CN111997670A - 一种超高强矿用锚固组件及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高强矿用锚固组件及应用，包括锚杆托盘、螺母和锚杆，所述锚杆托盘为圆台状，锚杆托盘底部开设有锚杆孔，锚杆孔为圆台状，锚杆插入锚杆孔中，并通过螺母固定，螺母与锚杆孔接触的端面与锚杆孔内壁相贴合。本发明通过锚固组件结构的整体设计，受力点转移到螺母上，极大的提高了锚杆托盘的整体强度，满足高强锚杆对托盘的要求，使原有的锚固强度整体提高3倍，锚固成本降低，锚固作业工作量减小1/3以上。

Description

一种超高强矿用锚固组件及应用
技术领域
本发明属于煤矿、岩土工程的安全支护技术领域，具体涉及一种超高强矿用锚固组件及应用。
背景技术
随着我国经济的发展，人们对生活质量、环境的要求不断提高，土地资源的短缺、能源需求的增加和自然环境的优化改造等问题日益突出。解决以上问题需要对地下空间合理开发、矿产资源的开采和环境整治，而这些都涉及到安全支护技术，以保证岩土体的稳定。锚杆托盘支护是煤矿掘进巷道支护中常用的方法之一，由于受顶板围岩类型及其受力状况、锚杆选型与规格及巷道断面等因素的影响，合理设计高强锚杆、托盘结构和材料是支护技术的关键所在，对井下的安全起着举足轻重的作用。
锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护巷道稳定的目的。锚杆托盘作为锚杆支护系统中一个重要部位，其作用效果直接影响到锚杆的支护效果。锚杆托盘是围岩和锚杆体之间相互作用的桥梁，它把螺母锁紧力矩所产生的推力传递给围岩，产生初锚力，同时又将围岩的压力传递给锚杆，产生工作阻力，共同加固围岩。
近年来随着矿井开采深度逐年增加，出现深部巷道面临地应力大、围岩裂隙发育等问题，现有的常用的矿用屈服强度300MPa锚杆已经无法满足要求，随着煤矿深部开采的推进，需要更高强度的锚杆以保证安全生产，支护材料面临强度升级，因此锚杆材料亟需显著提高。金属蝶型圆弧锚杆托盘常造成因托盘强度不足而发生弯曲变型，进而影响整体支护效果。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种超高强矿用锚固组件及应用，以解决现有锚杆支护中锚杆以及锚杆托盘强度不足而造成锚杆整体支护效果不佳的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超高强矿用锚固组件，包括锚杆托盘、螺母和锚杆，所述锚杆托盘为圆台状，锚杆托盘底部开设有锚杆孔，锚杆孔为圆台状，锚杆插入锚杆孔中，并通过螺母固定，螺母与锚杆孔接触的端面与锚杆孔内壁相贴合。
所述锚杆的屈服强度为600Mpa至1400Mpa，断面延伸率大于15％；按照质量百分比，锚杆所用材料由以下组分组成：碳<0.23％，硅0.5-1％，锰2-3％，钒0.03-0.09％，钛0.01-0.04％，铌0.01-0.05％，铝0.01-0.04％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
所述螺母与锚杆孔接触的端面为圆台状斜面或圆弧形面。
所述锚杆托盘的内表面与竖直面的夹角为90°至180°，但不包含90°和180°。
所述锚杆孔的内表面与竖直面的夹角为30°至180°，但不包含180°。
所述锚杆托盘的外表面为网纹或钉纹结构。
本发明的超高强矿用锚固组件在矿井支护中的应用。
有益效果：本发明提供的超高强矿用锚固组件，结构简单，强度高，支护效果好，安装便捷，有效解决了现有锚杆支护中锚杆以及锚杆托盘强度不足而造成锚杆整体支护效果不佳的问题，降低锚固成本，减小锚固作业工作量。
与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明的超高强矿用锚固组件，该结构简单，强度显著提高，支护效果好，安装便捷，有效解决了现有锚杆支护中锚杆以及锚杆托盘强度不足而造成锚杆整体支护效果不佳或施工工作量大、耗材浪费的问题。
2.本发明的锚杆托盘与一般蝶型锚杆托盘的圆弧型杯状(半球面)托盘不同，其托盘改为圆台状。锚杆托盘顶端开有锚杆孔，锚杆孔是圆台状。螺母与锚杆孔接触的端面外缘为与锚杆孔内壁相贴合的斜面，与锚杆托盘相互配合。锚杆穿过锚杆托盘的锚杆孔和螺母，受力点转移到螺母上，极大的提高了锚杆托盘的强度，通过锚杆孔处接触面配合可以提高锚杆托盘自由度。
3.本发明的高强锚杆托盘在同等厚度下强度远高于常见蝶型圆弧型杯托锚杆托盘。解决了常见蝶型圆弧型杯托锚杆托盘强度不足造成托盘弯曲变型的问题，满足高强锚杆对托盘的要求，同时与常见蝶型圆弧型杯托锚杆托盘相比节约了材料，与其他提高锚杆托盘强度的措施相比所述斜面型杯托锚杆托盘结构简单，生产方便。
4.本发明的高强锚杆屈服强度范围包含但不仅限于600MPa至1400MPa，杆体微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织，保证锚杆有足够的强度。
附图说明
图1a为本发明的超高强矿用锚固组件的结构示意图；
图1b为本发明的超高强矿用锚固组件安装过程的立体图；
图2a为锚杆托盘的俯视图；
图2b为图2a的A-A向剖视图；
图2c为锚杆托盘的立体图；
图3a为螺母的正视图；
图3b为螺母的俯视图；
图3c为螺母的仰视图；
图3d为螺母的侧视图；
图3e为螺母的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种超高强矿用锚固组件，包括锚杆托盘1、螺母2和锚杆3，锚杆托盘1为圆台状，锚杆托盘1底部开设有锚杆孔4，锚杆孔4为圆台状，锚杆3插入锚杆孔4中，并通过螺母2固定，螺母2与锚杆孔4接触的端面为与锚杆孔内壁相贴合的斜面。
如图3a至3e，螺母2的一端为锥型端201，锥型端201的外缘面嵌入锚杆孔4中，并与之贴合，锥型端201的外缘面为圆台状斜面或圆弧形面。
如图2a至2c所示，锚杆托盘1为内小外大的圆台状，其内外表面均为斜面，锚杆孔4同样为内小外大的圆台状。锚杆托盘的内表面与竖直面的夹角α为90°至180°，但不包含90°和180°；锚杆孔4的内表面与竖直面的夹角β为30°至180°，但不包含180°。锚杆托盘的外表面为网纹或钉纹结构。
锚杆的屈服强度为600Mpa至1400Mpa，断面延伸率大于15％；按照质量百分比，锚杆所用材料由以下组分组成：碳<0.23％，硅0.5-1％，锰2-3％，钒0.03-0.09％，钛0.01-0.04％，铌0.01-0.05％，铝0.01-0.04％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
本发明的使用方法为：在对锚杆3、锚杆托盘1和螺母2连接安装时，首先将锚杆3深入围岩，之后将锚杆托盘1的锚杆孔4朝外套在锚杆3外端，最后将螺母2锥型端朝向锚杆孔4，穿过锚杆1拧紧，同时与锚杆孔4契合。锚杆3穿过锚杆托盘1的锚杆孔4和螺母2，受力点转移到螺母2上，极大的提高了锚杆托盘1的强度。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例中，锚杆3的屈服强度为600Mpa至800Mpa，断面延伸率大于15％。按照质量百分比，锚杆所用材料由以下组分组成：碳0.2％，硅1％，锰3％，钒0.05％，钛0.02％，铌0.01％，铝0.04％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
锚杆托盘1的材质为Q235钢，托盘厚度为9mm。
实施例2
本实施例中，锚杆3的屈服强度为800Mpa至1000Mpa，断面延伸率大于15％。按照质量百分比，锚杆所用材料由以下组分组成：碳0.22％，硅0.5％，锰2％，钒0.09％，钛0.01％，铌0.03％，铝0.02％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
锚杆托盘1的材质为Q235钢，托盘厚度为10mm。
实施例3
本实施例中，锚杆3的屈服强度为1000Mpa至1200Mpa，断面延伸率大于15％。按照质量百分比，碳0.2％，硅0.6％，锰2.5％，钒0.03％，钛0.04％，铌0.05％，铝0.01％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
锚杆托盘1的材质为Q345钢，托盘厚度为10mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超高强矿用锚固组件，其特征在于：包括锚杆托盘(1)、螺母(2)和锚杆(3)，其特征在于：所述锚杆托盘(1)为圆台状，锚杆托盘(1)底部开设有锚杆孔(4)，锚杆孔(4)为圆台状，锚杆(3)插入锚杆孔(4)中，并通过螺母(2)固定，螺母(2)与锚杆孔(4)接触的端面与锚杆孔(4)内壁相贴合。
2.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述锚杆(3)的屈服强度为600Mpa至1400Mpa，断面延伸率大于15％；按照质量百分比，锚杆(3)所用材料由以下组分组成：碳<0.23％，硅0.5-1％，锰2-3％，钒0.03-0.09％，钛0.01-0.04％，铌0.01-0.05％，铝0.01-0.04％，其余为铁及微量杂质元素，该材料的微观组织为低碳钒铌钛微合金化贝氏体/马氏体复相组织。
3.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述螺母(2)与锚杆孔(4)接触的端面为圆台状斜面或圆弧形面。
4.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述锚杆托盘(1)的内表面与竖直面的夹角为90°至180°，但不包含90°和180°。
5.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述锚杆孔(4)的内表面与竖直面的夹角为30°至180°，但不包含180°。
6.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述锚杆托盘(1)的外表面为网纹或钉纹结构。
7.根据权利要求1所述的超高强矿用锚固组件，其特征在于：所述锚杆托盘(1)的材质为Q235钢。
8.权利要求1-7任一所述的超高强矿用锚固组件在矿井支护中的应用。
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