CN112483154B - 一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法 - Google Patents

一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法，包括锚杆本体、预应力钢筋、八分撑和连接钢筋，先将三个八分撑通过两个连接钢筋组成一体结构，然后将一体结构的三个八分撑通过前滑块和后滑块滑动设置在锚杆本体上，并处于闭合状态；然后将预应力钢筋分别穿过各个三分撑和两个内锁具；接着将初步组装的对拉锚杆穿过充填袋，使三个八分撑处于充填袋内；接着通过拉拔设备对连接钢筋施加拉力，其中连接钢筋受拉力作用会使各个八分撑由闭合状态变成撑开状态，进而使各个预应力钢筋发生拉伸变形，最终达到完全撑开的状态；然后，采用预应力绞车对各个变形后的预应力钢筋施加预应力，完成后向充填袋内注入高水充填材料，待凝固后形成充填体。

Description

一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法，属于煤矿安全开采技术领域。
背景技术
由于高水充填材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。因此其开始广泛应用于煤炭行业巷旁充填支护,采空区堵漏灭火、阻燃、井巷壁厚充填支护等。其施工是通过向采空区注入高水充填材料的浆体并在浆体中设置对拉锚杆，待浆体凝固后形成充填体，对拉锚杆处于充填体内起到加强支撑作用。但是现有的高水充填材料在沿空留巷中进行充填时所用对拉锚杆为单体对拉锚杆，充填后单体对拉锚杆与充填体接触面积小，可控制的充填体变形范围有限，导致充填体不同位置的抗变形能力不同，其中充填体中两个单体对拉锚杆的中间位置，由于距离两个单体对拉锚杆均有一定距离，导致充填体在顶板来压时两个单体对拉锚杆无法对其起到加强支撑的作用，从而会产生裂隙、向外鼓出变形，最终降低充填体的强度，实践证明，施加预应力可以改善充填体力学性能，但由于对拉锚杆是放在钢筋网上，钢筋网无法对对拉锚杆的预应力施加反力，造成无法对对拉锚杆施加预应力，达到所需效果。因此如何能使整个充填体均具有较好的抗变形能力是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束及使用方法，能有效增大对拉锚杆对充填体的加强支撑范围，从而使整个充填体均具有较好的抗变形能力，最终保证充填体对采空区的支撑效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束，包括锚杆本体、两个内锁具、三个八分撑和两个连接钢筋，锚杆本体上固定有第一凸环、第二凸环和第三凸环，三个凸环依次等间距设置，两个内锁具分别装在锚杆本体两端；
所述三个八分撑的结构组成相同，分别为第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑，第三八分撑处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具之间的锚杆本体上；第一八分撑和第三八分撑尺寸相同，第二八分撑大于第一八分撑的尺寸；
所述第二八分撑包括前滑块、后滑块、八个内杆和八个外杆，前滑块和后滑块滑动设置在锚杆本体上，后滑块上开设两个通孔，八个内杆一端均与后滑块铰接、且八个内杆与后滑块的铰接处在后滑块上呈圆环形分布；八个外杆一端均与前滑块铰接、且八个外杆与前滑块的铰接处在前滑块上呈圆环形分布；八个内杆另一端分别与八个外杆的侧表面一一对应通过铰链连接，所述八个外杆另一端均设有预应力钢筋孔；两个连接钢筋一端与第一八分撑的前滑块焊接，两个连接钢筋另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自后滑块上的通孔，并且两个连接钢筋分别与第二八分撑和第三八分撑各自的前滑块焊接；当前滑块和后滑块滑动接近时能使八个内杆另一端和八个外杆另一端远离锚杆本体呈撑开状态；当前滑块和后滑块滑动远离时能使八个内杆另一端和八个外杆另一端靠近锚杆本体呈闭合状态。
进一步，所述第一凸环、第二凸环和第三凸环的外径依次增大；第三八分撑的前滑块内径和后滑块内径均大于第二凸环的外径且小于第三凸环的外径；第二八分撑的前滑块内径和后滑块内径均大于第一凸环的外径且小于第二凸环的外径；第一八分撑的前滑块内径和后滑块内径均小于第一凸环的外径。
一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束的使用方法，具体步骤为：
A、将两个连接钢筋一端与第一八分撑的前滑块焊接，两个连接钢筋另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自后滑块上的通孔，并且两个连接钢筋分别与第二八分撑和第三八分撑各自的前滑块焊接，使三个八分撑呈一体结构；
B、将一体结构的三个八分撑安装在锚杆本体上，使第三八分撑处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具之间的锚杆本体上；然后使第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑均处于闭合状态；
C、将两个内锁具固定在锚杆本体两端，然后选择八个预应力钢筋，每个预应力钢筋一端分别穿过其中一个内锁具的钢筋孔，每个预应力钢筋另一端分别对应穿过各个八分撑的预应力钢筋孔后从另一个内锁具的钢筋孔穿出，完成对拉锚杆的初步组装；
D、将初步组装后的对拉锚杆穿过充填袋，且使靠近第一凸环的锚杆本体一端处于采空区侧，锚杆本体另一端处于巷道侧，三个八分撑处于充填袋内；然后使锚杆本体两端和各个预应力钢筋穿过两个托盘的托盘孔，两个托盘分别抵在两个内锁具上，并且两个连接钢筋穿过处于巷道侧托盘的托盘孔；
E、在采空区侧的锚杆本体端部安装外锁具使处于该端部的各个预应力钢筋与锚杆本体固定连接；在巷道侧的锚杆本体端部采用临时锁具使处于该端部的各个预应力钢筋与锚杆本体固定连接；然后采用拉拔设备对处于巷道侧的两个连接钢筋的端部施加拉力，由于两个连接钢筋分别与第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自前滑块焊接，因此拉力会带动三个八分撑在锚杆本体上向巷道侧滑动，在滑动过程中当三个八分撑各自的后滑块分别到达各个凸环位置时，由于第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自的后滑块分别受第一凸环、第二凸环和第三凸环的限位，此时各个后滑块停止滑动，而随着拉力的持续增大，三个八分撑各自的前滑块继续向巷道侧滑动与各自的后滑块之间的距离缩短，进而使三个八分撑开始撑开过程，在撑开过程中各个预应力钢筋受力变形，直至各个八分撑在充填袋内呈完全撑开状态时，停止拉拔设备工作，并采用临时锁具将处于巷道侧两个连接钢筋与锚杆本体固定，以维持各个八分撑的撑开状态；
F、在巷道内用预应力绞车对八个预应力钢筋施加拉力，使其具有预应力，最后在巷道侧的锚杆本体端部安装外锁具，使处于巷道侧的各个预应力钢筋、两个连接钢筋均与锚杆本体固定连接，再拆卸临时锁具；最后向充填袋内注入高水充填材料，凝固后形成充填体。
进一步，所述预应力钢筋的材质为冷拔低碳钢筋。
与现有技术相比，本发明采用锚杆本体、凸环、内锁具、外锁具和三个八分撑相结合方式，先将三个八分撑通过两个连接钢筋组成一体结构，然后将一体结构的三个八分撑通过前滑块和后滑块滑动设置在锚杆本体上；其中第三八分撑的前滑块和后滑块能通过第二凸环，使其处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑的前滑块和后滑块能通过第一凸环，使其处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑的前滑块和后滑块无法通过第一凸环，使其处于第一凸环和其中一个内锁具之间的锚杆本体上；然后将预应力钢筋分别穿过各个三分撑和两个内锁具；接着将初步组装的对拉锚杆穿过充填袋，使三个八分撑处于充填袋内；接着通过拉拔设备对连接钢筋施加拉力，其中连接钢筋受拉力作用会使各个八分撑由闭合状态变成撑开状态，进而使各个预应力钢筋发生拉伸变形，最终达到完全撑开的状态；然后，采用预应力绞车对各个变形后的预应力钢筋施加预应力，完成后向充填袋内注入高水充填材料，待凝固后形成充填体，此时每个对拉锚杆由于八分撑处于完全撑开状态能对周围较大范围的充填体进行加强支撑作用，使得两个对拉锚杆之间的充填体也具有较好的抗变形能力，从而使整个充填体均具有较好的抗变形能力，最终保证充填体对采空区的支撑效果。
附图说明
图1是本发明中锚杆本体及凸环的结构示意图；
图2是本发明中三个八分撑呈一体结构的结构示意图；
图3是本发明中第二八分撑的立体结构示意图；
图4是图2中第二八分撑在撑开状态的横向剖视图；
图5是本发明完成安装后的最终形态示意图。
图中：1、托盘，2、第三凸环，3、内锁具，4、第二八分撑，401、外杆，401-1、预应力钢筋孔，402、内杆，403、前滑块，404、后滑块，404-1、通孔， 5、连接钢筋，6、铰链，7、预应力钢筋。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束，包括锚杆本体、两个内锁具3、三个八分撑和两个连接钢筋，锚杆本体上固定有第一凸环、第二凸环和第三凸环2，三个凸环依次等间距设置，两个内锁具3分别装在锚杆本体两端；
所述三个八分撑的结构组成相同，分别为第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑，第三八分撑处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑4处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具3之间的锚杆本体上；第一八分撑和第三八分撑尺寸相同，第二八分撑4大于第一八分撑的尺寸；
所述第二八分撑4包括前滑块403、后滑块404、八个内杆402和八个外杆401，前滑块403和后滑块404滑动设置在锚杆本体上，后滑块404上开设两个通孔404-1，八个内杆402一端均与后滑块404铰接、且八个内杆402与后滑块404的铰接处在后滑块404上呈圆环形分布；八个外杆401一端均与前滑块403铰接、且八个外杆401与前滑块403的铰接处在前滑块403上呈圆环形分布；八个内杆402另一端分别与八个外杆401的侧表面一一对应通过铰链6连接，所述八个外杆401另一端均设有预应力钢筋孔401-1；两个连接钢筋5一端与第一八分撑的前滑块403焊接，两个连接钢筋5另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑各自后滑块404上的通孔，并且两个连接钢筋5分别与第二八分撑4和第三八分撑各自的前滑块403焊接；当前滑块403和后滑块404滑动接近时能使八个内杆402另一端和八个外杆401另一端远离锚杆本体呈撑开状态；当前滑块403和后滑块404滑动远离时能使八个内杆402另一端和八个外杆401另一端靠近锚杆本体呈闭合状态。
进一步，所述第一凸环、第二凸环和第三凸环2的外径依次增大；第三八分撑的前滑块内径和后滑块内径均大于第二凸环的外径且小于第三凸环2的外径；第二八分撑的前滑块403内径和后滑块404内径均大于第一凸环的外径且小于第二凸环的外径；第一八分撑的前滑块内径和后滑块内径均小于第一凸环的外径。
一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束的使用方法，具体步骤为：
A、将两个连接钢筋5一端与第一八分撑的前滑块403焊接，两个连接钢筋5另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑各自后滑块404上的通孔404-1，并且两个连接钢筋5分别与第二八分撑4和第三八分撑各自的前滑块403焊接，使三个八分撑呈一体结构；
B、将一体结构的三个八分撑安装在锚杆本体上，使第三八分撑处于第二凸环和第三凸环2之间的锚杆本体上，第二八分撑4处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具3之间的锚杆本体上；然后使第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑均处于闭合状态；
C、将两个内锁具3固定在锚杆本体两端，然后选择八个预应力钢筋7，每个预应力钢筋7一端分别穿过其中一个内锁具3的钢筋孔，每个预应力钢筋7另一端分别对应穿过各个八分撑的预应力钢筋孔401-1后从另一个内锁具3的钢筋孔穿出，完成对拉锚杆的初步组装；
D、将初步组装后的对拉锚杆穿过充填袋，且使靠近第一凸环的锚杆本体一端处于采空区侧，锚杆本体另一端处于巷道侧，三个八分撑处于充填袋内；然后使锚杆本体两端和各个预应力钢筋7穿过两个托盘1的托盘孔，两个托盘1分别抵在两个内锁具3上，并且两个连接钢筋5穿过处于巷道侧托盘1的托盘孔；
E、在采空区侧的锚杆本体端部安装外锁具使处于该端部的各个预应力钢筋7与锚杆本体固定连接；在巷道侧的锚杆本体端部采用临时锁具使处于该端部的各个预应力钢筋7与锚杆本体固定连接；然后采用拉拔设备对处于巷道侧的两个连接钢筋5的端部施加拉力，由于两个连接钢筋5分别与第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑各自前滑块403焊接，因此拉力会带动三个八分撑在锚杆本体上向巷道侧滑动，在滑动过程中当三个八分撑各自的后滑块404分别到达各个凸环位置时，由于第一八分撑、第二八分撑4和第三八分撑各自的后滑块分别受第一凸环、第二凸环和第三凸环2的限位，此时各个后滑块404停止滑动，而随着拉力的持续增大，三个八分撑各自的前滑块403继续向巷道侧滑动与各自的后滑块404之间的距离缩短，进而使三个八分撑开始撑开过程，在撑开过程中各个预应力钢筋7受力变形，直至各个八分撑在充填袋内呈完全撑开状态时，停止拉拔设备工作，并采用临时锁具将处于巷道侧两个连接钢筋5与锚杆本体固定，以维持各个八分撑的撑开状态；
F、在巷道内用预应力绞车对八个预应力钢筋7施加拉力，使其具有预应力，最后在巷道侧的锚杆本体端部安装外锁具，使处于巷道侧的各个预应力钢筋7、两个连接钢筋5均与锚杆本体固定连接，再拆卸临时锁具；最后向充填袋内注入高水充填材料，凝固后形成充填体。
上述临时锁具、内锁具3、外锁具、托盘、拉拔设备和预应力绞车均为现有部件或设备。

Claims (4)

1.一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束，其特征在于，包括锚杆本体、两个内锁具、三个八分撑和两个连接钢筋，锚杆本体上固定有第一凸环、第二凸环和第三凸环，三个凸环依次等间距设置，两个内锁具分别装在锚杆本体两端；
所述三个八分撑的结构组成相同，分别为第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑，第三八分撑处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具之间的锚杆本体上；第一八分撑和第三八分撑尺寸相同，第二八分撑大于第一八分撑的尺寸；
所述第二八分撑包括前滑块、后滑块、八个内杆和八个外杆，前滑块和后滑块滑动设置在锚杆本体上，后滑块上开设两个通孔，八个内杆一端均与后滑块铰接、且八个内杆与后滑块的铰接处在后滑块上呈圆环形分布；八个外杆一端均与前滑块铰接、且八个外杆与前滑块的铰接处在前滑块上呈圆环形分布；八个内杆另一端分别与八个外杆的侧表面一一对应通过铰链连接，所述八个外杆另一端均设有预应力钢筋孔；两个连接钢筋一端与第一八分撑的前滑块焊接，两个连接钢筋另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自后滑块上的通孔，并且两个连接钢筋分别与第二八分撑和第三八分撑各自的前滑块焊接；当前滑块和后滑块滑动接近时能使八个内杆另一端和八个外杆另一端远离锚杆本体呈撑开状态；当前滑块和后滑块滑动远离时能使八个内杆另一端和八个外杆另一端靠近锚杆本体呈闭合状态。
2. 根据权利要求1 所述的一种用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束，其特征在于，所述第一凸环、第二凸环和第三凸环的外径依次增大；第三八分撑的前滑块内径和后滑块内径均大于第二凸环的外径且小于第三凸环的外径；第二八分撑的前滑块内径和后滑块内径均大于第一凸环的外径且小于第二凸环的外径；第一八分撑的前滑块内径和后滑块内径均小于第一凸环的外径。
3. 一种根据权利要求1 所述用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
A、将两个连接钢筋一端与第一八分撑的前滑块焊接，两个连接钢筋另一端依次穿过第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自后滑块上的通孔，并且两个连接钢筋分别与第二八分撑和第三八分撑各自的前滑块焊接，使三个八分撑呈一体结构；
B、将一体结构的三个八分撑安装在锚杆本体上，使第三八分撑处于第二凸环和第三凸环之间的锚杆本体上，第二八分撑处于第一凸环和第二凸环之间的锚杆本体上，第一八分撑处于第一凸环和其中一个内锁具之间的锚杆本体上；然后使第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑均处于闭合状态；
C、将两个内锁具固定在锚杆本体两端，然后选择八个预应力钢筋，每个预应力钢筋一端分别穿过其中一个内锁具的钢筋孔，每个预应力钢筋另一端分别对应穿过各个八分撑的预应力钢筋孔后从另一个内锁具的钢筋孔穿出，完成对拉锚杆的初步组装；
D、将初步组装后的对拉锚杆穿过充填袋，且使靠近第一凸环的锚杆本体一端处于采空区侧，锚杆本体另一端处于巷道侧，三个八分撑处于充填袋内；然后使锚杆本体两端和各个预应力钢筋穿过两个托盘的托盘孔，两个托盘分别抵在两个内锁具上，并且两个连接钢筋穿过处于巷道侧托盘的托盘孔；
E、在采空区侧的锚杆本体端部安装外锁具使处于该端部的各个预应力钢筋与锚杆本体固定连接；在巷道侧的锚杆本体端部采用临时锁具使处于该端部的各个预应力钢筋与锚杆本体固定连接；然后采用拉拔设备对处于巷道侧的两个连接钢筋的端部施加拉力，由于两个连接钢筋分别与第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自前滑块焊接，因此拉力会带动三个八分撑在锚杆本体上向巷道侧滑动，在滑动过程中当三个八分撑各自的后滑块分别到达各个凸环位置时，由于第一八分撑、第二八分撑和第三八分撑各自的后滑块分别受第一凸环、第二凸环和第三凸环的限位，此时各个后滑块停止滑动，而随着拉力的持续增大，三个八分撑各自的前滑块继续向巷道侧滑动与各自的后滑块之间的距离缩短，进而使三个八分撑开始撑开过程，在撑开过程中各个预应力钢筋受力变形，直至各个八分撑在充填袋内呈完全撑开状态时，停止拉拔设备工作，并采用临时锁具将处于巷道侧两个连接钢筋与锚杆本体固定，以维持各个八分撑的撑开状态；
F、在巷道内用预应力绞车对八个预应力钢筋施加拉力，使其具有预应力，最后在巷道侧的锚杆本体端部安装外锁具，使处于巷道侧的各个预应力钢筋、两个连接钢筋均与锚杆本体固定连接，再拆卸临时锁具；最后向充填袋内注入高水充填材料，凝固后形成充填体。
4. 根据权利要求3 所述用于沿空留巷可张开式预应力对拉锚杆束的使用方法，其特征在于，所述预应力钢筋的材质为冷拔低碳钢筋。
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