CN105422152A - 一种大变形抗剪锚杆及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大变形抗剪锚杆，包括杆体、上套筒和下套筒，杆体包括上杆体段和下杆体段，上杆体段横穿上套筒，下杆体段置于下套筒内，上、下套筒通过钢绞索或强力弹簧相连，下杆体段的上部内侧设置有用于防止下杆体段从下套筒内蹿出的杆体限位部，下套筒的上部内侧周圈设置有内凹凸段。本发明还公开了一种大变形抗剪锚杆的安装方法，包括步骤：将上杆体段连同下杆体段从下套筒的底部穿入下套筒；将钢绞索或强力弹簧呈螺旋状松散态缠绕于上杆体段；对上杆体段的底部到上套筒的部分进行锚固；安装托盘和套筒塞，上紧预紧螺母直至预紧力达到设定要求。本发明中的锚杆能随围岩的变形而延伸，可适应巷道围岩发生的大变形，保证巷道围岩的稳定性。

Description

一种大变形抗剪锚杆及其安装方法

技术领域

本发明属于地下工程安全支护技术领域，具体涉及一种大变形抗剪锚杆及其安装方法。

背景技术

在地下工程支护领域中，锚杆支护已经成为应用最广的支护方式，特别是煤矿巷道支护。近年来，随着矿井开采深度的不断增加，岩体力学灾害日益增多，具体表现为冲击地压发生强度及频次的增加、巷道围岩的大变形、不稳定流变大变形、煤与瓦斯突出大变形等。因此，在这种情况下要求锚杆能够产生较大的延伸率，在围岩发生稳定或者非稳定大变形时不发生破坏。

针对目前巷道支护常用的锚杆延伸率较低这一问题，国内外学者研发了不同种类的大变形锚杆，按工作原理可将它们大致分为两类：第一类是杆体可伸长锚杆，主要依靠锚杆材料本身的屈服强度和延伸率提供锚杆的支护阻力和延伸量，对材料的延展性要求较高，且允许的延伸量也较小，主要以挪威的D-Bolts为代表，如中国专利申请CN103670471A公开的变形局部化的动力吸能锚杆属于第一类大变形锚杆；第二类是结构元件可伸长锚杆，主要通过设计一些特殊的机械结构，在锚杆受到的拉力达到一定值后可借助这类机械结构使锚杆伸长，伸长过程中所产生的阻力和伸长量分别为锚杆的工作阻力和延伸量，如中国专利申请CN101858225B公开的一种恒阻大变形锚杆、中国专利申请CN103603685A公开的一种可伸式变阻吸能锚杆、中国专利申请CN104895597A公开的一种大变形恒阻周期性让压锚杆、中国专利申请CN104100286A公开的一种恒阻大变形锚杆/锚索、中国专利申请CN102286975B公开的一种加固大变形岩体的恒阻吸能锚杆、中国专利申请CN203515628U公开的一种摩擦式恒阻大变形锚杆、中国专利申请CN102678148B公开的一种新型高强度恒阻大变形锚杆等均属于第二类大变形锚杆。

上述技术中，通过锚杆自身材料和结构元件的改变使锚杆能够提供较大的延伸量，可适应围岩的大变形，解决了传统锚杆易发生拉断破坏这一问题。但在实际工程应用中，锚杆一般会受到拉力和剪力的共同作用，因而锚杆的失效形式除了拉断破坏，还包括锚杆在滑动面或节理面处的剪切破坏、锚固段界面粘结的剪切破坏等。显然，锚杆自身的抗剪切强度和锚固段界面粘结的抗剪切强度均需要提高，但目前的大变形锚杆还无法解决这些问题。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免现有技术存在的不足之处，提供了一种大变形抗剪锚杆及其安装方法，以解决现有大变形锚杆无法提高锚杆自身及锚固段界面的抗剪强度问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种大变形抗剪锚杆，包括杆体、上套筒和下套筒，杆体包括彼此相连的上杆体段和下杆体段，上杆体段的长度大于下杆体段的长度，上杆体段的杆径小于下杆体段的杆径，上杆体段横穿上套筒，下杆体段置于下套筒内且下杆体段的长度小于下套筒的长度，上、下套筒通过钢绞索或强力弹簧相连，钢绞索或强力弹簧呈螺旋状缠绕于上杆体段，下杆体段的上部内侧设置有用于防止下杆体段从下套筒内蹿出的杆体限位部，杆体限位部与下套筒内壁固连，在外力作用下，上杆体段能够沿杆体限位部滑动，下套筒的上部内侧周圈设置有内凹凸段，内凹凸段位于杆体限位部的下方，内凹凸段与下杆体段发生相对位移时，两者的接触面会产生挤压摩擦力。

所述杆体限位部上开设有通孔，通孔的孔径大于上杆体段的杆径、小于下杆体段的杆径。

所述内凹凸段由若干个凸起肋纹组成，内凹凸段的最小内径大于上杆体段的杆径，内凹凸段的最大内径大于下杆体段的杆径。

所述上套筒的外表面设置有若干个上吊环，钢绞索或强力弹簧的上部通过上紧固紧栓与上吊环相连。

所述下套筒的外表面设置有若干个下吊环，钢绞索或强力弹簧的下部通过下紧固螺栓与下吊环相连。

所述下套筒的下端设置有定位部，定位部包括套筒螺纹段、预紧螺母和套筒塞，套筒螺纹段与下套筒的底端固连，套筒螺纹段为空心钢，套筒塞外表面设置有螺纹，套筒螺纹段的内表面设置有与套筒塞的螺纹相适配的内螺纹，套筒螺纹段的外表面设置有与预紧螺母相适配的外螺纹；所述定位部还包括托盘，托盘位于预紧螺母和下套筒的底端之间。

所述上、下杆体段均为实心螺纹钢，所述上、下套筒均为空心钢。

所述上套筒的长度远小于上杆体段的长度，上套筒的内壁上设置有与上杆体段的螺纹相适配的内表面螺纹。

本发明还公开了一种如上所述的大变形抗剪锚杆的安装方法，该安装方法包括如下步骤：

步骤1，将上杆体段连同下杆体段从下套筒的底部穿入下套筒，并将上杆体段依次穿过下套筒的内凹凸段、杆体限位部以及上套筒，直至使下杆体段的顶端碰触内凹凸段的下端；

步骤2，将多条长度相等的钢绞索或强力弹簧呈螺旋状松散态缠绕于上杆体段，并将每条钢绞索或强力弹簧的顶端通过上紧固螺栓与上套筒的上吊环相连，将每条钢绞索或强力弹簧的底端通过下紧固螺栓与下套筒的下吊环相连；

步骤3，通过调节上套筒套装于上杆体段上的位置，确保钢绞索或强力弹簧完全缠绕于上杆体段时，下杆体段会被卡紧在杆体限位部处，至此锚杆组装完成；

步骤4，在围岩上锚杆的待安装位置打好的钻孔中将锚固剂放置到预定位置后，放置锚杆，对上杆体段的底部到上套筒的部分进行锚固；

步骤5，锚杆放置完毕后，安装托盘和套筒塞，上紧预紧螺母直至预紧力达到设定要求，至此锚杆安装完成。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明通过上套筒、下套筒、钢绞索(或强力弹簧)及杆体的共同作用，能使锚杆随着围岩的变形而延伸，适应巷道围岩发生的大变形，保证巷道围岩的稳定性。

2、本发明在随巷道围岩变形延伸的过程中，钢绞索(或强力弹簧)能够分散作用于杆体的拉应力和剪切应力，减弱杆体的应力集中程度，增加锚杆的抗拉及抗切强度，从而提高锚杆的整体承载力。

3、本发明中上吊环到上杆体段底部为锚固段，锚杆在拉拔过程中，上套筒与上杆体段之间的界面能够分散作用于锚固段粘结界面的剪应力，可以提高锚固段界面整体的抗剪能力。

4、本发明中的钢绞索(或强力弹簧)缠紧上杆体段时，下杆体段将会卡紧于杆体限位部处，锚杆的支护阻力达到最大，避免了锚杆的不断延伸，进一步保证了锚杆结构上的合理性。

附图说明

图1为本发明中的锚杆在第一种工作状态下的半剖示意图。

图2为本发明中的锚杆在第二种工作状态下的半剖示意图。

图3为本发明中的锚杆在第三种工作状态下的半剖示意图。

图4为本发明中的上套筒的半剖示意图。

图5为图4的A-A向剖面图。

图6为本发明中下套筒的半剖示意图。

图7为图6的B-B向剖面图。

其中，

1、上杆体段2、上套筒3、上吊环4、上紧固螺栓5、钢绞索或强力弹簧6、下紧固螺栓7、下吊环8、杆体限位部9、内凹凸段10、下套筒11、下杆体段12、托盘13、预紧螺母14、套筒塞15、套筒螺纹段

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图7所示，一种大变形抗剪锚杆，包括杆体、上套筒2和下套筒10，杆体包括彼此相连的上杆体段1和下杆体段11，上杆体段1的长度大于下杆体段11的长度，上杆体段1的杆径小于下杆体段11的杆径，上杆体段1横穿上套筒2，下杆体段11置于下套筒10内且下杆体段11的长度小于下套筒10的长度；所述上、下杆体段均为实心螺纹钢，所述上、下套筒均为空心钢，所述上套筒2的长度远小于上杆体段1的长度，上套筒2的内壁上设置有与上杆体段1的螺纹相适配的内表面螺纹；上、下套筒通过钢绞索或强力弹簧5相连，上套筒2下部的外表面设置有若干个上吊环3，下套筒10上部的外表面设置有若干个下吊环7，钢绞索或强力弹簧5的上部通过上紧固紧栓4与上吊环3相连，钢绞索或强力弹簧5的下部通过下紧固螺栓6与下吊环7相连，钢绞索或强力弹簧5呈螺旋状缠绕于上杆体段1。

所述下杆体段11的上部内侧设置有用于防止下杆体段11从下套筒10内蹿出的杆体限位部8，杆体限位部8与下套筒10固连，杆体限位部8上开设有通孔，通孔的孔径大于上杆体段1的杆径、小于下杆体段11的杆径，在外力作用下，上杆体段1能够沿杆体限位部8滑动，下套筒10内侧周圈设置有内凹凸段9，内凹凸段9位于杆体限位部8的下方，内凹凸段9由若干个凸起肋纹组成，内凹凸段9的最小内径大于上杆体段1的杆径，内凹凸段9的最大内径大于下杆体段11的杆径，内凹凸段9与下杆体段11发生相对位移时，两者的接触面会产生挤压摩擦力。

所述下套筒10的下端设置有定位部，定位部包括套筒螺纹段15、预紧螺母13和套筒塞14，套筒螺纹段15与下套筒10的底端固连，套筒螺纹段15为空心钢，套筒塞14外表面设置有螺纹，套筒螺纹段15的内表面设置有与套筒塞14的螺纹相适配的内螺纹，套筒螺纹段15的外表面设置有与预紧螺母13相适配的外螺纹；所述定位部还包括托盘12，托盘12位于预紧螺母13和下套筒10的底端之间。

本发明还公开了一种如上所述的大变形抗剪锚杆的安装方法，该安装方法包括如下步骤：

步骤1，将上杆体段1连同下杆体段11从下套筒10的底部穿入下套筒10，并将上杆体段1依次穿过下套筒的内凹凸段9、杆体限位部8以及上套筒2，直至使下杆体段11的顶端碰触内凹凸段9的下端；

步骤2，将多条长度相等的钢绞索或强力弹簧5呈螺旋状松散态缠绕于上杆体段1，并将每条钢绞索或强力弹簧5的顶端通过上紧固螺栓4与上套筒2的上吊环3相连，将每条钢绞索或强力弹簧5的底端通过下紧固螺栓6与下套筒10的下吊环相连；

步骤3，通过调节上套筒2套装于上杆体段1上的位置，确保钢绞索或强力弹簧5完全缠绕于上杆体段1时，下杆体段11会被卡紧在杆体限位部8处，至此锚杆组装完成；

步骤4，在围岩上锚杆的待安装位置打好的钻孔中将锚固剂放置到预定位置后，放置锚杆，对上杆体段1的底部到上套筒2的部分进行锚固；

步骤5，锚杆放置完毕后，安装托盘12和套筒塞14，上紧预紧螺母13直至预紧力达到设定要求，至此锚杆安装完成。

实际应用过程中，锚杆可处于三种工作状态：

如图1所示，第一种工作状态：当锚杆所受的轴向拉力小于下套筒10中内凹凸段9与下杆体段11之间的静止挤压摩擦阻力时，下套筒10与上、下杆体段处于相对静止的状态。

如图2所示，第二种工作状态：当锚杆所受的轴向拉力大于下套筒10的内凹凸段9与下杆体段11之间的静止挤压摩擦阻力时，二者将产生相对位移，下套筒10的内凹凸段9将受到下杆体段11的循环挤压，钢绞索或强力弹簧5会逐渐缠绕于上杆体段1，在这一过程中，锚杆能够保持较高的循环工作阻力；当锚杆受到的轴向拉力减小至下套筒10的内凹凸段9与下杆体段11之间的静止挤压摩擦阻力时，锚杆将再次处于如图1所示的相对静止状态。

如图3所示，第三种工作状态：当锚杆所受到的轴向拉力大于下套筒10的内凹凸段9与下杆体段11之间的静止挤压摩擦阻力时，二者不断产生相对位移，直至下杆体段11卡紧于杆体限位部8处，钢绞索或强力弹簧5将完全缠紧在上杆体段1上，此时锚杆的支护阻力和锚固段界面的抗剪能力均达到最大，钢绞索或强力弹簧5与上、下杆体段对围岩的协调支护作用得到充分发挥。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，包括杆体、上套筒和下套筒，杆体包括彼此相连的上杆体段和下杆体段，上杆体段的长度大于下杆体段的长度，上杆体段的杆径小于下杆体段的杆径，上杆体段横穿上套筒，下杆体段置于下套筒内且下杆体段的长度小于下套筒的长度，上、下套筒通过钢绞索或强力弹簧相连，钢绞索或强力弹簧呈螺旋状缠绕于上杆体段，下杆体段的上部内侧设置有用于防止下杆体段从下套筒内蹿出的杆体限位部，杆体限位部与下套筒内壁固连，在外力作用下，上杆体段能够沿杆体限位部滑动，下套筒的上部内侧周圈设置有内凹凸段，内凹凸段位于杆体限位部的下方，内凹凸段与下杆体段发生相对位移时，两者的接触面会产生挤压摩擦力。

2.根据权利要求1所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述杆体限位部上开设有通孔，通孔的孔径大于上杆体段的杆径、小于下杆体段的杆径。

3.根据权利要求1所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述内凹凸段由若干个凸起肋纹组成，内凹凸段的最小内径大于上杆体段的杆径，内凹凸段的最大内径大于下杆体段的杆径。

4.根据权利要求1所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述上套筒的外表面设置有若干个上吊环，钢绞索或强力弹簧的上部通过上紧固紧栓与上吊环相连。

5.根据权利要求4所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述下套筒的外表面设置有若干个下吊环，钢绞索或强力弹簧的下部通过下紧固螺栓与下吊环相连。

6.根据权利要求5所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述下套筒的下端设置有定位部，定位部包括套筒螺纹段、预紧螺母和套筒塞，套筒螺纹段与下套筒的底端固连，套筒螺纹段为空心钢，套筒塞外表面设置有螺纹，套筒螺纹段的内表面设置有与套筒塞的螺纹相适配的内螺纹，套筒螺纹段的外表面设置有与预紧螺母相适配的外螺纹；所述定位部还包括托盘，托盘位于预紧螺母和下套筒的底端之间。

7.根据权利要求1所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述上、下杆体段均为实心螺纹钢，所述上、下套筒均为空心钢。

8.根据权利要求7所述的一种大变形抗剪锚杆，其特征在于，所述上套筒的长度远小于上杆体段的长度，上套筒的内壁上设置有与上杆体段的螺纹相适配的内表面螺纹。

9.一种如权利要求6至8任一项权利要求所述的大变形抗剪锚杆的安装方法，该安装方法包括如下步骤：

步骤1，将上杆体段连同下杆体段从下套筒的底部穿入下套筒，并将上杆体段依次穿过下套筒的内凹凸段、杆体限位部以及上套筒，直至使下杆体段的顶端碰触内凹凸段的下端；

步骤2，将多条长度相等的钢绞索或强力弹簧呈螺旋状松散态缠绕于上杆体段，并将每条钢绞索或强力弹簧的顶端通过上紧固螺栓与上套筒的上吊环相连，将每条钢绞索或强力弹簧的底端通过下紧固螺栓与下套筒的下吊环相连；

步骤3，通过调节上套筒套装于上杆体段上的位置，确保钢绞索或强力弹簧完全缠绕于上杆体段时，下杆体段会被卡紧在杆体限位部处，至此锚杆组装完成；

步骤4，在围岩上锚杆的待安装位置打好的钻孔中将锚固剂放置到预定位置后，放置锚杆，对上杆体段的底部到上套筒的部分进行锚固；

步骤5，锚杆放置完毕后，安装托盘和套筒塞，上紧预紧螺母直至预紧力达到设定要求，至此锚杆安装完成。