CN109989778A - 一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法，涉及让压锚杆技术领域，锚杆包括杆体、托盘、锁具螺母、让压套筒、环状齿刀、环状橡胶圈和让压挡块；锚杆杆体上焊接有让压挡块，让压挡块和杆体之间的连接强度小于锚杆的抗拉强度；锚杆杆体上还设置有让压套筒，让压套筒上设置有环状橡胶圈和环状齿刀。利用该锚杆进行锚固时，首先在巷道围岩钻孔，孔径等于环状橡胶圈的外径；其次在锚杆杆体中部让压套筒上安装锚固剂，然后使用钻机带动杆体转动，最后设置锁具螺母和托盘，施加预紧力；锚固后锚杆实现多段自动让压。本发明解决了围岩局部变形导致的锚杆整体失效的技术问题，还具有适应性强，操作简单等优点。

Description

一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法

技术领域

本发明涉及让压锚杆技术领域，尤其是一种多段锚固自动让压的锚杆，以及利用该锚杆锚固围岩的方法。

背景技术

随着大规模矿山开采及开采深度的增大，与浅部井巷工程相比，深部工程岩体处于高地压、高温、高岩溶水压和强烈开采扰动的复杂地质力学环境中。在深部巷道掘出后，围岩变形量大，变形特征复杂，控制难度大。浅部常用的端头锚固，在围岩强烈变形下，容易发生脱锚，锚杆被拔出；后采用全长锚固锚杆，通过全长锚固，增加锚杆锚固力，但由于全长锚固降低锚杆变形能量，无法适应围岩变形而导致锚杆被拉断。基于上述问题，中国专利(CN103758551B、CN103850696B)提出一种多段锚固锚杆来平衡锚固力与锚杆变形能力之间的矛盾。但是由于围岩变形为非均布，特别是顶板锚杆锚固区域内存在多岩层时，围岩变形多发生在局部区域，特别是节理面和层理面区域，围岩局部变形，导致锚杆应变超限，常规多段锚固在此情况下，难以避免锚杆被拉断或局部锚固失效导致锚杆整体锚固力降低继而导致锚杆全部锚固失效，常规多段锚固锚杆也无法适应深部复杂的围岩变形条件，因此需要对现有的让压锚杆及锚杆锚固的方法作进一步的改进。

发明内容

为解决锚杆锚固区域局部变形导致整体锚固失效的技术问题，本发明提供了一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法，具体技术方案如下。

一种多段锚固自动让压锚杆，包括杆体、托盘、锁具螺母、让压套筒、环状齿刀、环状橡胶圈和让压挡块；锚杆杆体上焊接有让压挡块，让压挡块和杆体之间的连接强度小于锚杆的抗拉强度；杆体上设置有让压套筒，环状齿刀和环状橡胶圈设置在让压套筒上。

优选的是，锚杆杆体上设置有多个让压套筒，让压套筒和让压挡块交替布置在锚杆杆体上，让压套筒之间布置有多个让压挡块。

优选的是，让压挡块和锚杆杆体之间的焊接强度小于锚杆杆体中部锚固剂的锚固强度；让压套筒与杆体之间通过焊接固定。

优选的是，杆体的端部锚固使用快速锚固剂，所述杆体中部锚固使用慢速锚固剂。

还优选的是，让压套筒与杆体之间的焊接强度小于锚杆杆体的抗拉强度，让压套筒与杆体之间的焊接强度小于锚杆中部锚固剂的锚固强度。

一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法，利用上述的一种多段锚固自动让压锚杆，步骤包括：

A.钻锚杆孔，锚杆孔的直径和环状橡胶圈的直径相等，锚杆孔的深度等于杆体的长度；

B.将中部锚固剂扎紧安装固定在让压套筒上，并将端部锚固剂送入锚杆钻孔内；

C.将杆体送至锚杆孔孔底，将锚杆外露端和锚杆钻机相连，钻机带动杆体旋转，端部的锚固剂先凝固形成端部锚固段，中间锚固剂后凝固形成中部锚固段；

D.安装托盘和锁具螺母，施加预紧力。

优选的是，多段锚固自动让压锚杆局部应力增大时，首先是杆体中部的让压套筒和杆体之间的焊接失效，让压套筒和锚杆孔壁仍保持有效锚固；杆体中部和让压套筒发生错动，直至被让压挡块阻挡，从而让压套筒继续保持对杆体的锚固；若局部应力继续增大，让压挡块和杆体之间的连接失效，杆体中部和让压套筒再次发生错动，直至被相邻的让压挡块阻挡，重复发生错动至围岩变形结束。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明的杆体和让压挡块之间的间距及中部锚固让压套筒之间的距离可进行调整，发挥多段锚固锚杆分散载荷、增加锚固力及抗剪能力的基础上，在锚杆局部变形超限时，可自动让压，防止锚固处发生应力集中，从而防止锚固失效或锚杆拉断，适应围岩局部大变形。

(2)锚杆采用多段锚固的方式，增加了锚杆与围岩之间的锚固力，能够有效的防止围岩变形过大导致的锚固剂失效，锚杆被拔出；通过中部让压套筒让压，防止围岩局部变形大时，锚杆应变不足而导致的锚杆被拉断。

(3)本发明提供了一种锚杆分段让压的方法，中部锚固让压套筒让压后，通过让压挡块的阻滞作用，可重新恢复其锚固力，防止局部锚杆失效导致的锚杆整体锚固力降低而发生连锁反应，导致整个锚杆锚固失效而锚杆被整体拔出；另外锚杆中部锚固让压套筒及让压挡块设计简单，可根据地质条件自行调整其间距，适应性强，应用操作简单。

附图说明

图1是多段锚固自动让压锚杆结构示意图；

图2是多段锚固自动让压锚杆部分结构放大示意图；

图3是多段锚固自动让压锚杆锚固结构示意图；

图中：1-杆体；2-托盘；3-锁具螺母；4-让压套筒；5-环状齿刀；6-环状橡胶圈；7-让压挡块。

具体实施方式

结合图1至图3所示，本发明提供了一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法具体实施方式如下。

一种多段锚固自动让压锚杆具体结构包括杆体1、托盘2、锁具螺母3、让压套筒4、环状齿刀5、环状橡胶圈6和让压挡块7，如图1所示。在杆体1上设置让压套筒4和让压挡块7从而实现多段锚固，设置环状橡胶圈6从而可以防止锚杆安装时偏心及中部锚固剂流入自由段，环状齿刀5能将锚固剂快速搅拌并强化锚固效果。

锚杆杆体1上焊接有让压挡块7，让压挡块7和杆体1之间的连接强度小于锚杆的抗拉强度，从而可以保证在发生局部变形时让压挡块先发生破坏。锚杆杆体1上设置有多个让压套筒4，让压套筒4和让压挡块7交替布置在锚杆杆体上，形成多个让压段从而可以实现局部变形。让压套筒4之间布置有多个让压挡块7，其中杆体1和让压挡块7之间的间距及中部锚固让压套筒4之间的距离可根据具体的锚杆型号进行调整，在发挥多段锚固锚杆分散载荷、增加锚固力及抗剪能力的基础上，在锚杆局部变形超限时，可自动让压，防止锚固处发生应力集中，从而防止锚固失效或锚杆拉断，适应围岩局部大变形。

锚杆让压套筒4上还设置有环状齿刀5，让压套筒4的两端还设置有环状橡胶圈6，环状橡胶圈6的直径和锚杆孔的直径相等，从而可以保证锚杆杆体在钻孔中央，并且橡胶圈将锚固剂的两端封堵可以保证锚固剂在限定的范围内进行锚固。

让压挡块7和锚杆杆体1之间的焊接强度小于锚杆杆体中部锚固剂的锚固强度，从而可以保证中部的锚固不会失效，仅是杆体1和让压套筒4之间发生错动，从而在保证锚固强度的条件下支持锚杆局部变形。让压挡块7之间的间距可以设置为50～100mm，让压套筒4的长度约为200～300mm，设置2～4组让压挡块。锚杆制作时，让压套筒4与杆体1之间通过焊接固定，可以在初期保证锚固强度，并且方便了安装。

杆体1的端部锚固使用快速锚固剂，杆体1中部锚固使用慢速锚固剂，锚固剂使用环状药卷。其中，锚固剂根据其固化时间可分为快速锚固剂(固化时间5～10min)、中速锚固剂(固化时间10～20min)和慢速锚固剂(固化时间30～60min)，通过设计两种锚杆剂的锚固时间差，可实现锚杆的全长预紧，具体是分别在端部锚固和中部锚固后施加预紧力，从而实现全长预紧力施加。

一种多段锚固自动让压锚杆及锚固方法，利用上述的一种多段锚固自动让压锚杆，锚固步骤具体包括：

A.钻锚杆孔，锚杆孔的直径和环状橡胶圈的直径相等，锚杆孔的深度等于杆体的长度。

B.将中部锚固剂扎紧安装固定在让压套筒上，并将端部锚固剂送入锚杆孔内。

C.将杆体送至锚杆孔孔底，将锚杆外露端和锚杆钻机相连，钻机带动杆体旋转，端部的锚固剂先凝固形成端部锚固段，中间锚固剂后凝固形成中部锚固段。

D.安装托盘和锁具螺母，端部锚固剂锚固后，中部锚固剂锚固前，施加预紧力，利用端部锚固剂与中部锚固剂的时间差，实现全长预紧力。

其中当多段锚固自动让压锚杆局部应力增大时，首先是杆体中部的让压套筒4和杆体1之间的焊接失效，让压套筒4和锚杆孔壁仍保持有效锚固；杆体1中部和让压套筒4发生错动，直至被让压挡块7阻挡，从而让压套筒4继续保持对杆体1的锚固；若局部应力继续增大，让压挡块7和杆体1之间的连接失效，杆体1中部和让压套筒4再次发生错动，直至被相邻的让压挡块阻挡，重复发生错动至围岩变形结束。

如图3所示，其多段让压锚杆的让压原理为：当围岩AB段发生局部变形，锚杆自由段CD将发生相应变形，由于锚杆CD相对较小，其变形能力有限。普通多段锚固锚杆，当围岩AB区域变形过大，超过该段锚杆变形极限，则将导致左右两端锚固剂与钻孔脱离或锚杆CD段拉断。而本发明多段锚固让压锚杆，在围岩变形过大时，中部锚固让压套筒与杆体之间焊接失效，锚杆变形段从CD段变为ED段，中部让压套筒与杆体之间发生相对错动，最终中部让压套筒被最让压挡块阻挡。在锚杆中部让压套筒与杆体之间发生相对错动的过程中实现让压，中部锚固让压套筒被让压挡块阻挡后，重新形成锚固力。随围岩进一步变形，让压挡块与杆体之间焊接失效，中部锚固让压套筒再次与锚杆杆体之间发生相对错动，锚杆变形段再次增大，实现让压，防止锚杆拉断，中部锚固让压套筒再次与让压挡块接触后，再次形成锚固力，保证锚杆总的锚固力小范围波动，而不会范围损失。如此往复，实现多次让压，保证锚固力的同时，使锚杆具有大的变形能力，防止锚固失效锚杆被拔出或锚杆被拉断。

中部锚固让压套筒让压后，通过让压挡块的阻滞作用，可重新恢复其锚固力，防止局部锚杆失效导致的锚杆整体锚固力降低而发生连锁反应，导致整个锚杆锚固失效而锚杆被整体拔出。另外，锚杆中部锚固让压套筒及让压挡块设计简单，可根据地质条件自行调整其间距，适应性强，应用操作简单。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多段锚固自动让压锚杆，其特征在于，包括杆体、托盘、锁具螺母、让压套筒、环状齿刀、环状橡胶圈和让压挡块；所述锚杆杆体上焊接有让压挡块，让压挡块和杆体之间的连接强度小于锚杆杆体的抗拉强度；所述杆体上设置有让压套筒，环状齿刀和环状橡胶圈设置在让压套筒上。

2.根据权利要求1所述的一种多段锚固自动让压锚杆，其特征在于，所述锚杆杆体上设置有多个让压套筒，让压套筒和让压挡块交替布置在锚杆杆体上，所述让压套筒之间布置有多个让压挡块。

3.根据权利要求1所述的一种多段锚固自动让压锚杆，其特征在于，所述让压挡块和锚杆杆体之间的焊接强度小于锚杆中部锚固剂的锚固强度；所述让压套筒与杆体之间通过焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种多段锚固自动让压锚杆，其特征在于，所述杆体的端部锚固使用快速锚固剂，所述杆体中部锚固使用慢速锚固剂。

5.根据权利要求3所述的一种多段锚固自动让压锚杆，其特征在于，所述让压套筒与杆体之间的焊接强度小于锚杆杆体的抗拉强度，让压套筒与杆体之间的焊接强度小于锚杆中部锚固剂的锚固强度。

6.一种多段锚固自动让压锚杆的锚固方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一项所述的一种多段锚固自动让压锚杆，步骤包括：

A.钻锚杆孔，锚杆孔的直径和环状橡胶圈的直径相等，锚杆孔的深度等于杆体的长度；

B.将中部锚固剂扎紧安装固定在让压套筒上，并将端部锚固剂送入锚杆钻孔内；

C.将杆体送至锚杆孔孔底，将锚杆外露端和锚杆钻机相连，钻机带动杆体旋转，端部的锚固剂先凝固形成端部锚固段，中间锚固剂后凝固形成中部锚固段；

D.安装托盘和锁具螺母，施加预紧力。

7.根据权利要求6所述的一种多段锚固自动让压锚杆的锚固方法，其特征在于，所述多段锚固自动让压锚杆局部应力增大时，首先是杆体中部的让压套筒和杆体之间的焊接失效，让压套筒和锚杆孔壁仍保持有效锚固；杆体中部和让压套筒发生错动，直至被让压挡块阻挡，从而让压套筒继续保持对杆体的锚固；若局部应力继续增大，让压挡块和杆体之间的连接失效，杆体中部和让压套筒再次发生错动，直至被相邻的让压挡块阻挡，重复发生错动至围岩变形结束。