CN111472825B - 一种自动锚固预紧吸能锚杆 - Google Patents

Abstract

一种自动锚固预紧吸能锚杆，包括杆体、托盘、托盘角度自适应调平座、薄壁吸能套管、吸能套管胀块、预紧力示警垫圈、螺母及锚固力示警挡片；所述杆体的外露端外表面设有外螺纹，螺母通过外螺纹螺接套装在杆体的外露端，锚固力示警挡片固设在螺母的轴向外端面；预紧力示警垫圈、吸能套管胀块、薄壁吸能套管、托盘角度自适应调平座及托盘依次套装在螺母的轴向内端侧的杆体上。施工时对锚固力和预紧力的判断更加容易，通过薄壁吸能套管的塑性变形可直接吸收围岩变形释放的能量，锚杆抗冲击能力更强，通过托盘与托盘角度自适应调平座之间的球面万向调节结构，降低锚杆对顶板平整度和支护角度的要求，为巷道安全和高效支护提供保障。

Description

一种自动锚固预紧吸能锚杆

技术领域

本发明属于巷道支护技术领域，特别是涉及一种自动锚固预紧吸能锚杆。

背景技术

冲击地压是指井巷或工作面周围煤岩体因弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，冲击地压发生时常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等情况，因此具有很大的破坏性，冲击地压也是煤矿重大灾害之一。

由于浅部煤炭资源已趋于枯竭，未来煤炭资源开发将全面进入1000～2000m的深部，但是进入深部后，煤炭资源赋存的地质条件复杂、地应力增大、煤岩体破裂程度加剧等因素带来一系列问题，煤矿冲击地压等动力灾害更加严重，并且冲击地压已经成为许多矿区的第一大灾害。

冲击地压巷道支护是巷道冲击地压防治研究中的重要内容之一，其主要内容是增强“围岩-支护”系统抵抗冲击地压能力，并且影响“围岩-支护”系统抵抗冲击地压能力因素是多方面的，但最主要因素则是支护结构形式。从理论上来讲，增强支护结构强度虽能有效增强支护系统抵抗冲击地压能力，但增强支护结构强度会大大增加支护成本，研究表明强度增加到一定程度后，再增加支护强度对提高支护系统抵抗冲击地压能力的作用较小，而且大量支护破坏统计还表明，支护破坏不是因支护强度不够，而是因为抗冲击能力差而突然失稳破坏。因此，支护结构需要从吸能防冲角度设计。

在煤矿巷道支护中，锚杆是应用最广、用量最多的支护设备，锚杆支护可有效调控巷道围岩自身的承载能力，锚杆的锚固力和预紧力是否达到要求是判断锚杆支护效果的重要依据，但现有锚杆在施工时对锚固力的和预紧力的判断费时费力，锚杆结构大多也没有从吸能防冲角度设计，抗冲击能力较差。即使现有的从吸能防冲角度设计的吸能锚杆也存在施工费时的问题，同时吸能锚杆对巷道顶板平整度和锚杆支护角度均有特殊要求，已经不能满足冲击地压巷道支护要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自动锚固预紧吸能锚杆，施工时对锚固力和预紧力的判断更加容易，抗冲击能力更强，对巷道顶板平整度和锚杆支护角度要求更低，能够为巷道的安全和高效支护提供保障，有效满足了冲击地压巷道支护要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自动锚固预紧吸能锚杆，包括杆体、托盘、托盘角度自适应调平座、薄壁吸能套管、吸能套管胀块、预紧力示警垫圈、螺母及锚固力示警挡片；所述杆体的外露端外表面设有外螺纹，所述螺母通过外螺纹螺接套装在杆体的外露端，所述锚固力示警挡片固设在螺母的轴向外端面；所述预紧力示警垫圈、吸能套管胀块、薄壁吸能套管、托盘角度自适应调平座及托盘依次套装在螺母的轴向内端侧的杆体上。

所述托盘的中部采用外凸球面结构，外凸球面结构的中心为杆体穿行孔；所述托盘角度自适应调平座的一侧端面采用内凹球面结构，托盘角度自适应调平座的另一侧端面采用平面结构；所述托盘的外凸球面结构与托盘角度自适应调平座的内凹球面结构顶靠接触配合，托盘与托盘角度自适应调平座之间构成球面万向调节结构。

所述薄壁吸能套管的一端管口采用喇叭口结构，薄壁吸能套管的另一端管口开设有限位卡槽；所述吸能套管胀块的一侧端面为圆锥面结构，吸能套管胀块的另一侧端面为平面结构，吸能套管胀块的中心为杆体穿行孔；在所述托盘角度自适应调平座的平面结构表面固设有限位卡块，限位卡块与限位卡槽卡装配合；所述吸能套管胀块的圆锥面结构与薄壁吸能套管的喇叭口结构顶靠接触配合。

在锚杆安装过程中，当螺母初次旋入杆体上时，通过旋拧螺母直到杆体顶靠在锚固力示警挡片上，此时继续施力旋拧螺母，若杆体未顶开阻挡的锚固力示警挡片并跟随螺母一同转动，则代表杆体的锚固力并未达到设计要求；若杆体顶开阻挡的锚固力示警挡片，使螺母可以继续在杆体上旋进，则代表杆体的锚固力达到设计要求。

所述预紧力示警垫圈采用树脂材料制造，在旋紧螺母的过程中，当夹紧在吸能套管胀块与螺母之间的预紧力示警垫圈未发生挤压破损时，则代表螺母对杆体施加的预紧力未达到设定值，此时继续旋紧螺母，直到预紧力示警垫圈发生挤压破损，此时代表预紧力达到设定值，同时停止旋紧螺母。

所述薄壁吸能套管的承载力为杆体屈服力的95％～99％；在冲击载荷或静载荷作用下，通过吸能套管胀块对薄壁吸能套管进行扩张变形吸能，同时代表杆体接近屈服力的极限。

在所述薄壁吸能套管的管体外表面涂有反光漆预警标识，当薄壁吸能套管发生扩张变形后，则反光漆预警标识的颜色消失，通过反光漆预警标识的颜色消失产生预警作用。

本发明的有益效果：

本发明的自动锚固预紧吸能锚杆，通过锚固力示警挡片可以很容易的判断锚固力是否满足设计要求，通过预紧力示警垫圈可以很容易判断预紧力是否满足设计要求，通过薄壁吸能套管的塑性变形可以直接吸收围岩变形过程中释放的能量，并且薄壁吸能套管的塑性变形过程有效实现了围岩应力的自平衡，进而有效提高了锚杆的抗冲击能力，通过托盘与托盘角度自适应调平座之间的球面万向调节结构有效降低了锚杆对顶板平整度和支护角度的要求，进而为巷道的安全和高效支护提供了保障，有效满足了冲击地压巷道支护要求。

附图说明

图1为本发明的一种自动锚固预紧吸能锚杆的结构示意图；

图中，1—杆体，2—托盘，3—托盘角度自适应调平座，4—薄壁吸能套管，5—吸能套管胀块，6—预紧力示警垫圈，7—螺母，8—锚固力示警挡片，9—限位卡槽，10—限位卡块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种自动锚固预紧吸能锚杆，包括杆体1、托盘2、托盘角度自适应调平座3、薄壁吸能套管4、吸能套管胀块5、预紧力示警垫圈6、螺母7及锚固力示警挡片8；所述杆体1的外露端外表面设有外螺纹，所述螺母7通过外螺纹螺接套装在杆体1的外露端，所述锚固力示警挡片8固设在螺母7的轴向外端面；所述预紧力示警垫圈6、吸能套管胀块5、薄壁吸能套管4、托盘角度自适应调平座3及托盘2依次套装在螺母7的轴向内端侧的杆体1上。

所述托盘2的中部采用外凸球面结构，外凸球面结构的中心为杆体穿行孔；所述托盘角度自适应调平座3的一侧端面采用内凹球面结构，托盘角度自适应调平座3的另一侧端面采用平面结构；所述托盘2的外凸球面结构与托盘角度自适应调平座3的内凹球面结构顶靠接触配合，托盘2与托盘角度自适应调平座3之间构成球面万向调节结构。

所述薄壁吸能套管4的一端管口采用喇叭口结构，薄壁吸能套管4的另一端管口开设有限位卡槽9；所述吸能套管胀块5的一侧端面为圆锥面结构，吸能套管胀块5的另一侧端面为平面结构，吸能套管胀块5的中心为杆体穿行孔；在所述托盘角度自适应调平座3的平面结构表面固设有限位卡块10，限位卡块10与限位卡槽9卡装配合；所述吸能套管胀块5的圆锥面结构与薄壁吸能套管4的喇叭口结构顶靠接触配合。

在锚杆安装过程中，当螺母7初次旋入杆体1上时，通过旋拧螺母7直到杆体1顶靠在锚固力示警挡片8上，此时继续施力旋拧螺母7，若杆体1未顶开阻挡的锚固力示警挡片8并跟随螺母7一同转动，则代表杆体1的锚固力并未达到设计要求；若杆体1顶开阻挡的锚固力示警挡片8，使螺母7可以继续在杆体1上旋进，则代表杆体1的锚固力达到设计要求。

所述预紧力示警垫圈6采用树脂材料制造，在旋紧螺母7的过程中，当夹紧在吸能套管胀块5与螺母7之间的预紧力示警垫圈6未发生挤压破损时，则代表螺母7对杆体1施加的预紧力未达到设定值，此时继续旋紧螺母7，直到预紧力示警垫圈6发生挤压破损，此时代表预紧力达到设定值，同时停止旋紧螺母7。

所述薄壁吸能套管4的承载力为杆体1屈服力的95％～99％；在冲击载荷或静载荷作用下，通过吸能套管胀块5对薄壁吸能套管4进行扩张变形吸能，同时代表杆体1接近屈服力的极限。薄壁吸能套管4通过变形可直接吸收冲击能量，有效改善了杆体1的受力情况，同时也说明支护需要加强。

在所述薄壁吸能套管4的管体外表面涂有反光漆预警标识，当薄壁吸能套管4发生扩张变形后，则反光漆预警标识的颜色消失，通过反光漆预警标识的颜色消失产生预警作用。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

当杆体1在围岩锚固孔中完成固定安装后，依次将托盘2、托盘角度自适应调平座3、薄壁吸能套管4、吸能套管胀块5及预紧力示警垫圈6套在杆体1上，即使巷道顶板平整度较差，托盘2可以随着巷道顶板自适应摆转，同时在托盘2与托盘角度自适应调平座3之间的球面万向调节结构作用下，托盘角度自适应调平座3都可以精准的将托盘2压紧在巷道顶板上。

当预紧力示警垫圈6套在杆体1上之后，就可以将螺母7旋入杆体1上了，随着螺母7的不断旋拧，直到锚固力示警挡片8顶在杆体1上，此时继续加力旋拧螺母7，如果杆体1没有顺利的将阻挡的锚固力示警挡片8顶开，同时又发生杆体1随螺母7一同空转的情况，就说明此时杆体1在锚固孔中的锚固力没有达到设计要求；如果杆体1顺利的将阻挡的锚固力示警挡片8顶开，则说明杆体1在锚固孔中的锚固力达到了设计要求，此时失去了锚固力示警挡片8的阻挡，螺母7可以继续在杆体1上旋入，直到螺母7将预紧力示警垫圈6顶靠压紧在吸能套管胀块5上。

当预紧力示警垫圈6被初步夹紧后，继续加力旋紧螺母7，直到预紧力示警垫圈6发生挤压破损，此时停止螺母7的旋紧，同时说明螺母7对杆体1的预紧力达到设定值，锚杆安装结束。

在冲击载荷或静载荷作用下，当薄壁吸能套管4被吸能套管胀块5挤压发生扩张变形时，薄壁吸能套管4就可以通过自身的塑性变形过程直接对围岩变形过程中释放的能量进行吸收，并且吸收能量的过程还可以有效实现围岩应力的自平衡，最终提高了锚杆的抗冲击能力，同时也进一步提高了“吸能防冲锚杆-巷道围岩”这一支护体系的稳定性。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种自动锚固预紧吸能锚杆，其特征在于：包括杆体、托盘、托盘角度自适应调平座、薄壁吸能套管、吸能套管胀块、预紧力示警垫圈、螺母及锚固力示警挡片；所述杆体的外露端外表面设有外螺纹，所述螺母通过外螺纹螺接套装在杆体的外露端，所述锚固力示警挡片固设在螺母的轴向外端面；所述预紧力示警垫圈、吸能套管胀块、薄壁吸能套管、托盘角度自适应调平座及托盘依次套装在螺母的轴向内端侧的杆体上；

所述托盘的中部采用外凸球面结构，外凸球面结构的中心为杆体穿行孔；所述托盘角度自适应调平座的一侧端面采用内凹球面结构，托盘角度自适应调平座的另一侧端面采用平面结构；所述托盘的外凸球面结构与托盘角度自适应调平座的内凹球面结构顶靠接触配合，托盘与托盘角度自适应调平座之间构成球面万向调节结构；

所述薄壁吸能套管的一端管口采用喇叭口结构，薄壁吸能套管的另一端管口开设有限位卡槽；所述吸能套管胀块的一侧端面为圆锥面结构，吸能套管胀块的另一侧端面为平面结构，吸能套管胀块的中心为杆体穿行孔；在所述托盘角度自适应调平座的平面结构表面固设有限位卡块，限位卡块与限位卡槽卡装配合；所述吸能套管胀块的圆锥面结构与薄壁吸能套管的喇叭口结构顶靠接触配合；

在锚杆安装过程中，当螺母初次旋入杆体上时，通过旋拧螺母直到杆体顶靠在锚固力示警挡片上，此时继续施力旋拧螺母，若杆体未顶开阻挡的锚固力示警挡片并跟随螺母一同转动，则代表杆体的锚固力并未达到设计要求；若杆体顶开阻挡的锚固力示警挡片，使螺母可以继续在杆体上旋进，则代表杆体的锚固力达到设计要求；

所述预紧力示警垫圈采用树脂材料制造，在旋紧螺母的过程中，当夹紧在吸能套管胀块与螺母之间的预紧力示警垫圈未发生挤压破损时，则代表螺母对杆体施加的预紧力未达到设定值，此时继续旋紧螺母，直到预紧力示警垫圈发生挤压破损，此时代表预紧力达到设定值，同时停止旋紧螺母；

所述薄壁吸能套管的承载力为杆体屈服力的95％～99％；在冲击载荷或静载荷作用下，通过吸能套管胀块对薄壁吸能套管进行扩张变形吸能，同时代表杆体接近屈服力的极限；

在所述薄壁吸能套管的管体外表面涂有反光漆预警标识，当薄壁吸能套管发生扩张变形后，则反光漆预警标识的颜色消失，通过反光漆预警标识的颜色消失产生预警作用。

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