CN108386218B - 一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法，属于矿山巷道支护技术领域。包括相互活动连接的活塞杆与气缸，活塞杆和气缸中间设有与锚杆尾部匹配的通孔，活塞杆和气缸截面为环形的筒状结构，气缸内部设有气缸空腔，气缸空腔中充有氮气，活塞杆上设有与空腔内径相匹配的压气活塞，气缸侧壁上设有与气缸内部气缸空腔连通气孔，气孔上设有充气阀，气缸与活塞杆接触的内壁中分别设有两个环形密封凹槽，环形密封凹槽中分别设有防污刮环和密封垫圈。其结构简单，使用方便，与现有的锚杆匹配好，能够实时监测并精准施加预紧力，判断锚杆的工作状况，有效提高锚杆支护安全可靠性的巷道锚杆预紧力精确施工监测的让压装置及使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法，属于矿山巷道支护技术领域。
背景技术
目前国内外煤矿巷道支护主要采用锚杆支护方式，据统计，在美国、澳大利亚等发达西方国家锚杆支护率达到90％以上，在我国多数矿区的锚杆支护率也已经达到80％甚至更高。锚杆支护中的关键参数之一是预紧力，锚杆预紧力能够将锚杆支护由被动支护转为主动支护状态，使锚杆和被锚固岩体形成统一的承载结构，对锚杆支护效果起决定性的作用，精确施加锚杆预紧力能够实现对巷道围岩离层与滑动的有效控制。
在煤矿巷道中，施加锚杆预紧力的主要方法是通过旋紧螺母产生预紧力矩，通过螺母预紧力矩与预紧力的转换关系确定施加预紧力的大小，但是锚杆预紧力与螺母预紧力矩之间的关系比较复杂，受多种因素的影响，转换过程误差较大；在施加预紧力过程中，工人往往是凭经验进行操作，实际预紧力的施加值与设计预紧力值差距很大。预紧力过高会增大岩体内的层理裂隙，甚至会使锚固体发生破坏，适得其反，预紧力太小又起不到锚杆对围岩的主动承载作用。因此，亟需研究出一种能够准确施加锚杆预紧力，并且当锚杆进入工作状态时能够对预紧力进行监测的方法。
发明内容
技术问题：针对上述技术目的，提供一种结构简单，使用方便，与现有的锚杆匹配好，能够实时监测并精准施加预紧力，判断锚杆的工作状况，有效提高锚杆支护安全可靠性的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置设置在锚杆尾部的托盘与螺母之间，它包括相互活动连接的活塞杆与气缸，活塞杆和气缸中间设有与锚杆尾部匹配的通孔，活塞杆和气缸截面为环形的筒状结构，气缸内部设有气缸空腔，气缸空腔中充有氮气，活塞杆上设有与空腔内径相匹配的压气活塞，气缸侧壁上设有与气缸内部气缸空腔连通气孔，气孔上设有充气阀，气缸与活塞杆接触的内壁中分别设有多个环形密封凹槽，环形密封凹槽中分别设有防污刮环和密封垫圈。
所述活塞杆下端设置的压气活塞与活塞杆相比内径不变，外径环向加大，所述气缸空腔为阶梯结构，气缸空腔前端与活塞杆内外径尺寸相匹配，气缸空腔后端与压气活塞内外径尺寸相匹配，压气活塞在气缸空腔内上下伸缩移动。
所述气缸侧壁上的气孔设置在气缸尾端，气孔将气缸空腔后端与外界连通。
所述的活塞杆的正常段的内径为16.2～25.2mm，压气活塞10的外径为100mm，活塞杆的行程距离为150mm；活塞杆外径表面在轴向方向均布刻度线并每隔10mm标值，刻度线的分度值为1mm，量程为150mm，刻度线的上的值分别对应不同弹压力值，弹压值根据实验室测定标注。
所述气缸的内径值与锚杆直径以2mm差值进行工程匹配，对应锚杆直径为16～25mm。
一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法，其步骤如下：
a.在实验室完成巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的校对工作，将该让压装置放入压力机压头下方，使用气压泵通过充气阀向气缸的气缸空腔内充入高压氮气的压强值范围为1.5Mpa～7Mpa，氮气压力使活塞杆的压弹力在锚杆应施工预应力的范围内；压力机开始压缩该让压装置，使活塞杆的刻度尺读数为50mm时，此时该让压装置的弹压力与巷道设计的锚杆预紧力值相等；调节压力机的压头位置，每间隔1mm对该装置进行压力测试，并将不同刻度线对应的弹压力值登记在记录表上；压力机压头完全脱离该装置，活塞杆完全伸出气缸，完成该让压装置的校对工作。
b.按照作业规程完成钻孔、装锚固剂的工作，安装锚杆时确保锚杆的外露钻孔的长度为180mm，达到锚固剂的凝固时间后，对锚杆施加预紧力，首先将托盘(7)、预紧力精确施工及监测的让压装置、螺母(8)按次序套入锚杆，将活塞杆(1)一端靠近螺母(8)，底部紧贴托盘(7)，螺母(8)在锚杆外露端旋入，使用锚杆钻机或者扭矩扳手旋紧螺母(8)，直至该装置刻度为50mm时，完成施工；
c.锚杆进入工作状态后，根据活塞杆(1)的刻度线读数，并对照实验室校对过程记录表中不同刻度线对应的该让压装置的弹压力值，实时监测锚杆(9)预紧力大小，判断出锚杆在工作状态下预应力的值，根据预应力判断出锚杆的工况，从而诊断锚固支护的健康状态。
有益效果：
本发明能够确保锚杆支护技术的重要参数之一预紧力的准确施工，实现了对锚杆工况的实时监测，能够根据锚杆的工况及时调整支护参数；允许围岩有一定的变形量，实现了锚杆支护的让压增阻柔性支护的功能，提高了锚杆支护的安全可靠性，保障巷道的安全工作环境，同时本发明具有使用方便、操作简单，不影响正常生产的优点。
本发明能够准确施加锚杆预紧力，并且通过实时监测锚杆预紧力的大小对锚杆工况进行判断，及时对锚杆支护参数进行调整，控制巷道围岩变形；受采动影响地应力大于巷道围岩的承载能力时，本发明能够使锚杆支护起到一定的让压增阻的柔性支护的作用，能够更好的适应动压巷道的围岩变形，有效的避免巷道围岩失稳事故，对矿山的安全生产具有重要的意义。
在实验室完成对巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的校对，使该装置的刻度值与弹压力建立对应关系；在锚杆施工过程中将巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置套入锚杆，旋紧螺母施加锚杆预紧力，直到该装置的刻度线对应设计预紧力值时完成施工，实现锚杆预紧力的准确施加；锚杆工作时，可以随时根据该装置的刻度线读取锚杆的预紧力大小，判断锚杆的工况，并采取相应措施。
附图说明
图1为本发明巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置使用情况示意图；
图2为本发明巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的剖面图；
图3为本发明巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的结构示意图。
图中，1-活塞杆；2-气缸；3-气缸空腔；4-充气阀；5-防污刮环；6-密封垫圈；7-托盘；8-螺母；9-锚杆；10-压气活塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施实例作进一步的描述：
如图1、图2和图3所示，本发明的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，设置在锚杆9尾部的托盘7与螺母8之间，其特征在于：它包括相互活动连接的活塞杆1与气缸2，所述气缸2的内径值与锚杆直径以2mm差值进行工程匹配，对应锚杆直径为16～25mm；活塞杆1和气缸2中间设有与锚杆9尾部匹配的通孔，活塞杆1和气缸2截面为环形的筒状结构，气缸2内部设有气缸空腔3，气缸空腔3中充有氮气，活塞杆1上设有与空腔3内径相匹配的压气活塞10，所述活塞杆1下端设置的压气活塞10与活塞杆1相比内径不变，外径环向加大，所述气缸空腔3为阶梯结构，气缸空腔3前端与活塞杆1内外径尺寸相匹配，气缸空腔3后端与压气活塞10内外径尺寸相匹配，压气活塞10在气缸空腔3内上下伸缩移动；气缸2侧壁上设有与气缸2内部气缸空腔3连通气孔，气孔上设有充气阀4，气孔设置在气缸2尾端，气孔将气缸空腔3后端与外界连通，气缸2与活塞杆1接触的内壁中分别设有多个环形密封凹槽，环形密封凹槽中分别设有防污刮环5和密封垫圈6，其中环状气缸2的的两侧内壁上成对设置环形密封凹槽，成对的环形密封凹槽中分别成对设置防污刮环5和密封垫圈6，其中成对的防污刮环5在密封垫圈6的上方。
所述的活塞杆1的正常段的内径为16.2～25.2mm，压气活塞10的外径为100mm，活塞杆的行程距离为150mm；活塞杆1外径表面在轴向方向均布刻度线并每隔10mm标值，刻度线的分度值为1mm，量程为150mm，刻度线的上的值分别对应不同弹压力值，弹压值根据实验室测定标注。
一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置及使用方法，其步骤如下：
a.在实验室完成巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的校对工作，将该让压装置放入压力机压头下方，使用气压泵通过充气阀向气缸的气缸空腔内充入高压氮气的压强值范围为1.5Mpa～7Mpa，氮气压力使活塞杆的压弹力在锚杆应施工预应力的范围内；压力机开始压缩该让压装置，使活塞杆的刻度尺读数为50mm时，此时该让压装置的弹压力与巷道设计的锚杆预紧力值相等；调节压力机的压头位置，每间隔1mm对该装置进行压力测试，并将不同刻度线对应的弹压力值登记在记录表上；压力机压头完全脱离该装置，活塞杆完全伸出气缸，完成该让压装置的校对工作。
b.按照作业规程完成钻孔、装锚固剂的工作，安装锚杆时确保锚杆的外露钻孔的长度为180mm，达到锚固剂的凝固时间后，对锚杆施加预紧力，首先将托盘(7)、预紧力精确施工及监测的让压装置、螺母(8)按次序套入锚杆，将活塞杆(1)一端靠近螺母(8)，底部紧贴托盘(7)，螺母(8)在锚杆外露端旋入，使用锚杆钻机或者扭矩扳手旋紧螺母(8)，直至该装置刻度为50mm时，完成施工；
c.锚杆进入工作状态后，根据活塞杆(1)的刻度线读数，并对照实验室校对过程记录表中不同刻度线对应的该让压装置的弹压力值，实时监测锚杆(9)预紧力大小，判断出锚杆在工作状态下预应力的值，根据预应力判断出锚杆的工况，从而诊断锚固支护的健康状态。
Claims (5)
1.一种巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，设置在锚杆（9）尾部的托盘（7）与螺母（8）之间，其特征在于：它包括相互活动连接的活塞杆（1）与气缸（2），活塞杆（1）和气缸（2）为中间设有与锚杆（9）尾部匹配的通孔，活塞杆（1）和气缸（2）截面为环形的筒状结构，气缸（2）内部设有气缸空腔（3），气缸空腔（3）中充有氮气，活塞杆（1）上设有与空腔（3）内径相匹配的压气活塞（10），气缸（2）侧壁上设有与气缸（2）内部气缸空腔（3）连通气孔，气孔上设有充气阀（4），气缸（2）与活塞杆（1）接触的内壁中分别设有多个环形密封凹槽，环形密封凹槽中分别设有防污刮环（5）和密封垫圈（6）；巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的使用方法，包括以下步骤：
a. 在实验室完成巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置的校对工作，将该让压装置放入压力机压头下方，使用气压泵通过充气阀（4）向气缸（2）的气缸空腔（3）内充入高压氮气的压强值范围为1.5Mpa~7Mpa，氮气压力使活塞杆（1）的压弹力在锚杆应施工预应力的范围内；压力机开始压缩该让压装置，使活塞杆（1）的刻度尺读数为50mm时，此时该让压装置的弹压力与巷道设计的锚杆预紧力值相等；调节压力机的压头位置，每间隔1mm对该装置进行压力测试，并将不同刻度线对应的弹压力值登记在记录表上；压力机压头完全脱离该装置，活塞杆（1）完全伸出气缸（2），完成该让压装置的校对工作；
b. 按照作业规程完成钻孔、装锚固剂的工作，安装锚杆时确保锚杆的外露钻孔的长度为180mm，达到锚固剂的凝固时间后，对锚杆施加预紧力，首先将托盘（7）、预紧力精确施工及监测的让压装置、螺母（8）按次序套入锚杆，将活塞杆（1）一端靠近螺母（8），底部紧贴托盘（7），螺母（8）在锚杆外露端旋入，使用锚杆钻机或者扭矩扳手旋紧螺母（8），直至该装置刻度为50mm时，完成施工；
c. 锚杆进入工作状态后，根据活塞杆（1）的刻度线读数，并对照实验室校对过程记录表中不同刻度线对应的该让压装置的弹压力值，实时监测锚杆（9）预紧力大小，判断出锚杆在工作状态下预应力的值，根据预应力判断出锚杆的工况，从而诊断锚固支护的健康状态。
2.根据权利要求1所述的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，其特征在于：所述活塞杆（1）下端设置的压气活塞（10）与活塞杆（1）相比内径不变，外径环向加大，所述气缸空腔（3）为阶梯结构，气缸空腔（3）前端与活塞杆（1）内外径尺寸相匹配，气缸空腔（3）后端与压气活塞（10）内外径尺寸相匹配，压气活塞（10）在气缸空腔（3）内上下伸缩移动。
3.根据权利要求1所述的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，其特征在于：所述气缸（2）侧壁上的气孔设置在气缸（2）尾端，气孔将气缸空腔（3）后端与外界连通。
4.根据权利要求1或2所述的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，其特征在于：所述的活塞杆（1）的正常段的内径为16.2~25.2mm，压气活塞10的外径为100mm，活塞杆的行程距离为150mm；活塞杆（1）外径表面在轴向方向均布刻度线并每隔10mm标值，刻度线的分度值为1mm，量程为150mm，刻度线的上的值分别对应不同弹压力值，弹压值根据实验室测定标注。
5.根据权利要求4所述的巷道锚杆预紧力精确施工及监测的让压装置，其特征在于：所述气缸（2）的内径值与锚杆直径以2mm差值进行工程匹配，对应锚杆直径为16~25mm。
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