CN105863696A - 一种高强度大变形波纹锚杆装置 - Google Patents

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康志勤
杨栋
赵阳升
梁卫国
胡耀青
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/004—Bolts held in the borehole by friction all along their length, without additional fixing means

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Abstract

一种高强度大变形波纹锚杆装置，本发明涉及煤矿、隧道工程支护技术，解决现有锚杆结构不合理，杆体强度和延伸率低，不能满足巷道围岩大变形需要的技术问题。本发明包括：杆体、托盘和旋紧螺母，其特征在于，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆，所述波纹杆的一端加工有与所述旋紧螺母配合的螺纹，所述波纹杆的螺纹端安装所述托盘后，用所述旋紧螺母将所述波纹杆与围岩紧固。本发明用于煤矿、隧道工程支护工程，具有结构合理，波纹杆抗拉强度高、延伸率好，锚固力強的优点。

Description

一种高强度大变形波纹锚杆装置
技术领域
本发明属于煤矿、隧道工程支护技术领域，特别是涉及一种高强度大变形波纹锚杆装置。
背景技术
锚杆被广泛应用于煤矿、隧道、边坡工程的围岩加固和支护领域。目前，我国煤炭开采深度不断增大，许多煤矿的采深已达到1000m以上，巷道围岩在高地应力条件下经常表现为大变形的特点，使巷道严重变形，甚至发生巷道冒顶、岩爆、冲击地压等灾害。另外，在山区公路、铁路的隧道施工区域，断层及褶皱发育，构造地应力复杂，隧道围岩经常产生大变形，进而失去稳定，岩层难以控制。然而，传统螺纹钢锚杆只是简单的刚性材料，结构简单，延伸率低，仅能提供很小的变形量，一旦巷道围岩大变形超过普通锚杆的承载能力后，锚杆容易被拉断，导致锚杆支护结构失效。因此，巷道失稳的主要原因是锚杆的延伸率和围岩变形不相协调。
现有可变形锚杆技术中，CN202338350U公开了“一种新型连续增阻变形锚杆”，是将杆体嵌套在摩擦套管内，依靠管体间摩擦滑动适应围岩大变形，但摩擦力本身就不能抵抗岩石大变形带来的巨大荷载力，摩擦套管极易被拉脱失效。CN204113316U公开了“一种间隔螺旋杆体式大变形锚杆”，该锚杆由直杆段和螺旋杆段组成，依靠螺旋杆段变形以适应围岩大变形，但因杆体结构在轴向不统一，极易在直杆段和螺旋杆段交接处产生应力集中，拉断锚杆。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高强度大变形波纹锚杆装置，解决现有锚杆结构不合理，杆体强度和延伸率低，不能满足巷道围岩大变形需要的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高强度大变形波纹锚杆装置，包括：杆体、托盘和旋紧螺母，其特征在于，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆，所述波纹杆的一端加工有与所述旋紧螺母配合的螺纹，所述波纹杆的螺纹端安装所述托盘后，用所述旋紧螺母将所述波纹杆与围岩紧固。
进一步，所述波纹杆的单个波纹的波长为5～40mm，波深为2～12mm。
本发明具有如下显著的进步和效果：
1)波纹杆具有柔性大、延伸率好的特性，可依靠累积波纹间的结构微变形，来适应围岩的大变形。
2)利用波纹间结构微变形释放应力集中，结构均一，提高了波纹杆整体抗拉强度，锚杆不易拉断，增加了对围岩的承载力。
3)由于波纹杆与砂浆或树脂锚固材料之间是“S型”交界面，因此可大幅增加波纹杆与锚固材料间的摩擦阻力，提高锚固力。
本发明用于煤矿、隧道工程支护，具有结构合理，波纹杆抗拉强度高、延伸率好，锚固力強的优点。
附图说明
图1是一种高强度大变形波纹锚杆装置与围岩的安装结构示意图；
图2是图1中A部局部放大图；
图3是一种高强度大变形波纹锚杆装置随围岩大变形伸长状态下的结构示意图；
图4是图3中B部局部放大图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1
如图1、2所示，一种高强度大变形波纹锚杆装置，包括：杆体、托盘和旋紧螺母，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆1，所述波纹杆1的一端加工有与所述旋紧螺母3配合的螺纹，所述波纹杆1的螺纹端安装所述托盘2后，用所述旋紧螺母3将所述波纹杆1与围岩4紧固。
所述波纹杆1的长度为2.0m，波峰处最大外径为22mm。
所述波纹杆1的单个波纹的波长为5mm，波深为2mm。
实施例2
如图1、2所示，一种高强度大变形波纹锚杆装置，包括：杆体、托盘和旋紧螺母，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆1，所述波纹杆1的一端加工有与所述旋紧螺母3配合的螺纹，所述波纹杆1的螺纹端安装所述托盘2后，用所述旋紧螺母3将所述波纹杆1与围岩4紧固。
所述波纹杆1的长度为2.0m，波峰处最大外径为32mm。
所述波纹杆1的单个波纹的波长为10mm，波深为6mm。
实施例3
如图1、2所示，一种高强度大变形波纹锚杆装置，包括：杆体、托盘和旋紧螺母，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆1，所述波纹杆1的一端加工有与所述旋紧螺母3配合的螺纹，所述波纹杆1的螺纹端安装所述托盘2后用所述旋紧螺母3将所述波纹杆1与围岩4紧固。
所述波纹杆1的长度为2.0m，波峰处最大外径为52mm。
所述波纹杆1的单个波纹的波长为40mm，波深为12mm。
本发明的安装步骤：
与普通锚杆的安装过程相同，首先在巷道围岩体中锚杆台车打出安装钻孔，并根据锚固长度将树脂药卷放入孔底，然后将所述波纹杆1旋转压入钻孔，树脂药卷受挤压破裂后充满钻孔，待树脂完全固化后，安装托盘2和旋紧螺母3，适当施加预应力，完成安装。
如图3、4所示，在围岩4发生大变形过程中，产生大量拉伸裂缝5，波纹杆1中的每个波纹结构在围岩4拉应力作用下均可产生均匀延展，依靠累积大量波纹微变形以提供围岩大变形。其中，如实施例2，单个波纹的波长由10mm延展到13mm，波深则变短(变短量与材料属性相关)，整个波纹杆1的总长度伸长至2.6m，比初始长度增加0.6m，延伸率达到30％，此时，波纹杆1仍未被拉断，整体结构仍然均匀，仍能提供较大的承载力。因此，本发明的锚杆不仅可依靠累积大量波纹间的结构微变形来适应围岩大变形，而且整体结构均匀、强度高不易拉断，增加了对围岩的承载力。
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，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种高强度大变形波纹锚杆装置，包括：杆体、托盘和旋紧螺母，其特征在于，所述杆体是一种锻造挤压而成的波纹杆(1)，所述波纹杆(1)的一端加工有与所述旋紧螺母(3)配合的螺纹，所述波纹杆(1)的螺纹端安装所述托盘(2)后，用所述旋紧螺母(3)将所述波纹杆(1)与围岩(4)紧固。
2.根据权利要求1所述的高强度大变形波纹锚杆装置，其特征在于：所述波纹杆(1)的单个波纹的波长为5～40mm，波深为2～12mm。
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