CN108167007A - 用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆及其锚固方法 - Google Patents
用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆及其锚固方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆及其锚固方法，包括锚杆体和套筒；所述锚杆体插装在套筒内，所述套筒上沿外圆周设置有若干向外张开的内胀结构，所述内胀结构的内侧分别通过连接支撑杆与锚杆体连接，所述锚杆体与套筒之间轴向滑动装配，并在锚杆体和套筒之间设有两组弹簧组件，两组弹簧组件定位锚杆体在套筒内的两个轴向位置，分别对应内胀结构的自由状态和胀开状态；所述锚杆体内部固定嵌装有至少一个应变片和至少一个加速换能器，所述应变片和加速换能器分别连接的采集线从锚杆的尾部引出。本发明是一种安装快速、使用简便的内胀式测量锚杆，能够有效用于测量全断面耦合岩体响应参数。
Description
技术领域
本发明属于探测锚杆，具体涉及一种用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆。
背景技术
深部能源与矿产资源的安全、有效开发是关系到国民经济持续发展和国家能源战略安全的重大问题。随着开采深度的不断增加，各种灾害日益增多，如矿井冲击地压和软岩大变形的灾害对安全高效开采造成巨大威胁，而锚杆支护是深部开采所必须的，故研究锚杆在岩体中的受力情况，能更好的为深部安全高效开采得到技术性支撑。
目前，对锚杆应力应变数据采集的锚杆有多种，但既能测应力应变又能对高强度扰动定位的锚杆却鲜有，特别是在测量全断面耦合岩体响应参数过程中共，经常需要设置多种类型的锚杆进行组合测量，这样就提高了成本，并且操作起来也十分麻烦。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对测量全断面耦合岩体响应参数测试过程中存在的锚杆测量操作复杂、成本高的缺陷，提供一种安装快速、使用简便的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆及其锚固方法。
本发明采用如下技术方案实现：
用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，包括锚杆体1和套筒2；
所述锚杆体1插装在套筒2内，所述套筒2上沿外圆周设置有若干向外张开的内胀结构22，所述内胀结构22的内侧分别通过连接支撑杆23与锚杆体1连接，所述锚杆体1与套筒2之间轴向滑动装配，并在锚杆体1和套筒2之间设有两组弹簧组件，两组弹簧组件定位锚杆体1在套筒2内的两个轴向位置，分别对应内胀结构22的自由状态和胀开状态；
所述锚杆体1内部固定嵌装有至少一个应变片31和至少一个加速换能器32，所述应变片31和加速换能器32分别连接的采集线33从锚杆的尾部引出。
进一步的，所述套筒2的头部固定设有定位帽21，所述定位帽21内侧设有供锚杆体轴向滑移的锚杆体位移盲孔212；
所述锚杆体1的头部定位套装有弹簧12，所述弹簧12的两端分别与锚杆体1上的弹簧定位台阶104和定位帽21上的弹簧定位面211接触，构成其中一组限定内胀结构22为自由状态的弹簧组件。
进一步的，所述锚杆体1的外圆周上还设有向尾端胀开的弹簧卡组11，所述套筒2靠近尾部的套筒壁上设有弹簧卡组固定槽24，所述锚杆体1在套筒2内轴向滑移，将弹簧卡组11嵌入弹簧卡组固定槽24，构成另一组限定内胀结构22为胀开状态的弹簧组件。
进一步的，所述弹簧卡组11和弹簧卡组固定槽24分别在锚杆体1和套筒2上的同一圆周分布若干组，并且弹簧卡组11和弹簧卡组固定槽24之间的位置一一对应。
进一步的，所述锚杆体1上设有用于轴向限位连接支撑杆23的内胀支撑圈槽102，并在内胀支撑圈槽102靠近头部一侧的锚杆体上沿轴向加工有若干支撑杆直线槽103，所述连接支撑杆23穿过支撑杆直线槽103与内胀支撑圈槽102抵接。
进一步的，所述锚杆体1的尾端通过螺纹连接固定设有防腐帽13，所述防腐帽13上设有用于引出采集线33的出线孔131。
在本发明的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆中，所述应变片31沿锚杆体1的同一轴线位置布置三个，所述加速换能器32在锚杆体1的外圆周上均匀分布四个。
本发明还公开了一种上述用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆的锚固方法，包括如下步骤：
步骤a.将锚杆体1套入套筒2，并引出采集线33，组装成整个锚杆；
步骤b.将整个锚杆装入事先施工好的钻孔中，套筒2的头部与孔底接触，向内推动锚杆体1，使锚杆体1与套筒2发生相对轴向位移,通过连接支撑杆23产生的推力使套筒2上的内胀结构22向外扩张；
步骤c.当内胀结构22与钻孔内壁的岩体贴合后继续推动锚杆体1，使锚杆体1上的弹簧卡组11扣于套筒2的弹簧卡组固定槽24内，完成整个锚杆的锚固。
本发明的工作原理是通过锚杆体内布置的应变片和加速换能器，得到岩体活动的有效数据。应变片贴于一条线上，可得到锚杆受力变形数据；加速换能器均匀布置，其作用于震源定位，可得知十几米甚至上百米范围的岩体活动的微观变化数据，应变片和加速换能器皆通过采集线连接输出。在常规测量应力应变锚杆的基础上，增加了震源定位，实现宏观-微观相结合，为矿山深部岩体的研究提供了一定的技术支撑，同时也丰富了对深部岩体研究的研究手段。
同时，锚杆的锚杆体和套筒之间通过两组弹簧组件定位内胀结构的状态，操作十分方便，不需要借助其他的锚固设备即可完成锚固。
综上所述，本发明是一种安装快速、使用简便的内胀式测量锚杆，能够有效用于测量全断面耦合岩体响应参数。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆的装配结构示意图。
图2为实施例中的锚杆体结构示意图。
图3为实施例中的防腐帽结构示意图。
图4为实施例中的套筒结构示意图。
图5为实施例中的定位帽结构示意图。
图中标号：
1-锚杆体，101-螺纹，102-内胀支撑圈槽，103-支撑杆直线槽，104-弹簧定位台阶，11-弹簧卡组，12-弹簧，13-防腐帽，131-出线孔，
2-套筒，21-定位帽，211-弹簧定位面，212-锚杆体位移盲孔，22-内胀结构，23-连接支撑杆，24-弹簧卡组固定槽，
31-应变片，32-加速换能器，33-采集线。
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的内胀式锚杆为本发明用于测量全断面耦合岩体响应参数的优选方案，包括锚杆体1和套筒2。锚杆体1插装在套筒2内，套筒2上沿外圆周设置有若干向外张开的内胀结构22，内胀结构22的内侧分别通过连接支撑杆23与锚杆体1连接，锚杆体1与套筒2之间轴向滑动装配，并在锚杆体1和套筒2之间设有两组弹簧组件，其中一组弹簧组件的弹簧12沿轴向设置在锚杆体1的头部和套筒2之间，另一组弹簧组件的弹簧卡组11则位于锚杆体1靠近尾端的外圆周上，与套筒2上设置的弹簧卡组固定槽嵌合，两组弹簧组件将锚杆体1定位在套筒2内的两个轴向位置，其中弹簧12向尾端给锚杆体1一个弹性推力，避免锚杆体1在自由状态下向头端将内胀结构22胀开，弹簧卡组11则随锚杆体1向头端轴向移动后嵌入套筒的弹簧卡组固定槽，此时锚杆体1将内胀结构22推开至胀开状态并锁定。
本实施例中的“头端”对应锚杆插入钻孔内的前端，“尾端”对应锚杆露出的后端。
结合参见图2、图4和图5，套筒2的头部固定设有定位帽21，定位帽为与套筒2一体连接的圆柱形帽，定位帽2的内侧设有供锚杆体轴向滑移的锚杆体位移盲孔212，锚杆体1的头部可在锚杆体位移盲孔212内轴向滑移，在自由状态下，锚杆体1与锚杆体位移盲孔212之间保留轴向滑移的距离。
锚杆体1的头部加工有弹簧定位台阶104，弹簧12套装在锚杆体1的头部，并且一端与弹簧定位台阶104接触，另一端则与定位帽21的锚杆体位移盲孔212周边的弹簧定位面211接触，在将锚杆体1插装到套筒2内后，弹簧12压缩产生弹性回弹力，在没有外力作用下，保证锚杆体1不会将套筒2上的内胀结构胀开。
弹簧卡组11设置在锚杆体1的外圆周上，并且与内胀结构一样向尾端胀开，弹簧卡组11具有一定的弹性，在将锚杆体1插装到套筒2内后，可在套筒2的内壁限制下紧贴套筒2的内部移动，锚杆体1移动到将弹簧卡组11的端部与套筒2的弹簧卡组固定槽24对齐后，弹簧卡组11自身发生弹性变形嵌入到弹簧卡组固定槽24内，可限制锚杆体1向尾端回退，此时套筒2上的内胀结构胀开，并将头端的弹簧12进一步压缩，将锚杆体1和套筒2之间锁定。
在锚杆体1上对应内胀结构尾端后方的位置加工有一圈内胀支撑圈槽102，用于与内胀结构连接的连接支撑杆23轴向限位，同时由于锚杆体1和套筒2内的可移动空间有限，在内胀支撑圈槽102靠近头部一侧的锚杆体上沿轴向加工有若干支撑杆直线槽103，支撑杆直线槽103与设置的内胀结构22和连接支撑杆23一一对应，连接支撑杆23一端连接在内胀结构22的内侧，另一端穿过支撑杆直线槽103与内胀支撑圈槽102抵接。锚杆体1在向套筒头端轴向推进的过程中，通过内胀支撑圈槽102推动连接支撑杆23，将套筒2上的内胀结构22向外胀开。
为了达到稳定锚固的效果，本实施例内胀结构22、连接支撑杆23、弹簧卡组11和弹簧卡组固定槽24皆沿锚杆圆周均匀分布四组，并且弹簧卡组11和弹簧卡组固定槽24之间的位置一一对应。
本实施例在锚杆体1内部固定嵌装有至少一个应变片31和至少一个加速换能器32，锚杆内部中空，应变片31和加速换能器32分别连接的采集线33从锚杆的尾部引出。
结合参见图3，锚杆体1的尾部设有螺纹101，通过螺纹连接固定套装有防腐帽13，防腐帽13上设有用于引出采集线33的出线孔131，防止环境对采集线造成腐蚀。
为了测量准确，在本实施例中，应变片31沿锚杆体1的同一轴线位置布置三个，本实施例的锚杆体1长度为4m，应变片31之间的间距为1.5m布置一个，可得到锚杆受力变形数据；加速换能器32在锚杆体1的外圆周上均匀分布四个，不需要布置在同一个轴线位置上，其作用于震源定位，可得知十几米甚至上百米范围的岩体活动的微观变化数据。
本实施例的内胀式锚杆用于测量全断面耦合岩体响应参数的锚固方法，具体包括如下步骤：
步骤a.将锚杆体1套入套筒2，将防腐帽13通过锚杆体1尾部螺纹101旋紧，并引出采集线33，组装成整个锚杆，；
步骤b.将整个锚杆装入事先施工好的钻孔中，套筒2的头部与孔底接触，向内推动锚杆体1，使锚杆体1与套筒2发生相对轴向位移,通过连接支撑杆23产生的推力使套筒2上的内胀结构22向外扩张，在推动锚杆体1的过程中，套筒头部的定位帽21的锚杆体位移盲孔212给予锚杆体一定位移空间；
步骤c.当内胀结构22与钻孔内壁的岩体贴合后继续推动锚杆体1，使锚杆体1上的弹簧卡组11扣于套筒2的弹簧卡组固定槽24内，完成整个锚杆的锚固。
本实施例未详尽描述的技术内容均为公知技术。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，其特征在于：包括锚杆体(1)和套筒(2)；
所述锚杆体(1)插装在套筒(2)内，所述套筒(2)上沿外圆周设置有若干向外张开的内胀结构(22)，所述内胀结构(22)的内侧分别通过连接支撑杆(23)与锚杆体(1)连接，所述锚杆体(1)与套筒(2)之间轴向滑动装配，并在锚杆体(1)和套筒(2)之间设有两组弹簧组件，两组弹簧组件定位锚杆体(1)在套筒(2)内的两个轴向位置，分别对应内胀结构(22)的自由状态和胀开状态；
所述锚杆体(1)内部固定嵌装有至少一个应变片(31)和至少一个加速换能器(32)，所述应变片(31)和加速换能器(32)分别连接的采集线(33)从锚杆的尾部引出。
2.根据权利要求1所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述套筒(2)的头部固定设有定位帽(21)，所述定位帽(21)内侧设有供锚杆体轴向滑移的锚杆体位移盲孔(212)；
所述锚杆体(1)的头部定位套装有弹簧(12)，所述弹簧(12)的两端分别与锚杆体(1)上的弹簧定位台阶(104)和定位帽(21)上的弹簧定位面(211)接触，构成其中一组限定内胀结构(22)为自由状态的弹簧组件。
3.根据权利要求2所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述锚杆体(1)的外圆周上还设有向尾端胀开的弹簧卡组(11)，所述套筒(2)靠近尾部的套筒壁上设有弹簧卡组固定槽(24)，所述锚杆体(1)在套筒(2)内轴向滑移，将弹簧卡组(11)嵌入弹簧卡组固定槽(24)，构成另一组限定内胀结构(22)为胀开状态的弹簧组件。
4.根据权利要求3所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述弹簧卡组(11)和弹簧卡组固定槽(24)分别在锚杆体(1)和套筒(2)上的同一圆周分布若干组，并且弹簧卡组(11)和弹簧卡组固定槽(24)之间的位置一一对应。
5.根据权利要求4所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述锚杆体(1)上设有用于轴向限位连接支撑杆(23)的内胀支撑圈槽(102)，并在内胀支撑圈槽(102)靠近头部一侧的锚杆体上沿轴向加工有若干支撑杆直线槽(103)，所述连接支撑杆(23)穿过支撑杆直线槽(103)与内胀支撑圈槽(102)抵接。
6.根据权利要求1所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述锚杆体(1)的尾端通过螺纹连接固定设有防腐帽(13)，所述防腐帽(13)上设有用于引出采集线(33)的出线孔(131)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆，所述应变片(31)沿锚杆体(1)的同一轴线位置布置三个，所述加速换能器(32)在锚杆体(1)的外圆周上均匀分布四个。
8.一种权利要求7中所述的用于测量全断面耦合岩体响应参数的内胀式锚杆的锚固方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤a.将锚杆体(1)套入套筒(2)，并引出采集线(33)，组装成整个锚杆；
步骤b.将整个锚杆装入事先施工好的钻孔中，套筒(2)的头部与孔底接触，向内推动锚杆体(1)，使锚杆体(1)与套筒(2)发生相对轴向位移,通过连接支撑杆(23)产生的推力使套筒(2)上的内胀结构(22)向外扩张；
步骤c.当内胀结构(22)与钻孔内壁的岩体贴合后继续推动锚杆体(1)，使锚杆体(1)上的弹簧卡组(11)扣于套筒(2)的弹簧卡组固定槽(24)内，完成整个锚杆的锚固。
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