CN111648805B - 深部让压支护用增阻变形锚索及装配和工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部让压支护用增阻变形锚索及装配和工作方法它是在一个抗拉套管内间隔设置前后两个锚索，前端锚索和后部锚索的外端分别从抗拉套管的两端露出后，分别锚固在孔底和孔口；在前端锚索的尾部套设有楔形挤压锚滑动体，在尾部锚索的前端套设有带有外螺纹的挤压锚固定体，在抗拉套管内壁前端锚索位置设有让压环，抗拉套管外壁前端锚索位置设有增阻箍。本发明增阻变形锚索的支护力随着整体结构的伸长变形逐渐增大，以抵御更高的围岩荷载，当围岩荷载集聚超过现有支护力时，锚索会继续伸长变形，同时支护力再次增加，在这个过程中围岩变形始终在控制变形范围内。

Description

深部让压支护用增阻变形锚索及装配和工作方法

技术领域

本发明属于地下工程支护领域，具体涉及深部让压支护用多种增阻变形锚索及其施工方法。

背景技术

随着前部资源枯竭，深部开采是必然趋势。进入深部以后，围岩受高地压、强流变与易扰动等影响，深部巷道支护、特别是千米深井巷道支护难度明显加大，常规支护方法无法保持巷道稳定，频繁返修导致支护成本不断加大。实践表明，深部巷道支护既要提高承载力又要适度让压，这样才能达到支护稳定且经济的效果。通过人为控制巷道变形(即让压)会降低作用在支护体上的荷载，常用的让压支护包括U型钢可缩支架和可变形锚杆(索)。U型钢可缩支架属于被动支护，让压能力有限，同时存在卡缆自锁无法可缩的问题，不是达到深部支护的可缩性要求。传统锚杆锚固段浅，往往整体处在围岩变形范围内，同时允许巷道围岩变形一般低于200mm，不能满足深部围岩大变形，也不适合做让压支护结构。锚索锚固深度大，处于围岩小变形范围内，同时支护承载力高，适合做让压支护结构。目前已经研发出多种恒阻变形锚索结构，但存在一些共性缺点：其一让压结构尺寸太大，一方面增大了钻孔困难，另一方便锚索尾部直径大，传统锁具托盘不配套，需要特殊加工，适应性差，成本高；其二锚索恒阻，强流变易扰动往往导致围岩荷载持续增加，恒阻不能有效控制围岩变形，需要增阻控制围岩变形；其三深部支护围岩荷载并非全断面均匀分布，而是大小不均，采用增阻让压结构，可以使围岩荷载大位置的发挥较高支护力，围岩荷载小的位置发挥较小的支护力，如此可使围岩变形较为均匀，保证巷道使用安全。因此研发多种增阻变形锚索结构，且锚索尾部结构与现有锚索通用。

发明内容

本发明的目的是提供深部让压支护用增阻变形锚索及其施工方法，实现深部支护中围岩控制变形条件下的协同稳定。增阻变形锚索可有效解决深部支护围岩不稳定、非连续和非线性大变形问题，有利于巷道协同稳定，缓解围岩荷载不均匀造成的关键位置破坏，延长支护结构服务年限，保证支护结构在强流变和扰动荷载作用下的长期稳定，适用于深部支护和深部采动支护。本发明同时提供这种增阻变形锚索的装配以及工作方法。

为达到上述目的，本发明深部让压支护用增阻变形锚索，它主要包括抗拉套管、前端锚索、尾部锚索、让压环、增阻套箍、托盘和锁具，其中：

所述的抗拉套管设在钻孔中(为了便于叙述，将抗拉套管两端分别称为孔底端和孔口端)，所述的增阻套箍紧固在抗拉套管外壁上，在抗拉套管内靠近孔口端的一段设有内螺纹；

所述的前端锚索和尾部锚索间隔设在抗拉套管内，前端锚索和尾部锚索的外端分别从抗拉套管的两端露出后，分别锚固在孔底和孔口；在前端锚索的尾部套设有楔形挤压锚滑动体，在尾部锚索的前端套设有带有外螺纹的挤压锚固定体，挤压锚固定体的外螺纹与抗拉套管的内螺纹相配合，要求楔形挤压锚滑动体和锯齿形挤压锚固定体在工作时与各自的锚索体之间不能产生位移；

所述的让压环内置在抗拉套管中，它是一个变内径钢管，其作用是不但要保证当围岩膨胀发生变形对锚索产生摩擦力，还的能被楔形挤压锚滑动体撑开实现滑动让压，让压环外壁与抗拉套管内壁紧密贴合不能产生相对位移，要求让压环的材质硬度要低于楔形挤压锚滑动体材质，保证锚索拉力达到一定量级后可撑开让压环实现整体结构伸长变形；

所述的托盘和锁具用于将尾部锚索固定在孔口端。

进一步，所述的让压环由多级组成，每级让压环内壁都具有一个喇叭状内腔，且沿着钻进方向，多级让压环的喇叭状内腔的张开角度越来越大。进一步：为了进一步固定尾部锚索，在抗拉套管内孔口端嵌入限位块。

进一步：所述的增阻套箍为多级，多级增阻套箍间隔设在抗拉套管外壁上。优选的，从孔口往孔底方向，多级增阻套箍的厚度是依次增大的，也就是说越接近孔底，增阻套箍的厚度越大。所述的增阻套箍可以为钢环，也可以为缠绕在抗拉套管上的限位复合增强塑料布(简称FRP布)，包括CFRP布、 GFRP布或丙纶纤维布等。

需要说明的是，本发明所述的孔口端和孔底端指的是锚索结构在使用时相应端部处在钻孔中的位置。

上述深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法是：

第一步：先将让压环从抗拉套管孔底端置入抗拉套管中相应位置；

第二步：将带有楔形挤压锚滑动体的前段锚索从抗拉套管孔口端置入后，穿过让压环从抗拉套管孔底端露出；

第三步：将尾部锚索带有锯齿形挤压锚固定体的一端从抗拉套管的孔口端旋转拧入抗拉套管内，使套管与尾部锚索牢固连接；此后再向抗拉套管内挤入限位块，进一步固定尾部锚索，保证尾部锚索始终不会脱出抗拉套管；

第四步；抗拉套管外壁缠绕增阻套箍，使用时用锁具和托盘固紧在钻孔即可，至此整个结构的装配结束。

本发明深部让压支护用增阻变形锚索的工作方法是：

第一步：在需要支护的巷道围岩深部钻孔；

第二步：往孔底送入锚固剂，将装配好的支护结构置入钻孔中，使得前端锚索的露出端锚固在围岩深部中，尾部锚索前端在围岩浅部，尾部锚索露出端通过托盘和锁具固紧在孔口；

第三步：当围岩膨胀发生变形时，挤压钻孔跟着变形，前段锚索抗拉力来自于让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力，两种力最终传递到抗拉套管上，通过套管拉力传递给尾部锚索，当尾部锚索拉力超过让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力时，尾部锚索带动抗拉套管随着钻孔变形朝着孔口端外移，让压环也随抗拉套管移动，当让压环和楔形挤压锚滑动体接触时，楔形挤压锚滑动体挤压让压环张开通过让压环，实现滑动让压变形，多级让压环可以实现多次让让压。通过调节两级增阻让压装置的间距，控制单次让压量，一般控制在20～40cm。四级增阻让压共有三次让压量，合计60～120cm之间。

本发明的优点在于：

(1)增阻变形锚索具有良好的可缩性能，可使深部围岩适度让压降低作用在支护结构上的围岩荷载。

(2)增阻变形锚索的支护力随着整体结构的伸长变形逐渐增大，以抵御更高的围岩荷载，当围岩荷载集聚超过现有支护力时，锚索会继续伸长变形，同时支护力再次增加，在这个过程中围岩变形始终在控制变形范围内。

(3)传统的锚杆只能深入岩石1～2m，这样在围岩发生较大的变形之后锚杆的支护将会失效，再次进行支护所需的成本将会更高，而且也不安全。而本发明锚索在初期施工时打入岩体中6～8m，伸长变形能力在0.6～1.2m，若围岩变形超过锚索伸长能力，此后可以进行围岩破壁卸压，如此漏出锚索可伸长段装置，截掉锚索伸长段，围岩内部剩余锚索长度可以在围岩破壁卸压后的充当二次支护结构使用。

(4)本发明提供的深部卸压支护用增阻变形锚索，具有结构尺寸小，适应性好，成本低，能有效控制围岩变形的特点，可有效解决深部支护围岩不稳定、非连续和非线性大变形问题，有利于巷道协同稳定，缓解围岩荷载不均匀造成的关键位置破坏，延长支护结构服务年限，保证支护结构在强流变和扰动荷载作用下的长期稳定，具有广泛的实用价值和经济价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明增阻变形锚索实施例结构示意图；

图2是图1所示的增阻变形锚索一级变形后示意图；

图3是图1的尾部锚索固定结构示意图；

图4a-4d是本发明增阻变形锚索四级让压环的结构示意图。

图中：

1-锁具；

2-托盘；

3-岩壁；

4-尾部锚索，4-1-挤压锚固定体，4-2-尾部锚索前端；

5-抗拉套管，5-1-限位块，5-2-①-一级让压环，5-2-②-二级让压环， 5-2-③-三级让压环，5-2-④-四级让压环，5-3-①-一级增阻套箍，5-3- ②-二级增阻套箍，5-3-③-三级增阻套箍，5-3-④-四级增阻套箍；

6-前段锚索，6-1-前段锚索后端，6-2-楔形挤压锚滑动体；

7-内螺纹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例以四级让压环为例加以说明。实施例中的前后是以钻孔的钻进方向为基准。

如图1所示，本发明的增阻变形锚索包括抗拉套管5、前端锚索6、尾部锚索4、让压环和增阻套箍，其中：

所述的抗拉套管5设在钻孔中，抗拉套管5内壁靠近孔口一段的部位设有内螺纹7；抗拉套管5外壁间隔设有四级增阻套箍，分别为一级增阻套箍 5-3-①，二级增阻套箍5-3-②、三级增阻套箍5-3-③和四级增阻套箍5-3- ④，从图中可以看出，一级增阻套箍5-3-①，二级增阻套箍5-3-②、三级增阻套箍5-3-③和四级增阻套箍5-3-④的厚度是依次增大的，也就是说越接近孔底，增阻套箍的厚度越大。

所述的前端锚索6和尾部锚索4间隔设在抗拉套管5内，尾部锚索4左端从抗拉套管5的左端露出后通过托盘2和锁具1固定在孔口岩壁3上，前端锚索6右端从抗拉套管5右端露出后通过锚固剂锚固在深部围岩中；在前端锚索后端6-1套设有楔形挤压锚滑动体6-2，在尾部锚索前端4-2套设有带有外螺纹的挤压锚固定体4-2，挤压锚固定体4-2的外螺纹与抗拉套管5的内螺纹相配合(见图3)。为了保证楔形挤压锚滑动体6-2与和挤压锚固定体4-2与各自的锚索不会发生位移，在制作时，将前端锚索后端6-1或尾部锚索前端4-2除锈处理并用磨光机去毛刺之后，然后套上一节挤压簧，再贯穿进挤压套中，然后放入挤压机中进行挤压，挤压完成后挤压套产生塑性变形握紧锚索，形成楔形挤压锚滑动体6-2或挤压锚固定体4-2。

从图1看出，所述的让压环内置在抗拉套管中1，它是一个变内径的钢管，让压环1外壁与抗拉套管5内壁紧密接触，要求让压环的材质硬度要低于挤压锚材质，保证锚索拉力达到一定量级后可撑开让压环实现整体结构伸长变形。

图1中示出了间隔设置的四级让压环，分别是一级让压环5-2-①二级让压环5-2-②、三级让压环5-2-③和四级让压环5-2-④。从图4a-4d可以看出，四级让压环内腔都是喇叭状，其中图4a所示的一级让压环5-2-①喇叭状内腔实质上是一个圆台内腔，而图4b-图4d分别所示的二级让压环5-2-②、三级让压环5-2-③和四级让压环5-2-④喇叭状内腔由一个圆台内腔和圆柱内腔组成，且从一级让压环5-2-①到四级让压环5-2-④圆台空腔的张角越来越大，相应的，圆柱内腔的高度也是越大越大。但是不管怎样，四个让压环的最小内直径是相等的且小于楔形挤压锚滑动体6-2的最大外径。

为了避免让压环与抗拉套管5之间产生滑动，将抗拉套管5内壁全部加工上内螺纹，让压环外壁加工上外螺纹，然后多级让压环一个个旋进抗拉套管5内相应位置。

从图1还可以看出：在抗拉套管内孔口端嵌入限位块，目的在于进一步固定尾部锚索，保证尾部锚索4不会脱出抗拉套管5.

下面说明本发明多种增阻变形锚索的装配方法

第一步：先将让压环从抗拉套管1孔底端(也就是图1的右端)旋入抗拉套管5中到相应位置；对于图1所示的多级让压环，按照一级让压环5-2- ①二级让压环5-2-②、三级让压环5-2-③和四级让压环5-2-④的先后顺序旋入；

第二步：将带有楔形挤压锚滑动体6-2的前段锚索6从抗拉套管5孔口端(也就是图中的左端)置入后，穿过让压环从抗拉套管5右端露出；

第三步：将尾部锚索4挤压锚固定体4-1带有外螺纹7的一端从抗拉套管5的孔口端旋转拧入抗拉套管5内，使抗拉套管5与尾部锚索4通过螺纹牢固连接，旋转拧入方向与锚索旋转搅破树脂锚固剂的方向相反；此后再向抗拉套管5内挤入限位块5-5，进一步固定尾部锚索；

第四步；在抗拉套管外壁缠绕增阻套箍，至此整个结构装配结束。

本发明深部让压支护用增阻变形锚索结构的工作方法是：

第一步：锚孔定位

用激光测线进行孔位放样，在钻孔前应引出孔位的护桩，以便于钻机就位后确定孔心。

第二步、钻进成孔

根据实际的工程情况选择合适的钻进方法，在钻进的时候注意锚孔清理，尾部钻孔要稍大一点，能满足抗拉套管的安装，锚孔钻孔结束后，须进行检验验收。

第三步、锚索安放

锚索入孔前对钻孔重新进行通孔检查，对塌孔、掉块的地方清理干净，不得欠深，安装前应对增阻变形锚索体进行详细检查，核对锚索编号与钻孔的孔号，并对损坏的配件进行修复和更换。

第四步：往孔底送入锚固剂，将经过除锈、清洁、并检查无任何质量问题的索体采用人工缓缓推进孔中，使得前端锚索6的露出端锚固在围岩深部中，尾部锚索4前端锚固在围岩浅部，尾部锚索4露出端通过托盘和锁具1 固紧在孔口；推送锚索时要用力均匀，防止扭压和弯曲。锚索体放入孔内应与钻孔角度保持一致；

第五步：当围岩膨胀发生变形时，前段锚索抗拉力来自于让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力，两种力最终传递到抗拉套管上，通过套管拉力传递给尾部锚索，当尾部锚索拉力超过让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力时，尾部锚索带动抗拉套管朝着孔口端外移，让压环也随抗拉套管移动，当让压环和楔形挤压锚滑动体接触时，楔形挤压锚滑动体挤压让压环张开，实现滑动让压变形，多级让压环可以实现多次让压，通过调节两级增阻让压装置的间距，控制单次让压量，一般控制在20～40cm，四级增阻让压共有三次让压量，合计60～120cm。

需要说明的是，本发明增阻变形锚索施工方法的锚孔定位，钻进成孔，锚索安放，与普通锚索施工相比其特点是尾部钻孔要稍大一点，能满足抗拉套管的安装；锚索主要靠锚固剂将锚索前端固定在围岩内而非注浆。其余施工方法与普通锚索一致。

另外，本发明给出的让压环最小内径与楔形挤压锚滑动体6-2的最大外径关系是最基本的要求，在实际中让压环和楔形挤压锚滑动体6-2的具体尺寸需要根据现场的让压要求来设计，这在本领域技术人员是容易做到的，但是只要能达到本发明目的相关尺寸均在保护范围之内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，深部让压支护用增阻变形锚索主要包括抗拉套管、前端锚索、尾部锚索、让压环、增阻套箍、托盘和锁具，其中：

所述的抗拉套管设在钻孔中，将抗拉套管两端分别称为孔底端和孔口端，所述的增阻套箍紧固在抗拉套管外壁上，在抗拉套管内靠近孔口端的一段设有内螺纹；

所述的前端锚索和尾部锚索间隔设在抗拉套管内，前端锚索和尾部锚索的外端分别从抗拉套管的两端露出后，分别锚固在孔底和孔口；在前端锚索的尾部套设有楔形挤压锚滑动体，在尾部锚索的前端套设有带有外螺纹的挤压锚固定体，挤压锚固定体的外螺纹与抗拉套管的内螺纹相配合，要求楔形挤压锚滑动体和带有外螺纹的挤压锚固定体在工作时与各自的锚索体之间不能产生位移；

所述的让压环内置在抗拉套管中，它是一个变内径钢管，其作用是不但要保证当围岩膨胀发生变形对锚索产生摩擦力，还得 能被楔形挤压锚滑动体撑开实现滑动让压，让压环外壁与抗拉套管内壁紧密贴合不能产生相对位移，要求让压环的材质硬度要低于楔形挤压锚滑动体材质，保证锚索拉力达到一定量级后可撑开让压环实现整体结构伸长变形；

所述的托盘和锁具用于将尾部锚索固定在孔口端；

上述深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法是：

第一步：先将让压环从抗拉套管孔底端置入抗拉套管中相应位置；

第二步：将带有楔形挤压锚滑动体的前段锚索从抗拉套管孔口端置入后，穿过让压环从抗拉套管孔底端露出；

第三步：将尾部锚索带有外螺纹的挤压锚固定体的一端从抗拉套管的孔口端旋转拧入抗拉套管内，使套管与尾部锚索牢固连接；此后再向抗拉套管内挤入限位块，进一步固定尾部锚索，保证尾部锚索始终不会脱出抗拉套管；

第四步；抗拉套管外壁缠绕增阻套箍，使用时用锁具和托盘固紧在钻孔即可，至此整个结构装配结束。

2.如权利要求1所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，所述的让压环由多级组成，每级让压环内壁都具有一个喇叭状内腔，且沿着钻进方向，多级让压环的喇叭状内腔的张开角度越来越大。

3.如权利要求1所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，在抗拉套管内孔口端嵌入限位块。

4.如权利要求1所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，所述的增阻套箍为多级，多级增阻套箍间隔设在抗拉套管外壁上。

5.如权利要求4所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，从孔口往孔底方向，多级增阻套箍的厚度是依次增大的，也就是说越接近孔底，增阻套箍的厚度越大。

6.如权利要求5所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法，其特征在于，所述的增阻套箍为钢环或为缠绕在抗拉套管上的限位复合增强塑料布，简称FRP布。

7.一种由权利要求1-6任一所述的深部让压支护用增阻变形锚索的装配方法装配的深部让压支护用增阻变形锚索的工作方法，其特征在于，

第一步：在需要支护的巷道围岩深部钻孔；

第二步：往孔底送入锚固剂，将装配好的支护结构置入钻孔中，使得前端锚索的露出端锚固在围岩深部中，尾部锚索前端在围岩浅部，尾部锚索露出端通过托盘和锁具固紧在孔口；

第三步：当围岩膨胀发生变形时，挤压钻孔跟着变形，前段锚索抗拉力来自于让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力，两种力最终传递到抗拉套管上，通过套管拉力传递给尾部锚索，当尾部锚索拉力超过让压环摩擦力和增阻套箍的套箍力时，尾部锚索带动抗拉套管随着钻孔变形朝着孔口端外移，让压环也随抗拉套管移动，当让压环和楔形挤压锚滑动体接触时，楔形挤压锚滑动体挤压让压环张开通过让压环，实现滑动让压变形，多级让压环可以实现多次让压。

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