CN103590844A - 一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支护工具，特别公开了一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具，它包括索体和能承受1吨以上安装载荷的杆体，所述索体和杆体通过连接件连接，所述索体另一端设有锁头，所述索体上设有若干由钢绞绳编制成的鸟巢状空心球体，所述杆体另一端由内向外依次设有托盘、垫片、至少一个让压均压环、垫片和阻尼螺母，其中阻尼螺母螺纹连接于杆体端部。所述连接件为一两端带内螺纹的筒体，其两端分别与所述杆体和索体螺纹连接，所述连接件上设有可注入锚固剂的注入孔。本发明具有用料节省、巷道断面利用率高、支护及时、劳动强度小、经济效益高以及对巷道围岩变形的适应性好。

Description

一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具

（一）      技术领域

    本发明涉及一种支护工具，特别涉及一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具。

（二）      背景技术

在我国已探明的煤炭资源中，约占50%的煤炭埋深超过千米。随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，我国煤炭开采逐步转向深部。随开采深度增大，地应力显著增大，巷道周围应力增高，在浅部相对较硬的围岩，到达深部后成为“工程软岩”，表现出强烈的扩容性和应变软化特征，巷道岩体强度降低，巷道与支护体破坏严重，特别是不良岩层巷道掘进与支护困难。据部分统计，深部巷道实际返修比例高达90%以上。不仅使巷道维护费用大大增加，而且造成矿井生产系统不畅，运输能力不足，风、水、电系统脆弱等一系列问题，成为矿井安全生产的重大隐患。

中国大变形巷道支护系统研究工作始于1958年春，北京市西部九龙山向斜北翼安家滩井田西部近向斜长轴处，木支架大巷遇到灰黑色泥岩，发生强烈底臌，后改用五节棚支护，再加底梁，均无效，巷道失稳而报废。自此上报，提出软岩支护难题。后开发辽宁的沈北矿区，在前屯矿建设时出现井口大变形，支护挤裂，无法继续掘进，停工维修，前掘后塌，停掘返修，工程难前进而报废，以致停工数年。此后，该矿区的蒲河矿、大桥矿、平庄矿区红庙矿也出现重大软岩技术事故。为此，煤炭部集中了一些科研院所、高校和设计院的技术力量，在前屯矿二、三井和红庙进行了多种巷道支护形式的试验和测试工作，在巷道断面、支护形式及施工工艺等方面都取得了初步经验。

    目前，国内外已形成被动支护、主动支护和联合支护三种形式。

围岩支护技术（被动支护）棚式金属支架是巷道支护中最为常用的被动支护手段，它是通过提供被动的径向支护阻力，其直接作用于巷道围岩表面，来平衡围岩变形压力，从而约束围岩变形。但因其支护成本高、操作复杂、且不安全等因素，逐渐被锚杆支护所代替。

锚杆（索）支护作为是一种植入围岩内部巷道的主动支护方式，其不仅给巷道围岩的表面施加托锚力从而起到支护作用，还能给锚固体施加一定的约束控制围岩变形，使围岩强度得以提高，起到加固控制围岩变形的目的。但锚杆（索）支护形式单一，在深井软岩中支护效果不佳。在深部开采条件下，由于围压较大，工程开挖后，简单的一次支护已经不能满足工程稳定性要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。现在一般深井软岩支护采用的是联合支护技术。该支护方式是指用几种支护形式的组合或者采用复合材料进行支护巷道。因使用多种支护形式，使得支护形式过于复杂，架设支护的时间较长。

（三）      发明内容

    本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种结构简单、操作简单、支护效果好的用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具，其特征是：包括索体和能承受1吨以上安装载荷的杆体，所述索体和杆体通过连接件连接，所述索体另一端设有锁头，所述索体上设有若干由钢绞绳编制成的鸟巢状空心球体，所述杆体另一端由内向外依次设有托盘、垫片、至少一个让压均压环、垫片和阻尼螺母，其中阻尼螺母螺纹连接于杆体端部。

所述连接件为一两端带内螺纹的筒体，其两端分别与所述杆体和索体螺纹连接，所述连接件上设有可注入锚固剂的注入孔。

本发明的有益效果是：

1、本发明针对深部巷道围岩的变形破坏特点，已形成以锚杆—锚索支护体系为主，以锚杆和锚索动态迭加为支护技术。它是锚杆与锚索的联合体，既有锚杆的作用，又起到锚索的作用，另外具有用料节省、巷道断面利用率高、支护及时、劳动强度小、经济效益高以及对巷道围岩变形的适应性好的特点。

2、本发明可以起到加固、悬吊、合成梁和挤压连接体等作用，在支护中使用锚杆可以改变岩体的受力状态，不仅增加了岩石本身的稳定程度，而且使被支护岩体由荷载变为承载体，提高了岩体承载能力。

3、在本发明安装完毕后，能提供较高的预应力以控制围岩的早期变形，消除顶板岩层中的离层；在围岩蠕变阶段锚杆能够提供较高的支护阻力，以控制围岩的变形。

4、本发明具有一定的伸长量，可适应围岩大变形的需要，使锚具既能维护好围岩使之不致垮落，又具有很好的让压性而不致损坏，从而保证软岩巷道支护的可靠性。

5、该耦合支护技术是指对软岩巷道围岩由于塑性大变形而产生变形不协调的部位，通过支护的耦合而使巷道围岩变形协调，从而限制围岩产生的有害变形和损伤，实现围岩—支护一体化、载荷均匀化，从而达到巷道稳定的目的。

6、索头用于防止索体在运输及安装过程中散股。

7、鸟巢状空心球体可以保证锚索在钻孔中对中，更好地搅拌树脂，使得树脂在锚索周围均匀分布，从而用较少的树脂用量取得最大的拉拔力。

8、本发明有先刚后柔，柔中带刚的特点。

（四）      附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明使用中的主视结构示意图。

图中，1 索体，2杆体，3连接件，31注入孔，4锁头，5鸟巢状空心球体，6托盘，7让压均压环，8垫片，9阻尼螺母，10破碎区，11塑性区，12弹性区，13原岩应力区。

（五）      具体实施方式

附图为本发明的具体实施例。如图1所示，该种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具，包括索体1和能承受1吨以上安装载荷的杆体2，索体1为由数根钢绞绳编织成的杆状体，索体1和杆体2通过连接件3连接，连接件3为一两端带内螺纹的筒体，其两端分别与所述杆体2和索体1螺纹连接，连接件3上设有可注入锚固剂的注入孔31；索体1的另一端设有锁头4，用于防止索体1在运输及安装过程中散股，索体1上设有若干由钢绞绳编制成的鸟巢状空心球体5，它可以保证本发明在钻孔中对中，更好地搅拌树脂，使得树脂在本发明周围均匀分布，从而用较少的树脂用量取得最大的拉拔力，在杆体2的另一端由内向外依次设有托盘6、垫片8、一个让压均压环7、垫片8和阻尼螺母9，其中阻尼螺母9螺纹连接于杆体2端部。

图2为本发明中的主视结构示意图，本发明插在岩石层中，能够由外向内依次为：破碎区10、塑性区11、弹性区12和原岩应力区13。在大采深、高地应力、动压的条件下，支护强度必须提高。本发明在初装时给该锚具提供高强预应力，当钻机提供给杆体2以要求的预应力时，阻尼螺母9中的阻尼被钻出，从而给杆体2提供高强预应力。为了尽量保证支护系统适应围岩变形特性，每根本发明都均匀受力，防止本发明承受过度载荷而破断，本发明必须有控制变形让压和均压性能，当围岩发生变形时，让压均压环7压缩，释放掉一部分岩石的破坏能量，以保护锚固系统在整个支护期间不失效，防止锚杆破断。当围岩进一步应力释放时，可通过位于原岩部分的索体1，起到辅助支护的作用，以维护巷道安全使用。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (2)

1.一种用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具，其特征是：包括索体（1）和能承受1吨以上安装载荷的杆体（2），所述索体（1）和杆体（2）通过连接件（3）连接，所述索体（1）另一端设有锁头（4），所述索体（1）上设有若干由钢绞绳编制成的鸟巢状空心球体（5），所述杆体（2）另一端由内向外依次设有托盘（6）、垫片（8）、至少一个让压均压环（7）、垫片（8）和阻尼螺母（9），其中阻尼螺母（9）螺纹连接于杆体（2）端部。

2.根据权利要求1所述的用于软岩支护的高预应力让压均压耦合锚具，其特征是，所述连接件（3）为一两端带内螺纹的筒体，其两端分别与所述杆体（2）和索体（1）螺纹连接，所述连接件（3）上设有可注入锚固剂的注入孔（31）。

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