CN104481565A - 一种压力分散型大变形自适应锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力分散型大变形自适应锚杆，它包括有长锚杆弹簧组件和短锚杆弹簧组件，长锚杆弹簧组件位于钢板托盘中间，短锚杆弹簧组件分布于长锚杆弹簧组件周围；短锚杆弹簧组件的尾杆穿过钢板托盘、锚杆穿过后承压钢板的锚杆预留孔、两端头套有螺母以分别压紧钢板托盘和后承压钢板；长锚杆弹簧组件的尾杆穿过钢板托盘、锚杆中部穿过后承压钢板的注浆预留孔、锚杆前端穿过前承压钢板的中心孔、两端头套有螺母以分别压紧钢板托盘和前承压钢板；本发明的优点是：能够自适应围岩产生的大变形，对隧道岩爆、煤矿冲击地压等突发灾害能够起到有效的缓冲和治理作用并且锚杆受力分布合理。

Description

一种压力分散型大变形自适应锚杆

技术领域

本发明属于巷道和隧道灾害防护设施，具体涉及一种大变形自适应锚杆。

背景技术

我国矿物资源开采需要在井下开掘大量巷道。大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达8000km左右，80%以上的开采集中在煤矿巷道中，保持煤矿巷道畅通与围岩稳定对煤矿建设与安全生产具有重要意义。煤矿资源的开采深度逐年增加，如徐州张小楼矿开采深度已达1300米。在工程建设的过程中，会遇到越来越多的深部巷道的安全支护问题。

随着采矿深度的不断加深，洞室围岩在高地应力的条件下常常表现出大变形的特点，具体表现为软岩大变形、岩爆大变形、瓦斯突出大变形、冲击地压导致的大变形等。在煤矿巷道支护中，锚杆支护是应用最广的支护方案。然而现有的锚杆装置具有延伸率低，传统锚杆的延伸率一般小于20%，不能适应巷道围岩大变形的缺点，无法在围岩产生大变形的情况下正常工作。如遇到岩爆或者冲击地压等情况时，会发生突发性矿难。当围岩出现较大变形时，由于变形初期能量较大，巷道围岩的变形能超出锚杆所能承受的范围，导致锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力消失或者大幅度减小，最终导致锚杆等支护结构失效，进而造成巷道冒顶、塌方甚至大型岩爆等工程事故。

虽然压力分散型锚杆锚固砂浆受压，可以明显改善锚固段应力分布，可缩短锚杆长度等优点。但是遇到围岩大变形的情况是，也会面临锚杆失效的危险。

目前巷道和隧道工程中的锚杆无法在围岩产生大变形的情况下正常工作。如遇到岩爆或者冲击地压等情况时，会产生突发性的事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种压力分散型大变形自适应锚杆，它能够实现对深埋巷道和隧道可能发生大变形以及锚杆受力不合理的情况下，提供一种安全有效的锚杆支护。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有长锚杆弹簧组件和短锚杆弹簧组件，长锚杆弹簧组件位于钢板托盘中间，短锚杆弹簧组件分布于长锚杆弹簧组件周围；短锚杆弹簧组件的尾杆穿过钢板托盘、锚杆穿过后承压钢板的锚杆预留孔、两端头套有螺母以分别压紧钢板托盘和后承压钢板；长锚杆弹簧组件的尾杆穿过钢板托盘、锚杆中部穿过后承压钢板的注浆预留孔、锚杆前端穿过前承压钢板的中心孔、两端头套有螺母以分别压紧钢板托盘和前承压钢板；锚杆弹簧组件包括锚杆、高强度弹簧和尾杆，锚杆端部平直固定有高强度弹簧，高强度弹簧的另一端平直固定有尾杆，高强度弹簧的外围装有套管，靠近锚杆的套管端口内设有橡皮圈封盖。

本发明通过锚杆上固定的高强度弹簧的伸缩特性，能够自适应围岩的大变形，并且对突发灾害起到缓冲作用。另外，在地震荷载作用下，巷道或隧道的围岩剧烈运动时，本发明的锚杆跟随围岩在一定范围内随围岩运动，减少了围岩与锚杆间摩擦力的削弱或消退，使锚杆能够继续工作，并且能够起到良好的减震效果。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：能够自适应围岩产生的大变形，对隧道岩爆、煤矿冲击地压等突发灾害能够起到有效的缓冲和治理作用，并且锚杆受力分布合理。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中后承压钢板的结构示意图；

图3为图1中前承压钢板的结构示意图；

图4为本发明结构的受力示意图。

图中：1. 尾杆；2. 螺母；3. 钢板托盘；4. 套管；5. 高强度弹簧；6. 锚杆；7.橡皮圈封盖；8. 后承压钢板；81. 注浆预留孔；82. 锚杆预留孔；9. 前承压钢板；91. 中心孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，本发明包括有长锚杆弹簧组件和短锚杆弹簧组件，长锚杆弹簧组件位于钢板托盘3中间，短锚杆弹簧组件分布于长锚杆弹簧组件周围；短锚杆弹簧组件的尾杆1穿过钢板托盘3、锚杆6穿过后承压钢板8的锚杆预留孔82、两端头套有螺母2以分别压紧钢板托盘3和后承压钢板8；长锚杆弹簧组件的尾杆1穿过钢板托盘3、锚杆中部穿过后承压钢板8的注浆预留孔81、锚杆前端穿过前承压钢板9的中心孔91、两端头套有螺母2以分别压紧钢板托盘3和前承压钢板9；锚杆弹簧组件包括锚杆6、高强度弹簧5和尾杆1，锚杆6端部平直固定有高强度弹簧5，高强度弹簧5的另一端平直固定有尾杆1，高强度弹簧5的外围装有套管4，靠近锚杆6的套管端口内设有橡皮圈封盖7。

安装本发明锚杆时，应先调节螺母2，使本发明的高强度弹簧5处于受拉状态，提供一定的预拉力。根据弹簧拉力的计算公式                                                ，其中为弹簧产生的拉力，为弹簧刚度，为弹簧拉伸的长度，故弹簧的拉力值与弹簧伸长的长度成正比。安装锚杆时，使高强度弹簧5至少有拉伸量为，值的大小随围岩情况和弹簧刚度的不同而不同。

如图4所示，在围岩无大变形的情况下，本发明有两种传力渠道，一种是依靠锚杆6与灌浆体间的粘接力和摩擦力，另一种是后承压钢板8和前承压钢板9提供压力反力，图4中所示，后承压钢板8和前承压钢板9有向左运动的趋势，与承压板直接接触的注浆体，它们之间产生了压力作用，高强度弹簧5起到传递拉力的作用。本发明后承压钢板8和前承压钢板9所提供得压力反力的作用，在锚杆6与注浆体之间的摩擦力不足的情况下，由后承压钢板8和前承压钢板9提供承载力调节锚杆的受力条件，使锚杆能够正常工作。

当围岩产生大变形时，如强烈的岩爆等，钢板托盘3受到围岩外推力大于本发明锚杆与围岩间的静止摩擦力与压力之和时，高强度弹簧5产生拉伸变形，以适应围岩的变形。根据弹簧拉力的计算公式，弹簧的拉力值与弹簧伸长的长度成正比。当围岩发生大变形，使高强度弹簧5拉伸量变大，高强度弹簧5产生更大的拉力作用。因此，本发明锚杆不仅能够适应围岩的大变形，而且能够产生更大的拉力来约束围岩变形。

在高强度弹簧5产生的拉力作用下，围岩有变形复原的趋势。高强度弹簧5拉伸量变小，本发明锚杆也能够适应围岩的恢复变形。

套管4贯套在高强度弹簧5外围，套管4在靠近尾杆1的端口是全开口的，以供高强度弹簧5自由伸缩；套管4靠近锚杆6的端口是半封闭的，并且设有橡皮圈封盖7以阻止注浆体进入套管4而干扰高强度弹簧5的正常工作, 套管4长度为0.5～1.0米。

锚杆6和尾杆1的端部与高强度弹簧5固定连接的结构是，锚杆6和尾杆1端部的锥形头插入高强度弹簧5的弹簧圈内，锚杆6和尾杆1的杆体上钻有通孔，高强度弹簧5端部的钢丝预留端插入杆体通孔中，伸出部分的钢丝缠绕在杆体上，杆体通孔空隙处填满熔化的金属。所述高强度弹簧5可选用高强度钢琴线或SUS304、SUS305高强度不锈钢丝线制作的弹簧。

Claims (2)

1.一种压力分散型大变形自适应锚杆，其特征是：包括有长锚杆弹簧组件和短锚杆弹簧组件，长锚杆弹簧组件位于钢板托盘（3）中间，短锚杆弹簧组件分布于长锚杆弹簧组件周围；短锚杆弹簧组件的尾杆（1）穿过钢板托盘（3）、锚杆（6）穿过后承压钢板（8）的锚杆预留孔（82）、两端头套有螺母（2）以分别压紧钢板托盘（3）和后承压钢板（8）；长锚杆弹簧组件的尾杆（1）穿过钢板托盘（3）、锚杆中部穿过后承压钢板（8）的注浆预留孔（81）、锚杆前端穿过前承压钢板（9）的中心孔（91）、两端头套有螺母（2）以分别压紧钢板托盘（3）和前承压钢板（9）；锚杆弹簧组件包括锚杆（6）、高强度弹簧（5）和尾杆（1），锚杆（6）端部平直固定有高强度弹簧（5），高强度弹簧（5）的另一端平直固定有尾杆（1），高强度弹簧（5）的外围装有套管（4），靠近锚杆（6）的套管端口内设有橡皮圈封盖（7）。

2.根据权利要求1所述的一种压力分散型大变形自适应锚杆，其特征是：锚杆（6）和尾杆（1）的端部与高强度弹簧（5）固定连接的结构是，锚杆（6）和尾杆（1）端部的锥形头插入高强度弹簧（5）的弹簧圈内，锚杆（6）和尾杆（1）的杆体上钻有通孔，高强度弹簧（5）端部的钢丝预留端插入杆体通孔中，伸出部分的钢丝缠绕在杆体上，杆体通孔空隙间填满熔化的金属。