CN108868853A - 一种让压玻璃钢锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巷道支护技术领域，具体而言，涉及一种让压玻璃钢锚杆。一种让压玻璃钢锚杆，包括套管、杆体以及限位卡珠。套管的外周面上设有托盘，托盘沿套管的径向方向向外凸出。杆体由玻璃钢材料制成，限位卡珠与杆体连接，并且在杆体伸入套管后与套管的内壁卡合，以限制套管相对于杆体沿预设方向的运动，并且限位卡珠的材料塑性极限大于套管的材料塑性极限。该让压玻璃钢锚杆具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压。并且该让压玻璃钢锚杆既能适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

Description

一种让压玻璃钢锚杆

技术领域

本发明涉及巷道支护技术领域，具体而言，涉及一种让压玻璃钢锚杆。

背景技术

煤矿回采巷道需要采用锚杆支护以适应综采工作面而快速推进。回采过程中，煤帮侧如采用钢锚杆支护，采煤机截齿直接切割金属锚杆杆体，会造成多种灾害事故：容易产生火花、引起瓦斯爆炸、损坏采煤机截齿、截断的杆体会破坏皮带运输分流、等。为了避免采煤机切割金属锚杆杆体，需要提前清除煤帮锚杆，严重影响回采效率。

采用高强玻璃钢锚杆，可以直接承采煤机切割，杆体强度极限也可以与钢锚杆相当。但由于玻璃钢的延伸率非常低，与钢材的塑性变形量差很大，所以，玻璃钢锚杆抵抗煤帮围岩采动和动压能力很弱，常常会造成锚杆拉断失效和动压炸帮等事故。因此，在煤矿回采巷道支护中，缺少一种既能适应采煤机切割，又能承受采动大变形和动压的锚杆装备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种让压玻璃钢锚杆，该让压玻璃钢锚杆具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压。并且该让压玻璃钢锚杆既能适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

本发明的实施例是这样实现的：

一种让压玻璃钢锚杆，包括套管、杆体以及限位卡珠；

套管的外周面上设有托盘，托盘沿套管的径向方向向外凸出；

杆体由玻璃钢材料制成，限位卡珠与杆体连接，并且在杆体伸入套管后与套管的内壁卡合，以限制套管相对于杆体沿预设方向的运动，并且限位卡珠的材料塑性极限大于套管的材料塑性极限。

在应用的过程中，杆体一端伸入巷道围岩煤帮上的钻孔中，随后在锚固剂的作用下使得伸入钻孔中的杆体与巷道围岩煤帮形成锚固段，并且设置在套管的外周面上的托盘能够对锚固段起到支承的作用。与此同时，由于限位卡珠与杆体连接，并且在杆体伸入套管后与套管的内壁卡合，从而通过限位卡珠的卡合作用，便能够对套管相对于杆体沿预设方向的运动进行限制。即：在锚固段向托盘施加沿预设方向的力时，能够通过限位卡珠与套管之间的卡合作用抵消该外力，若该外力大于限位卡珠与套管内壁间的卡合力时，由于限位卡珠的材料塑性极限大于套管的材料塑性极限，故会造成套管的变形，从而能够通过套管的变形吸收外力，并且在套管变形后，限位卡珠与套管同样保持卡合状态。由此，该让压玻璃钢锚杆具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压，并且由于该让压玻璃钢锚杆的杆体由玻璃材料制成，故该让压玻璃钢锚杆既能够适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

在本发明的一种实施例中：

让压玻璃钢锚杆还包括轴套及第一止滑环；

轴套与杆体固定连接，限位卡珠及第一止滑环沿预设方向依次与轴套连接。

在本发明的一种实施例中：

轴套的外周面上设置有用于与第一止滑环螺纹连接的外螺纹。

在本发明的一种实施例中：

让压玻璃钢锚杆还包括第二止滑环，第二止滑环设置在套管的内周面上，并在预设方向上，限位卡珠位于第一止滑环及第二止滑环之间。

在本发明的一种实施例中：

第二止滑环设置在套管在预设方向上的端部。

在本发明的一种实施例中：

在与第二止滑环相对的一端设置有用于与限位卡珠配合的装配斜面。

在本发明的一种实施例中：

限位卡珠的材料塑性极限大于轴套的材料塑性极限，轴套的材料塑性极限大于套管的材料塑性极限。

在本发明的一种实施例中：

套管、限位卡珠及轴套均由金属材料制成。

在本发明的一种实施例中：

让压玻璃钢锚杆还包括外托盘，外托盘用于沿预设方向与托盘抵靠。

在本发明的一种实施例中：

托盘与套管一体成型制造。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的让压玻璃钢锚杆具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压。并且该让压玻璃钢锚杆既能适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

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玻璃钢锚杆的结构示意图；

图2为本发明实施例中让压玻璃钢锚杆的安装示意图；

图3为本发明实施例中杆体的结构示意图；

图4为本发明实施例中套管的结构示意图。

图标：10-让压玻璃钢锚杆；20-锚固段；11-套管；12-杆体；13-限位卡珠；111-托盘；121-轴套；122-第一止滑环；123-外螺纹；124-装配斜面；14-外托盘。

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

煤矿回采巷道需要采用锚杆支护以适应综采工作面而快速推进。回采过程中，煤帮侧如采用钢锚杆支护，采煤机截齿直接切割金属锚杆杆体12，会造成多种灾害事故：容易产生火花，引起瓦斯爆炸；损坏采煤机截齿，截断的杆体12会破坏皮带运输分流；等等。为了避免采煤机切割金属锚杆杆体12，需要提前清除煤帮锚杆，严重影响回采效率。

采用高强玻璃钢锚杆，可以直接承采煤机切割，杆体12强度极限也可以与钢锚杆相当。但由于玻璃钢的延伸率非常低，与钢材的塑性变形量差很大，所以，玻璃钢锚杆抵抗煤帮围岩采动和动压能力很弱，常常会造成锚杆拉断失效和动压炸帮等事故。因此，在煤矿回采巷道支护中，缺少一种既能适应采煤机切割，又能承受采动大变形和动压的锚杆装备。

基于上述原因，本发明提供了一种让压玻璃钢锚杆10。

请参考图1，图1示出了实施例中提供的让压玻璃钢锚杆10的具体结构。

从图1中可以看出，该让压玻璃钢锚杆10，包括套管11、杆体12以及限位卡珠13。需要说明的是，限位卡珠13包括多个卡珠。

套管11的外周面上设有托盘111，托盘111沿套管11的径向方向向外凸出。

杆体12由玻璃钢材料制成，限位卡珠13与杆体12连接，并且在杆体12伸入套管11后与套管11的内壁卡合，以限制套管11相对于杆体12沿预设方向的运动，并且限位卡珠13的材料塑性极限大于套管11的材料塑性极限。

请参照图1及图2，在应用的过程中，杆体12一端伸入巷道围岩煤帮上的钻孔中，随后在锚固剂的作用下使得伸入钻孔中的杆体12与巷道围岩煤帮形成锚固段20，并且设置在套管11的外周面上的托盘111能够对锚固段20起到支承的作用。与此同时，由于限位卡珠13与杆体12连接，并且在杆体12伸入套管11后与套管11的内壁卡合，从而通过限位卡珠13的卡合作用，便能够对套管11相对于杆体12沿预设方向的运动进行限制。即：在锚固段20向托盘111施加沿预设方向的力时，能够通过限位卡珠13与套管11之间的卡合作用抵消该外力，若该外力大于限位卡珠13与套管11内壁间的卡合力时，由于限位卡珠13的材料塑性极限大于套管11的材料塑性极限，故会造成套管11的变形，从而能够通过套管11的变形吸收外力，并且在套管11变形的同时，套管11相对于限位卡珠13沿预设方向运动，并在外力与限位卡珠13与套管11内壁间的卡合力相同时，停止移动，同时，限位卡珠13与套管11保持卡合状态。由此，该让压玻璃钢锚杆10具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压，并且由于该让压玻璃钢锚杆10的杆体12由玻璃材料制成，故该让压玻璃钢锚杆10既能够适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

需要说明的是，外力即为煤帮围岩采动大变形和冲击矿压在施加至套管11上的力，并且预设方向即为杆体12的轴线方向。

请参照图1-3，进一步地，为保持限位卡环在杆体12上的相对位置，限位卡珠13可以与杆体12固定连接，即可以通过在杆体12上设置与限位卡珠13相适应的凹槽或凸起，使得限位卡珠13在使用的过程中其在杆体12上的位置相对固定。而在本实施例中，为在支护的过程中，能够保持限位卡珠13在杆体12上的相对位置，故让压玻璃钢锚杆10还包括轴套121及第一止滑环122。其中，轴套121与杆体12固定连接，限位卡珠13及第一止滑环122沿预设方向依次与轴套121连接，故能够通过第一止滑环122与限位卡环的抵靠，以限制限位卡珠13在杆体12上沿预设方向的运动。另外。轴套121的外周面上设置有用于与第一止滑环122螺纹连接的外螺纹123，由于第一止滑环122与轴套121螺纹连接，故能够便于第一止滑环122与杆体12的连接。同时，在安装第一止滑环122时，通过转动第一止滑环122调整第一止滑环122在杆体12上的相对位置时，能够对限位卡珠13与套管11的接面之间施加预紧力，从而使得该锚杆具备初锚力。

需要说明的是，在本实施例中，为提高支护过程中的稳定性，提高支护的能力，并且由于金属材料的塑性强度极限较为恒定，故可以使得托盘111与套管11一体成型制造，并且套管11、限位卡珠13及轴套121均由金属材料制成，从而提高套管11、限位卡珠13及轴套121的强度。并且，限位卡珠13的材料塑性极限大于轴套121的材料塑性极限，轴套121的材料塑性极限大于套管11的材料塑性极限，在套管11、限位卡珠13及轴套121之间的接触挤压过程中，套管11的内壁的接触挤压处会首先进入塑性变形状态。

另外，请参照1-4，在本实施例中，为限制套管11相对于限位卡珠13的运动，即在支护的过程中，限制套管11在外力的作用下的可移动距离，故该让压玻璃钢锚杆10还包括第二止滑环，第二止滑环设置在套管11的内周面的端部，并在预设方向上，限位卡珠13位于第一止滑环122及第二止滑环之间，从而在装配时，第一止滑环122与第二止滑环之间的间隔便是该让压玻璃钢锚杆10在支护的过程中，套管11的最大让压行程。在设置第二止滑环以及在安装第一止滑环122时，为了使得该行程最大，故可以使得第二止滑环位于套管11一端的端部，并且第一止滑环122相对位于套管11的另一端。所以在实施的过程中，可以根据围岩大变形和动压控制要求可设定两者之间的距离，也即设定套管11的长度以适应实际让压支护行程的要求。

进一步地，在安装的过程中，为便于在支护的过程中，便于限位卡珠13进入套管11内并与套管11的内周面卡合，故在与第二止滑环相对的一端设置有用于与限位卡珠13配合的装配斜面124。另外，为使得对锚固段20的支承作用更加稳定，故该让压玻璃钢锚杆10还包括外托盘14，外托盘14用于沿预设方向与托盘111抵靠，并相对位于托盘111与锚固段20之间，从而能够通过外托盘14增大套管11支承锚固段20时的支承面积。

请参照1-4，该让压玻璃钢锚杆10的工作原理是：

在拧紧第一止滑环122(使得第一止滑环122与限位卡珠13抵靠)时，该让压玻璃钢锚杆10获得初锚力，此时，限位卡珠13使轴套121和杆体12处于卡紧状态，该让压玻璃钢锚杆10的支护功能与常规锚杆相同；随着煤帮围岩变形增长，杆体12的轴力随之增长，限位卡珠13、轴套121和套管11之间的接触挤压力也随之增长，当挤压力增长到一定值时，套管11内壁的接触挤压处会首先进入塑性变形状态，使限位卡珠13沿着杆体12的轴向滑动，即该让压玻璃钢锚杆10进入让压支护状态；当限位卡珠13滑动至第二止滑环与第一止滑环122相抵靠时，让压支护行程结束，该让压玻璃钢锚杆10恢复常规锚杆支护的功能。由于限位卡珠13、轴套121和套管11之间的接触挤压力的大小除了与杆体12的轴力成正比外，还与限位卡珠13、轴套121和套管11三者之间的几何尺寸有关，所以本发明通过调整三者的几何尺寸来设定在杆体12的轴力达到杆件强度的80％左右时，让该让压玻璃钢锚杆10开启让压支护功能。由于金属材料的塑性强度极限较为恒定，所以限位卡珠13沿着套管11内壁的滑移阻力也是较为稳定的。再由于该让压玻璃钢锚杆10的让压行程是由第一止滑环122与第二止滑环之间的安装距离所决定的，所以本实施例根据围岩大变形和动压控制要求可设定两者之间的距离，也即设定套管11的长度以适应实际让压支护行程的要求。因此，该让压玻璃钢锚杆10是具有稳定的高阻力，大行程让压支护功能，即具有大行程高稳阻让压支护能力。

请参照1-4，该让压玻璃钢锚杆10的工作过程如下：

让压玻璃钢锚杆10的安装：

首先，在巷道围岩煤帮中打钻孔，然后将装配好的杆体12插入钻孔中，利用锚固剂对其进行锚固，形成锚固段20。接着，将外托盘14和套管11套设到轴套121外，再将限位卡珠13通过套管11外露口内侧的装配斜面124嵌入轴套121与套管11的缝隙之中，固定杆体12与套管11的位置。最后拧紧第一止滑环122，挤压限位卡珠13，使让压玻璃钢锚杆10获得初锚力。

煤帮围岩初始变形阶段(小变形阶段)：

让压玻璃钢锚杆10完成安装后，限位卡珠13、轴套121与套管11处于卡死状态，即套管11不能随围岩变形而向围岩外侧移动，则杆体12轴力会随围岩变形而增长，限位卡珠13、轴套121和套管11之间的挤压力也随之增长。此时，该让压玻璃钢锚杆10的功能与常规的锚杆相同。

煤帮围岩大变形和动压阶段(围岩大变形阶段)：

随着煤帮围岩发生采动大变形或动压冲击，杆体12内的轴力会不断增长，而由于杆体12有玻璃钢材料制成，其延伸率很低，引发冲击动压或大变形时，常规杆体12往往会由于锚杆轴力超限而断裂。该让压玻璃钢锚杆10在杆体12的轴力增长到杆体12极限强度的80％左右时，开启让压支护功能，并在稳定的让压阻力作用下，即在杆体12强度极限80％左右的让压阻力时，控制煤帮围岩大变形和动压作用，维护回采管道围岩的稳定性。其让压行程为第一止滑环122和第二止滑环的装配距离，即可以根据煤帮围岩的大变形和动压控制要求而调整套管11的长度来适应。

让压支护行程结束阶段：

当达到最大让压支护形成后，即当第一止滑环122和第二止滑环相抵靠时，该让压玻璃钢锚杆10恢复常规锚杆的支护功能。随着围岩变形继续增长，杆体12的轴力会继续增长，该让压玻璃钢锚杆10仍会在其强度极限范围内发挥正常的支护功能。

综上，本发明提供的让压玻璃钢锚杆10具有大行程、高稳阻的让压支护功能，可以有效的控制煤矿回采巷道煤帮侧围岩采动大变形和冲击动压。并且该让压玻璃钢锚杆10既能适应采煤机械齿的直接切割，又能克服玻璃钢材料延伸率较低的缺陷。

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 (10)

1.一种让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述让压玻璃钢锚杆包括套管、杆体以及限位卡珠；

所述套管的外周面上设有托盘，所述托盘沿所述套管的径向方向向外凸出；

所述杆体由玻璃钢材料制成，所述限位卡珠与所述杆体连接，并且在所述杆体伸入所述套管后与所述套管的内壁卡合，以限制所述套管相对于所述杆体沿预设方向的运动，并且所述限位卡珠的材料塑性极限大于所述套管的材料塑性极限。

2.根据权利要求1所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述让压玻璃钢锚杆还包括轴套及第一止滑环；

所述轴套与所述杆体固定连接，所述限位卡珠及所述第一止滑环沿预设方向依次与所述轴套连接。

3.根据权利要求2所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述轴套的外周面上设置有用于与所述第一止滑环螺纹连接的外螺纹。

4.根据权利要求2所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述让压玻璃钢锚杆还包括第二止滑环，所述第二止滑环设置在所述套管的内周面上，并在预设方向上，所述限位卡珠位于所述第一止滑环及第二止滑环之间。

5.根据权利要求4所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述第二止滑环设置在所述套管在预设方向上的端部。

6.根据权利要求4所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

在与所述第二止滑环相对的一端设置有用于与所述限位卡珠配合的装配斜面。

7.根据权利要求2所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述限位卡珠的材料塑性极限大于所述轴套的材料塑性极限，所述轴套的材料塑性极限大于所述套管的材料塑性极限。

8.根据权利要求2所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述套管、所述限位卡珠及所述轴套均由金属材料制成。

9.根据权利要求1所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述让压玻璃钢锚杆还包括外托盘，所述外托盘用于沿预设方向与所述托盘抵靠。

10.根据权利要求1所述的让压玻璃钢锚杆，其特征在于：

所述托盘与所述套管一体成型制造。