CN108412526B - 一种自适应分级预警锚杆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应分级预警锚杆，它包括第二杆体（6）和具有中心孔的第一杆体（4），第一杆体（4）前端套装压缩剪切环（5），第二杆体（6）固接在压缩剪切环（5）的顶口，第一杆体（4）的尾端装有紧贴围岩壁的挡板（3）和螺母（2），第一杆体底端安装有分级预警装置（1），分级预警装置（1）包括外接电路（11）和拉绳式位移传感器（12），拉绳式位移传感器（12）的拉绳穿过第一杆体（4）中心孔固定在第二杆体（6）上，拉绳式位移传感器信号输出端接入外接电路，外接电路（11）具有预警指示灯。本发明一方面能够适应围岩产生变形，另一方面能够预警，保障作业人员的安全。

Description

一种自适应分级预警锚杆
技术领域
本发明属于土木工程的防护设施，具体涉及一种锚杆，应用于隧道和巷道灾害防护，或应用于边坡支护等工程。
背景技术
煤炭是目前我国的主要能源，也是重要的化工原料，其对于社会进步、经济增长做出了巨大的贡献。随着我国基础建设的加速发展，对煤炭的需求量越来越大。随着对煤炭资源需求量的增加和开采强度的不断加大，浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深部开采状态。安全、经济、高效的巷道支护技术是实现矿井高效生产的必备条件。锚杆支护具有施工速度快、对原岩扰动小、充分发挥岩土体自身稳定能力等的特点。锚杆支护是我国煤矿巷道的主要支护形式。
随着煤矿开采深度的不断增加，附加采动应力越来越强烈、地质环境不断恶化、地应力增加等特性，传统锚杆支护无法有效地对巷道进行维护。由于传统锚杆被拉断往往是瞬时的，没给作业人员留下逃生时间，使传统锚杆给作业人员的生命安全埋下了致命的隐患。所以开发预警锚杆装置在巷道和煤矿开采中有着重要的意义。
发明内容
针对现有锚杆存在的不足，本发明所要解决的技术问题就是提供一种自适应分级预警锚杆，一方面能够适应围岩产生变形，另一方面能够预警，保障作业人员的安全。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括第二杆体和具有中心孔的第一杆体，第一杆体前端套装压缩剪切环，第二杆体固接在压缩剪切环的顶口，第一杆体的尾端装有紧贴围岩壁的挡板和螺母，螺母与第一杆体为螺纹配合，螺母压住挡板，第一杆体底端安装有分级预警装置，分级预警装置包括外接电路和拉绳式位移传感器，拉绳式位移传感器的拉绳穿过第一杆体中心孔固定在第二杆体上，拉绳式位移传感器信号输出端接入外接电路，外接电路具有预警指示灯。
本发明的变形有两种：1、杆体剪坏压缩剪切环而使锚杆伸长；2、两段杆体受到围岩大变形产生的拉力被拉长。
分级预警装置的拉绳式位移传感器检测锚杆伸长量，随着锚杆伸长量的增加，分级预警装置的外接电路依次显示绿、黄、红三挡光。绿灯亮起表示锚杆处于初始伸长阶段，锚杆正在被拉长不断地释放围岩变形产生的能量；黄灯亮起表示锚杆持续提供稳定的变形拉长，并且锚杆拉伸量已达到锚杆设计拉伸量的70%，作业人员准备撤离；红灯亮起表示锚杆已不能适应围岩大变形，即将失效。
本发明的技术效果是：
与现有的锚杆相比，锚杆伸长量大，能很好地适应围岩大变形，进而能提供稳定的支护。
分级预警装置在锚杆在被破坏之前通过分级预警给作业人员以提示，保证了作业人员的安全。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为分级预警装置剖面图；
图3为压缩剪切环的结构示意图；
图4为图3中的环片结构图。
图中：1. 分级预警装置；11.外接电路；12. 拉绳式位移传感器； 2.螺母；3.挡板；4.第一杆体；5. 压缩剪切环；51.环片；52.管筒；53.底板；6.第二杆体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括第二杆体6和具有中心孔的第一杆体4，第一杆体4前端套装压缩剪切环5，第二杆体6固接在压缩剪切环5的顶口，第一杆体4的尾端装有紧贴围岩壁的挡板3和螺母2，螺母2与第一杆体4为螺纹配合，螺母2压住挡板3，第一杆体4底端安装有分级预警装置1，如图2所示，分级预警装置1包括外接电路11和拉绳式位移传感器12，拉绳式位移传感器12的拉绳穿过第一杆体4中心孔固定在第二杆体6上，拉绳式位移传感器信号输出端接入外接电路，外接电路11具有预警指示灯。
如图3所示，压缩剪切环5包括管筒52和环片51，管筒52底部设有底板53，底板53上有锚杆孔，管筒52内装有一叠环片51。第一杆体4从底板的锚杆孔伸入管筒52，环片51套装在第一杆体4上，第一杆体4前端有一圆台面压在最顶端的环片上，管筒52顶口部连接第二杆体6。
环片51为较高强度的可压缩材料，如铸铁环片；这样有利于提供较大的支护力。如图4所示，a环片开有中心孔。环片材料具有压缩变形大、抗剪切力小的特点。当环片底面固定，用实心体在环片顶面沿中心孔挤压，实心体的直径大于环片的中心孔径、小于环片外径，此时环片受力产生压缩剪切效应：一方面环片被压缩变形、厚度变薄；另一方面，在极限受力情况下，截面被剪切破坏，得到如图4中的b薄片。本发明锚杆的拉长量就是环片压缩量与环片剪切量的总和。
当发生围岩发生变形时，一方面挡板3受到围岩外推力使第一杆体压缩和剪切第一块环片而向下一块环片移动，锚杆总长度变大；另一方面，第一杆体和第二杆体本身受到拉力而伸长。锚杆通过这两方面伸长量来释放围岩变形产生的能量。
第一杆体的前端装有压缩剪切环5，第一杆体4通过压缩和剪切环片51实现锚杆自适应释能的效果。第二杆体6与第一杆体4长度相同，两段锚杆均能通过受力拉长来适应围岩大变形，即具有分段变形吸能的作用。
上述压缩剪切环5具有如下功能：1、通过杆体压缩和剪切环片实现变形量大；2、能够提供稳定的支护力和伸长量，从而释放围岩大变形产生的能量，确保锚杆支护支护体系的稳定，保障了作业人员的生命安全。
如图2所示，分级预警装置1由外接电路11和拉绳式位移传感器12组成。拉绳式位移传感器12检测锚杆伸长量，拉绳式位移传感器信号输出端接入外接电路，外接电路能依次显示绿、黄、红三档光。分级预警装置通过三种灯光变化提示作业人员锚杆的伸长量状态。绿灯亮起表示锚杆处于初始伸长阶段，锚杆正在被拉长不断地释放围岩大变形产生的能量；黄灯亮起表示锚杆持续提供稳定的变形拉长，并且锚杆拉伸量已达到锚杆设计拉伸量的70%，作业人员准备撤离；红灯亮起表示锚杆已不能适应围岩大变形，即将失效。这两方面保证锚杆在完全失效前能维持一定的支护能力和锚杆不至于瞬间失效而没任何预警给作业人员带来生命威胁。

Claims (2)

1.一种自适应分级预警锚杆，其特征是：包括第二杆体（6）和具有中心孔的第一杆体（4），第一杆体（4）前端套装压缩剪切环（5），第二杆体（6）固接在压缩剪切环的顶口，第一杆体（4）的尾端装有紧贴围岩壁的挡板（3）和螺母（2），螺母（2）与第一杆体（4）为螺纹配合，螺母（2）压住挡板（3），第一杆体（4）底端安装有分级预警装置（1），分级预警装置（1）包括外接电路（11）和拉绳式位移传感器（12），拉绳式位移传感器（12）的拉绳穿过第一杆体（4）中心孔固定在第二杆体（6）上，拉绳式位移传感器信号输出端接入外接电路，外接电路（11）具有预警指示灯；
所述压缩剪切环（5）包括管筒（52）和环片（51），管筒（52）底部设有底板（53），底板（53）上有锚杆孔，管筒（52）内装有一叠环片（51）；第一杆体（4）从底板的锚杆孔伸入管筒（52），环片（51）套装在第一杆体（4）上，第一杆体（4）前端有一圆台面压在最顶端的环片上，管筒（52）顶口部连接第二杆体（6）；
所述环片（51）开有中心孔，环片（51）为可压缩材料。
2.根据权利要求1所述的自适应分级预警锚杆，其特征是：所述第二杆体（6）与第一杆体（4）长度相同。
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