CN105804775B - 一种柔性锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性锚杆，其包括一杆体以及分别设置于所述杆体两端的托盘及端头，所述托盘可拆卸的安装于所述杆体的一端，所述端头通过至少一止脱装置设置于所述杆体的另一端；所述杆体包括柔性金属芯及包覆于柔性金属芯外的第一套筒及第二套筒，所述第一套筒及第二套筒依次间隔的包覆于所述柔性金属芯外侧；所述第一套筒及第二套筒通过一个以上的止脱装置与柔性金属芯固定。本发明的锚杆使用柔性金属芯，达到提高锚杆强度和伸长率，并且锚杆长度可根据不同情况随意变化。采用双套筒设计，可以利用矿井潮湿环境大幅提升锚杆与围岩之间的摩擦力，能够有效防止脱锚的出现。

Description

一种柔性锚杆

技术领域

本发明涉及一种锚杆，具体而言，尤其涉及一种柔性锚杆。

背景技术

锚杆是矿井主要的支护形式，在它发展的过程中，其产生了各种各样的变形，如注浆锚杆、自钻锚杆、玻璃钢锚杆、树脂锚杆等。然而，在现场实际应用的过程中，由于锚杆自身的抗拉强度不够、抗剪能力差等因素很容易发生失效，给矿井安全生产带来很大的威胁，且严重影响正常生产，给煤矿企业带来巨大的经济损失。现在矿井巷道的支护过程中，根据不同的情况和位置多采用锚杆-喷浆、锚杆-防护网-锚索、锚杆-注浆-防护网-锚索等联合支护形式。然而，在围岩应力高、破碎范围大、底板离层严重的巷道，由于锚杆自身不可弯曲、与围岩摩擦力小等原因，不能达到理想的锚固效果。

由于普通锚杆抗拉刚度大、抗剪能力差，不能提供足够的弹性变形。在软岩、高应力等环境下，由于普通锚杆的自身特性不能适应，产生锚杆与围岩拉脱、锚杆被拉断、托盘失效、注浆体拉裂或压碎、粘结失效失锚等。

为了在采动影响剧烈、岩层错动、地应力大时，充分发挥围岩自身的承载能力，锚杆应具有足够的弹性和强度。特别是在岩层发生错动时，锚杆能够在一定范围内适应岩层的移动，能够在发生横向和纵向变形时仍能发挥锚杆自身的性能是值得研究且十分必要。

目前，通过对锚杆的改进，有如膨胀锚杆、膨胀可伸长长锚杆、管缝式锚杆、弹柔锚杆等的出现，这些锚杆在一定程度上存在各自的缺陷：一是膨胀锚杆往往通过特殊材料实现，成本高且减少了锚杆的有效截面尺寸，降低了锚杆强度；二是膨胀可伸长长锚杆用特制管件进行连接，一旦管件失效，则锚杆就失去了自身的性能；三是有些锚杆在现场施工困难，达不到有效的锚固范围。对于全长锚固锚杆和端头锚固锚杆，在现场施工过程中安装复杂，施工周期长；无法补偿岩层的运动引起的锚孔变化，尤其不能很好地解决软岩和大变形巷道的支护问题；锚杆的锚固作用力单一，一旦胀紧力不够便会造成锚杆滑脱。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种柔性锚杆，其不仅可以有效的提高锚杆的强度和伸长率，而且能够有效的防止脱锚的出现，并且还可以有效降低锚杆的成本。

本发明提供的一种柔性锚杆，包括一杆体以及分别设置于所述杆体两端的托盘及端头，所述托盘可拆卸的安装于所述杆体的一端，所述端头通过至少一止脱装置设置于所述杆体的另一端；

所述杆体包括柔性金属芯及包覆于柔性金属芯外的第一套筒及第二套筒，所述第一套筒及第二套筒依次间隔的包覆于所述柔性金属芯外侧；

所述第一套筒及第二套筒通过一个以上的止脱装置与柔性金属芯固定。

在本发明的一实施例中，所述第一套筒与第二套筒的接合处为凹凸咬合的套筒结构，并且所述接合处设置一个以上的止脱装置

在本发明的一实施例中，所述端头与第一套筒或第二套筒的接合处为凹凸咬合的套筒结构，并且所述接合处设置一个以上的止脱装置。

在本发明的一实施例中，还包括一固定件，所述固定件通过一锚具连接于所述杆体外端，并且将所述托盘顶抵于锚孔周围的岩面上。

在本发明的一实施例中，所述止脱装置为一止脱杆，所述止脱杆穿过所述第一套筒、第二套筒或端头与所述柔性金属芯固定在一起。

在本发明的一实施例中，所述固定件外还设置有一固定螺栓，所述固定螺栓垂直地螺接在所述杆体周侧方向，以防止固定件脱落。

在本发明的一实施例中，所述止脱杆还具有一止脱帽，所述止脱帽的轴向截面为楔形或直角三角形。

基于上述构思，所述第一套筒的材质为钢质套筒，所述第二套筒的材质为木质套筒。

基于上述构思，所述第一套筒外具有至少一组环向式排布或者螺旋式排布的孔状结构。

基于上述构思，所述孔状结构为长方形孔、圆形孔、椭圆形孔。

由上述技术方案可知，本发明的锚杆的优点和积极效果在于：本发明提供的柔性锚杆，通过利用柔性金属芯以及包覆于其外的第一套筒及第二套筒结构，可以有效提高锚杆强度和伸长率，且在锚杆被拉断时仍能具有一定得锚固能力。该锚杆采用柔性金属芯作为杆体的主要材质，其具有足够的柔性，可在发生岩层错动时仍具有较高的性能，并且能够抵抗瞬时拉力增大、动应力等情况。第一套筒采用了例如钢质的刚性材质，不但可以有效提高锚杆的强度，而且还以提升锚杆与围岩之间的摩擦力。第二套筒采用了例如木质的膨胀材质可以利用矿井潮湿环境大幅提升锚杆与围岩之间的摩擦力，能够有效防止脱锚的出现，提高了锚固性能；并且该种锚杆对环境适应性强，锚杆长度可根据不同情况随意变化。由于取材简单，相比普通锚杆，该锚杆成本并没有大幅度的增加。

另外可通过成对锚固的方式进行底板锚固，使得锚杆在锚固时没有外露长度，避免了因底锚外露伤人、影响生产的情况发生，可以大大提高工作效率，减少不必要的成本开支。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1为依据本发明的一实施例的柔性锚杆的示意图。

图2为第一套筒与第二套筒接合处的放大示意图。

图3为第一套筒与端头接合处的放大示意图。

图4为第一套筒与第二套筒接合处的A-A剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

100.柔性锚杆；1.杆体；11.金属芯；12第一套筒；121孔状结构；13.第二套筒；2.托盘；3.端头；4.止脱装置；41.止脱杆；42止脱帽；5.固定件；6.垫片；7固定螺栓。

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。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

图1是依据本发明的一实施例的柔性锚杆的示意图，请参照图1，本发明的一实施例的柔性锚杆100包括杆体1、托盘2以及端头3。托盘2可拆卸的安装于杆体1的一端，其主要用于在锚固时压紧岩土的外沿面，托盘2与杆体1的安装方式可采用可拆卸式安装，例如螺接方式，当然也可以采用本领域所公知的其它连接方式，在此并不限制其具体的连接。托盘可采用目前公知的各种托盘类型，例如蝶形托盘或平板形托盘，在此并不对托盘的类型进行限制。

举例而言，端头3可为金属制成的锥形套筒，端头3套设杆体1相对于端头的一端。也就是说，端头3在锚固时位于岩土的深处。端头3可通过采用固定式安装或者可拆卸式安装设置于杆体1上，例如在端头3的套筒内侧设有内螺纹，杆体1的一端可设置有锚具，锚具外侧设有外螺纹，二者通过内外螺纹相互装配在一起，此处所使用锚具可采用本领域公知的一般锚具，于此处并不限制其具体类型，端头3还可以采用焊接方式直接固定于杆1上。进一步的，端头3还可以通过至少一个止脱装置4设置于杆体1的一端上。端头3与杆体的装配方式仅为举例性，在此并不限制其具体的装配方式。

杆体1包括柔性金属芯11、第一套筒12及第二套筒13。柔性金属芯11具体可为一钢丝绳，采用纲丝绳为杆体1的主要材质，主要是因为具有足够的柔性，可在发生岩层错动时仍具有较高的性能，并且能够抵抗瞬时拉力增大、动应力等情况，另外采用钢丝绳不仅取材方便，而且不受施工环境的影响，并且还可以根据实际情况选择长度，另外由于钢丝绳的柔性，不仅运输方便，而且可以在现场临时剪断，这就实现了在现场可以根据实际情况打入不同长度的锚杆，同时也消除了巷道尺寸对长锚杆的限制。当然本发明并不以此为限，其也可采用其它可满足要求的柔性金属作为杆体1的主要材质。

第一套筒12及第二套筒13依次间隔的包覆于柔性金属芯11外侧，举例而言，第一套筒12为一刚性材质制成，采用刚性材质的主要目的是为增加杆体1的强度。第二套筒13为一可膨胀材质制成，采用可膨胀材质的主要目的是为了增加杆体1的膨胀性，并且锚固时随着第二套筒13的膨胀，可进一步的增加杆体与围岩之间的摩擦力，能够有效的防止脱锚的情况发生，大大的提高了锚固性能。在本发明的一些实施中，第一套筒的可采用钢质套筒制成，第二套筒的可采用木质套筒制成，当然上述材质仅为举例用，并非用以限制本发明。

图2为第一套筒与第二套筒接合处的放大示意图，图4为第一套筒与第二套筒接合处的A-A剖面示意图，请参照图2及图4，第一套筒12及第二套筒13可以采用两个半圆筒组成，其可以通过一个以上的止脱装置4与柔性金属芯11固定在一起，采用这样的设计可以使得本发明的柔性锚杆在现场使用时更加容易实现。第一套筒12与第二套筒13的接合处为凹凸咬合的套筒结构，并且在该接合处可设置多个止脱装置4，以加强第一套筒12及第二套筒13的接合处的强度。在一实施例中，还可以在第一套筒12外布置多个孔状结构121，布置孔状结构121不仅有利于锚杆的变形，而且整个锚杆就具有较高的柔性，能更好的适应采动影响下岩层的移动。孔状结构121的形状此处并不限制其具体形状，其可以是长方形孔、圆形孔、椭圆形孔等形状。另外孔状结构的排布方式也可以是多种排布方式，例如可以是环向式排布、螺旋式排等方式。此处所列举的的孔状结构121及排布方式，仅为举例用并非用以限制本发明。

图3为第一套筒与端头接合处的放大示意图，请参照图3，端头3与第一套筒12的接合处也采用了凹凸咬合的套筒结构，并且在接合处设置多个止脱装置4，以增强端头3与第一套筒12以及柔性金属芯11的接合强度。另外在一些实施例当中也可以采用第二套筒13与端头3通过凹凸咬合以及止脱装置4接合。本发明实施并不限制其具体实施方式，本实施例中采用第一套筒12与端头3接合，主要是考虑到第一套筒12为刚性材质，与端头3接合可以增加其接合的强度。

请参照图1至图4，在本发明的一实施例中，止脱装置4具体可以是一金属制成的止脱杆41，止脱杆41穿过第一套筒12、第二套筒13或端头3与柔性金属芯11固定在一起。在本实施例中，止脱杆41表面可具有自攻式螺纹将第一套筒12、第二套筒13或端头与柔性金属芯11固定在一起，当然其也可以通过直接楔入的形式将上述各部件固定在一起，或者通过其它本领域技术人员所熟知的形式，本发明并不限制其具体的连接方式。

在本发明的一实施中，止脱杆41还具有一止脱帽42，止脱帽42与止脱杆41可以为一体成型，也可以是分体式设计，并且止脱帽42可以为圆形、矩形、椭圆形、三角形等多种形状，但是其最长的边要大于止脱杆41的直径，也就是说，止脱帽42在安装时是祼露于杆体的外侧。并且止脱帽42的轴向截面为楔形或直角三角形，在安装时截面为楔形的止脱帽42较短的边位于端头3所在的一侧，而截面为直角三角形的止脱帽42则是锐角的一端位于端头3所在的一侧。采用楔形或直角三角形的止脱帽42的主要目的在于，当锚杆锚固时可以减少阻力，锚固后止脱帽42不仅增大了锚杆与岩石之间的摩擦，而且很好的固定了锚杆，防止其转动或滑动。上述止脱帽的截面形状仅为举例用，本发明并不限制其具体形状。

请参照图1，在本发明的一实施例中，还包括一固定件5，固定件5通过一锚具连接于杆体1外端，施工时，可先将锚杆锚固，然后穿入托盘并且使托盘贴紧岩面，其次安装锚具并且对锚杆进行张拉，最后将固定件5与锚具进行连接，通过张拉使锚杆形成预应力。并且将托盘2顶抵于锚孔周围的岩面上。固定件5具体可以是一螺母，该固定件5螺接于杆体的外端的锚具并且压紧托盘2。此处所使用锚具可采用本领域公知的一般锚具，于此并不限制其具体的类型。另外固定件5与托盘3之间还具一个垫片6，垫片6可为橡胶片或金属弹簧垫,增加垫片6的主要作用在于紧固固定件5与托盘3，缓和冲击力和震动。于固定件5的外端还设置一固定螺栓7，固定螺栓7垂直地连接于杆体1周侧方向，用以防止固定件5脱落。该固定螺栓7可采用螺接于杆体1的周侧方向，也可以采用直接楔入于杆体1的周侧方向，当然本发明并不限制其具体的连接方式。

然而本领域技术人员应当理解的是，并非本发明的所有实施例中都必须包括锚具，固定件5同样也可以采用其它连接方式连接于杆体1外端。例如于本发明的另一实施方式中，固定件5可以直接连接于杆体1的外端，具体来说，固定件5可以与上述第一套筒12采用内外螺纹配合的方式连接于杆体1的外端，当然固定件5也可以与第二套筒13采用内外螺纹配合的方式连接于杆体1的外侧。由于第一、第二套筒均采用止脱装置4固定连接于金属芯11上，与金属芯11形成一个整体，并且第一、第二套筒均可采用刚性材质制成，因此固定件5可通过张拉使锚杆形成预应力。

本发明相对于现有技术的有益效果在于，本发明提供的柔性锚杆，通过利用柔性金属芯以及包覆于其外的第一套筒及第二套筒结构，可以有效提高锚杆强度和伸长率，且在锚杆被拉断时仍能具有一定得锚固能力。该锚杆采用柔性金属芯作为杆体的主要材质，其具有足够的柔性，可在发生岩层错动时仍具有较高的性能。本发明的实施例中柔性金属芯采用钢丝绳为主要材质，由于钢丝绳的柔性，不仅运输方便，而且可以在现场临时剪断，这就实现了在现场可以根据实际情况打入不同长度的锚杆，同时也消除了巷道尺寸对长锚杆的限制。并且该种锚杆对环境适应性强，锚杆长度可根据不同情况随意变化。由于取材简单，相比普通锚杆，该锚杆成本并没有大幅度的增加。

第一套筒采用了例如钢质的刚性材质，不但可以有效提高锚杆的强度，而且还以提升锚杆与围岩之间的摩擦力。第二套筒采用了例如木质的膨胀材质可以利用矿井潮湿环境大幅提升锚杆与围岩之间的摩擦力，能够有效防止脱锚的出现，提高了锚固性能；杆体上还设置有止脱装置，当锚杆锚固时可以减少阻力，锚固后止脱帽不仅增大了锚杆与岩石之间的摩擦，而且很好的固定了锚杆，防止其转动或滑动。

另外可通过成对锚固的方式进行底板锚固，没有外露长度，避免了因底锚外露伤人、影响生产的发生，采用柔性金属为主要材料，使锚杆能够抵抗瞬时拉力增大、动应力等情况。

当介绍本发明或其优选实施例的元件时，术语“一”、“一个”、“该”和“所述”等意图表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”等被定义为包含性的并且表示可能具有除了列出元件之外的其他元件。

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)

1.一种柔性锚杆，包括一杆体，以及分别设置于所述杆体两端的托盘及端头，其特征在于，所述托盘可拆卸的安装于所述杆体的一端，所述端头通过至少一止脱装置设置于所述杆体的另一端；

所述杆体包括柔性金属芯及包覆于柔性金属芯外的第一套筒及第二套筒，所述第一套筒及第二套筒依次间隔的包覆于所述柔性金属芯外侧；所述第一套筒的材质为钢质套筒，所述第二套筒的材质为木质套筒；

所述第一套筒及第二套筒通过一个以上的止脱装置与柔性金属芯固定。

2.如权利要求1所述的柔性锚杆，其特征在于，所述第一套筒与第二套筒的接合处为凹凸咬合的套筒结构，并且所述接合处设置一个以上的止脱装置。

3.如权利要求1所述的柔性锚杆，其特征在于，所述端头与第一套筒或第二套筒的接合处为凹凸咬合的套筒结构，并且所述接合处设置一个以上的止脱装置。

4.如权利要求1所述的柔性锚杆，其特征在于,还包括一固定件，所述固定件通过一锚具连接于所述杆体外端，并且将所述托盘顶抵于锚孔周围的岩面上。

5.如权利要求1所述的柔性锚杆，其特征在于，所述止脱装置为一止脱杆，所述止脱杆穿过所述第一套筒、第二套筒或端头与所述柔性金属芯固定在一起。

6.如权利要求4所述的柔性锚杆，其特征在于，所述固定件外还设置有一固定螺栓，所述固定螺栓垂直地螺接在所述杆体周侧方向，以防止固定件脱落。

7.如权利要求5所述的柔性锚杆，其特征在于，所述止脱杆还具有一止脱帽，所述止脱帽的轴向截面为楔形。

8.如权利要求5所述的柔性锚杆，其特征在于，所述止脱杆还具有一止脱帽，所述止脱帽的轴向截面为直角三角形。

9.如权利要求1至8的任一项所述的柔性锚杆，其特征在于，所述第一套筒外具有至少一组环向式排布或者螺旋式排布的孔状结构。

10.如权利要求9所述的柔性锚杆，其特征在于，所述孔状结构为长方形孔、圆形孔、椭圆形孔。