CN109869173B - 一种柔性锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锚杆技术领域，具体的说是一种柔性锚杆，包括外杆和内杆，还包括撑杆和推出单元；外杆为中空圆筒结构，顶部为圆锥形，外杆壁内沿圆周方向均匀设有若干推出单元，推出单元可沿外杆壁横向滑动，外杆内部穿有内杆，内杆可沿外杆轴向滑动，每个推出单元与内杆之间均设有撑杆，撑杆与内杆和推出单元均通过铰链连接；本发明具对内杆进行拉拔带动顶杆，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块向外的推力，增加锚定稳固程度，减少用料，节约材料成本；通过回收单元容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
Description
技术领域
本发明属于锚杆技术领域，具体的说是一种柔性锚杆。
背景技术
锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身，现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加固；锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。
锚杆是岩土体加固的杆件体系结构，通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点，从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚力和内摩擦角，其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体，这个复合体中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键，从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。
锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩束缚在一起，使围岩自身支护自身，锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡、隧道、坝体等进行主动加固。
锚杆分为木锚杆、钢筋或钢丝绳砂浆锚杆、倒楔式金属锚杆、管缝式锚杆、树脂锚杆、快硬膨胀水泥锚杆和双快水泥锚杆等种类。
在现场实际应用过程中，由于矿井等施工工地空间有限，大型施工设备难以进入，对锚杆不能施加足够的拉拔力，加上锚杆自身的抗拉强度不够，抗剪能力差等因素很容易发生失效，给矿井等施工场所安全生产带来极大地安全隐患，严重影响正常的生产活动，给煤矿企业带来巨大的经济损失。
在现代矿井巷道的支护过程中，根据不同的施工空间、地质条件多采用锚杆-喷浆、锚杆-防护网-锚索、锚杆-注浆-防护网-锚索等联合支护形式，然而在空间狭小、地质条件复杂、顶板破碎底板离层严重的巷道，由于锚杆自身强度不够，大型锚杆拉拔设备无法进场，导致锚杆预拉拔力不足，不能达到理想的稳定锚固效果。
现有锚固工艺均为一次性锚固工艺，锚杆在锚固支护巷道时多采用喷浆、灌浆等固定方法，固定之后便永久遗留在支护体内，无法在生产结束后拔出进行二次利用，节约更多的生产成本；锚杆在锚定支护时插入预先钻好的钻孔中，再使用液压拉拔设备对锚杆进行预应力拉拔，最后固定锚杆，在固定锚杆过程中锚杆容易滑脱，造成锚固能力下降，影响生产安全。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，以解决现有技术中锚杆预拉拔力不足、拉拔过程中容易滑脱和锚杆不能回收再利用的问题，本发明提出的一种柔性锚杆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种柔性锚杆，包括外杆和内杆，还包括撑杆和推出单元；所述外杆为中空圆筒结构，顶部为圆锥形，外杆壁内沿圆周方向均匀设有若干推出单元，推出单元可沿外杆壁横向滑动，外杆内部穿有内杆，内杆可沿外杆轴向滑动，每个推出单元与内杆之间均设有撑杆，撑杆与内杆和推出单元均通过铰链连接，撑杆长度大于外杆内壁与内杆之间的距离，本发明通过锚杆插入预先钻好的孔中，外杆到达钻孔底部后，向外拉拔内杆，内杆向外移动，内杆通过撑杆带动推出单元向外推出，推出单元即可卡紧钻孔内壁，增加外杆与钻孔内壁的摩擦力，实现锚杆的稳定紧固锚定功能。
优选的，所述内杆顶部设有回收单元，包括缸筒、活塞、活塞杆和进油管，所述缸筒位于外杆内腔顶部，缸筒为圆柱形筒状结构，缸筒顶部与外杆固定连接，缸筒内设有活塞，活塞可沿缸筒内壁滑动，活塞底部设有活塞杆，活塞与活塞杆固定连接，活塞杆底部与内杆固定连接，缸筒底部右侧连接有进油管，本发明通过进油管将压力油打入缸筒，压力油推动活塞向上运动，活塞带动活塞杆和内杆，向上运动，从而带动撑杆使得推出单元向锚杆内收缩，减小推出单元对钻孔壁的压力，进而减小锚杆与钻孔壁的摩擦力，从而很容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
优选的，所述推出单元位于外杆外壁的一端设有波浪状凸起，凸起经过热处理后硬度增加，本发明通过推出单元向外推出后能够与钻孔内壁紧密压实，钻孔内壁一般为粗糙的岩石，波浪状凸起经过热处理后提高了硬度，在压力作用下更好的嵌入钻孔内壁中，增加锚杆与钻孔内壁的摩擦力，增加锚杆抗拔强度。
优选的，所述内杆位于钻孔外部的一端设有自锁单元，自锁单元包括棘爪、棘齿、复位弹簧和底座，内杆外侧套有底座，内杆位于底座的部分均匀设有若干棘齿，基座内设有棘爪，棘爪一端与底座铰链连接，棘爪另一端与棘齿啮合，棘爪中部设有复位弹簧，复位弹簧另一端与底座固定连接，复位弹簧为压缩弹簧，本发明通过向外拉拔内杆时，棘爪与棘齿相对位移，棘爪配合复位弹簧使得棘爪紧贴棘齿，棘爪不断与棘齿啮合，自动锁紧内杆，防止停止拉拔后内杆向内收缩，进而使得推出单元对钻孔内壁压力减小，降低锚杆抗拔强度。
优选的，所述推出单元包括推出块、顶杆、第一滑孔和第二滑孔，外杆外壁上均匀开有若干第一滑孔，第一滑孔底部开有第二滑孔，第二滑孔为通孔，第一滑孔直径大于第二滑孔直径，第一滑孔内套有推出块，第二滑孔内套有顶杆，顶杆右端与撑杆铰链连接，推出块与顶杆组成的封闭腔体中充满液压油；本发明通过顶杆在撑杆的作用下向外推出时，通过液压油将推力传递给推出块，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块向外的推力，从而内杆以较小的拉拔力使得推出块获得较大的推出力，进一步加强锚杆与钻孔的摩擦力，增加锚定稳固程度，也可以减小内杆和撑杆的强度要求，减少用料，节约材料成本；帕斯卡原理为：不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬时间传至静止流体各点，帕斯卡定律只能用于液体中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，压强等于作用压力除以受力面积，根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量，如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的十分之一，那么作用于第二个活塞上的力将增大至第一个活塞的十倍，而两个活塞上的压强相等，若一个流体系统中有大小两个活塞，在小活塞上施以小推力，通过流体中的压力传递，在大活塞上就会产生较大的推力。
优选的，所述推出块上设有限位单元，所述限位单元包括限位滑槽和限位块，推出块上部开有限位滑槽，限位滑槽内设有限位块，限位滑槽可沿限位块滑动，限位块固定安装于外杆上，本发明通过限位块可以使得推出块推出到一定程度后顶住推出块，限制推出块的活动行程，防止推出块行程过大，从第一滑孔中滑落，进而减少或丧失锚杆的锚固能力。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种柔性锚杆，对内杆进行拉拔操作，内杆向外拔出，内杆通过撑杆带动顶杆向外推出，通过液压油将推力传递给推出块，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块向外的推力，增加锚定稳固程度，也可以减小内杆和撑杆的强度要求，减少用料，节约材料成本。
2.本发明所述的一种柔性锚杆，通过进油管将压力油打入缸筒，压力油推动活塞向上运动，活塞带动活塞杆和内杆，向上运动，从而带动撑杆使得推出单元向锚杆内收缩，减小推出单元对钻孔壁的压力，进而减小锚杆与钻孔壁的摩擦力，从而很容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的主视图；
图2是图1中A处放大图；
图3是推出块左视图；
图4是自锁单元的结构图；
图中：外杆1、内杆2、撑杆3、推出单元4、回收单元5、缸筒51、活塞52、活塞杆53、进油管54、凸起41、自锁单元6、括棘爪61、棘齿62、复位弹簧63、底座64、推出块42、顶杆43、第一滑孔44、第二滑孔45、限位单元7、限位滑槽71、限位块72。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种柔性锚杆，包括外杆1和内杆2，还包括撑杆3和推出单元4；所述外杆1为中空圆筒结构，顶部为圆锥形，外杆1壁内沿圆周方向均匀设有若干推出单元4，推出单元4可沿外杆1壁横向滑动，外杆1内部穿有内杆2，内杆2可沿外杆1轴向滑动，每个推出单元4与内杆2之间均设有撑杆3，撑杆3与内杆2和推出单元4均通过铰链连接，撑杆3长度大于外杆1内壁与内杆2之间的距离，本发明通过锚杆插入预先钻好的孔中，外杆1到达钻孔底部后，向外拉拔内杆2，内杆2向外移动，内杆2通过撑杆3带动推出单元4向外推出，推出单元4即可卡紧钻孔内壁，增加外杆1与钻孔内壁的摩擦力，实现锚杆的稳定紧固锚定功能。
作为本发明的一种具体实施方式，所述内杆2顶部设有回收单元5，回收单元5包括缸筒51、活塞52、活塞杆53和进油管54，所述缸筒51位于外杆1内腔顶部，缸筒51为圆柱形筒状结构，缸筒51顶部与外杆1固定连接，缸筒51内设有活塞52，活塞52可沿缸筒51内壁滑动，活塞52底部设有活塞杆53，活塞52与活塞杆53固定连接，活塞杆53底部与内杆2固定连接，缸筒51底部右侧连接有进油管54，本发明通过进油管54将压力油打入缸筒51，压力油推动活塞52向上运动，活塞52带动活塞杆53和内杆2向上运动，从而带动撑杆3使得推出单元4向锚杆内收缩，减小推出单元4对钻孔壁的压力，进而减小锚杆与钻孔壁的摩擦力，从而很容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
作为本发明的一种具体实施方式，所述推出单元4位于外杆1外壁的一端设有波浪状凸起41，凸起41经过热处理后硬度增加，本发明通过推出单元4向外推出后能够与钻孔内壁紧密压实，钻孔内壁一般为粗糙的岩石，波浪状凸起41经过热处理后提高了硬度，在压力作用下更好的嵌入钻孔内壁中，增加锚杆与钻孔内壁的摩擦力，增加锚杆抗拔强度。
作为本发明的一种具体实施方式，所述内杆2位于钻孔外部的一端设有自锁单元6，自锁单元6包括棘爪61、棘齿62、复位弹簧63和底座64，内杆2外侧套有底座64，内杆2位于底座64的部分均匀设有若干棘齿62，基座内设有棘爪61，棘爪61一端与底座64铰链连接，棘爪61另一端与棘齿62啮合，棘爪61中部设有复位弹簧63，复位弹簧63另一端与底座64固定连接，复位弹簧63为压缩弹簧，本发明通过向外拉拔内杆2时，棘爪61与棘齿62相对位移，棘爪61配合复位弹簧63使得棘爪61紧贴棘齿62，棘爪61不断与棘齿62啮合，自动锁紧内杆2，防止停止拉拔后内杆2向内收缩，进而使得推出单元4对钻孔内壁压力减小，降低锚杆抗拔强度。
作为本发明的一种具体实施方式，所述推出单元4包括推出块42、顶杆43、第一滑孔44和第二滑孔45，外杆1外壁上均匀开有若干第一滑孔44，第一滑孔44底部开有第二滑孔45，第二滑孔45为通孔，第一滑孔44直径大于第二滑孔45直径，第一滑孔44内套有推出块42，第二滑孔45内套有顶杆43，顶杆43右端与撑杆3铰链连接，推出块42与顶杆43组成的封闭腔体中充满液压油，本发明通过顶杆43在撑杆3的作用下向外推出时，通过液压油将推力传递给推出块42，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块42向外的推力，从而内杆2以较小的拉拔力使得推出块42获得较大的推出力，进一步加强锚杆与钻孔的摩擦力，增加锚定稳固程度，也可以减小内杆2和撑杆3的强度要求，减少用料，节约材料成本，帕斯卡原理为：不可压缩静止流体中任一点受外力产生压力增值后，此压力增值瞬时间传至静止流体各点，帕斯卡定律只能用于液体中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递，压强等于作用压力除以受力面积，根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量，如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的十分之一，那么作用于第二个活塞上的力将增大至第一个活塞的十倍，而两个活塞上的压强相等，若一个流体系统中有大小两个活塞，在小活塞上施以小推力，通过流体中的压力传递，在大活塞上就会产生较大的推力。
作为本发明的一种具体实施方式，所述推出块42上设有限位单元7，所述限位单元7包括限位滑槽71和限位块72，推出块42上部开有限位滑槽71，限位滑槽71内设有限位块72，限位滑槽71可沿限位块72滑动，限位块72固定安装于外杆1上，本发明通过限位块72可以使得推出块42推出到一定程度后顶住推出块42，限制推出块42的活动行程，防止推出块42行程过大，从第一滑孔44中滑落，进而减少或丧失锚杆的锚固能力。
工作时，将锚杆插入预先钻好的孔中，外杆1到达钻孔底部后，将锚杆进行固定，使用液压设备对内杆2进行拉拔操作，内杆2向外拔出，内杆2通过撑杆3带动顶杆43向外推出，通过液压油将推力传递给推出块42，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块42向外的推力，推出块42的波浪状凸起41经过热处理后提高了硬度，在压力作用下更好的嵌入钻孔内壁中，增加锚杆与钻孔内壁的摩擦力，限位块72可以使得推出块42推出到一定程度后顶住推出块42，限制推出块42的活动行程，防止推出块42行程过大，从第一滑孔44中滑落，向外拉拔内杆2时，棘爪61与棘齿62相对位移，棘爪61配合复位弹簧63使得棘爪61紧贴棘齿62，棘爪61不断与棘齿62啮合，自动锁紧内杆2，防止停止拉拔后内杆2向内收缩，进而使得推出单元4对钻孔内壁压力减小，降低锚杆抗拔强度，通过进油管54将压力油打入缸筒51，压力油推动活塞52向上运动，活塞52带动活塞杆53和内杆2，向上运动，从而带动撑杆3使得推出单元4向锚杆内收缩，减小推出单元4对钻孔壁的压力，进而减小锚杆与钻孔壁的摩擦力，从而很容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种柔性锚杆，包括外杆(1)和内杆(2)，其特征在于：还包括撑杆(3)和推出单元(4)；所述外杆(1)为中空圆筒结构，顶部为圆锥形，外杆(1)壁内沿圆周方向均匀设有若干推出单元(4)，推出单元(4)可沿外杆(1)壁横向滑动，外杆(1)内部穿有内杆(2)，内杆(2)可沿外杆(1)轴向滑动，每个推出单元(4)与内杆(2)之间均设有撑杆(3)，撑杆(3)与内杆(2)和推出单元(4)均通过铰链连接，撑杆(3)长度大于外杆(1)内壁与内杆(2)之间的距离，通过外杆(1)、内杆(2)、撑杆(3)和推出单元(4)的配合，即可卡紧钻孔内壁，实现锚杆的稳定紧固锚定功能；
所述内杆(2)顶部设有回收单元(5)，回收单元(5)包括缸筒(51)、活塞(52)、活塞杆(53)和进油管(54)，所述缸筒(51)位于外杆(1)内腔顶部，缸筒(51)为圆柱形筒状结构，缸筒(51)顶部与外杆(1)固定连接，缸筒(51)内设有活塞(52)，活塞(52)可沿缸筒(51)内壁滑动，活塞(52)底部设有活塞杆(53)，活塞(52)与活塞杆(53)固定连接，活塞杆(53)底部与内杆(2)固定连接，缸筒(51)底部右侧连接有进油管(54)，通过进油管(54)将压力油打入缸筒(51)，活塞(52)向上运动，活塞(52)、活塞杆(53)、内杆(2)和撑杆(3)相互配合，使得推出单元(4)向锚杆内收缩，从而将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率；
所述推出单元(4)位于外杆(1)外壁的一端设有波浪状凸起(41)，凸起(41)经过热处理后硬度增加，通过推出单元(4)向外推出后能够与钻孔内壁紧密压实，压力作用下更好的嵌入钻孔内壁中，增加锚杆与钻孔内壁的摩擦力，增加锚杆抗拔强度；
所述内杆(2)位于钻孔外部的一端设有自锁单元(6)，自锁单元(6)包括棘爪(61)、棘齿(62)、复位弹簧(63)和底座(64)，内杆(2)外侧套有底座(64)，内杆(2)位于底座(64)的部分均匀设有若干棘齿(62)，基座内设有棘爪(61)，棘爪(61)一端与底座(64)铰链连接，棘爪(61)另一端与棘齿(62)啮合，棘爪(61)中部设有复位弹簧(63)，复位弹簧(63)另一端与底座(64)固定连接，复位弹簧(63)为压缩弹簧，通过向外拉拔内杆(2)时，棘爪(61)不断与棘齿(62)啮合，自动锁紧内杆(2)，防止停止拉拔后内杆(2)向内收缩，降低锚杆抗拔强度；
所述推出单元(4)包括推出块(42)、顶杆(43)、第一滑孔(44)和第二滑孔(45)，外杆(1)外壁上均匀开有若干第一滑孔(44)，第一滑孔(44)底部开有第二滑孔(45)，第二滑孔(45)为通孔，第一滑孔(44)直径大于第二滑孔(45)直径，第一滑孔(44)内套有推出块(42)，第二滑孔(45)内套有顶杆(43)，顶杆(43)右端与撑杆(3)铰链连接，推出块(42)与顶杆(43)组成的封闭腔体中充满液压油，通过顶杆(43)在撑杆(3)的作用下向外推出时，通过液压油将推力传递给推出块(42)；通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块(42)向外的推力，从而内杆(2)以较小的拉拔力使得推出块(42)获得较大的推出力，进一步加强锚杆与钻孔的摩擦力，增加锚定稳固程度；
工作时，将锚杆插入预先钻好的孔中，外杆(1)到达钻孔底部后，将锚杆进行固定，使用液压设备对内杆(2)进行拉拔操作，内杆(2)向外拔出，内杆(2)通过撑杆(3)带动顶杆(43)向外推出，通过液压油将推力传递给推出块(42)，通过帕斯卡原理将推力放大，增大推出块(42)向外的推力，推出块(42)的波浪状凸起(41)经过热处理后提高了硬度，在压力作用下更好的嵌入钻孔内壁中，增加锚杆与钻孔内壁的摩擦力，限位块(72)可以使得推出块(42)推出到一定程度后顶住推出块(42)，限制推出块(42)的活动行程，防止推出块(42)行程过大，从第一滑孔(44)中滑落，向外拉拔内杆(2)时，棘爪(61)与棘齿(62)相对位移，棘爪(61)配合复位弹簧(63)使得棘爪(61)紧贴棘齿(62)，棘爪(61)不断与棘齿(62)啮合，自动锁紧内杆(2)，防止停止拉拔后内杆(2)向内收缩，进而使得推出单元(4)对钻孔内壁压力减小，降低锚杆抗拔强度，通过进油管(54)将压力油打入缸筒(51)，压力油推动活塞(52)向上运动，活塞(52)带动活塞杆(53)和内杆(2)，向上运动，从而带动撑杆(3)使得推出单元(4)向锚杆内收缩，减小推出单元(4)对钻孔壁的压力，进而减小锚杆与钻孔壁的摩擦力，从而很容易将锚杆从钻孔中拔出，进行二次利用，节约成本，提高锚杆的利用率。
2.根据权利要求1所述的一种柔性锚杆，其特征在于：所述推出块(42)上设有限位单元(7)，所述限位单元(7)包括限位滑槽(71)和限位块(72)，推出块(42)上部开有限位滑槽(71)，限位滑槽(71)内设有限位块(72)，限位滑槽(71)可沿限位块(72)滑动，限位块(72)固定安装于外杆(1)上，通过限位块(72)可以限制推出块(42)的活动行程，防止推出块(42)从第一滑孔(44)中滑落，进而减少或丧失锚杆的锚固能力。
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