CN104153801A - 煤矿锚杆高预紧力无损伤自动快速施加方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿锚杆高预紧力无损伤自动快速施加方法，可有效解决锚杆复合应力状态下产生破断及高预紧力施加速度慢的问题，其解决的技术方案是，第一步，向煤岩体钻打锚杆孔、放入树脂锚固剂进行搅拌；第二步，安装球形托盘、拧紧锚杆螺母；第三步，液压千斤顶的进油口、出油口和中空液压马达的进油口、出油口分别与风动油泵进油口和出油口通过高压软管连接；第四步，将煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置推入锚杆尾部；第五步，中空螺母带动锚杆螺母快速旋转，实现锚杆张拉状态下高度预紧；本发明使预紧力接近或达到锚杆屈服强度而不损伤杆体，锚杆支护的效果显著提高，是煤矿巷道高预紧力锚杆支护方法上的创新。

Description

煤矿锚杆高预紧力无损伤自动快速施加方法
技术领域
本发明涉及煤矿支护领域，特别是一种煤矿锚杆高预紧力无损伤自动快速施加方法。 
背景技术
煤矿巷道锚杆支护的作用在于控制锚固区围岩离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容、不连续变形破坏，使围岩处于受压状态，抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏，保持锚固区围岩完整性，减小强度降低。很大程度上，施加预紧力的大小决定了锚杆支护的效果。在矿山压力的作用下，锚杆自由端处于拉、剪、扭、弯等多种复合应力状态。而锚杆（金属杆体）抗拉强度远远大于抗剪切、扭转、弯曲的强度；当锚杆杆体受剪切、扭转、弯曲时，锚杆较容易破断，尤其在锚杆的尾部和锚固段与自由段的交界处发生破断的几率最高。施加高预紧力和安装调心托盘，可控制岩体对锚杆杆体的弯曲和剪切作用；而锚杆的预紧力是通过外界机具对螺母的扭转来施加的，高预紧力势必需要施加更高的扭矩，造成锚杆尾部螺纹段和锚固段与自由段的交界处受到更高的扭力；在锚杆受拉应力作用下，扭应力便转换为对杆体的剪切应力，使得高预应力锚杆发生破断。某种程度上，95%的锚杆破断都是发生在锚杆螺纹段和锚固段与自由段的交界处。因此，煤矿锚杆高预紧力施加方法的改进和创新势在必行。 
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种煤矿锚杆高预紧力无损伤自动快速施加方法，可有效解决锚杆复合应力状态下产生破断及高预紧力施加速度慢的问题。 
本发明解决的技术方案是，第一步，向煤岩体钻打锚杆孔、放入树脂锚固剂进行搅拌，使锚杆在锚杆孔内端部锚固； 
第二步，安装球形托盘、拧紧锚杆螺母，球形托盘与顶盖中间上部倒立的圆锥体相连，锚杆螺母将锚杆固定住，安装一定数量锚杆后集中施加高预紧力；
第三步，液压千斤顶的进油口、出油口和中空液压马达的进油口、出油口分别与风动油泵进油口和出油口通过高压软管连接，并接通风动油泵的供风管路；
第四步，将煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置推入锚杆尾部，并顶紧球形托盘，开动风动油泵，打开液压千斤顶的进油阀，中盖内部的锁具锁紧锚杆尾部杆体，随着油压的不断增大，两内缸逐渐伸出两外缸，带动顶盖顶压球形托盘，同时锚杆向外被张拉，球形托盘与锚杆螺母之间将逐渐分离；
第五步，打开中空液压马达的进油阀，使得中空液压马达带动内部中空螺帽旋转，中空螺母带动锚杆螺母快速旋转，把锚杆螺母拧紧，实现锚杆张拉状态下高度预紧。
本发明方法简单，实现了锚杆预应力施加阶段仅受拉应力作用，使预紧力接近或达到锚杆屈服强度而不损伤杆体，可达到120kN以上；实现了锚杆预紧力的自动快速施加，真正做到锚杆巷道高预紧力锚杆支护，锚杆支护的效果显著提高，节约了成本，是煤矿巷道高预紧力锚杆支护方法上的创新。 
附图说明
图1为本发明的立体图。 
图2为本发明的局部剖视图。 
图3为本发明的侧视图。 
图4为本发明的使用方法示意图。 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 
由图1-4给出，本发明在具体实施时，首先安装煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置，所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置包括液压千斤顶、中盖和顶盖，液压千斤顶由两外缸1、两内缸2和两底座16构成，两内缸2套在两外缸1内部，两外缸1套在两底座16内，一底座16柱体外侧有进油口7，两底座16之间通过油管5连接在一起，中盖3套装并密封在两外缸1顶部，中盖3柱体外侧有与进油口7相对应的出油口8，中盖3内部设有锁具腔6，锁具腔6内有锁片13、弹簧14和中空螺母15，顶盖4两侧的中空结构套装在两内缸2的顶部，顶盖4柱体外侧有顶盖进油口9和顶盖出油口10，顶盖4两侧的中空结构与内缸2连接，顶盖4中间内部为下大上小成阶梯状结构的圆形腔体，圆形腔体内安装有中空液压马达12和中空螺帽11；再利用煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置，按以下步骤进行： 
第一步，向煤岩体钻打锚杆孔20、放入树脂锚固剂22进行搅拌，使锚杆21在锚杆孔20内端部锚固；
第二步，安装球形托盘18、拧紧锚杆螺母19，球形托盘18与顶盖4中间上部倒立的圆锥体相连，锚杆螺母19将锚杆21固定住，安装一定数量锚杆21后集中施加高预紧力；
第三步，液压千斤顶的进油口7、出油口8和中空液压马达12的进油口9、出油口10分别与风动油泵进油口和出油口通过高压软管连接，并接通风动油泵的供风管路；
第四步，将煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置推入锚杆21尾部，并顶紧球形托盘18，开动风动油泵，打开液压千斤顶的进油阀，中盖3内部的锁具锁紧锚杆21尾部杆体，随着油压的不断增大，两内缸2逐渐伸出两外缸1，带动顶盖4顶压球形托盘18，同时锚杆21向外被张拉，球形托盘18与锚杆螺母19之间将逐渐分离；
第五步，打开中空液压马达12的进油阀，使得中空液压马达12带动内部中空螺帽11旋转，中空螺母11带动锚杆螺母19快速旋转，把锚杆螺母19拧紧，实现锚杆21张拉状态下高度预紧。
为了保证使用效果，所述的液压千斤顶的两外缸1、两内缸2、两底座16、中盖3之间的组装均通过密封件密封，两内缸2在两外缸1内上下自由滑动，液压油通过进油口7进入一外缸内，并通过油管5进入另一外缸内，在高压油的作用下，推动两内缸2向上移动，给外界提供一个推力，打开回油阀，液压油从出油口8流出，两内缸2向两外缸1内缩进，使千斤顶回程。 
所述的中盖3呈中间大两头小且对称的扁柱体结构，内部有输油通道，一外缸内的液压油通过此通道进入出油口8，使得两侧内部的液压油均通过出油口8排出。 
所述的锁具腔6位于中盖3的中部，为上部圆锥形下部圆柱形的腔体，下部圆柱形腔体有内螺纹，与中空螺母15外螺纹固定连接在一起，中空螺母15上部依次设有弹簧14和锁片13，锁片13沿锁具腔6均布有三片，锁片13截面呈直角梯形，垂直一面有锁牙，锚杆尾部穿入锁片13，在外力向外拉动锚杆时，锁片13与锚杆尾部一起向上移动，而上部圆锥形的腔体限制了锁片向四周移动，进而锁片13在锁紧锚杆尾部。 
所述的顶盖4中间下部的圆形腔体内嵌装有中空液压马达12，中空液压马达12进油口与顶盖进油口9密封连接，中空液压马达12出油口与顶盖出油口10密封连接，高压油由顶盖进油口9进入中空液压马达12内，由顶盖出油口10排出，所产生的压力差带动中空液压马达12转子旋转，所述的顶盖4中间上部腔体呈倒立的圆锥体，与球形托盘18相匹配。 
所述的螺帽11呈上大下小的中空圆柱形，螺帽11中部嵌入中空液压马达12内，螺帽11与中空液压马达12一起转动，在千斤顶回油后，两内缸2带动顶盖4向中盖3移动，螺帽11的下部便压入中盖3的锁具腔内6，锁具腔6内的锁片13便被向下推移，进而将锁紧的锚杆尾部与锁片13分离，螺帽11上部为六棱槽，与锚杆螺母19相配应，并与锚杆螺母19有1~2mm的间隙。 
本发明方法简单，有效解决了高预紧力对锚杆尾部和与锚固剂接触面处产生的损伤而导致的破断及高预紧力施加速度慢的难题，不仅实现了高预紧力（预紧力接近锚杆屈服极限），而且高预紧力的施加速度大大提高，使锚杆支护的效果显著提高，节约了成本，是煤矿巷道高预紧力锚杆支护方法上的创新，具有显著的经济和社会效益。 

Claims (6)

1.一种煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，首先安装煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置，所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置包括液压千斤顶、中盖和顶盖，液压千斤顶由两外缸(1)、两内缸(2)和两底座(16)构成，两内缸(2)套在两外缸(1)内部，两外缸(1)套在两底座(16)内，一底座(16)柱体外侧有进油口(7)，两底座(16)之间通过油管(5)连接在一起，中盖(3)套装并密封在两外缸(1)顶部，中盖(3)柱体外侧有与进油口(7)相对应的出油口(8)，中盖(3)内部设有锁具腔(6)，锁具腔(6)内有锁片(13)、弹簧(14)和中空螺母(15)，顶盖(4)两侧的中空结构套装在两内缸(2)的顶部，顶盖(4)柱体外侧有顶盖进油口(9)和顶盖出油口(10)，顶盖(4)两侧的中空结构与内缸(2)连接，顶盖(4)中间内部为下大上小成阶梯状结构的圆形腔体，圆形腔体内安装有中空液压马达(12)和中空螺帽(11)；再利用煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置，按以下步骤进行：
第一步，向煤岩体钻打锚杆孔(20)、放入树脂锚固剂(22)进行搅拌，使锚杆(21)在锚杆孔(20)内端部锚固；
第二步，安装球形托盘(18)、拧紧锚杆螺母(19)，球形托盘(18)与顶盖(4)中间上部倒立的圆锥体相连，锚杆螺母(19)将锚杆(21)固定住，安装一定数量锚杆(21)后集中施加高预紧力；
第三步，液压千斤顶的进油口(7)、出油口(8)和中空液压马达(12)的进油口(9)、出油口(10)分别与风动油泵进油口和出油口通过高压软管连接，并接通风动油泵的供风管路；
第四步，将煤矿锚杆高预紧力无损快速施加装置推入锚杆(21)尾部，并顶紧球形托盘(18)，开动风动油泵，打开液压千斤顶的进油阀，中盖(3)内部的锁具锁紧锚杆(21)尾部杆体，随着油压的不断增大，两内缸(2)逐渐伸出两外缸(1)，带动顶盖(4)顶压球形托盘(18)，同时锚杆(21)向外被张拉，球形托盘(18)与锚杆螺母(19)之间将逐渐分离；
第五步，打开中空液压马达(12)的进油阀，使得中空液压马达(12)带动内部中空螺帽(11)旋转，中空螺母(11)带动锚杆螺母(19)快速旋转，把锚杆螺母(19)拧紧，实现锚杆(21)张拉状态下高度预紧。
2.根据权利要求1所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，所述的液压千斤顶的两外缸(1)、两内缸(2)、两底座(16)、中盖(3)之间的组装均通过密封件密封，两内缸(2)在两外缸(1)内上下自由滑动，液压油通过进油口(7)进入一外缸内，并通过油管(5)进入另一外缸内，在高压油的作用下，推动两内缸(2)向上移动，给外界提供一个推力，打开回油阀，液压油从出油口(8)流出，两内缸(2)向两外缸(1)内缩进，使千斤顶回程。
3.根据权利要求1所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，所述的中盖(3)呈中间大两头小且对称的扁柱体结构，内部有输油通道，一外缸内的液压油通过此通道进入出油口(8)，使得两侧内部的液压油均通过出油口(8)排出。
4.根据权利要求1所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，所述的锁具腔(6)位于中盖(3)的中部，为上部圆锥形下部圆柱形的腔体，下部圆柱形腔体有内螺纹，与中空螺母(15)外螺纹固定连接在一起，中空螺母(15)上部依次设有弹簧(14)和锁片(13)，锁片(13)沿锁具腔(6)均布有三片，锁片(13)截面呈直角梯形，垂直一面有锁牙，锚杆尾部穿入锁片(13)，在外力向外拉动锚杆时，锁片(13)与锚杆尾部一起向上移动，而上部圆锥形的腔体限制了锁片向四周移动，进而锁片(13)在锁紧锚杆尾部。
5.根据权利要求1所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，所述的顶盖(4)中间下部的圆形腔体内嵌装有中空液压马达(12)，中空液压马达(12)进油口与顶盖进油口(9)密封连接，中空液压马达(12)出油口与顶盖出油口(10)密封连接，高压油由顶盖进油口(9)进入中空液压马达(12)内，由顶盖出油口(10)排出，所产生的压力差带动中空液压马达(12)转子旋转，所述的顶盖(4)中间上部腔体呈倒立的圆锥体，与球形托盘(18)相匹配。
6.根据权利要求1所述的煤矿锚杆高预紧力无损快速施加方法，其特征在于，所述的螺帽(11)呈上大下小的中空圆柱形，螺帽(11)中部嵌入中空液压马达(12)内，螺帽(11)与中空液压马达(12)一起转动，在千斤顶回油后，两内缸(2)带动顶盖(4)向中盖(3)移动，螺帽(11)的下部便压入中盖(3)的锁具腔内(6)，锁具腔(6)内的锁片(13)便被向下推移，进而将锁紧的锚杆尾部与锁片(13)分离，螺帽(11)上部为六棱槽，与锚杆螺母(19)相配应，并与锚杆螺母(19)有1~2mm的间隙。
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