CN109209457B - 一种吸能防冲锚索及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种吸能防冲锚索及其使用方法，涉及地下工程安全支护领域。本发明的吸能防冲锚索包括钢绞线锚索、粘结剂存储盒、吸能防冲装置、锚索锁具、承压托盘；吸能防冲装置包括外套筒、承载限位基座、内套筒、隔热填充层、挤胀摩擦头；粘结剂存储盒、外套筒、承载限位基座、内套筒、挤胀摩擦头、锚索锁具、承压托盘依次共轴套装在钢绞线锚索末端；内套筒坐于承载限位基座末端端面的环状限位凹槽内，隔热填充层设置在外套筒与内套筒之间，挤胀摩擦头在末端通过锚索锁具约束紧固；外套筒的末端与承压托盘的首端通过螺纹相连接。本发明能够实现锚索系统整体让压吸能，避免围岩冲击变形破坏，有效防治冲击地压，可用于不同工况环境。

Description

一种吸能防冲锚索及其使用方法

技术领域

本发明涉及地下工程安全支护技术领域，特别是涉及一种吸能防冲锚索及其使用方法。

背景技术

随着煤矿开采不断向深部发展，巷道内冲击地压发生越来越频繁，巷道冲击地压的瞬间显现使得大量普通锚杆/锚索突然受到大变形冲击而发生过载破断、冲击托盘开裂等现象，造成支护的瞬间失效，导致大量人员伤亡和设备损坏等严重后果。为防止冲击危险巷道冲击大变形失稳，国内外研究了多种类型的支护构件。

公开号为CN103573279A的中国专利公开了一种矿用可伸缩吸能防冲粘滞阻尼锚杆及其支护方法，由预紧螺母、托盘、吸能材料、锚杆体、垫板和让位缓冲吸能装置组成，让位缓冲吸能装置是由加工有阻尼孔的滑动活塞、连杆活塞等组成的液压装置，其能实现二次让压吸能，减缓冲击能量的破坏作用；公开号为CN104846822A的中国专利公开一种屈服锚索，包括索体及让压机构，让压机构包括内缸体、外缸体、缸盖、活塞环及活塞杆，活塞环的顶部与至少两根活塞杆相连、底部与工作腔底部之间设有液体压缩介质，活塞杆从杆孔穿出并可在索体的带动下运动而达到锚索让压的目的。以上防冲锚索虽能在一定程度上实现让压吸能的作用，但均采用液压缸结构实现卸压让位，存在液压阀门开启延迟而爆缸的危险，且加工精度要求高、费用高，不易推广应用。

公开号为CN101666092A的中国专利公开了一种压力分散型锚索的内锚固承载体，该锚索的内锚固承载体设有垂向分布的多组承载组件和若干上端固定于外锚固头的垂直向的拉索，若干垂直向拉索下端分组布于不同的承载组件中，分别与对应组承载组件的承压柱相对固定；公开号为CN102330428A的中国专利公开了一种调刚度变形盒式压力分散型锚索，包括锚孔内设置的承载板、承载板一侧的挤压锚具和穿过挤压锚具和承载板的注浆管和一根或以上的锚索筋体。以上锚索虽然改善了运营工作阶段的内锚段的压力分布，解决了注浆体应力过于集中、拉索拉力不够均匀等问题，但是在拉索受力形变后不能保持恒定的承载力，且安装较复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种吸能防冲锚索及其使用方法，能够有效提高锚索的整体延展性，吸收冲击动能、避免围岩冲击变形破坏，有效防治冲击地压。

本发明的技术方案为：

一种吸能防冲锚索，其特征在于：包括钢绞线锚索、粘结剂存储盒、吸能防冲装置、锚索锁具、承压托盘；所述吸能防冲装置包括外套筒、承载限位基座、内套筒、隔热填充层、挤胀摩擦头；所述粘结剂存储盒、外套筒、承载限位基座、内套筒、挤胀摩擦头、锚索锁具、承压托盘依次共轴套装在钢绞线锚索末端；

所述粘结剂存储盒为环形柱状；

所述外套筒为外圆内圆套筒，所述外套筒在首端端面设有与外套筒共轴的直径大于钢绞线锚索直径且小于外套筒内径的圆形通孔，所述外套筒在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座为圆柱体，所述承载限位基座上设有与承载限位基座共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承载限位基座在末端端面加工有与所述承载限位基座共轴的内径等于内套筒内径且宽度等于内套筒壁厚的环状限位凹槽；

所述挤胀摩擦头为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头上设有与挤胀摩擦头共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔；

所述内套筒坐于环状限位凹槽内，所述隔热填充层设置在外套筒与内套筒之间，所述挤胀摩擦头在末端通过锚索锁具约束紧固；

所述承压托盘在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头，所述承压托盘上设有与承压托盘共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承压托盘在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘在末端端面设有与承压托盘共轴的六棱孔；

所述外套筒的末端与承压托盘的首端通过螺纹相连接。

所述内套筒为低碳钢材质，所述隔热填充层包括玻璃纤维棉毡材料。

所述粘结剂存储盒中的粘结剂用来固定外套筒及封堵外套筒首端端面的通孔。

所述粘结剂存储盒内的粘结剂为A-B型混凝胶。

所述钢绞线锚索在末端外壁上有轴向设置的让位行程刻度卡，可根据工况条件来设计让位行程刻度卡的材质、量程。

一种上述吸能防冲锚索的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：根据工况条件来设计所述吸能防冲锚索的内套筒的直径、壁厚、长度、材质，确定外套筒与承压托盘之间螺纹连接的强度；

步骤2：选择与外套筒尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到外套筒的长度时，更换与钢绞线锚索直径相匹配的钻头，继续打设小钻孔至钢绞线锚索的设计深度；

步骤3：采用树脂锚固剂将所述钢绞线锚索的首端安装于小钻孔的底部；

步骤4：将所述粘结剂存储盒套装于钢绞线锚索，放置于大钻孔底部；

步骤5：安装吸能防冲装置；

步骤6：张拉钢绞线锚索，安装锚索锁具以施加初始预紧力，从而顶压粘结剂存储盒，粘结剂流出，等待20min～30min，粘结剂凝固完成，固定外套筒于大钻孔内并封堵外套筒首端端面的通孔；

步骤7：采用与所述六棱孔相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘，以再次施加预紧力。

本发明的有益效果为：

第一，本发明在锚索处于静载等较弱载荷下，由于吸能防冲装置刚度较大，能够提供高承载力以保证支护系统的静载稳定性；在锚索受到冲击载荷时，能够通过吸能防冲装置实现锚索系统整体让压吸能，有效防止锚索冲击过载拉断及托盘等支护附件冲击开裂失效等，能够实现冲击大变形、软岩大变形等围岩的有效支护；

第二，本发明能够通过内套筒的阻力设计实现阻力值可调等力学特性，从而可应用于不同工况要求；

第三，本发明从围岩深部加强锚固围岩体，安装方便，施工工艺简单。

附图说明

图1为本发明的吸能防冲锚索的结构示意图；

图2为本发明的吸能防冲锚索吸能让位后的结构示意图；

图3为本发明的吸能防冲锚索的仰视图；

图4为本发明的承压托盘专用六棱钻头的结构示意图。

图中，1－承压托盘，2－六棱孔，3－圆柱型连接头，4－钢绞线锚索，5－让位行程刻度卡，6－外套筒，7－锚索锁具，8－挤胀摩擦头，9－内套筒，10－隔热填充层，11－承载限位基座，12－环状限位凹槽，13－粘结剂存储盒，14－固化后的粘结剂，15－承压托盘专用六棱钻头。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

本发明的目的是提供一种吸能防冲锚索及其使用方法，提高锚索的整体延展性，吸收冲击动能、避免围岩冲击变形破坏，有效防治冲击地压。

如图1所示，为本发明的吸能防冲锚索的结构示意图。本发明的吸能防冲锚索，包括钢绞线锚索4、粘结剂存储盒13、吸能防冲装置、锚索锁具7、承压托盘1；所述吸能防冲装置包括外套筒6、承载限位基座11、内套筒9、隔热填充层10、挤胀摩擦头8；所述粘结剂存储盒13、外套筒6、承载限位基座11、内套筒9、挤胀摩擦头8、锚索锁具7、承压托盘1依次共轴套装在钢绞线锚索4末端；

所述粘结剂存储盒13为环形柱状；

所述外套筒6为外圆内圆套筒，所述外套筒6在首端端面设有与外套筒共轴的直径大于钢绞线锚索直径且小于外套筒内径的圆形通孔，所述外套筒6在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座11为圆柱体，所述承载限位基座11上设有与承载限位基座共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承载限位基座11在末端端面加工有与所述承载限位基座11共轴的内径等于内套筒内径且宽度等于内套筒壁厚的环状限位凹槽12；

所述挤胀摩擦头8为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头8上设有与挤胀摩擦头8共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔；

所述内套筒9坐于环状限位凹槽内，所述隔热填充层10设置在外套筒6与内套筒9之间，所述挤胀摩擦头8在末端通过锚索锁具7约束紧固；

所述承压托盘1在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头3，所述承压托盘1上设有与承压托盘1共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承压托盘1在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘1在末端端面设有与承压托盘共轴的六棱孔2；

所述外套筒6的末端与承压托盘1的首端通过螺纹相连接。

如图3所示，为本发明的吸能防冲锚索的仰视图。本实施例中，所述承压托盘1在末端设置为圆柱体。

所述环状限位凹槽12的深度为5-10mm。本实施例中，环状限位凹槽12的深度为5mm。

所述内套筒9为低碳钢材质，所述隔热填充层10包括玻璃纤维棉毡材料。本实施例中，所述内套筒9为Q235低碳钢材质。

所述粘结剂存储盒13中的粘结剂用来固定外套筒6及封堵外套筒6首端端面的通孔。当安装锚索锁具7以施加初始预紧力时，顶压粘结剂存储盒13，粘结剂流出，凝固形成如图2中所示的固化后的粘结剂14，固定外套筒6从而抗外力扭转、封堵外套筒6首端端面的通孔从而防止吸能防冲装置渗入矿水锈蚀。

所述粘结剂存储盒13内的粘结剂为A-B型混凝胶。

所述钢绞线锚索4在末端外壁上有轴向设置的让位行程刻度卡5，可根据工况条件来设计让位行程刻度卡5的材质、量程。本实施例中，根据工况条件设置让位行程刻度卡5的材质为耐腐蚀塑料、量程为0mm～330mm，能够实时读取吸能防冲锚索的让压量从而监测顶板状况。

本发明的上述吸能防冲锚索的使用方法，包括下述步骤：

步骤1：根据工况条件来设计所述吸能防冲锚索的内套筒9的直径、壁厚、长度、材质，确定外套筒6与承压托盘1之间螺纹连接的强度；

本实施例中，选择内套筒9的材质为延性较好的Q235低碳钢，确定外套筒6与承压托盘1之间螺纹连接的强度达到抵抗拉力300kN，设计让位行程刻度卡5的量程为0mm～330mm；

步骤2：选择与外套筒6尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到外套筒6的长度时，更换与钢绞线锚索4直径相匹配的钻头，继续打设小钻孔至钢绞线锚索4的设计深度；

步骤3：采用树脂锚固剂将所述钢绞线锚索4的首端安装于小钻孔的底部；

步骤4：将所述粘结剂存储盒13套装于钢绞线锚索4，放置于大钻孔底部；

步骤5：安装吸能防冲装置；

步骤6：张拉钢绞线锚索4，安装锚索锁具7以施加初始预紧力，从而顶压粘结剂存储盒13，粘结剂流出，等待20min～30min，粘结剂凝固完成，形成固化后的粘结剂14，固定外套筒6于大钻孔内并封堵外套筒6首端端面的通孔；

本实施例中，粘结剂存储盒13内的粘结剂为A-B型混凝胶，A-B型混凝胶凝固后固定外套筒6从而抗外力扭转、封堵外套筒6首端端面的通孔从而防止吸能防冲装置渗入矿水锈蚀；

步骤7：采用与所述六棱孔2相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘1，以再次施加预紧力。其中，与所述六棱孔2相配套的机具包括承压托盘专用六棱钻头15，承压托盘专用六棱钻头15的结构如图4所示。

下面结合附图具体说明本发明的工作原理：

如图2所示，为本发明的吸能防冲锚索吸能让位后的结构示意图。当锚索处于静载等较弱载荷下，由于吸能防冲装置刚度较大，能够提供高承载力以保证支护系统的静载稳定性；当锚索受到冲击等强载荷时，本发明吸能防冲装置中的内套筒9在挤胀摩擦头8的瞬间扩径挤压作用下，发生扩径塑性变形产生滑移阻力，吸能防冲锚索整体耗散并引导围岩耗散冲击能量，防治冲击地压等动力灾害。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种吸能防冲锚索，其特征在于：包括钢绞线锚索、粘结剂存储盒、吸能防冲装置、锚索锁具、承压托盘；所述吸能防冲装置包括外套筒、承载限位基座、内套筒、隔热填充层、挤胀摩擦头；所述粘结剂存储盒、外套筒、承载限位基座、内套筒、挤胀摩擦头、锚索锁具、承压托盘依次共轴套装在钢绞线锚索末端；

所述粘结剂存储盒为环形柱状；

所述外套筒为外圆内圆套筒，所述外套筒在首端端面设有与外套筒共轴的直径大于钢绞线锚索直径且小于外套筒内径的圆形通孔，所述外套筒在末端加工有内螺纹；

所述承载限位基座为圆柱体，所述承载限位基座上设有与承载限位基座共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承载限位基座在末端端面加工有与所述承载限位基座共轴的内径等于内套筒内径且宽度等于内套筒壁厚的环状限位凹槽；

所述挤胀摩擦头为首端呈锥形的柱状刚性台，所述挤胀摩擦头上设有与挤胀摩擦头共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔；

所述内套筒坐于环状限位凹槽内，所述隔热填充层设置在外套筒与内套筒之间，所述挤胀摩擦头在末端通过锚索锁具约束紧固；

所述承压托盘在首端设置为加工有外螺纹的圆柱型连接头，所述承压托盘上设有与承压托盘共轴的直径大于钢绞线锚索直径的圆形通孔，所述承压托盘在末端设置为圆柱体或四棱柱体，所述承压托盘在末端端面设有与承压托盘共轴的六棱孔；

所述外套筒的末端与承压托盘的首端通过螺纹相连接。

2.根据权利要求1所述的吸能防冲锚索，其特征在于，所述内套筒为低碳钢材质，所述隔热填充层包括玻璃纤维棉毡材料。

3.根据权利要求1所述的吸能防冲锚索，其特征在于，所述粘结剂存储盒中的粘结剂用来固定外套筒及封堵外套筒首端端面的通孔。

4.根据权利要求1所述的吸能防冲锚索，其特征在于，所述粘结剂存储盒内的粘结剂为A-B型混凝胶。

5.根据权利要求1所述的吸能防冲锚索，其特征在于，所述钢绞线锚索在末端外壁上有轴向设置的让位行程刻度卡，可根据工况条件来设计让位行程刻度卡的材质、量程。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的吸能防冲锚索的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：根据工况条件来设计所述吸能防冲锚索的内套筒的直径、壁厚、长度、材质，确定外套筒与承压托盘之间螺纹连接的强度；

步骤2：选择与外套筒尺寸相匹配的钻头来打设大钻孔，当大钻孔深度达到外套筒的长度时，更换与钢绞线锚索直径相匹配的钻头，继续打设小钻孔至钢绞线锚索的设计深度；

步骤3：采用树脂锚固剂将所述钢绞线锚索的首端安装于小钻孔的底部；

步骤4：将所述粘结剂存储盒套装于钢绞线锚索，放置于大钻孔底部；

步骤5：安装吸能防冲装置；

步骤6：张拉钢绞线锚索，安装锚索锁具以施加初始预紧力，从而顶压粘结剂存储盒，粘结剂流出，等待20min～30min，粘结剂凝固完成，固定外套筒于大钻孔内并封堵外套筒首端端面的通孔；

步骤7：采用与所述六棱孔相配套的机具，全自动旋拧安装承压托盘，以再次施加预紧力。

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