CN104568274B - 一种锚杆锚固力预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚杆锚固力预警装置，包括外壳、高强度中央弹簧、齿条、侧面反光带和可旋转式广角反光带、齿轮、外片球壳和内片球壳、上底座和下底座、空芯圆柱，所述中央弹簧焊接于上底座和下底座的中心圆槽内。装置功能的实现如下：当锚杆锚固力降低时，装置的中央弹簧会松弛致使齿条带动竖直齿轮转动，竖直齿轮带动水平齿轮转动，水平齿轮带动内片球壳转动，可使内片球壳相对于外片球壳转动，从而使隐藏在外片球壳内的内片球壳外表面的反光带显露出来，通过灯光照射反光带即可分辨锚固力不足的锚杆。从而提供一种结构及操作简单的无损检测锚固力的预警装置。

Description

一种锚杆锚固力预警装置

技术领域：

本发明涉及一种锚杆锚固力预警装置，尤其涉及一种对锚杆受力状态进行无损检测的预警装置。

背景技术：

目前国内许多矿井开采或开拓延伸的深度已经超过了700m，有的甚至超过了1000m，矿井中出现了越来越多的传统方法难以控制的软岩巷道，而其中多数巷道处于多次返修、多次扩刷、多次支护的不利局面。软岩强度弱、结构差，变形量大，巷道的围岩松动区范围大，岩体承载能力差，支护方式的选择既要满足适应围岩的变形又要满足对围岩的支护，因此对于锚杆的要求越来越高。在现今的煤矿开采过程中，由于支护质量达不到设计标准，致使不断对其进行修复。锚杆会因为锚固剂的安装不合适，一段时间过后就会出现脱锚，锚固力不足，在巷道中也可能因为环境比较潮湿，锚杆与过多的水接触造成锚固力不足，从而锚固效果降低，除此之外，锚杆本身的安装以及应用过程中也会出现锚固力不足等现象，然而这些状况在外观上看不出来，如果长时间使用这种锚杆，会造成巷道坍塌，发生很大的事故。

现今已有锚杆锚固力光纤光栅检测系统装置和锚杆拉力计。锚杆锚固力光纤光栅检测系统装置由光纤光栅传感器阵列、光纤光栅锚杆测力计、光纤光栅解调仪、光缆和计算机组成。光纤光栅锚杆测力计主要由在环形弹性体壁上均匀布置多个光纤光栅组成。光纤光栅锚杆测力计安装在锚杆锚固端端部，同时在锚杆杆身布设光纤光栅传感器阵列，光纤光栅传感器阵列、光纤光栅锚杆测力计分别通过光缆与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与计算机连接。但是，锚杆锚固力光纤光栅检测系统装置构件多、操作过程繁琐、成本高，不宜大规模应用。锚杆拉力计在检测锚固力时是抽样做破坏锚杆试验来检测锚杆受力状态，所以也存在一定的自身缺陷性。

发明内容：

技术问题：本发明的目的是解决锚杆锚固力检测系统装置构件多、操作过程繁琐、成本的问题，提供一种结构及操作简单的无损检测锚固力的预警装置。

技术方案：本发明包括：外壳、高强度中央弹簧、齿条、侧面反光带和可旋转式广角反光带、垂直塑料斜齿圆锥锥齿轮、外片球壳和内片球壳、上底座和下底座、空芯圆柱，所述中央弹簧焊接于上底座和下底座的中心圆槽内；所述齿条的底端焊接在上底座上，齿条通过下底座中央圆槽边缘小孔伸入内片球壳内，齿条与竖直齿轮齿合相连；所述竖直齿轮与水平齿轮齿合相连；所述内片球壳大口径内侧边缘焊接圆周螺齿与水平齿轮齿合相连；所述外片球壳小口径设有螺纹，空芯圆柱上设对应螺纹，二者相对拧动可固定或卸下外片球壳，且外片球壳的壳体被挖去部分表面积，挖去的表面积呈规则的长方形，占总面积10％～40％，在内片球壳部分外表面贴上反光带，反光带的面积占内片球壳总表面积的40％～50％；所述内片球壳部分外表面贴有的反光带在装置安装完成时，隐藏在外片球壳内，只有当内片球壳相对于外片球壳转动时，才能使隐藏在外片球壳内的内片球壳外表面的反光带显露出来。装置功能的实现如下：当锚杆锚固力降低时，装置的中央弹簧会松弛致使齿条带动竖直齿轮转动，竖直齿轮带动水平齿轮转动，水平齿轮带动内片球壳转动，可使内片球壳相对于外片球壳转动，从而使隐藏在外片球壳内的内片球壳外表面的反光带显露出来，通过灯光照射反光带即可分辨锚固力不足的锚杆。

锚杆锚固力预警装置主要用到了胡克的弹性定律，齿轮传动原理，反光带薄透镜成像原理，具体原理分析如下：

胡克的弹性定律指出：在弹性限度内，弹簧的弹力F和弹簧的长度变化量x成正比，即F＝kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。根据胡克定律，制作符合弹性系数要求的高强度中央弹簧。所述弹簧处于装置内部并与底座焊接在一起。

齿轮传动原理是指：用主从动轮轮齿直接传递运动和动力的装置。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。在装置的内部，由于中央弹簧仅仅发生微小的形变量，与齿条(与底座焊接在一起)相互连接的齿轮转动受到的阻力仅等于装置外侧广角反光带转动时受到的摩擦力。因此，在装置的设计时，采用材质较轻但是强度较高的塑料齿轮，减轻自身重量同时又能满足使用需求。相互咬合的齿轮在转动过程中，将装置中央竖直弹簧的形变转化成预警装置侧面反光带的转动。

反光带薄透镜成像原理：它能将远方直射光线反射回发光处，不论在白天或黑夜均有良好的逆反射光学性能。尤其是晚上，能够发挥如同白天一样的高能见度。使用这种高能见度反光材料制成的反光胶带，无论使用者是在遥远处，还是散射光干扰的情况下，都可以比较容易地被发现。能使工作人员在夜间看清标志，很大程度地提高了人们夜间对标志的识别能力。反光带上的反光膜是利用光学原理，能把光线逆反射到光源处的一种特殊结构的面膜。反光膜的使用寿命一般在3至7年，7年后的亮度保留值至少为初始值的50％。这种材料恰好方便于在恶劣的井下环境中使用。

有益效果：锚杆锚固力预警装置通过中央弹簧来实现当锚杆松动时，岩层轻微脱落或螺帽松动时，托盘在弹簧的作用下也能与岩层接触并有力的作用。该装置提高了锚杆对巷道的支护能力，特别是巷道岩层地质条件较差时，可提高岩层的整体性。弹簧伸长的同时带动斜齿轮与齿条的组合运动，这时反光带露出，用灯光照射可以发现锚固力不足的锚杆，以便工作人员维修或替换。这样一来，减少了后期维护工作和煤矿开采成本，保证了矿井安全高效的生产。

附图说明：

图1是本发明锚杆锚固力预警装置结构示意图；

图2是图1中的A部分放大示意图；

图3是图2中的B部分放大示意图；

图4是装置的外片球壳与空芯圆柱通过螺纹连接的示意图；

图5是图1中的齿轮传动部件放大示意图；

图6是本发明锚杆锚固力预警装置的内部结构示意图；

图7是本发明锚杆锚固力预警装置的表面结构示意图；

图8是本发明锚杆锚固力预警装置实施步骤一示意图；

图9是本发明锚杆锚固力预警装置实施步骤二示意图；

图10是本发明锚杆锚固力预警装置实施步骤三示意图；

图中：1—外壳，2—弹簧，3—垂直塑料斜齿圆锥锥齿轮，4—贴在内片外壳外表面的反光带(侧面反光带和可旋转式广角反光带)，5—托盘，6—螺帽，7—锚杆主体，8—钻孔，9—岩体，10—齿条，11—竖直齿轮，12—水平齿轮，13—外片球壳，14—内片球壳，15—上底座，16—下底座，17—圆周螺齿，18—空芯圆柱，19—螺纹。

具体实施方式

下面结合附图中与具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图1～7所示，本发明锚杆锚固力预警装置包括：外壳1、高强度中央弹簧2、齿条10、侧面反光带和可旋转式广角反光带4、垂直塑料斜齿圆锥锥齿轮3、外片球壳13和内片球壳14、上底座15和下底座16、空芯圆柱18，所述中央弹簧2焊接于上底座15和下底座16的中心圆槽内；所述齿条10的底端焊接在上底座15上，齿条10通过下底座15中央圆槽边缘小孔伸入内片球壳14内，齿条10与竖直齿轮11齿合相连；所述竖直齿轮11与水平齿轮12齿合相连；所述内片球壳14大口径内侧边缘焊接圆周螺齿17与水平齿轮12齿合相连(如图3所示)；所述外片球壳13小口径设有螺纹19，空芯圆柱18上设对应螺纹19，二者相对拧动可固定或卸下外片球壳(如图4所示)，在内片球壳14部分外表面贴上反光带4；所述内片球壳14部分外表面贴有的反光带4在装置安装完成时，隐藏在外片球壳13内，只有当内片球壳14相对于外片球壳13转动时，才能使隐藏在外片球壳13内的内片球壳14外表面的反光带4显露出来。

具体的实施步骤如下：

步骤一：如图8所示，在岩体9的钻孔8内插入并用托盘5固定锚杆主杆7；

步骤二：如图9所示，在托盘5和螺帽6之间加入此装置，拧紧螺帽6，使中央弹簧2处于压缩状态；

步骤三：如图10所示，当锚杆的锚固力减小时，被压缩的中央弹簧2伸长使托盘5与螺帽6之间的距离增大，齿条10带动竖直齿轮11转动，竖直齿轮11带动水平齿轮12转动，水平齿轮12转动，可带动内片球壳14大口径内侧边缘的圆周螺齿17转动，使内片球壳14相对于外片球壳13转动，从而使隐藏在外片球壳13内的内片球壳14外表面的反光带4显露出来，通过灯光照射反光带4即可分辨锚固力不足的锚杆。

Claims (2)

1.一种锚杆锚固力预警装置，其特征在于：包括外壳(1)、高强度中央弹簧(2)、齿条(10)、侧面反光带和可旋转式广角反光带(4)、垂直塑料斜齿圆锥锥齿轮(3)、外片球壳(13)和内片球壳(14)、上底座(15)和下底座(16)、空芯圆柱(18)，所述中央弹簧(2)焊接于上底座(15)和下底座(16)的中心圆槽内；所述齿条(10)的底端焊接在上底座(15)上，齿条(10)通过下底座(15)中央圆槽边缘小孔伸入内片球壳(14)内，齿条(10)与竖直齿轮(11)齿合相连；所述竖直齿轮(11)与水平齿轮(12)齿合相连；所述内片球壳(14)大口径内侧边缘焊接圆周螺齿(17)与水平齿轮(12)齿合相连，内片球壳(14)部分外表面贴有反光带(4)；所述外片球壳(13)小口径设有螺纹(19)，空芯圆柱(18)上设对应螺纹(19)，所述外片球壳(13)的壳体被挖去部分表面积，挖去的表面积呈规则的长方形，占总面积10％～40％，所述反光带(4)的面积占内片球壳(14)总表面积的40％～50％，在装置安装完成时，隐藏在外片球壳(13)下，只有当内片球壳(14)相对于外片球壳(13)转动时，才能使反光带(4)通过外片球壳(13)被挖去的部分显露出来。

2.根据权利要求1所述的锚杆锚固力预警装置，其特征在于：所述反光带(4)在一定的使用年限后，可以通过人为转动外片球壳(13)，从空芯圆柱(18)上卸下外片球壳(13)，以便于调换贴在内片球壳(14)外表面的反光带(4)。