CN104533488B - 一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，特征是包括两个平板托盘、四个压力弹簧、一个刚性垫圈和一个预紧螺母；平板托盘面上焊接四个挡柱，用来固定压力弹簧位置；紧贴围岩壁的平板托盘中心开孔直径为锚杆直径的2倍，围岩变形时锚杆能适应一定角度的旋转；使用时先将两个平板托盘和压力弹簧组套成一个整体（压力弹簧要准确套在平板托盘的挡柱上），再将该整体穿过锚杆，套上刚性垫圈，拧上预紧螺母。本发明适用于高地应力和变形量大的围岩支护工程，在围岩发生变形时本装置有较好的缓冲让压能力，并允许锚杆发生一定角度的旋转；另通过压力弹簧的压缩量和已知的弹簧系数，可定量计算预紧力的数值。
Description
技术领域
本发明涉及一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，适用于高地应力和变形量大的围岩支护工程。
背景技术
锚杆托盘是锚杆支护系统中的一个重要组成部分，其性能直接影响到锚杆的支护效果。托盘的作用是把螺母锁紧力矩所产生的推力传递给围岩，产生预紧力，同时又将围岩的压力传递给锚杆，产生工作阻力，共同加固围岩。随着我国矿井开采深度的不断加大，地质条件也越来越复杂，原有的锚杆支护材料的支护效果已不能满足需要，究其原因是原有锚杆支护材料不能较好地适应围岩变形，锚杆托盘让压和调心能力较差，尤其是在支护的后期，围岩发生破坏时导致了大面积锚杆失效。针对存在的问题，国内一些专家已对原有锚杆托盘进行了改进。已有专利CN 202900295 U公开了一种自动调心让压锚杆，通过半球形托盘、碟形磨合垫片、球心滚子、坚固螺母和锚杆等组合装置解决了围岩变形过程中对锚杆造成的剪切破坏的问题，但抗冲击拉断让压能力并不显著；已有专利CN 202544882 U公开了一种自适应让压锚杆托盘，通过圆鼓外壳形让压体实现让压，加上让压托盘体中的导向面的配合，与锚杆装配后可起到较好的轴心调节作用，增加了锚杆的承载能力，但该装置对让压托盘体的韧性和制作工艺要求较高，且半球铰旋转后易对托盘体造成偏载；已有专利CN 203420723 U公开了一种高地应力围岩锚杆让压装置，通过依次套在锚杆杆体自由段的托盘和弹簧实现了锚杆支护的让压性能，但该装置在围岩变形时缺少调心能力，且对单根弹簧的刚度要求较高；已有专利CN 201377330Y公开了一种翼形让压托盘及马蹄垫，通过翼形让压托盘和马蹄垫实现了让压功能，但该装置让压能力有限，且对翼形托盘刚度要求较高；已有专利CN202117695 U公开了一种托盘与组合体组成的让压装置，通过托盘与槽钢组合实现了缓冲让压功能，但在围岩应力较大情况下，该装置的托盘边缘与槽钢接触处易出现受力集中，托盘易发生变形；已有专利CN 203821387 U公开了一种引导式变形抗让锚杆索托盘，通过圆形托盘支撑体、支撑筒和凸台的组合实现了让压让位功能，该装置让压能力较好，但调心能力不显著，制作工艺较繁琐。
发明内容
针对上述围岩支护中出现的问题和现有锚杆托盘装置存在的技术不足，本发明提供一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，适用于高地应力和变形量大的围岩支护工程，在围岩发生变形时本装置有较好的缓冲让压能力，并允许锚杆发生一定角度的旋转；另通过压力弹簧的压缩量和已知的弹簧系数，可定量计算预紧力的数值，具有较好的实用性和新颖性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，包括两个平板托盘、四个压力弹簧、一个刚性垫圈和一个预紧螺母；平板托盘面上焊接四个挡柱，用来固定压力弹簧的位置；使用时先将两个平板托盘和压力弹簧组套成一个整体，再将该整体穿过锚杆，套上刚性垫圈，拧上预紧螺母。
所述的紧贴围岩的平板托盘的中心开孔直径为锚杆直径的2倍，围岩变形转动时锚杆可随之小角度转动，避免锚杆与托盘接触部分受剪。
所述压力弹簧要准确套在平板托盘的挡柱上，避免压力弹簧在托盘受压和锚杆旋转时脱离平板托盘。
所述的预紧力定量计算是通过量测四个压力弹簧（6）的平均压缩量和已知的弹簧系数，锚杆预紧力。
本发明的有益技术效果是：
由于本组合托盘体在上下平板托盘之间加入了四个压力弹簧，围岩变形时托盘体具有一定的弹性，在起到缓冲让压作用的同时对围岩也有一定的抵抗支护能力，形成了“让-抗”结合的作用机制，既可以有效支护围岩也可以避免锚杆支护材料发生破坏；同时四个压力弹簧的均匀布置也使得托盘体有一定的调心能力，使得锚杆能适应在三维空间随围岩有一定的旋转，避免了锚杆局部剪力集中情况的出现，更好地发挥支护作用；根据每个压力弹簧的压缩量，可以求得四个压力弹簧的平均压缩量，联合已知的压力弹簧系数，可求得托盘对锚杆的预紧力。
附图说明
图1为采用本发明的正视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明中平板托盘（4）的三视图；
图4为本发明中平板托盘（5）的三视图；
其中，1—锚杆，2—预紧螺母，3—刚性垫圈，4—紧靠螺母的平板托盘，5—紧贴围岩的平板托盘，6—压力弹簧，7—挡柱，8—围岩。
具体实施方式
本发明提供了一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合附图与具体实施例对本发明进一步详细说明。
如图1、图2、图3和图4所示，一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，包括两个平板托盘（4、5）、四个压力弹簧（6）、一个刚性垫圈（3）和一个预紧螺母（2）；平板托盘面上焊接四个挡柱（7），用来固定压力弹簧（6）的位置；使用时先将平板托盘（5）、压力弹簧（6）和平板托盘（4）组套成一个整体，再将该整体穿过锚杆（1），套上刚性垫圈（3），拧上预紧螺母（2）。
所述的平板托盘（5）的中心开孔直径为锚杆（1）直径的2倍，围岩变形转动时锚杆（1）可随之小角度转动，避免锚杆（1）与托盘接触部分受剪。
所述压力弹簧要准确套在平板托盘（4、5）的挡柱（7）上，避免压力弹簧（6）在托盘受压和锚杆（1）旋转时脱离平板托盘（4、5）。
所述的预紧力定量计算是通过量测四个压力弹簧（6）的平均压缩量和已知的弹簧系数，锚杆预紧力。
本发明的工作机理是：现场施工或后期围岩变形后，当围岩释放压力、变形较大时，锚杆拉力急剧上升，围岩压力传递至托盘上，通过预先安置的四个压力弹簧实现让压；当锚杆杆体与托盘呈一定角度时，四个压力弹簧的均匀布置也使得托盘体有一定的调心能力，使得锚杆能适应在三维空间随围岩有一定的旋转，避免了锚杆局部剪力集中情况的出现，更好地发挥锚杆的抗拉强度，有效增加锚杆的实际承载能力，提高围岩控制效果；通过量测四个压力弹簧（6）的平均压缩量和已知的弹簧系数，可定量计算锚杆预紧力。
应当理解的是，上述针对具体试验步骤的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，其特征在于，包括两个平板托盘A、B（4、5）、四个压力弹簧（6）、一个刚性垫圈（3）和一个预紧螺母（2）；平板托盘A、B面上均焊接四个挡柱（7），用来固定压力弹簧（6）的位置；四个所述压力弹簧（6）的轴线均垂直于所述平板托盘B（5），且围绕所述平板托盘B（5）中心开孔的轴线均匀布置；使用时先将平板拖盘B（5）、压力弹簧（6）和平板托盘A（4）组套成一个整体，再将该整体穿过锚杆（1），套上刚性垫圈（3），拧上预紧螺母（2）。
2.根据权利要求1所述的缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，其特征在于，所述紧贴围岩的平板托盘B（5）的中心开孔直径为锚杆直径的2倍。
3.根据权利要求1所述的缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，其特征在于，所述压力弹簧（6）要准确套在平板托盘A、B（4、5）的挡柱（7）上。
4.根据权利要求1所述的缓冲让压预紧力可测锚杆托盘，其特征在于，通过量测四个压力弹簧（6）的平均压缩量μ和已知的弹簧系数K，可定量计算锚杆预紧力F=Kμ。
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