CN106640161A - 一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，属于矿山工程技术领域。该锚杆的杆体主要由吸能弯曲杆体组成，在吸能弯曲杆体另一端设有螺纹段，在螺纹段上旋有紧固螺母，在紧固螺母与吸能弯曲杆体之间套装有钢托盘。将光滑的高强度低碳钢圆杆冷轧处理生成正弦波形状的塑性吸能弯曲杆体，锚杆安装后，当巷道或硐室内部围岩体发生岩爆等动力冲击灾害时，该塑性吸能弯曲杆体在限制性地允许围岩适当变形的同时吸收岩体的变形能量，减少围岩体内部能量的集中，同时具有较高的抗拉强度。
Description
技术领域
本发明涉及矿山工程技术领域，特别是指一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆。
背景技术
锚杆是一种应用较为广泛的支护构件，已有一百多年的使用历史。随着地下工程埋深的不断增加，原岩应力不断加大，此时地下工程围岩在高应力条件下常表现出大变形及岩爆、冒顶与片帮等动力冲击灾害。锚杆支护不仅需要考虑支护体系的强度问题，还需要考虑围岩的变形量。而当前使用的锚杆极限拉伸长度较小，当地下工程围岩发生较大的破坏变形时，锚杆常常不能适应围岩的大变形而出现锚头失效、锚杆拉断等破坏特征，进而引发塌方、冒顶等事故，甚至造成地下工程功能的丧失。因此，急需发明一种具有良好延伸量的新型吸能锚杆。这种锚杆在巷道地压显现初期能允许巷道围岩限制性地变形，同时吸收岩体的变形能量，当变形至一定程度，达到让压效果后，该支护系统转化为一个高强刚性锚杆，可以在控制围岩的过度变形的同时提供较高的锚固力和抗拉承载力。
目前，在地下硬岩矿山开采中经常采用刚性锚杆，用砂浆或树脂锚固，这种锚杆刚度大，支护强度高；但延展性小，变形能力差。而对于浅部地下软岩矿山(如埋深较小的煤矿)，目前常采用延性锚杆(如管缝式锚杆和水力膨胀式锚杆)，这类锚杆的延展性比普通锚杆要大得多，但是它们的承载强度却要低很多，无法满足高应力下的工程支护要求，常常因为岩体内部应力过大而导致断裂破坏。因此，我们必须对锚杆进行技术上的改革和创新，设计一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，能够适用于深部高应力工程环境，具有良好延伸量、高强度、结构简单、易于加工与安装、安全可靠。
该锚杆包括吸能弯曲杆体、螺纹段、紧固螺母和钢托盘，吸能弯曲杆体一端设有螺纹段，在螺纹段上旋有紧固螺母，在紧固螺母与吸能弯曲杆体之间套装有钢托盘。
其中，吸能弯曲杆体为由光滑的高强度低碳钢圆杆通过冷轧处理的方式加工出的正弦波浪式弯曲杆，且吸能弯曲杆体的正弦波曲率由自由段向锚固段逐渐减小。
螺纹段与吸能弯曲杆体一体成型。
该锚杆杆体主体为渐变型波浪式弯曲杆体，能够在提升锚杆吸能效率的同时保证锚杆强度，锚固端弯曲增加锚固面积，使锚杆具有较大的整体承载力。增大自由端弯曲曲率，可以使锚杆的延伸量增加。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过高强度吸能锚杆的应用，一方面避免了普通锚杆延展率低的缺陷，可以在巷道围岩发生大变形的时候随之限制性延伸；另一方面，可以在延伸时通过渐变型波浪式弯曲杆体变形吸收围岩能量。此外，当变形至一定程度，达到让压效果后，该锚杆将继续发挥高强度优势，控制围岩的过度变形。此外，其结构简单，制造成本低，在大量使用的工程中可以降低工程的成本。
附图说明
图1为本发明的具有良好延伸量的高强度吸能锚杆结构示意图。
其中：1-吸能弯曲杆体；2-钢托盘；3-紧固螺母；4-螺纹段。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆。
如图1所示，吸能弯曲杆体1一端设有螺纹段4，在螺纹段4上旋有紧固螺母3，在紧固螺母3与吸能弯曲杆体1之间套装有钢托盘2。
具体为：
本发明锚杆的主体材料为一段由光滑的高强度低碳钢圆杆(直径16～26mm)加工的渐变型波浪式弯曲杆体1，根据工程需要长度可设置为1000～3000mm，在其右侧端一体成型，加工出长100mm的螺纹段4，配紧固螺母3和锚杆托盘2。渐变型波浪式弯曲杆体是通过冷轧的处理方式加工出的变幅度正弦式弯曲段，锚杆锚固段加工成小幅度的弯曲段来锚固深部岩体，自由段加工成大幅度的弯曲段，具体正弦波的长度、幅值等参数由所加锚固巷道围岩属性、原岩应力状况、工程设计参数及巷道设计允许最大变形量来进行设计。之后，在锚杆自由段适当的涂抹一层油漆，来消除锚杆和水泥锚固剂之间的粘结力。
对本发明的吸能说明：
假如以渐变型波浪式弯曲杆体长度为1100mm，直径为18mm的光滑高强度低碳钢圆杆为例，其伸展长度为136mm，实验测试锚杆极限承载力为163KN，吸收能量率为16.7KJ/100mm的滑动变形，吸收总能量为22.8KJ。
本发明的安装过程：
首先在巷道围岩中用锚杆台车打出安装孔，然后根据需要锚固的长度，向孔底喷射水泥砂浆作为锚固剂。用台车夹住锚杆尾部，人工将锚固段导入安装口内，使锚杆快速旋进搅拌混凝土锚固剂。待完全固化，安装好锚杆托盘2和紧固螺母3后适当施加预应力，完成安装。
本发明实例：
金源矿业股份有限公司下属主要矿区位于河南省灵宝市西南的阳平镇，部分矿区目前已逐步进入深部开采，根据小秦岭地区区域构造，部分矿区的已有地应力测试资料，区域埋深约1200m位置，最大主应力σhmax为39.4MPa；垂直主应力σv为24.42MPa，该区域部分矿井在开拓过程中已出现了数次显著的岩爆现象。该矿山采用本发明中的高强度吸能锚杆进行支护后，在掘进期间，锚杆极限拉断力152kN，屈服力为116kN，延伸率19％，巷道的整体支护效果明显改善，总体变形量及巷道发生失稳破坏的几率大大降低，而且成本仅为原有普通树脂锚杆支护的1/3左右，大幅度降低了支护成本，并很好的控制了岩爆等冲击灾害事故。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，其特征在于：包括吸能弯曲杆体(1)、螺纹段(4)、紧固螺母(3)和钢托盘(2)，吸能弯曲杆体(1)一端设有螺纹段(4)，在螺纹段(4)上旋有紧固螺母(3)，在紧固螺母(3)与吸能弯曲杆体(1)之间套装有钢托盘(2)。
2.根据权利要求1所述的具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，其特征在于：所述吸能弯曲杆体(1)为由光滑的高强度低碳钢圆杆通过冷轧处理的方式加工出的正弦波浪式弯曲杆。
3.根据权利要求1或2所述的具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，其特征在于：所述吸能弯曲杆体(1)的正弦波曲率由自由段向锚固段逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的具有良好延伸量的高强度吸能锚杆，其特征在于：所述螺纹段(4)与吸能弯曲杆体(1)一体成型。
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