CN107740702A - 一种让压锚索 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巷道支护技术领域，具体而言，涉及一种让压锚索。本发明公开了一种让压锚索，其包括索体、稳阻套管以及卡位环。索体一端的外周固定有一段索体套管。稳阻套管套设在索体外，稳阻套管与托盘加工成一整体。卡位环用于索体套管与稳阻套管的卡合。该让压锚索装置能为巷道围岩提供高稳阻、大行程让压支护，适用于大变形、动压巷道围岩的稳定性控制和冲击矿压灾害防治。

Description

一种让压锚索

技术领域

本发明涉及巷道支护技术领域，具体而言，涉及一种让压锚索。

背景技术

锚索广泛应用于采矿工程巷道支护。其索体通常是由多根钢绞线组合而成。相比锚杆支护，其支护深度更大，支撑力更强。

随着煤炭资源的大规模开采和开采工艺的不断优化，高强开采和深部开采得到了快速发展。传统的锚索支护在高强开采下动压显现明显、巷道变形剧烈以及深部高地应力、围岩大变形的巷道中经常因为锚索的延伸率小而被拉断。所以，必须对传统的锚索进行改进，达到既有高强支撑力又有较大延伸率的效果。

目前尽管有一些针对深部巷道和高强开采的让压锚索，但或多或少存在些不足，例如:一些发明均朝着提高锚索的延伸率方向而很难考虑强度方面；一些发明考虑使用在索体上安装套筒，利用恒阻装置和套筒之间的摩擦力提高支护强度，但仅靠摩擦产生的支护力略有不足，不能抵抗动压影响下围岩的大变形；利用切削刀具与恒阻套筒联接，切削恒阻套筒过程产生的作用力来抵抗围岩变形，尽管支护力得到了提高，但是由于接触面积小，难以实现高稳定让压支护。

综上，现有技术中的主要存在支护不稳定以及强度不高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种让压锚索，利用索体套管、卡位环(钢珠)和稳阻套管组成的机械装置，能够在设定索体强度80％左右的稳定阻力下实现较大行程的让压支护，提供一种高稳阻，大行程的让压支护锚索。具体的，在围岩较小的变形量下，让压锚索的功能与常规锚索相同，能不断增大支护力，及时的抵抗围岩变形。在围岩大变形时，让压锚索中的索套管、限位钢珠和稳阻套管组成的机械系统开始发挥让压支护功能，可设定锚索的轴力达到锚索强度的80％左右开启让压支护功能，可在高稳阻条件下实现对大变形、动压围岩的让压支护。

本发明的实施例是这样实现的：

索体，索体一端的外周固定有一段索体套管；

稳阻套管，稳阻套管套设在索体外，稳阻套管与托盘加工成一整体；

以及卡位环，卡位环用于索体套管与稳阻套管的卡合。

该让压锚索包括相对固定在钻孔内的索体、固定在靠近围岩外侧一端索体上的一段索体套管以及设置在索体套管外的稳阻套管，在稳阻套管及索体套管之间设有卡位环。通过套装在索体套管上的卡位环中的钢珠把稳阻套管与索体套管卡合在一起。当围岩在小变形阶段，通过索体套管、钢珠以及稳阻套管之间的挤压力的卡合作用，便能实现与常规锚索相同的支护功能。而当围岩发生大变形时，其施加到稳阻套管上的外力增大，索体套管、钢珠与稳阻套管三者之间的挤压力也随之增大，当三者中的任何一个材料达到其塑性屈服极限时，索体套管与稳阻套管就会发生错动，实现让压支护。这里，设定稳阻套管、索体套管和钢珠三者之间的材料塑性屈服极限和强度极限依次稳阻套管最小，索体套管居中，钢珠最大。因此，稳阻套管内测与钢珠接触的局部会首先进入塑性屈服状态，钢珠会沿锚索轴向切割稳阻套管内壁而发生塑性滑移，使该锚索进入让压支护状态。让压锚索的让压阻力是由稳阻套管、钢珠和索体套管的结构和材料屈服极限和三者之间的间隙以及钢珠的排列组合所决定的。一般可把让压阻力设定在锚索强度的80％左右，实现高稳阻让压支护。一般金属材料的塑性屈服极限是较为稳定的，所以该让压锚索的让压阻力是较为稳定的。该锚索装置可提供的让压行程是稳阻套管的长度，也即第一止滑套与第二止滑套之间的距离，当然，这可以根据围岩变形的特征，设定需要让压的范围，调整稳阻套管的长度。当第二止滑套与第一止滑套发生抵靠时，让压锚索的支护功能又与常规锚索相同。

在本发明的一种实施例中：

卡位环包括钢珠套和钢珠，钢珠套中的钢珠用于索体套管与稳阻套管的卡合。

在本发明的一种实施例中：

钢珠的强度极限和屈服极限分别大于索体套管的强度极限和屈服极限；

索体套管的强度极限和屈服极限分别大于稳阻套管的强度极限和屈服极限。

在本发明的一种实施例中：

索体、索体套管、稳阻套管以及钢珠套均由金属材料制成。

在本发明的一种实施例中：

稳阻套管与托盘一体成型制成。

在本发明的一种实施例中：

托盘外露侧孔口处形成安装卡位环的抵靠斜面。

在本发明的一种实施例中：

稳阻套管远离托盘一端的内壁设有第一止滑套；

索体套管靠近托盘一端的外壁上设有第二止滑套，第二止滑套为螺母，通过索体套管外端上的螺纹安装在索体套管上，并在安装锚索时通过拧紧螺母来挤压卡位环中的钢珠而使锚索获得初始锚固力；

第一止滑套及第二止滑套用于在锚索让压支护行程结束时二者相抵靠，防止索体与托盘相脱离，此时的锚索支护功能与常规锚索相同。

在本发明的一种实施例中：

第一止滑套及第二止滑套均由金属材料制成。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供一种让压锚索，利用索体套管、卡位环(钢珠)和稳阻套管组成的机械装置，能够在设定索体强度80％左右的稳定阻力下实现较大行程的让压支护，提供一种高稳阻，大行程的让压支护锚索。在围岩变形较小时，让压锚索的功能与常规锚索相同，能不断增大支护力，及时抵抗围岩变形。在围岩大变形时，让压锚索中的索套管、限位钢珠和稳阻套管组成的机械系统开始发挥让压支护功能，设定锚索的轴力达到锚索强度的80％左右开启让压支护功能，可在高稳阻条件下实现对大变形、动压围岩的让压支护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中让压锚索的结构示意图；

图2为图1中Ⅱ处的放大示意图；

图3为本发明实施例中索体结构示意图；

图4为本发明实施例中锚固段的结构示意图。

图标：200-让压锚索；210-索体；220-稳阻套管；230-卡位环；211-索体套管；212-第二止滑套；221-托盘；222-抵靠斜面；223-第一止滑套；231-钢珠套；232-钢珠；300-巷道围岩；310-锚固段。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本发明提供了一种让压锚索200，该让压锚索200利用本发明设计的索体套管211、卡位环230和稳阻套管220组成的机械装置，实现让压支护功能，能适用于巷道围岩300大变形、动压状态下的稳定性控制，具有高稳阻、大行程让压支护性能。

请参考图1及图2，图1及图2示出了实施例中提供的让压锚索200的具体结构。

从图1及图2中可以看出，该让压锚索200包括索体210、稳阻套管220以及卡位环230。

其中，索体210的靠围岩一端外周固定有一段索体套管211，并在其外段置有螺纹，用于安装第二止滑套212。

稳阻套管220套设在索体套管211外，并且稳阻套管220的一端设有托盘221。

进一步地，在本实施例中，请参照图2，卡位环230包括钢珠套231和钢珠232。卡位环230用于稳阻套管220的与索体套管211的卡合。

需要说明的是，在使用的状态下，卡位环230中的钢珠232用于索体套管211与稳阻套管220的卡合，索体套管211、钢珠232和稳阻套管220三者之间存在挤压力，其挤压力与索体210中的轴力成正比。当索体210中的轴较小时，三者处于卡死状态，该锚索与常规锚索功能相同；当索体210轴力达到让压极限阻力时，锚索开启让压支护功能；当第二止滑套212与第一止滑套223抵靠时，锚索让压支护行程结束其后的支护功能与常规锚索相同。

该让压锚索200包括相对固定在钻孔内的索体210、固定在靠近围岩外侧一端索体210上的一段索体套管211以及设置在索体套管211外的稳阻套管220，在稳阻套管220及索体套管211之间设有卡位环230。通过套整在索体套管211上的卡位环230中的钢珠232把稳阻套管220与索体套管211卡合在一起。当围岩在小变形阶段，通过索体套管211、钢珠232以及稳阻套管220之间的挤压力的卡合作用，便能实现与常规锚索相同的支护功能。而当围岩发生大变形时，其施加到稳阻套管220上的外力增大，索体套管211、钢珠232与稳阻套管220三者之间的挤压力也随之增大，当三者中的任何一个材料达到其塑性屈服极限时，索体套管211与稳阻套管220就会发生错动，实现让压支护。这里，设定稳阻套管220、索体套管211和钢珠232三者之间的材料塑性屈服极限和强度极限依次稳阻套管220最小，索体套管211居中，钢珠232最大。因此，稳阻套管220内测与钢珠232接触的局部会首先进入塑性屈服状态，钢珠232会沿锚索轴向切割稳阻套管220内壁而发生塑性滑移，使该锚索进入让压支护状态。让压锚索200的让压阻力是由稳阻套管220、钢珠232和索体套管211的结构和材料屈服极限和三者之间的间隙以及钢珠232的排列组合所决定的。一般可把让压阻力设定在锚索强度的80％左右，实现高稳阻让压支护。一般金属材料的塑性屈服极限是较为稳定的，所以该让压锚索200的让压阻力是较为稳定的。该锚索装置可提供的让压行程是稳阻套管220的长度，也即第一止滑套223与第二止滑套212之间的距离，当然，这可以根据围岩变形的特征，设定需要让压的范围，调整稳阻套管220的长度。当第二止滑套212与第一止滑套223发生抵靠时，让锚索的支护功能又与常规锚索相同。

需要说明的是，请参照图3，该让压锚索200的索体210由多股钢绞线组合而成。并且在本实施例中，索体210为七股钢绞线组成。另外，为了提高索体套管211在与索体210固定时的连接强度，故在索体套管211的内壁加工有与钢绞线相配套的结构，该结构可以是与钢绞线配合螺纹。并且在索体套管211的外侧段制有螺纹，可安装第二止滑套212。

其次，该让压锚索200包括托盘221，托盘221与卡位环230相对设置在稳阻套管220的一端，并且与钻孔外部的围岩贴合，在围岩发生变形时，其变形所带来的外力会施加到托盘221上，并使得该让压锚索200的稳阻套管220在托盘221的带动下，具备沿让压锚索200的轴线移动的趋势。并且在设置托盘221时，托盘221与稳阻套管220可以采用一体成型的制造方式。

另外，在本实施例中，为了提高该让压锚索200的整体性能，提高支护的稳定性以及强度，故该让压锚索200的结构部件均可采用金属材料制造。尤其是索体套管211、稳阻套管220以及钢珠232均由金属材料制成。

进一步地，在本实施例中，钢珠232的强度极限和屈服极限大于索体套管211的强度极限和屈服极限，索体套管211的强度极限和屈服极限大于稳阻套管220的强度极限和屈服极限。由此，在索体套管211、钢珠套231以及稳阻套管220之中，稳阻套管220的强度极限以及屈服极限均为最小，故在外力逐渐增大时，稳阻套管220与钢珠232接触处会最先发生塑性屈服变形。

具体的，在本实施例中，当巷道围岩300发生大变形时，其施加到稳阻套管220上的外力增大，使得索体套管211、钢珠232和稳阻套管220三者之间的挤压力增加，当大于稳阻套管220屈服极限时，因为稳阻套管220的屈服极限最小，所以其管壁内侧与钢珠232接触处将首先进入屈服流动变形状态，钢珠232会沿稳阻套管220内测滑移，使该让压锚索200进入让压支护状态。

稳阻套管220(或是托盘221)与卡位环230的连接处形成抵靠斜面222。用于卡位环230卡合索体套管211与稳阻套管220时的初期嵌合(安装)，使其卡合成一个整体。

在使用的过程中，为防止让压锚索200脱落，稳阻套管220远离托盘221一端的内壁上和索体套管211靠近托盘221一端的外壁上分别设有第一止滑套223和第二止滑套212。第一止滑套223用于卡位钢珠232在稳阻套管220内壁接触处发生塑性剪切滑移后与索体套管211上的第二止滑套212抵靠，以起到在让压支护结束时，继续使让压锚索200保持为一个整体，使其具有常规锚索的支护功能。并且第一止滑套223和第二止滑套212由金属材料制成。

请参照图4并结合图1-3，该让压锚索200的工作原理是：

首先，在巷道围岩300中打钻孔，然后将配置好的索体210插入钻孔中，利用锚固剂对其进行锚固，形成锚固段310。

接着，将稳阻套管220套死索体套管211上，安装到钻孔内，托盘221露在围岩侧，由卡位环230嵌入托盘221外露口的过渡斜面处，固定索体210与稳阻套管220的位置。

最合，拧紧第二止滑套212(螺母)，挤压卡位环230中的钢珠232，使让压锚索200产生初锚力。

钢珠232材料的屈服极限和强度极限大于稳阻套管220和索体套管211，稳阻套管220材料的屈服极限和强度极限小于索体套管211材料的屈服极限和强度极限，从而三者在接触产生作用力的情况下使得稳阻套管220的内壁首先发生塑性屈服变形，卡位钢珠232发生塑性剪切流动。

具体的，当围岩发生小变形或者有变形的趋势时，接触力小，不足以使得稳阻套管220产生塑性屈服。随着围岩进一步变形，接触力不断增大，当达到稳阻套管220的屈服极限时，在钢珠232与管壁接触处将发生稳定塑性剪切流动，即开始让压支护。由于金属材料的塑性屈服流动变形是较为恒定的，因此，该让压锚索200装置能提供稳定的让压阻力。由于该装置的让压阻力大小是由组成该装置的材料和结构所决定的，所以可设定其让压极限阻力为索体210强度的80％左右，实现高稳阻让压支护。该装置让压支护的行程由第一止滑套223和第二止滑套212之间安装距离所决定。因此，根据不同矿区、不同巷道围岩300变形的不同要求，可以调整让压支护的行程。

综上，本发明在控制巷道围岩300大变形、动压中，通过利用专利设计的索体套管211、钢珠232和稳阻套管220三者组成的机械装置，该系统具有让压支护功能。并且，该让压锚索200具有高稳阻、大行程让压支护的特征，对控制高地应力复杂围岩大变形的稳定性和防止冲击矿压事故有积极作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种让压锚索，其特征在于，包括：

索体，所述索体一端的外周固定有一段索体套管；

稳阻套管，所述稳阻套管套设在所述索体外，所述稳阻套管与托盘加工成一整体；

以及卡位环，所述卡位环用于所述索体套管与所述稳阻套管的卡合。

2.根据权利要求1所述的让压锚索，其特征在于：

所述卡位环包括钢珠套和钢珠，所述钢珠套中的钢珠用于所述索体套管与所述稳阻套管的卡合。

3.根据权利要求2所述的让压锚索，其特征在于：

所述钢珠的强度极限和屈服极限分别大于所述索体套管的强度极限和屈服极限；

所述索体套管的强度极限和屈服极限分别大于所述稳阻套管的强度极限和屈服极限。

4.根据权利要求2所述的让压锚索，其特征在于：

所述索体、所述索体套管、所述稳阻套管以及所述钢珠套均由金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的让压锚索，其特征在于：

所述稳阻套管与所述托盘一体成型制成。

6.根据权利要求5所述的让压锚索，其特征在于：

所述托盘外露侧孔口处形成安装卡位环的抵靠斜面。

7.根据权利要求1所述的让压锚索，其特征在于：

所述稳阻套管远离所述托盘一端的内壁设有第一止滑套；

所述索体套管靠近所述托盘一端的外壁上设有第二止滑套，所述第二止滑套为螺母，通过所述索体套管外端上的螺纹安装在索体套管上，并在安装所述锚索时通过拧紧所述螺母来挤压所述卡位环中的钢珠而使锚索获得初始锚固力；

所述第一止滑套及所述第二止滑套用于在所述锚索让压支护行程结束时二者相抵靠，防止索体与托盘相脱离，此时的锚索支护功能与常规锚索相同。

8.根据权利要求7所述的让压锚索，其特征在于：

所述第一止滑套及所述第二止滑套均由金属材料制成。