CN105041354A - 一种锚固装置及其支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚固装置，尤其涉及一种锚固装置及其支护方法，用于将锚杆在岩石土层中进行固定，包括储气装置、枪膛以及锚杆，储气装置内形成有密封的气室，以及与气室连通的进气口以及出气口，进气口接入一压缩气体源，进气口能选择性的将压缩气体导入气室，出气口能选择性的将压缩气体排出；枪膛内具有一容置腔，锚杆可滑动的装设于容置腔内，枪膛的一端与出气口密封连接，并且容置腔与出气口连通，出气口排出的压缩气在容置腔内产生膨胀，压缩气体对锚杆做功，将锚杆推出枪膛；锚杆具有一杆体，且杆体的内端安装有端头，端头的前端具有尖刺部。本发明不仅结构简单，而且省时省力，极大的提高了锚固作业的效率。

Description

一种锚固装置及其支护方法

技术领域

本发明涉及一种锚固装置，尤其涉及一种锚固装置及其支护方法。

背景技术

目前岩土工程的作业面主要在地表以下，所受的岩石压力决定了锚固和支护手段的重要性，好的锚固和支护手段会大大加强岩土工程作业的安全性和稳定性；现有的锚固和支护技术中，锚杆的应用占了很大一部分，各种各样的岩石土层的施工要求也不尽相同，且各种施工环境复杂多变，随之而来的是各种新型的锚杆及伴生的相关技术手段层出不穷，对口岩石土层的锚杆也日趋得到改进和完善。

传统的锚杆的支护方式一般为，首先使用钻孔机，在需要支护的地方进行钻孔，打出所需要的钻孔，然后注入树脂锚固剂，插入锚杆然后给螺母施加扭矩，使托盘压紧岩体，给锚杆提供预紧力以完成加固，其不仅操作复杂，效率也比较低，而且锚杆单锚承载力低力，不仅不能适应各种环境，而且还容易出现脱锚现象。

岩土工程的日趋发展在对支护技术提出更高要求的同时，对锚固效率的提高也有了更高的要求，怎样在既定的时间内完成更多作业面的锚固和支护为本发明提供了一个可行的研究方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明的主要目的在于，提供一种结构简单，并且能极大提高锚固作业效率的锚固装置。本发明不仅易于操作，而且在进行锚固作业时省时省力，并且能极大提升锚固的效果。

为解决上述问题，本发明提供一种锚固装置，用于将锚杆在岩石土层中进行固定，包括储气装置、枪膛以及锚杆，所述储气装置内形成有密封的气室，以及与气室连通的进气口以及出气口，所述进气口接入一压缩气体源，所述进气口能选择性的将压缩气体导入所述气室，所述出气口能选择性的将压缩气体排出；所述枪膛内具有一容置腔，所述锚杆可滑动的装设于所述容置腔内，所述枪膛的一端与所述出气口密封连接，并且所述容置腔与所述出气口连通，所述出气口排出的压缩气在所述容置腔内产生膨胀，压缩气体对所述锚杆做功，将所述锚杆推出所述枪膛；

所述锚杆具有一杆体，且所述杆体的内端安装有端头，所述端头的前端具有尖刺部。

于本发明的一实施例中，所述击锤通过一弹性件连接于所述出气口的外周，并且所述击锤可滑动设置于所述容纳腔内，所述容纳腔内的压缩气体能推动所述击锤击打所述锚杆的底端，所述弹性件能提供一回复力使击锤复位。

于本发明的一实施例中，所述储气装置还安装有一阀杆，所述阀杆与气室及出气口密封结合，并且部分裸露于所述储气装置外，所述阀杆能控制出气口的开启或关闭，并且所述阀杆上设置有复位弹簧。

于本发明的一实施例中，还包括一连接座，所述连接座的一端与所述储气装置连接，另一端设有用于握持的握持部。

于本发明的一实施例中，所述连接座上还铰接有扳机，所述扳机设置于所述握持部与所述储气装置之间，所述扳机通过一连杆与所述阀杆连铰接。

于本发明的一实施例中，所述杆体内具有轴向通孔，所述杆体外周形成有螺纹，并且于所述螺纹的旋丝之间形成有多个注浆孔，所述注浆孔与所述通孔连通，且所述注浆孔连通杆体的内外。

于本发明的一实施例中，所述螺纹为三段式，均匀的分布于所述杆体外周，两段相邻的螺纹之间具有间隙，所述间隙的宽度等于所述两相邻的旋丝之间的宽度，所述注浆孔位于所述间隙内。

于本发明的一实施例中，所述通孔由杆体的底端贯穿至所述杆体上最远端的注浆孔处，并且所述通孔的直径是杆体直径的三分之二。

于本发明的一实施例中，所述杆体的外端还依次安装有止浆塞、托盘以及锚固件，所述尖刺部的形状为圆锥形、多梭锥形。

基于上述构思，本发明还提一种锚杆支护方法，包括如上所述的锚固装置，将锚杆装设于所述锚固装置，并且将压缩气体源与进气口密封连接，压缩气体通过进气口进入到气室，扣动扳机开启出气口，压缩气体在容纳腔内产生膨胀，带动击锤撞击锚杆的外端，将锚杆推出枪膛并且固定于岩石土层中。

然后将锚杆旋入围岩的深处，待锚杆安装到位后安装止浆塞，利用杆体的通孔以及注浆孔进行注浆，浆液可沿螺纹流动，并且充满螺纹的旋丝空间，另一部分浆液渗入岩体加固岩层，将锚杆锚固于岩体内，最后安装托盘以及锚固件，使锚杆产生一定的预应力，完成锚杆的支护。

本发明的有益效果在于，本发明提供的锚固装置在锚固时，不需要使用钻机钻孔，直接将锚杆装设于枪膛内，通过压缩气体膨胀带动击锤一次或多次机械撞击完成钻孔和插锚两步，极大的提高了工作效率，并且节省了大量成本；另外由于储气装置配备有阀杆以及扳机，二者配合使用可以使得击锤实现连续多次撞击锚杆，使得本发明可以适应不同的环境，极大提高适用性；另外由于锚杆具有螺纹、通孔以及注浆孔，三者配合使用，使得本发明锚杆不仅适用性强，而且结构简单，同时极大的提高了锚固效率，有效提高了单锚的承载力，避免出现脱锚现象，并可以有效控制围岩的变动。

附图说明

图1为本发明的锚固装置剖视示意图；

图2A为本发明的锚杆的主视示意图；

图2B为图2A所示的锚杆的剖视示意图；

图3为本发明提供的一种压缩气体源的供气原理图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施例，图1为本发明的锚固装置剖视示意图；图2A为本发明的锚杆的主视示意图；图2B为图2A所示的锚杆的剖视示意图；图3为本发明提供的一种压缩气体源的供气原理图。

如图1所示，本发明提供一种锚固装置，用于将锚杆在岩石土层中进行固定，其包括一储气装置1、枪膛2。储气装置1可以采用金属制成的立方体结构，其内部可形成有密封的气室11，气室11内充满气体时要承受一定的压力，并且要具有较强的密封性，所以储气装置1的材质要具有一定的强度，例如可采用钢质材料浇铸而成，储气装置1可以采用分体式结构，或者采用一体成型结构，当然此处仅为举例性，并不限制储气装置2的具体形状以及材质。

进气口12位于储气装置的1的下方，但是本发明并不限定其具体位置，进气口12与气室11连通，并且还可选择性的安装有阀门组件，阀门组件可以将进气口12选择性的开启或者关闭，以便于本发明的使用，使本发明操作更为简便。另外进气口12与一压缩气体源10连接，压缩气体源10可以将压缩气体通过进气口12输入至气室11的内部，进气口12上的阀门可以控制压缩气体是否进入气室11。

出气口13可以位于储气装置的左侧，但是本发明并不限制其具体的位置，其还可以设置于进气口12的周侧或者其它侧面，出气口13同样的与气室11连通，并且可以选择性的开启或者关闭，其主要作用是将气室11内的压缩气体排出。

于本发明的一实施例中，储气装置1中还可以安装有一阀杆14，阀杆14为一金属材质制成的杆状结构，但是本发明并不限制其具体的材质以及形状。阀杆14安装于储气装置1上，其具体位置位于出气口13相对的一侧，并且阀杆14的部分位于气室11的内部，位于气室11内的一端与出气口13密封结合，并且阀杆14与气室11密封结合，阀杆14的另外一端伸出储气装置1的外部，拉动阀杆14即可控制出气口13的开启或关闭。在一实施例中，阀杆14上还可以形成有一止挡块141，止挡块141位于气室11的内部，于止挡块141与气室11的内壁之间还可以安装一复位弹簧142，复位弹簧142提供一弹性力使阀杆14压紧出气口13上，并且与出气口密封结合。另外在拉动阀杆14时，复位弹簧142可以提供一弹性力，使得阀杆14复位且与出气口13密封结合。安装阀杆14可以出气口更加方便的开启或者关闭，并且其结构简单易于使用，能有效提高效率。

在一实施例中，枪膛2可以采用金属制成的杆状结构，其具体可材质可以上述储气装置1相同。枪膛2的内部可以形成一容置腔21，容置腔21具体可以为一贯穿枪膛2的腔体，其表面采取光洁化处理。锚杆6可以滑动装设容置腔21内，容置腔21的表面采用光洁化处，主要的为了减少锚杆6在容置腔的摩擦力，以便于降低锚杆6在容置腔21内滑动时产生的阻力。

枪膛2可以安装于储气装置1上，并且使出气口13与容置腔21连通并且密封，二者具体的连接方式可以采用螺接、焊接、铆接或者法兰连接等方式，本发明并不限制其体的连接方式。在一实施例中，可以将枪膛2直接套设于出气口13上，二者采用螺纹配合密封连接，采用此种设计，不仅结构简单，而且便于本发明的拆装以及检修。使用时，将锚杆6装设于枪膛2的容置腔21中，开启出气口13后，压缩空气由气室11进入到容置腔21内，然后产生膨胀后形成一推力，对锚杆6做功将锚杆推出枪膛2，使锚杆6插设并且固定于岩石土层上。

于本发明的一实施例中，本发明还具有一击锤3以及弹性件4，击锤3具体可以是采用金属材质例如钢质制成的圆柱形结构，当然本发明并不限定其体的材质以及形状。击锤3可滑动的设置于容纳腔21内，并且外表面同样光洁化处理，击锤3可以在容纳腔21滑动，击锤3与容纳腔21内壁间具有较小的间隙，一般径差控制在3-7mm之间。弹性件4的一端与击锤3连接，而其另一端连接于出气口13的外周，弹性件4具体可以采用螺旋弹簧制成。其主要作用在于，当击锤3滑动时，提供一复位力使击锤3复位。

在实际使用时，开启出气口13，使压缩气体由气室11进入到容置腔21内，然后产生膨胀后形成一推力，可以带动击锤3滑动，击锤3撞击锚杆6，将锚杆6推出枪膛，插设并且固定于岩石土层上。另外由于击锤3自身具有一定的重量，在其滑动时可以产生更大的推力，在撞击锚杆5时提供更大的推动力，在锚固时插设锚杆更加稳定，提高锚固的效率。在遇到较硬的岩面时，可以通过反复的开启/关闭出气口13，使击锤3可连续撞击锚杆6，使得本发明可以适应各种环境，并且其整体结构也比较简单。

于本发明的一实施例中，储气装置1的一端还安装有一连接座5，连接座5具体可以是采用金属材质制成，或者采用其它的材质制成，例如其可以采用塑料一体成型，本发明并不限制其具体的料质。连接座5具体可包括一连接部51以及握持部52，二者可以一体成型，也可以为分体式设计。连接部51的一端连接于储气装置1上，并且其所在的侧面为与出气口13相对的侧面上，而连接部的另一端连接握持部52，握持部52可以竖直的连接于连接部51上，其面向储气装置1的一侧与连接部51的底端呈一定的角度，具体角度为大于90，采用此种设计，主要是为了便于握持，另外还可以在握持部52上套设有橡胶套或硅胶套，以提高本发明的使用手感。

连接座5上还可以铰接有一扳机53，扳机53的顶端与上述连接部51铰接，并且其所在位置位于握持部52与储气装置1之间，扳机53的中间位置具有一连杆，扳机53的连杆与上述阀杆14铰接，扣动扳机53即可控制阀杆14的开启或关闭出气口13。增加扳机53使得本发明更加方便的开启或关闭出气口13，并且由于阀杆14上设置有复位弹簧142，开启出气口13后可以自动复位，由此可以实现非常方便的连续扣动扳机53，使得击锤3连续撞击锚杆6，大大提高了锚杆6在锚固时的效率。

如图2A以及图2B所示，锚杆6包括一杆体61、端头62、止浆塞63、托盘64以及固定件65。杆体61具体可以采用一金属制成的杆状结构，当然也可以是其它的材质制成，本发明并不限制其具体的材质以及形状。杆体61内具有一轴向的通孔611，其外周形成有螺纹612，并且于螺纹612的旋丝之间可以形成有多个注浆孔613，注浆孔613与通孔611连通，且注浆孔613连通杆体1的内外。采用此用设计，可以使得本发明的锚杆具有注浆锚杆的特点，可以有效提高锚固效率。另外由于注浆孔613位于螺纹612的旋丝之间，在进行注浆时，锚固剂会先流入旋丝空间内，然后再流入锚杆6外的围岩中，完成锚固后由于锚固剂同时嵌入螺纹612以及周围的围岩当中，有效提高锚杆单锚承载力，而且能有效避免出现脱锚现象，同时有效控制围岩变形位移，提高了锚固效率，并且有效提高了锚杆6的寿命。

端头62采用金属制成，并且其前端还具有一尖刺部621，尖刺部621的形状可以为多种形状，例如其可以是圆锥形、多梭锥形。因为尖刺部621的主要作用是为了使得锚杆6在进入岩石土层时，减少进入时产力的阻力，大大提高本发明的使用效率。由于环境的不同，可以为端头62选择不同的材质制成，另外与杆体61的即可以是一体成型，也可以是由强度较高的金属材质制成，例如采用高碳钢制成。采用分体式结构时，端头62与杆体之间连接方式可以采用螺接或者焊接等方式。使用高强度金属材质可以使得本发明的锚杆6可以适应各种不同的环境，提高锚杆的适用性。但是以上材质、形状以及连接方式仅为举例用，本发明并不限制于此。

于本发明的一实施例中，螺纹612可以为三段式或多段式分布杆体61的外周，其分布方式可以为均匀分布，或者非均匀方式的分布于杆体61外周，本实施例中，螺纹612采用三段式均匀式分布方式，两段相邻的螺纹612之间具有一间隙614，间隙614具体为环设于杆体61的沟槽，并且间隙614的宽度等于两相邻的旋丝之间的宽度。上述注浆孔613环向设置于杆体上，并且位于间隙614内与通孔611连通。采用此种设计，不仅可以减少开设注浆孔613的数量以降低加工难度、提高锚杆6的制造效率，而且可以使更多锚固剂流入螺纹612的旋丝空间内，形成更强的锚固力，极大的提升了锚杆单锚的承载力，有效避免出现脱锚现象。

于本发明的一实施例中，通孔611由杆体61的底端贯穿至杆体61上最远端的注浆孔613处，并且通孔611的直径为杆体61直径的三分之二。采用此种设计，不仅可以降低杆体61的加工难度，以提高加工的效率，而且并不会影响注及锚固的效果。另外由于通孔611的直径为杆体61直径的三分之二，可以加快注浆的效果，能有效的提高锚固的效率。

在实际使用时，锚杆6还包括有止浆塞63、托盘64以及固定件65。上述部件依次安装于杆体61的外端，止浆塞63可以采用本领域公知的类型，本发明并不限制其具体的类型，另外止浆塞63与杆体61的连接方式可以采用多种方式，例如螺接或者焊接等式，本发明并不限制其具体的连接方式；托盘64的具体类型可以采用平板式或蝶式，其与杆体61的连接方式可以止浆塞63与杆体61的连接方式，发明并不限制托盘64的具体类型以及连接方式；固定件65具体可以是一螺母，安装于杆体61的外端，并且将托盘64压抵于岩面上，但是本发明同样不限制其具体的类型及连接方式。

本发明还提一种锚杆支护方法，包括如上述的锚固装置，将锚杆装设于锚固装置的枪膛内，并且将压缩气体源与进气口密封连接，压缩气体通过进气口进入到气室，扣动扳机开启出气口，压缩气体在容纳腔内产生膨胀，带动击锤撞击锚杆的外端，将锚杆推出枪膛并且固定于岩石土层中。

然后将锚杆旋入围岩的深处，待锚杆安装到位后安装止浆塞，利用杆体的通孔以及注浆孔进行注浆，浆液可沿螺纹流动，并且充满螺纹的旋丝空间，另一部分浆液渗入岩体加固岩层，将锚杆锚固于岩体内，最后安装托盘以及锚固件，使锚杆产生一定的预应力，完成锚杆的支护。

如图1所示，压缩气体源10具体可以为一压缩气瓶，压缩气瓶直接连接至进气口12，为本发明的锚固装置提供压缩气体。另外本发明还提供一空气压缩装置，来作为压缩气体源10为本发明的锚固装置提供压缩气体。

图3为本发明提供的一种压缩气体源的供气原理图，如图3所示，空气压缩装置具体运作过程为，在气缸101内作往复运动的活塞102向右运动时，气缸101内活塞102左腔的压力低于大气压力Pa，吸气阀103开启，外界空气吸入气缸101内，这个过程为空气压缩过程。当气缸101内压力高于输出管道内压力P后，排气阀104打开，压缩气体送至输气管内，输气管与本发明锚固装置的进气口12连通，这个过程为排气过程。活塞102的往复运动是由电动机105带动的曲柄滑块机构106形成的，曲柄滑块机构106将电机105的旋转运动转换为滑动，即活塞102的往复运动，以此为本发明锚固装置提供压缩气体。

本发明的有益效果在于，本发明提供的锚固装置在锚固时，不需要使用钻机钻孔，直接将锚杆装设于枪膛内，通过压缩气体膨胀带动击锤一次或多次机械撞击完成钻孔和插锚两步，极大的提高了工作效率，并且节省了大量成本；另外由于储气装置配备有阀杆以及扳机，二者配合使用可以使得击锤实现连续多次撞击锚杆，使得本发明可以适应不同的环境，极大提高适用性；另外由于锚杆具有螺纹、通孔以及注浆孔，三者配合使用，使得本发明锚杆不仅适用性强，而且结构简单，同时极大的提高了锚固效率，有效提高了单锚的承载力，避免出现脱锚现象，并可以有效控制围岩的变动。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种锚固装置，用于将锚杆在岩石土层中进行固定，包括储气装置、枪膛、击锤以及锚杆，其特征在于，所述储气装置内形成有密封的气室，以及与气室连通的进气口以及出气口，所述进气口接入一压缩气体源，所述进气口能选择性的将压缩气体导入所述气室，所述出气口能选择性的将压缩气体排出；

所述枪膛内具有一容置腔，所述锚杆可滑动的装设于所述容置腔内，所述枪膛的一端与所述出气口密封连接，并且所述容置腔与所述出气口连通，所述出气口排出的压缩气在所述容置腔内产生膨胀，压缩气体对所述锚杆做功，将所述锚杆推出所述枪膛；

所述击锤通过一弹性件连接于所述出气口的外周，并且所述击锤可滑动设置于所述容纳腔内，所述容纳腔内的压缩气体能推动所述击锤击打所述锚杆的底端，所述弹性件能提供一回复力使击锤复位；

所述锚杆具有一杆体，且所述杆体的内端安装有端头，所述端头的前端具有尖刺部。

2.如权利要求1所述的锚固装置，所述储气装置还安装有一阀杆，所述阀杆与气室及出气口密封结合，并且部分裸露于所述储气装置外，所述阀杆能控制出气口的开启或关闭，并且所述阀杆上设置有复位弹簧。

3.如权利要求2所述的锚固装置，还包括一连接座，所述连接座的一端与所述储气装置连接，另一端设有用于握持的握持部。

4.如权利要求3所述的锚固装置，所述连接座上还铰接有扳机，所述扳机设置于所述握持部与所述储气装置之间，所述扳机通过一连杆与所述阀杆连铰接。

5.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，所述杆体内具有轴向通孔，所述杆体外周形成有螺纹，并且于所述螺纹的旋丝之间形成有多个注浆孔，所述注浆孔与所述通孔连通，且所述注浆孔连通杆体的内外。

6.如权利要求5所述的锚固装置，其特征在于，所述螺纹为三段式，均匀的分布于所述杆体外周，两段相邻的螺纹之间具有间隙，所述间隙的宽度等于所述两相邻的旋丝之间的宽度，所述注浆孔位于所述间隙内。

7.如权利要求5所述的锚固装置，其特征在于，所述通孔由杆体的底端贯穿至所述杆体上最远端的注浆孔处，并且所述通孔的直径是杆体直径的三分之二。

8.如权利要求5所述的锚杆支护系统，其特征在于，所述杆体的外端还依次安装有止浆塞、托盘以及锚固件，所述尖刺部的形状为圆锥形、多梭锥形。

9.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，所述端头的材质为高强度钢制成。

10.一种锚杆支护方法，包括如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于，将锚杆装设于所述锚固装置，并且将压缩气体源与进气口密封连接，压缩气体通过进气口进入到气室，扣动扳机开启出气口，压缩气体在容纳腔内产生膨胀，带动击锤撞击锚杆的外端，将锚杆推出枪膛并且固定于岩石土层中；

然后将锚杆旋入围岩的深处，待锚杆安装到位后安装止浆塞，利用杆体的通孔以及注浆孔进行注浆，浆液可沿螺纹流动，并且充满螺纹的旋丝空间，另一部分浆液渗入岩体加固岩层，将锚杆锚固于岩体内，最后安装托盘以及锚固件，使锚杆产生一定的预应力，完成锚杆的支护。