为1/4个圆弧，圆弧直径为60~90mm，圆心角为90°。

可根据不同的受力情况来研制不同规格的弹性碟形盘。

本发明的使用方法，步骤如下：

1）把支撑板3和经过防腐、疲劳试验检验合格的弹性碟形盘1依次套在锚杆杆体5的丝口端；

2）把锚杆杆体5旋入钻孔7中；

3）在锚杆杆体5的丝口端上紧锚杆螺母4，把弹性碟形盘1与支撑板3紧压在钻孔7周围的金属网6上；

4）用钢卷尺量出受压弹性碟形盘1的初始高度，利用高度-压力曲线或外径-压力曲线查出对应的预紧力，高度-压力曲线或外径-压力曲线为针对不同材质、规格的弹性碟形盘1在实验室内模拟绘制得到；

5）对应实验数据，利用不同材质、规格的弹性碟形盘1的高度对应的高度-压力曲线或外径-压力曲线，查出初始安装负荷；本实验主要是在实验室单轴压缩机上进行的，将弹性托盘放在单轴压缩机托盘上给弹性托盘逐步施加压力，当弹性托盘完全被压平时，施压停止，导出应力应变曲线。

6）弹性碟形盘1有可靠的弹性，当弹性碟形盘1受压后，弹性碟形盘1的高度与外径会发生变化，压力增大，弹性碟形盘1的高度会缩小，外径变大；压力减小，弹性碟形盘1的高度会增加，外径变小。压力完全解除时，弹性碟形盘1恢复至原有高度和外径；定时观测弹性碟形盘1的径向变化，查出锚杆的对应的预应力。

针对需求，可加工制作不同规格的弹性碟形盘1。本发明适用于未实施喷浆作业的巷道。

下面以材质为60Si₂MnA，厚度为8mm的一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘为例，说明其参数及使用方法，步骤如下：

材质为60Si₂MnA的一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘实验参数如表1所示。

表1一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘实验参数

依据表1绘制高度-压力曲线（图3）和外径-压力曲线（图4）。

试验说明：可根据需要采用增加弹性碟形盘厚度、外径、自由高度的方法制作不同规格的弹性碟形盘以达到锚杆预应力的需要。

试验例：

鲁能菏泽煤电有限公司彭庄煤矿1308上顺槽为沿空掘巷，因受临近采区采动影响，1308上顺槽巷道变形极其严重，顶板断锚杆崩盘比例为15%，给矿上安全管理带来极大难度。

经研究决定后，采用高强预应力锚杆+新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘在巷道1308上顺槽巷道实验使用，支护效果显著，顶板帮部围岩控制稳定，锚杆崩盘率降为3%，取得了显著的效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种新型预紧力显示让压锚杆弹性圆托盘，包括支撑板，其特征在于，所述支撑板上倒扣有弹性碟形盘，所述弹性碟形盘和支撑板上设有穿入锚杆用的预留孔； 

所述弹性碟形盘的纵剖面左右对称，为1/4个圆弧，所述圆弧的直径为60~90mm，圆心角为90°；

所述弹性碟形盘由弹簧钢热轧钢板制成；

所述支撑板用厚8～10mm的钢板切割而成，其外径比弹性碟形盘的外缘大50mm。

2.如权利要求1所述的一种弹性圆托盘的使用方法，其特征在于，步骤如下： 

1）把支撑板和弹性碟形盘依次套在锚杆杆体的丝口端； 

2）把锚杆杆体旋入钻孔中； 

3）在锚杆杆体的丝口端上紧锚杆螺母，把弹性碟形盘与支撑板紧压在钻孔周围的金属网上； 

4）用钢卷尺量出受压弹性碟形盘的初始高度，利用高度-压力曲线或外径-压力曲线查出对应的预紧力； 

5）对应实验数据，利用不同材质、规格的弹性碟形盘的高度对应的高度-压力曲线或外径-压力曲线，查出初始安装负荷； 

6）定时观测弹性碟形盘的径向变化，查出锚杆的对应的预应力。

3.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，所述弹性碟形盘在使用之前要经过防腐、疲劳试验检验合格。

4.根据权利要求2所述的使用方法，其特征在于，受压力后弹性碟形盘高度减小，外径变大；压力解除后弹性碟形盘恢复原始状态。