CN107701213B - 一种可补偿巷道大变形的适时让压装置及其锚固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可补偿巷道大变形的适时让压装置及其锚固方法,包括锚杆体和沿轴向向外依次套设在锚杆体上的托盘和环形筒,在锚杆体上位于环形筒内的杆段上沿轴向方向向外依次套设有第一定位环、高强弹簧、第二定位环、转向底盘和锁紧螺母,转向底盘外周壁上均布有若干导向棒,环形筒的侧壁上设有与导向棒相匹配的导向槽,导向棒匹配安装在导向槽内,锁紧螺母锁紧时,转向底盘带动第二定位环轴向运动压缩高强弹簧将托盘紧压在围岩上。本发明利用高强弹簧高阻力大伸缩量的性质,将大变形巷道允许的可控变形适时转换为弹簧压缩变形,并且在现场可直观量测巷道变形值真实可靠,适用于复杂、恶劣的地质环境中存在大变形巷道围岩的支护控制。

Description

一种可补偿巷道大变形的适时让压装置及其锚固方法
技术领域
本发明属于矿山巷道的围岩支护控制领域,尤其涉及一种可补偿巷道大变形的适时让压装置。
背景技术
常规锚杆通过与巷道围岩的相互作用,在支护控制中起主导承载作用,承受大部分地压,能够防治围岩松动破坏,具有一定的可缩性,并随巷道围岩同步收缩变形,而不失去支护能力,是维护巷道围岩稳定的有效支护手段。然而,在巷道掘进过程中,常常遇到复杂、恶劣的岩层条件,比如浅埋高地应力软岩、构造破碎带松软地层、以及矿山深部开采等,此时巷道围岩呈现出高地应力、塑性大变形、变形持续时间长等特点,支护极为困难,特别是在锚网喷支护中起关键作用的锚杆常常会出现拉断、扭转、自由端托盘滑脱等现象,这主要是由于锚杆伸缩性有限,不能适时补偿巷道围岩大变形而让压,导致锚杆受力过载而破断。
目前,对于广泛采用的普通圆钢粘结式锚杆,在施工过程中,托盘紧贴岩壁,利用锁具锁紧螺母对其施加一定的预紧力,锚杆通过自身的伸缩性去主动支护围岩变形,该方法在岩性较好的均质围岩中支护效果良好,发挥着关键承载作用。但对于大变形巷道,由于其围岩松动破碎,在高应力条件作用下极易形成较大的破碎区和塑性区,结合针对大变形巷道各种支护理念可知,此类巷道支护必须要先让后抗或抗压结合,支护体要及时参与围岩应力调整,并进行适时让压,以释放围岩集聚的变形能,尽早形成有较高强度的巷道围岩内结构,缩小巷道围岩破碎区,保证巷道围岩的安全稳定。再者,在优化改进传统锚杆支护体系方面,大多是在锚杆体本身改进,比如各种可延伸锚杆、分段锚杆,或者是联合U型钢拱架、槽钢等组成复合支护体系,诸如此类能在一定程度上较好地让压满足大变形巷道可控变形要求,并在工程上也有一定的应用性,但存在的问题是:要么锚杆体的优化结构作用在围岩内部,存在很大的隐蔽性,且本身强度也会受影响,要么复合支护成本过高不经济,施工工序复杂,现场难以把控。
因此,基于传统锚杆支护的自身特点,结合各类发明存在的缺陷,有必要进一步优化改进传统锚杆支护体系。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种补偿变形量大,适时让压,且能满足巷道围岩的初期支护的可控变形要求,有效改善大变形巷道围岩内结构整体强度的可补偿巷道大变形的适时让压装置及其锚固方法。
为解决上述技术问题,一种可补偿巷道大变形的适时让压装置
包括锚杆体和沿轴向方向向外依次套设在所述锚杆体上的托盘和环形筒,在所述锚杆体上位于环形筒内的杆段上沿轴向方向向外依次套设有第一定位环、高强弹簧、第二定位环、转向底盘和锁紧螺母,所述转向底盘外周壁上均布有若干导向棒,所述环形筒的侧壁上设有与所述导向棒相匹配的导向槽,所述导向棒匹配安装在所述导向槽内,锁紧螺母锁紧时,转向底盘带动第二定位环轴向运动压缩高强弹簧将托盘紧压在围岩上,所述让压装置处于支护状态时,所述锚杆体受到的支护阻力能持续作用在转向托盘上进而带动第二定位环轴向运动压缩高强弹簧。
进一步的,所述导向槽为多级阶梯槽,所述阶梯槽中相邻阶梯面之间的夹角为锐角,转向底盘通过导向棒与导向槽的配合限定其只能单向运动而不能回退,保证锚杆支护受力过程中转向底盘只能前进,防止后退。
进一步的,所述环形筒顶端侧壁上设有与所述导向槽对接的轴向引导槽。
进一步的,所述第一定位环和第二定位环上面向高强弹簧的端面上均形成有用于定位高强弹簧的环形凸起,所述高强弹簧的两端安装在所述环形凸起内,防止弹簧压缩过程中收到振动而偏移。
进一步的,所述螺母与转向底盘之间设有垫板。
进一步的,所述转向底盘的两端面分别与所述垫板和第二定位环无摩擦接触。
进一步的,所述转向底盘的两端面进行抛光处理且涂有油润滑脂。
进一步的,所述的高强弹簧为工业用高强度高密度压缩弹簧,材质为弹簧钢,外直径为80~100mm,钢丝直径为8mm。
一种使用上述可补偿巷道大变形的适时让压装置的锚固方法,包括如下步骤:
第一步、用锚杆钻机钻孔,装入所需数量的锚固剂,开动锚杆搅拌机将锚杆体推至孔底进行搅拌锚固,用木楔或石子将锚杆体楔紧;
第二步、依次安装托盘,环形筒,第二定位环,高强弹簧,第一定位环后,用刷子在两定位环上刷涂一层油润滑脂,接着将转向托盘上的导向棒对准导向槽将其推入环形筒内,接触到第一定位环,在转向托盘外面刷涂一层油润滑脂之后安装锁紧螺母;
第三步、使用张拉设备开始施加预紧力,此时转向托盘在导向槽的作用下顺时针旋转,同时压缩高强弹簧前进,托盘紧压在围岩上,直到施加预紧力完毕,锁紧锁紧螺母;
第四步、在支护过程中,由于巷道围岩的碎胀外移,锚杆体将会受到较大的支护阻力,持续作用在转向托盘上,高强弹簧被逐渐压缩到最大值,此值便是巷道允许变形量,此时,锚网喷中锚杆初次支护完毕,进入下一阶段支护工序阶段。
进一步的,环形筒的高度为锚杆预紧后高强弹簧被压缩的长度与不同地质条件下围岩允许的可控变形量之和,环形筒的外直径约为高强弹簧外直径的1.5倍。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过在锚尾螺母与托盘之间添加让压装置,现场装配简便,安装在环形筒内的高强弹簧可提供大的压缩变形量和高阻力,通过适时让压,后期可直观量测弹簧的压缩量,得出巷道围岩的位移值,能充分有效地评估锚杆支护效果及巷道围岩整体锚固的稳定性,方便及时地做出恰当的支护调整;此外,本发明装配件少,易于搬运,相比广泛适用于此类巷道的可缩性棚架支架的综合支护成本低,适用于各种复杂、恶劣的大变形巷道围岩条件。
附图说明
图1为本发明的可补偿巷道大变形的适时让压装置的整体连接示意图;
图2为本发明的可补偿巷道大变形的适时让压装置的爆炸图;
图3为图2中环形筒体的主视图;
图4为图2中环形筒体俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
参见图1-4,一种可补偿巷道大变形的适时让压装置,包括螺母1、垫板2、导向棒3、转向底盘4、第二定位环5、高强弹簧6、第一定位环7、环形筒8、托盘9、锚杆体10,其中,11为巷道围岩壁。托盘9、环形筒8、转向底盘4和螺母1依次沿锚杆体10轴向向外套接在锚杆体10上。
本实施例中,高强弹簧为工业用高强度高密度压缩弹簧,材质为弹簧钢,外直径为80~100mm,钢丝直径为8mm。
高强弹簧6套设置在锚杆体上且位于转向底盘4和环形筒8底端面之间。在转向底盘4外周壁上均布有若干导向棒3,导向棒3横断面为圆形,与转向底盘4焊接成一体;第二定位环5和第一定位环7分别设置在环形筒8内位于高强弹簧6和转向底盘4之间及高强弹簧6和环形筒8底端面之间。转向底盘4的两端面均进行光面打磨,并刷涂一层油润滑脂,使得转向底盘4与垫板2和第二定向环5之间滑动无摩擦接触。第二定位环5和第一定位环7上有环形凸起,用于定位高强弹簧6,中心位置开有拱锚杆体穿过的圆孔,防止弹簧压缩过程中收到振动而偏移。
环形筒8结构如图3和图4所示,环形筒8高度大约为高强弹簧6被压缩后的长度与不同地质条件下围岩允许的可控变形量之和,外直径约为高强弹簧8外直径的1.5倍,即120~150mm。筒体上开有与导向棒横断面尺寸吻合的三个导向槽81,底面中间部位开有拱锚杆杆体10穿过的圆孔82。转向底盘4沿圆周每120°焊接一个导向棒3,均穿过环形筒8上的导向槽81进行导向。在环形筒8顶端侧壁上设有与导向槽81对接的轴向引导槽83,方便导向棒3的插入,让压装置处于支护状态时,锚杆体10受到的支护阻力能持续作用在转向托盘4上进而带动第二定位环5轴向运动压缩高强弹簧6。
参见图3,本发明中,导向槽8为倾斜向下设置的阶梯槽,该阶梯槽由若干顺次相连的台阶连接而成,阶梯槽中相邻阶梯面之间的夹角84为锐角,使得导向棒3只能沿阶梯槽单向运动而不能回退,也即转向底盘4通过导向棒与导向槽的配合限定其只能单向运动而不能回退,防止后期受迫振动而影响支护效果。
本发明的支护作用原理如图1所示,在锚杆与围岩的相互作用过程中,巷道围岩碎胀外移,在支护阻力的作用下,转向底盘4在导向棒3的作用下顺时针旋转前进并压缩高强弹簧6,直至达到巷道围岩的允许变形值。
一种可补偿巷道大变形的适时让压装置的施工与作用过程,包括以下步骤:
第一步,用锚杆钻机钻孔,装入所需数量的锚固剂,开动锚杆搅拌机将锚杆体10推止孔底进行搅拌锚固,用木楔或石子将锚杆杆体楔紧。
第二步,依次安装托盘9,环形筒8,第二定位环5,高强弹簧6,第一定位环7后,用刷子在第二定位环5上刷涂一层油润滑脂,接着将转向托盘4上导向棒对准导向槽将其推入环形筒8内,接触到第二个定位环5。接着,继续在转向托盘4外面刷涂一层油润滑脂,之后安装垫板2,上锁紧螺母1。
第三步,使用张拉设备开始施加预紧力,此时转向托盘4在导向槽的作用下顺时针旋转,同时压缩高强弹簧6前进,直到施加预紧力完毕,锁紧螺母1。
第四步,在支护过程中,由于巷道围岩的碎胀外移,锚杆将会受到较大的支护阻力,持续作用在转向托盘4上,高强弹簧6被逐渐压缩到最大值,此值便是巷道允许变形量。在环形筒8上设置的导向槽保障了弹簧被压缩后支护阻力保持恒定不变。此时,锚网喷中锚杆初次支护完毕,进入下一阶段支护工序阶段。
以上实例仅为本发明一种较好的例子,但并非发明内容全部,一切在发明精神范围内所做的等同变换,都将在本发明保护范围以内。

Claims (8)

1.一种使用可补偿巷道大变形的适时让压装置的锚固方法,所述适时让压装置包括锚杆体和沿轴向方向向外依次套设在所述锚杆体上的托盘和环形筒,在所述锚杆体上位于环形筒内的杆段上沿轴向方向向外依次套设有第一定位环、高强弹簧、第二定位环、转向底盘和锁紧螺母,所述转向底盘外周壁上均布有若干导向棒,所述环形筒的侧壁上设有与所述导向棒相匹配的导向槽,所述导向棒匹配安装在所述导向槽内,锁紧螺母锁紧时,转向底盘带动第二定位环轴向运动压缩高强弹簧将托盘紧压在围岩上,所述让压装置处于支护状态时,所述锚杆体受到的支护阻力能持续作用在托盘上进而带动第二定位环轴向运动压缩高强弹簧,其特征在于,包括如下步骤:
第一步、用锚杆钻机钻孔,装入所需数量的锚固剂,开动锚杆搅拌机将锚杆体推至孔底进行搅拌锚固,用木楔或石子将锚杆体楔紧;
第二步、依次安装托盘,环形筒,第二定位环,高强弹簧,第一定位环后,用刷子在两定位环上刷涂一层油润滑脂,接着将托盘上的导向棒对准导向槽将其推入环形筒内,接触到第一定位环,在托盘外面刷涂一层油润滑脂之后安装锁紧螺母;
第三步、使用张拉设备开始施加预紧力,此时托盘在导向槽的作用下顺时针旋转,同时压缩高强弹簧前进,托盘紧压在围岩上,直到施加预紧力完毕,锁紧锁紧螺母;
第四步、在支护过程中,由于巷道围岩的碎胀外移,锚杆体将会受到较大的支护阻力,持续作用在托盘上,高强弹簧被逐渐压缩到最大值,此值便是巷道允许变形量,此时,锚网喷中锚杆初次支护完毕,进入下一阶段支护工序阶段。
2.根据权利要求1所述的锚固方法,其特征在于:所述导向槽为多级阶梯槽,所述阶梯槽中相邻阶梯面之间的夹角为锐角。
3.根据权利要求2所述的锚固方法,其特征在于:所述环形筒顶端侧壁上设有与所述导向槽对接的轴向引导槽。
4.根据权利要求2或3所述的锚固方法,其特征在于:所述第一定位环和第二定位环上面向高强弹簧的端面上均形成有用于定位高强弹簧的环形凸起,所述高强弹簧的两端安装在所述环形凸起内。
5.根据权利要求2或3所述的锚固方法,其特征在于:所述锁紧螺母与转向底盘之间设有垫板。
6.根据权利要求5所述的锚固方法,其特征在于:所述转向底盘的两端面分别与所述垫板和第二定位环无摩擦接触。
7.根据权利要求2或3所述的锚固方法,其特征在于:所述的高强弹簧为工业用高强度高密度压缩弹簧,材质为弹簧钢,外直径为80~100mm,钢丝直径为8mm。
8.根据权利要求1所述的锚固方法,其特征在于:环形筒的高度为锚杆预紧后高强弹簧被压缩的长度与不同地质条件下围岩允许的可控变形量之和,环形筒的外直径约为高强弹簧外直径的1.5倍。
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