CN103541750B - 一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法，包括高强度螺纹钢锚杆、剪切吸能部件、柔性连接部件、薄壁塑料套管、金属托盘、注浆管、止浆塞和预紧螺母，所述剪切吸能部件与柔性连接部件相连，所述高强度螺纹钢锚杆一端与剪切吸能部件相连，另一端与柔性连接部件相连，所述剪切吸能部件由滑动圆筒、滑动圆柱和剪切插销组成，所述滑动圆筒一端设有内螺纹，另一端设有内凸圆台结构，所述滑动圆柱一端设有外螺纹，另一端设有外凸圆台结构，外凸圆台结构下部内设有与所述剪切插销相配合的滑动槽，所述薄壁塑料套管安装在柔性连接部件的圆柱形杆体外部。

Description

一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆

技术领域

本发明涉及煤矿支护安全领域，具体涉及一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法。

背景技术

煤炭进入深部开采，巷道处于高地压环境下呈现显著的大变形特点，特别是厚煤层受采动影响的采准巷道及冲击大变形巷道或软岩大变形巷道，由于巷道空间狭小，锚杆长度受限，普通锚杆锚固范围小，无法控制锚固范围外的深部围岩变形，传统的螺纹钢锚杆刚度大，支护强度高，但延性小，抵抗变形能力差，无法适应巷道大变形要求。如何解决冲击大变形和软岩大变形巷道围岩支护稳定成问题成为亟待解决的重大难题。

目前，对于冲击大变形或软岩大变形巷道多采用吸能锚杆或超长锚杆控制围岩。吸能锚杆，如在专利申请号201110332484公开的一种剪切套管式让压锚杆、专利申请号201210118241公开的一种快速安装高效吸能矿用锚杆等，该类锚杆多采用单一吸能结构，吸能结构位于锚杆尾端或首端，巷道围岩变形能集中作用于单一吸能构件处，当变形能超过其吸能极限时，锚杆容易破断失效。超长锚杆，如在专利号201835847U公开的一种超长锚杆，在锚头和锚尾之间设置有至少一个连接部，将锚头和锚尾连接，该锚杆能够控制深部围岩变形并有效解决了由于巷道等空间不足而不能使用长锚杆的问题，但锚杆整体属于刚性不具备吸能功能，对于大变形巷道存在调节变形量有限，不能允许大变形。采矿与安全工程学报(2009年，第4期)指出大变形巷道要求支护构件必须同时具备高强度、大刚度和一定的柔度，保证支护系统的高强度支护与让压的双强功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种控制围岩范围大，具备多点间隔分布式吸能功能，能够有效引导控制能量的释放和转化，将高能量消耗在各剪切插销的剪切破坏与各部位柔性连接构件的拉伸变形过程中，能量消耗分散，某一处的吸能构件断裂破坏不影响其他部位的锚固效果，整根锚杆采用全长注浆锚固，具备快速让位和恒阻吸能功能，结构简单、制作和施工方便的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法，包括高强度螺纹钢锚杆、剪切吸能部件、柔性连接部件、薄壁塑料套管、金属托盘、注浆管、止浆塞和预紧螺母，所述剪切吸能部件与柔性连接部件相连，所述高强度螺纹钢锚杆一端与剪切吸能部件相连，另一端与柔性连接部件相连，所述剪切吸能部件由滑动圆筒、滑动圆柱和剪切插销组成，所述滑动圆筒一端设有内螺纹，另一端设有内凸圆台结构，所述滑动圆柱一端设有外螺纹，另一端设有外凸圆台结构，外凸圆台结构下部内设有与所述剪切插销相配合的滑动槽，所述薄壁塑料套管安装在柔性连接部件的圆柱形杆体外部。

作为优选的技术方案，所述柔性连接部件由延性较好的钢材质制成，两端呈带有内螺纹的筒状结构，两端筒状结构的外径大于高强度螺纹钢锚杆直径小于锚杆安装钻孔直径，中间部位为圆柱形杆体，圆柱形杆体直径等于或稍小于高强度螺纹钢锚杆直径。

作为优选的技术方案，所述剪切吸能部件与柔性连接部件的个数可结合超长组合锚杆长度及高强度螺纹钢锚杆的长度设定，所述柔性连接构件的长度根据围岩变形特征及吸能要求确定，所述柔性连接部件可单独使用也可配合剪切吸能构件使用。

作为优选的技术方案，所述剪切插销由金属材质制成，且剪切插销的强度和布设间距可根据需要调整。

作为优选的技术方案，所述高强度螺纹钢锚杆长度在1～2.4m之间。

作为优选的技术方案，所述滑动圆筒沿长度方向间隔布设若干对圆形小孔，所述圆形小孔的孔径尺寸与剪切插销直径相匹配。

作为优选的技术方案，所述高强度螺纹钢锚杆首尾两端设有与所述柔性连接部件和剪切吸能部件相配合的外螺纹。

本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法的有益效果是：利用剪切吸能部件与柔性连接部件将高强度螺纹钢锚杆连接，整根锚杆具有多点分布式快速让位吸能功能，能够有效引导控制能量的释放和转化，将高能量消耗在各剪切插销的剪切破坏和各柔性连接构件的拉伸变形过程中，有效抵御软岩大变形或冲击大变形的影响，保证巷道围岩和支护体系的稳定；由于采用全长锚固，在保证支护系统整体强度的基础上某一处的柔性连接构件断裂破坏不影响其他部位的锚固效果；超长锚杆能够控制更大范围的围岩变形破坏，特别适用于厚煤层采动影响巷道及冲击大变形巷道或大软岩变形巷道，使用前，超长锚杆处于解体状态，使用时利用锚杆钻机在钻孔内自动逐根连接预紧，有效避免因巷道等空间小而不能使用超长锚杆的问题。

附图说明

图1为本发明的一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆结构示意图；

图2为本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆的剪切吸能部件结构示意图；

图3为本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆的剪切吸能部件A-A剖面图；

图4为本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆的柔性连接部件结构示意图；

图5为本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆的高强度螺纹钢锚杆结构示意图。

图中：1-预紧螺母；2-金属托盘；3-止浆塞；4-注浆管；5-高强度螺纹钢锚杆；6-剪切吸能部件；6-1滑动圆筒；6-2滑动圆柱；6-3剪切插销；6-4滑动槽；7-柔性连接部件；7-1两端带内螺纹筒状结构；7-2薄壁塑料套管；8-锚固浆体；9-岩体；10-内螺纹；11-内凸圆台结构。

具体实施方式

参阅图1至图5所示的一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法，包括高强度螺纹钢锚杆5、剪切吸能部件6、柔性连接部件7、薄壁塑料套管7-2、金属托盘2、注浆管4、止浆塞3和预紧螺母1，所述剪切吸能部件6与柔性连接部件7相连，所述高强度螺纹钢锚杆5一端与剪切吸能部件6相连，另一端与柔性连接部件7相连，所述剪切吸能部件6由滑动圆筒6-1、滑动圆柱6-2和剪切插销6-3组成，所述滑动圆筒6-1一端设有内螺纹10，另一端设有内凸圆台结构11，所述滑动圆柱6-2一端设有外螺纹(未图示)，另一端设有外凸圆台结构(未图示)，外凸圆台结构下部内设有与所述滑动槽6-4相配合的剪切插销6-3，所述薄壁塑料套管7-2安装在柔性连接部件7的圆柱形杆体外部。

所述柔性连接部件7由延性较好的钢材质制成，两端呈带有内螺纹的筒状结构，两端筒状结构的外径大于高强度螺纹钢锚杆直径小于锚杆安装钻孔直径，中间部位为圆柱形杆体，圆柱形杆体直径等于或稍小于高强度螺纹钢锚杆直径。

所述剪切吸能部件与柔性连接部件的个数可结合超长组合锚杆长度及高强度螺纹钢锚杆的长度设定，所述柔性连接构件的长度根据围岩变形特征及吸能要求确定，所述柔性连接部件可单独使用也可配合剪切吸能构件使用。

所述剪切插销6-3由金属材质制成，且剪切插销6-3的强度和布设间距可根据需要调整，进而改变组合锚杆剪切吸能阻力。

所述高强度螺纹钢锚杆5长度在1～2.4m之间。

所述滑动圆筒6-1沿长度方向间隔布设若干对圆形小孔(未图示)，所述圆形小孔(未图示)的孔径尺寸与剪切插销直径相匹配。

所述高强度螺纹钢锚杆5首尾两端设有与所述柔性连接部件7和剪切吸能部件6相配合的外螺纹(未图示)，剪切吸能部件6与柔性连接部件7采用螺纹连接方式将多根高强度螺纹钢锚杆首尾连接，整根锚杆采用全长注浆锚固，具备快速让位和恒阻吸能功能，且某一处的吸能构件断裂破坏不影响其他部位的锚固效果。

进一步，所述滑动圆筒一端为设有内螺纹用于连接高强螺纹钢锚杆，另一端设有内凸的圆台结构，用于防止滑动圆柱脱离滑动圆筒，滑动圆筒沿长度方向间隔布设若干对圆形小孔用于安装剪切插销。

进一步，所述滑动圆柱一端设有外螺纹用于连接柔性吸能部件，另一端设有外凸圆台结构与滑动圆筒的圆台结构共同作用防止滑动圆柱脱离滑动圆筒，外凸圆台结构下部内设有与剪切插销相适应的滑动槽，当剪切插销受力剪断后实现杆体的快速滑动让位。

进一步，所述滑动圆筒套装于滑动圆柱上通过剪切插销实现与滑动圆柱的轴向固定。

进一步，所述柔性连接部件的圆柱形杆体外部套有薄壁塑料套管，用于隔离柔性连接构件与围岩的粘结，保证其在围岩大变形产生的膨胀应力作用下自由拉伸。

进一步，所述超长分布式吸能锚杆长度根据围岩变形范围确定，高强度螺纹钢锚杆长度可根据需要在1～2.4m之间做相应调整。

进一步，所述剪切吸能部件与柔性连接部件的个数可结合超长组合锚杆长度及高强度螺纹钢锚杆的长度设定，所述连接构件的长度根据围岩变形特征及吸能要求确定，所述柔性连接部件可单独使用也可配合剪切吸能构件使用。

进一步，所述的一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆安装时采取分步全长锚固，第一步，采用树脂药卷端头锚固，第二步对其余部分杆体全长注浆锚固。

下面结合图1至图5说明本发明的使用过程：使用时，第一步：按照设计锚杆长度，选择相应直径施工锚杆安装钻孔。第二步：钻孔施工完毕，钻孔内放入一支树脂锚固剂，利用剪切吸能部件与柔性连接部件逐段连接高强螺纹钢锚杆并顺次推入钻孔内部，然后依次安装注浆管、止浆塞、金属托盘、预紧螺母。第三步：各构件安装完毕后利用锚杆安装机具转动锚杆搅拌树脂药卷，拧紧预紧螺母，实施第一步锚固，给围岩施加一定的初始预应力。最后，对其余段杆体采用全长注浆锚固，增强支护系统的整体强度。对于冲击大变形巷道，当发生冲击大变形时，间隔布置的剪切吸能构件的剪切插销在冲击力作用下被滑动圆柱剪断，滑动圆柱迅速下滑，实现快速让位吸能，柔性连接构件在变形过程中拉伸变形，将变形能消耗在柔性连接构件的拉伸变形过程中，实现恒阻吸能让位，而高强螺纹钢锚杆抵制围岩变形，保持围岩强度，对于不需要快速让位的软岩大变形巷道可单独使用柔性连接构件连接高强度螺纹钢锚杆，软岩大变形消耗在各个柔性连接构件的拉伸变形过程中，实现围岩大变形能的可控分布式消耗。整根锚杆具有多点间隔分布式让位吸能功能，能够有效引导控制能量的释放和转化，将巷道围岩变形能消耗在支护系统中预设的多个吸能构件处，个别吸能构件断裂破坏不影响其他部位的锚固效果，支护系统不会全部失效，很好的解决了普通吸能锚杆由于吸能能力不足而致使支护系统全部失效问题，矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆特别适用于厚煤层采动影响巷道及冲击大变形巷道或软岩大变形巷道，有效抵御软岩大变形或冲击大变形的影响。

本发明一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆及使用方法的有益效果是：利用剪切吸能部件与柔性连接部件将高强度螺纹钢锚杆连接，整根锚杆具有多点分布式快速让位吸能功能，能够有效引导控制能量的释放和转化，将高能量消耗在各剪切插销的剪切破坏和各柔性连接构件的拉伸变形过程中，有效抵御软岩大变形或冲击大变形的影响，保证巷道围岩和支护体系的稳定；由于采用全长锚固，在保证支护系统整体强度的基础上某一处的柔性连接构件断裂破坏不影响其他部位的锚固效果；超长锚杆能够控制更大范围的围岩变形破坏，特别适用于厚煤层采动影响巷道及冲击大变形巷道或大软岩变形巷道，使用前，超长锚杆处于解体状态，使用时利用锚杆钻机在钻孔内自动逐根连接预紧，有效避免因巷道等空间小而不能使用超长锚杆的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：包括高强度螺纹钢锚杆、剪切吸能部件、柔性连接部件、薄壁塑料套管、金属托盘、注浆管、止浆塞和预紧螺母，所述剪切吸能部件与柔性连接部件相连，所述高强度螺纹钢锚杆一端与剪切吸能部件相连，另一端与柔性连接部件相连，所述剪切吸能部件由滑动圆筒、滑动圆柱和剪切插销组成，所述滑动圆筒一端设有内螺纹，另一端设有内凸圆台结构，所述滑动圆柱一端设有外螺纹，另一端设有外凸圆台结构，外凸圆台结构下部内设有与所述剪切插销相配合的滑动槽，所述薄壁塑料套管安装在柔性连接部件的圆柱形杆体外部。

2.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述柔性连接部件由延性较好的钢材质制成，两端呈带有内螺纹的筒状结构，两端筒状结构的外径大于高强度螺纹钢锚杆直径小于锚杆安装钻孔直径，中间部位为圆柱形杆体，圆柱形杆体直径等于或稍小于高强度螺纹钢锚杆直径。

3.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述剪切吸能部件与柔性连接部件的个数结合超长组合锚杆长度及高强度螺纹钢锚杆的长度设定，所述柔性连接部件的长度根据围岩变形特征及吸能要求确定，所述柔性连接部件单独使用或配合剪切吸能构件使用。

4.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述剪切插销由金属材质制成，且剪切插销的强度和布设间距根据需要调整。

5.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述高强度螺纹钢锚杆长度在1～2.4m之间。

6.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述滑动圆筒沿长度方向间隔布设若干对圆形小孔，所述圆形小孔的孔径尺寸与剪切插销直径相匹配。

7.根据权利要求1所述的矿用间隔分布吸能式超长组合锚杆，其特征在于：所述高强度螺纹钢锚杆首尾两端设有与所述柔性连接部件和剪切吸能部件相配合的外螺纹。