CN108868842B - 一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，该锚杆锁紧装置包括：活塞式锁紧体、泵站、液压管和向所述活塞式锁紧体注液的注液枪，且所述活塞式锁紧体的锁紧壳体上设置有三向阀。注液枪通过三向阀向活塞式锁紧体注入乳化液，活塞式锁紧体通常用于连接锚杆，活塞腔内的乳化液压力迫使活塞式锁紧体向岩壁侧移动，从而压紧巷道围岩，对锚杆产生高预应力，三向阀还控制活塞腔内乳化液压力保持恒定，且在巷道废弃时进行卸压。本发明结构简单，操作方便，锚杆锁紧装置用于安装在锚杆上，可适应巷道围岩大变形，且可回收利用，降低了巷道支护成本。

Description

一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置

技术领域

本发明涉及巷道围岩支护技术领域，具体涉及一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置。

背景技术

锚杆支护是巷道围岩稳定性控制的常用方法，但常规锚杆对软岩巷道围岩加固效果不理想。软岩巷道围岩变形具有明显的时间效应，表现为初始变形速度很大，变形趋向稳定后仍以较大速度产生流变，持续时间很长。软岩锚杆支护的关键在两个方面：第一，控制巷道围岩初期变形量，首先对巷道围岩施加预应力，高预应力可有效控制巷道围岩初期变形；第二，恒压加固巷道围岩，允许巷道围岩发生适当变形，让巷道围岩内集聚的塑性能释放出来。

目前，巷道锚杆外锚头锁紧装置多采用螺母，通过机械拧紧螺母给锚杆一定扭矩后产生预应力。该方法产生的预应力较小，锚杆与巷道围岩不能协同变形，巷道围岩内集聚的能量不能及时释放，导致巷道支护效果不理想。此外,巷道报废后螺母及托盘等附属配件不可回收再利用，造成材料浪费，增加了支护成本。

基于软岩巷道围岩控制的关键机理，锚杆支护初期，锚杆应具有高预应力；巷道变形过程中，锚杆应对围岩提供恒定工作阻力，同时可与围岩协同变形，使得巷道内集聚的能量及时释放；锚杆支护后期，为了减少材料浪费，节约巷道支护成本，应对锚杆附属配件(包括托盘、套管挡环、及锁紧装置)回收再利用。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，包括活塞式锁紧体、泵站、连接所述泵站的液压管和连接所述液压管并向所述活塞式锁紧体注液的注液枪，且所述活塞式锁紧体的锁紧壳体上设置有三向阀，调节三向阀使乳化液注入所述活塞式锁紧体或流出所述活塞式锁紧体，所述活塞式锁紧体的活塞杆向内或向外移动。

通过上述技术方案，将活塞式锁紧体与锚杆连接，且将泵站液压管连接的注液枪与三向阀连接，通过注液枪向活塞式锁紧体注入高压乳化液，活塞式锁紧体内高压乳化液对锚杆产生预应力，可以用于巷道支护，防止巷道围岩初期变形。

优选地，所述活塞式锁紧体包括端部设置有锥形凹槽的锁紧壳体、滑动配合在所述锁紧壳体内壁的活塞、与所述活塞中心连接且朝向所述锥形凹槽的活塞杆、设置于所述锁紧壳体的远离所述锥形凹槽的一端与所述活塞之间的复位弹簧、和连通所述锁紧壳体的设有所述锥形凹槽的一端与所述活塞之间的空间的所述三向阀。

通过上述技术方案，注液枪通过三向阀门向活塞式锁紧体的活塞腔注入高压乳化液，复位弹簧的压缩力和活塞腔里的液体压力形成平衡，当活塞杆向外运动时，活塞腔里的液压变大，会使活塞式锁紧体向岩壁侧移动，对活塞杆连接的锚杆进行压紧。

优选地，所述活塞杆远离所述活塞的一端设置有螺纹结构。

通过上述技术方案，所述活塞杆端部的螺纹结构可以和固定在巷道围岩内的锚杆连接，当巷道废弃时，整个活塞式锁紧体可以从锚杆上拆卸下来，进行回收利用。

优选地，所述锥形凹槽底部设置有通孔，且所述通孔内壁设置有密封圈，所述活塞杆穿过所述通孔，且与所述密封圈紧密接触。

通过上述技术方案，锁紧装置和固定在巷道围岩内的锚杆连接后，锥形凹槽底部的通孔用于限位活塞杆，且通过密封圈进行密封，使得活塞杆穿过通孔运动时，活塞式锁紧体的乳化液不会流出，从而确保活塞式锁紧体的锁紧力。

优选地，所述锥形凹槽侧壁形状与固定在巷道围岩表面的锚杆托盘及套管挡环相匹配。

通过上述技术方案，当锁紧装置和固定在巷道围岩上的锚杆连接后，锥形凹槽侧壁与锚杆托盘紧密接触，增大了活塞式锁紧体对巷道围岩作用力的面积，减小对巷道围岩的压强。

优选地，所述活塞边缘设置有沿中心对称的若干导向槽，所述锁紧壳体内壁设置有与所述导向槽配合的活塞导向筋。

通过上述技术方案，活塞的导向槽和锁紧壳体内壁的活塞导向筋相配合，使得活塞不会在气缸内转动，进而方便将活塞杆和锚杆拧紧或拆开。

优选地，所述三向阀包括用于控制液体单向流入的液控单向阀、用于控制所述活塞式锁紧体内液体压力的恒阻控制阀和用于对所述活塞式锁紧体进行卸压的卸压阀。

通过上述技术方案，将活塞杆和固定在巷道围岩上的锚杆连接，三向阀可以将乳化液导入活塞和朝向所述锚杆的锁紧壳体端面之间，依靠乳化液的压力可以使活塞式锁紧体压紧巷道围岩，且活塞腔内乳化液压力大于恒阻控制阀设置的恒定压力时，恒阻控制阀开启排液，活塞腔内乳化液压力下降，当活塞腔内乳化液压力降低至与恒阻控制阀设定压力相等时，恒阻控制阀关闭，从而活塞式锁紧装置向锚杆提供恒定的压力，巷道报废后，通过卸压阀可以将活塞腔内的乳化液排出，直到复位弹簧回复到初始状态。通过控制三向阀，活塞式锁紧体可以锁紧固定在巷道围岩上的锚杆，对锚杆产生恒定压力，进而支护巷道围岩。

本发明的技术方案，相比现有技术，所产生的有益效果如下：

1)锁紧装置和锚杆连接，注入锁紧装置内的高压乳化液为锚杆提供了高预紧力，可控制软岩巷道围岩初期变形量；

2)锁紧装置三向阀中的恒阻控制阀可使锁紧装置对锚杆提供恒定压力，可使锚杆适应巷道围岩变形，同时向围岩提供恒定的压力；

3)锁紧装置可回收，减少支护材料浪费，节约巷道支护成本。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置的结构示意图；

图2是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置和锚杆拆开后的结构示意图；

图3是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置和锚杆连接后的结构示意图；

图4是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置和锚杆连接且完成注液后的结构示意图；

图5是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置的活塞结构示意图；

图6是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置的锁紧壳体纵截面图；

图7是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置的锁紧壳体横截面图；

图8是本发明一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置的三向阀结构示意图。

附图1～8中，各标记所代表的结构列表如下：

1、锁紧壳体，101、锥形凹槽，102、通孔，103、密封圈，104、活塞导向筋，2、复位弹簧，3、活塞，301、导向槽，4、三向阀，401、液控单向阀，402、恒阻控制阀，403、卸压阀，5、泵站，501、液压管，502、注液枪，6、活塞杆，7、锚杆，8、套管挡环，9、锚杆托盘，10、树脂锚固剂层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置包括活塞式锁紧体、泵站5、液压管501和向所述活塞式锁紧体注液的注液枪502，活塞式锁紧体包括锁紧壳体1、复位弹簧2、活塞3、三向阀4和活塞杆6，液压管501一端连接泵站5，液压管501另一端连接注液枪502，注液枪502可与锁紧壳体1上的三向阀4连接和拆卸。

具体而言，复位弹簧2、活塞3和活塞杆6设置在锁紧壳体1内部，活塞3滑动配合在锁紧壳体1内壁，可在锁紧壳体1内左右移动，复位弹簧2位于活塞3左侧的锁紧壳体1内，活塞杆6与活塞3右侧中心连接。三向阀4设置在活塞3右侧的锁紧壳体1下方，且三向阀4可与注液枪502连接和拆卸，可以向活塞3右侧的锁紧壳体1内输送和排泄乳化液。

在本发明的一个实施方式中，如图3和图4所示，所述锚杆锁紧装置用于和支护巷道围岩的锚杆7连接，锚杆7右端在巷道围岩内，锚杆7左端伸出巷道围岩且穿过锚杆托盘9和套管挡环8中心，锚杆7左端面设置有内螺纹孔，将活塞式锁紧体通过活塞杆6端部的螺纹与锚杆7的螺纹连接，锁紧后对锚杆7产生压力。

在本发明的实施方式中，如图1和图5所示，锁紧壳体1右端设置有锥形凹槽101，锥形凹槽101最左侧设置有通孔102，活塞杆6穿过通孔102，活塞3右侧充满了乳化液，故通孔102内壁上设置有密封圈103进行密封，当活塞杆6移动可以带动活塞3左右移动，活塞3右侧的腔体内乳化液压力减小或者增大。这样，如图3所示，将锁紧装置和固定在巷道围岩内的锚杆7连接，活塞杆6和活塞3被固定，活塞3右侧的乳化液向右压紧锁紧壳体1，进而使锁紧壳体1压紧巷道围岩，同时对锚杆7产生高预应力。

根据本发明的一个实施例，锁紧壳体1为圆形体结构，活塞3为圆形。如此，活塞3和锁紧壳体1的配合更加紧密。当然在另一些实施例中，锁紧壳体1和活塞3也可以是矩形体状、多面体状，活塞3相应的为和锁紧壳体1配合的矩形状、多边形状，需要说明的是，锁紧壳体1和活塞3的形状并不局限上述所列举的形状。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，锥形凹槽101侧壁形状和锚杆托盘9及套管挡环8相匹配，锥形凹槽101靠近通孔102处侧壁设置有与套管挡环8外壁相配合的圆形壁，锥形凹槽101右部分侧壁为圆锥形，刚好和锚杆拖盘9凸出的锥形壁相匹配，如此，将锁紧装置锁紧锚杆7，则锁紧壳体1和套管挡环8、锚杆拖盘9紧密配合，锁紧壳体1对巷道围岩的作用力面积增大，压强减小，保护了巷道围岩的侧壁。同时，锥形配合面起定位作用，使得锁紧壳体1不偏位，比只靠锚杆7定位更精准，结构更牢固。

根据本发明的一个实施例，如图7所示，活塞3边缘设置有沿中心对称的二个导向槽301；如图6所示，锁紧壳体1内壁设置有沿中心轴对称分布的二条活塞导向筋104，活塞导向筋104的形状和导向槽301的形状相匹配。如此，活塞3位于锁紧壳体1中时，活塞导向筋104对活塞3起导向作用，使得活塞3只会沿平行于锁紧壳体1中心轴做直线运动，且不会发生自转，从而使得只需扭转锁紧壳体1，活塞杆6就会和锚杆7锁紧或拆开。

在本发明的一些实施方式中，钻孔形成后，将树脂锚固剂送入钻孔底部，将锚杆7、锚杆托盘9、套管挡环8及活塞式锁紧体装好后推入钻孔内，利用专用锚杆钻机带动锚杆7旋转搅拌树脂锚固剂，此时，活塞导向筋104还可限制活塞3转动，防止活塞式锁紧体从锚杆7上脱落。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，三向阀4包括用于控制液体单向流入的液控单向阀401、用于控制活塞式锁紧体内的液体压力的恒阻控制阀402和用于给活塞式锁紧体卸压的卸压阀403。如此可实现锚杆7外端部的杆体向锁紧壳体1内延伸的长度和锚杆恒阻控制。

在本发明的实施方式中，将锁紧装置和锚杆7连接，设置于岩体里面锚杆7周围的树脂锚固剂凝固后形成树脂锚固剂层10，启动高压乳化液泵站5，泵站5产生的高压液体经与液压管501连接的注液枪502进入三向阀4，开启液控单向阀401，泵站5输送高压液体进入锁紧壳体1内活塞3右侧的活塞腔；锚杆7被树脂锚固剂锚固，作为固定端，高压液体推动锁紧壳体1向巷道围岩侧运动至与巷道围岩紧密接触，如图3所示；直到达到泵站5的额定工作压力，完成注液，将注液枪502和三向阀4分离，如图4所示。高压液体推动锁紧壳体1对岩体产生高预应力，实现对巷道围岩初期变形的控制；巷道围岩的变形随着时间逐渐增加，导致锚杆7的变形与所受应力增加，锚杆7变形导致活塞3向岩壁侧运动，活塞腔体积减小，活塞腔内乳化液受压后压力升高，锁紧壳体1对巷道围岩的压力增大。为了防止活塞式锁紧体被损坏，以活塞式锁紧体能承受的最大压力为参考，恒阻控制阀402设置了恒定压力，活塞腔内乳化液压力大于此恒定压力时，恒阻控制阀402开启排液，活塞腔内乳化液压力下降，活塞腔内乳化液压力下降至恒阻控制阀402设置的恒定压力时，恒阻控制阀402关闭。

如此，恒阻控制阀402周期性的开启与关闭，保证了活塞腔内乳化液压力为一恒定值，即保证了锚杆7对巷道围岩恒定的支护阻力，同时活塞杆的运动适应了围岩变形，使得围岩集聚的内量得以释放。

在本发明的另一个实施方式中，巷道报废后，开启卸压阀403，活塞腔内乳化液压力下降，活塞3通过复位弹簧2恢复到初始状态，如图2所示。此时，活塞式锁紧体可以从锚杆7上拆下，进行回收，活塞式锁紧体及其附属配件在新巷道围岩支护时可以加以二次利用。

尽管己经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情況下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，其特征在于，包括：活塞式锁紧体、泵站(5)、连接所述泵站(5)的液压管(501)和连接所述液压管(501)并向所述活塞式锁紧体注液的注液枪(502)，且所述活塞式锁紧体的锁紧壳体(1)上设置有三向阀(4)，调节三向阀(4)使乳化液注入所述活塞式锁紧体或流出所述活塞式锁紧体，所述三向阀(4)包括用于控制液体单向流入的液控单向阀(401)、用于控制所述活塞式锁紧体内的液体压力的恒阻控制阀(402)和用于对所述活塞式锁紧体进行卸压的卸压阀(403)，所述活塞式锁紧体包括端部设置有锥形凹槽(101)的锁紧壳体(1)、滑动配合在所述锁紧壳体(1)内壁的活塞(3)、与所述活塞(3)中心连接且朝向所述锥形凹槽(101)的活塞杆(6)、设置于所述锁紧壳体(1)的远离所述锥形凹槽(101)的一端与所述活塞(3)之间的复位弹簧(2)、和连通所述锁紧壳体(1)的设有所述锥形凹槽(101)的一端与所述活塞(3)之间的空间的所述三向阀(4)，所述锥形凹槽(101)侧壁形状与固定在巷道围岩表面的锚杆托盘(9)及套管挡环(8)相匹配，所述活塞杆(6)向内或向外移动，所述活塞杆(6)远离所述活塞(3)的一端设置有螺纹结构。

2.根据权利要求1所述的可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，其特征在于：所述锥形凹槽(101)底部设置有通孔(102)，且所述通孔(102)内壁设置有密封圈(103)，所述活塞杆(6)可穿过所述通孔(102)，且与所述密封圈(103)紧密接触。

3.根据权利要求1所述的可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，其特征在于：所述活塞(3)边缘设置有沿中心对称的若干导向槽(301)。

4.根据权利要求3所述的可回收高预应力恒阻锚杆锁紧装置，其特征在于：所述锁紧壳体(1)内壁设置有与所述导向槽(301)配合的活塞导向筋(104)。

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