CN110925001B - 一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，包括套设在锚索外面的楔子，所述楔子为锥形塞，锥形塞的端部设置有锥形塞锁具，锥形塞锁具固装在锚索上位于锥形塞后端，锥形塞外套设膨胀筒，膨胀筒为与锥形塞相配的倒锥形，所述锥形塞最大外径大于膨胀筒最大内径，与锥形塞锁具对应的膨胀筒的端部固定有弹性部件，弹性部件的另一端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过带通孔的锚索托盘和锚索锁具连接在一起。本发明可有效避免由于锚索失效后弹射飞出造成人员伤亡和设备损坏的事故，并且此装置的结构简单、安装方便、成本低廉。

Description

一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置
技术领域
本发明属于岩土工程中的锚索支护等技术领域，具体地说涉及一种阻止锚索失效后弹射的缓冲保护装置。
背景技术
锚索支护技术广泛应用于矿山开采和水利建设等岩土工程领域。尤其在煤炭开采领域，随着开采深度的逐步加大，井下巷道施工时锚索支护比例随之增加。现有研究结果表明，锚索支护在深井巷道支护工程中发挥着重要作用，通过施加预应力，可将围岩临空面附近应力向岩体深部转移，有效控制围岩变形；同时以锚索和锚杆支护为主体的联合支护技术，可有效控制高应力软岩巷道变形，为矿井安全、高效生产提供保障。
面对深井高地应力的环境，围岩内部压力大，使得锚索受到的拉力也随之增大，当锚索受力达到抗拉极限时发生断裂，此时极高能量的锚索会沿着钻孔向外弹射，威胁井下设备和工作人员的安全。此外，当锚索支护应用于地质构造较多和富水巷道时，锚固剂提供的锚固效果不一定能达到预期，当回采、来压等扰动时，易引发锚索锚固失效，造成锚索从钻孔内弹射飞出，引发安全事故。
发明内容
目前，有关锚索支护时的防护方法大都是利用钢丝将锚索外露段和锚网连接在一起，以此来缓冲锚索失效后弹射飞出的能量，但是，锚网本身强度较低易产生变形，无法成为有效的缓冲体。因此，在锚索支护技术的防护领域，急需一种有效阻止锚索失效后弹射飞出钻孔的缓冲保护装置。
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种阻止锚索失效后弹射的缓冲保护装置，可有效避免由于锚索失效后弹射飞出造成人员伤亡和设备损坏的事故，并且此装置的结构简单、安装方便、成本低廉。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，包括套设在锚索外面的楔子，所述楔子为锥形塞，锥形塞的端部设置有锥形塞锁具，锥形塞锁具固装在锚索上位于锥形塞后端，锥形塞外套设膨胀筒，膨胀筒为与锥形塞相配的倒锥形，所述锥形塞最大外径大于膨胀筒最大内径，与锥形塞锁具对应的膨胀筒的端部固定有弹性部件，弹性部件的另一端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过带通孔的锚索托盘和锚索锁具连接在一起。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述弹性部件与钢丝绳通过螺柱和螺帽连接在一起。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述钢丝绳与锚索锁具通过螺柱和螺帽连接在一起。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述弹性部件为高强弹簧。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述膨胀筒上设置有若干排柱塞孔，每排柱塞孔有若干个，均匀分布在膨胀筒同一径向截面上，且每个柱塞孔内均插设有柱塞，柱塞的一端伸入到膨胀筒内，柱塞的另一端固定在防滑板上，所述柱塞均与膨胀筒的轴线垂直，防滑板与膨胀筒之间有间隙，防滑板的外表面设置有防滑结构，在防滑板与膨胀筒的间隙的上端和下端均匀设置有若干个弹簧。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，伸入到膨胀筒内的柱塞端部设置为球面形。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述每排柱塞孔数量为6个，相邻排柱塞孔的位置由上向下看呈交错设置或者呈一条直线设置。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述防滑板外表面的防滑结构为防滑板外表面设置为锯齿状。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述钢丝绳为高强钢丝。
上述防止锚索失效弹簧的缓冲保护装置，所述锥形塞轴线方向开有圆形通孔，圆形通孔的直径大于锚索的外径。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明通过锚索弹射时带动固定于锚索上的高强钢丝运动，引起膨胀筒的扩张，不仅可实现锚索结构和岩体的二次锚固，而且锚索产生位移越大锚固力也越大，阻止锚索弹射。
2、本发明装置具有双重减缓锚索弹射能量的功能，其一是膨胀筒和岩体之间的锚固作用削弱一部分动能，其二是高强钢丝对锚索运动产生的反向拉扯作用削减另一部分动能，从而限制锚索运动位移，起到保护作用。
3、通过调节锚索上布置缓冲保护装置的个数，可适用不同工作荷载条件下的锚索失效后弹射防护，相较目前防护方法效果更优，同时防护措施也更具针对性和目的性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图
图2是本发明中所述膨胀筒的结构示意图
图3是图2中B-B面剖视图
图4是本发明中所述锥形塞的主视剖面图
图5是本发明中所述锥形塞的右视图
图6是本发明中所述托盘的主视图
图中，1-锥形塞，2-膨胀筒，3-柱塞，4-防滑板，5-弹簧，6-锚索，7-弹性部件，8-锥形塞锁具，9-岩体，10-钢丝绳，11-锚索托盘，12-通孔，13-锚索锁具，14-锚索通孔，15-圆形通孔，16-锥形通孔圆管。
具体实施方式
如图1至图6所示，一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，包括楔子，所述楔子为锥形塞1，锥形塞轴线方向开有圆形通孔15，圆形通孔的直径大于锚索6的外径，锥形塞套设在锚索外面，锥形塞的端部设置有锥形塞锁具8，锥形塞锁具固装在锚索上位于锥形塞后端。锥形塞外套设膨胀筒2，膨胀筒为与锥形塞相配的倒锥形，膨胀筒中心为锥形通孔圆管16，所述锥形塞最大外径大于膨胀筒最大内径，与锥形塞锁具对应的膨胀筒的端部固定有若干弹性部件7，弹性部件7的另一端连接有钢丝绳10，锚索托盘11沿厚度方向开有通孔，通孔的数量和钢丝绳的数量一致，钢丝绳10穿过带通孔的锚索托盘11和锚索锁具13连接在一起。
本发明的进一步结构为，弹性部件与钢丝绳通过螺柱和螺帽连接在一起，钢丝绳与锚索锁具13通过螺柱和螺帽连接在一起。本发明弹性部件选用高强弹簧，所述钢丝绳为高强钢丝，每个装置上高强弹簧的数量不少于6个，本发明实验时选用6个；并且高强弹簧和高强钢丝要能承受不低于1000 kN的拉力。
为了更进一步的实现所述膨胀筒上设置有若干排柱塞孔，每排柱塞孔有若干个，均匀分布在膨胀筒同一径向截面上，且每个柱塞孔内均插设有柱塞，柱塞的一端伸入到膨胀筒内，柱塞的另一端固定在防滑板4上，所述柱塞均与膨胀筒的轴线垂直，防滑板与膨胀筒之间有间隙，防滑板的外表面设置有防滑结构，在防滑板与膨胀筒的间隙的上端和下端均匀设置有若干个弹簧5。
本发明柱塞孔沿轴线方向至少布置四排；柱塞数量和柱塞孔的数量一致，柱塞一端装入柱塞孔，另一端和防滑板连接。
本发明伸入到膨胀筒内的柱塞端部设置为球面形，锥形塞的外表面和所述柱塞的球面端外表面在加工时做抛光处理，安装时表面涂抹润滑剂，减小二者之间的摩擦力。
本发明做实验时，每排柱塞孔数量为6个，相邻排柱塞孔的位置由上向下看呈交错设置或者呈一条直线设置，防滑板厚度3 mm呈长片状，外表面呈弧形，表面上分布着锯齿状结构。
本发明柱塞与防滑板螺纹连接，有若干块防滑板，同一轴线上的柱塞为一组，连接一块防滑板。
本发明防滑板外表面的防滑结构为防滑板外表面设置为锯齿状。
本发明使用过程：如图1所示，首先，将锚索6利用锚固剂固定在岩体9中的钻孔内；然后，将膨胀筒2连接上高强钢丝后，连同锥形塞1和锥形塞锁具8依次套装在锚索上送入钻孔内，并将锥形塞锁具8禁锢在锚索上；其次，锚索托盘上设置有锚索通孔14，还设置有与高强钢丝数量一致的通孔12，将高强钢丝沿钻孔向外穿过锚索托盘11上的通孔12，同时对所有高强钢丝施加一定的预紧力，带动膨胀筒2移动套入锥形塞1上产生膨胀，使得防滑板4和岩体充分接触并产生锚固力；最后，利用螺柱和螺母将高强钢丝固定在锚索锁具13上。
工作原理：锚索正常工作时，膨胀筒和岩体间的作用力起到一定的锚固作用；当锚索失效后沿孔向外弹射产生位移时，在高强钢丝的拉力作用下，一方面带动膨胀筒进一步膨胀，和岩体之间的摩擦力增大，阻止锚索向外移动，另一方面，高强弹簧的缓冲吸能作用和高强钢丝对锚索锁具的拉力进一步限制了锚索向外弹射；该缓冲保护装置不仅可以在锚索产生小位移时起到增强锚固力的作用，还可以在产生较大位移时，快速起阻止向外弹射的缓冲保护作用；此外，可以通过增加装置的安装数量，确保缓冲保护发挥最大作用，减小锚索弹射位移。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的方法和原理，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，包括套设在锚索外面的楔子，其特征在于：所述楔子为锥形塞（1），锥形塞的端部设置有锥形塞锁具（8），锥形塞外套设膨胀筒（2），膨胀筒为与锥形塞相配的倒锥形，所述锥形塞最大外径大于膨胀筒最大内径，与锥形塞锁具对应的膨胀筒的端部固定有弹性部件（7），弹性部件（7）的另一端连接有钢丝绳（10），钢丝绳（10）穿过带通孔的锚索托盘（11）和锚索锁具（13）连接在一起；所述弹性部件为高强弹簧；
所述膨胀筒上设置有若干排柱塞孔，每排柱塞孔有若干个，均匀分布在膨胀筒同一径向截面上，且每个柱塞孔内均插设有柱塞，柱塞的一端伸入到膨胀筒内，柱塞的另一端固定在防滑板（4）上，防滑板与膨胀筒之间有间隙，防滑板的外表面设置有防滑结构，在防滑板与膨胀筒的间隙的上端和下端均匀设置有若干个弹簧（5）。
2.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述弹性部件与钢丝绳通过螺柱和螺帽连接在一起。
3.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述钢丝绳与锚索锁具（13）通过螺柱和螺帽连接在一起。
4.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：伸入到膨胀筒内的柱塞端部设置为球面形。
5.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述每排柱塞孔数量为6个，相邻排柱塞孔的位置由上向下看呈交错设置或者呈一条直线设置。
6.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述防滑板外表面的防滑结构为防滑板外表面设置为锯齿状。
7.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述钢丝绳为高强钢丝。
8.根据权利要求1所述的防止锚索失效弹射的缓冲保护装置，其特征在于：所述锥形塞轴线方向开有圆形通孔（15），圆形通孔的直径大于锚索（6）的外径。
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