CN112983519B - 主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆及其锚固方法 - Google Patents

Abstract

主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆，包括外套管、内杆体、垫板和螺母，内杆体外径等于外套管内径，内杆体同轴向设置在外套管内，外套管和内杆体均沿竖向设置，内杆体上端设有位于外套管上端口上方的扩撑柱，扩撑柱外径大于内杆体外径，外套管上端部设有与扩撑柱压接配合可外扩的裂缝结构，螺母螺纹连接在内杆体上端部，垫板套在内杆体上并位于外套管上端与螺母之间。本发明操作简单，易于制造，成本较低，能有效解决软煤岩巷锚杆与钻孔壁之间的滑移失效而造成锚杆失效的问题，能够改善矿井安全形势，提高矿井生产效率，对矿井实现安全高效开采与支护具有重要意义。

Description

主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆及其锚固方法

技术领域

本发明属于矿山巷道支护技术领域，具体涉及一种主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆及其锚固方法。

背景技术

目前，由于锚杆支护具有成本低、效率高、劳动强度低等优点，已成为煤矿巷道最常用的支护方式之一。尤其是在煤巷、软岩巷道等维护困难巷道，通常采用树脂锚固进行控制巷道围岩稳定，但是由于煤巷、软岩巷道普通锚杆孔锚固容易出现滑移失效现象，因此对这样的巷道进行多次支护，翻修等很消耗人力物力财力，导致树脂锚杆孔钻孔施工时间大大增加，降低了锚杆支护的效率，影响煤矿的开采速度。

因此，针对目前树脂锚杆锚固性能存在的上述不足，亟需一种主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆应用于软煤巷道中防止锚杆滑移失效。

发明内容

为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于施工、施工效率高、支护强度高、安全可靠性强的主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆及其锚固方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆，包括外套管、内杆体、垫板和螺母，内杆体外径等于外套管内径，内杆体同轴向设置在外套管内，外套管和内杆体均沿竖向设置，内杆体上端设有位于外套管上端口上方的扩撑柱，扩撑柱外径大于内杆体外径，外套管上端部设有与扩撑柱压接配合可外扩的裂缝结构，螺母螺纹连接在内杆体上端部，垫板套在内杆体上并位于外套管上端与螺母之间。

裂缝结构包括均沿外套管轴向方向开设的四条缝隙，四条缝隙沿外套管的圆周方向均匀布置，相邻两条缝隙之间的弧形板的圆心角均为90°。

扩撑柱下端外圆与内杆体上端外圆之间设有上粗下细的圆锥体过渡结构。

任意两条缝隙之间的弧形板外圆均设有若干个扎钉。

主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆的锚固方法，包括以下步骤：

（1）使用钻机连接普通钻杆在巷道壁规定位置向围岩内部进行钻孔；

（2）钻孔作业完成后，将所述的高预紧力锚杆插入钻孔，在外套管外圆与钻孔内壁之间的环形间隙内进行树脂装填锚固作业；

（3）锚固作业过程中，外套管和内杆体两者紧密接触，内杆体和外套管同步旋转搅拌锚固剂；

（4）锚固完成后静置五分钟，待锚固剂凝固之后在锚杆下端套上垫板，拧上螺母，使垫板压紧巷道壁，完成充填支护作业，使整个锚杆产生预紧力。

步骤（4）的具体过程为：在螺母拧紧过程中，内杆体被向下拉出，外套管在垫板的阻挡下保持不动，内杆体上端的扩撑柱被向下拉，扩撑柱下部的圆锥体过渡结构先进入到外套管上端口中，四条缝隙逐渐变大，外套管上端部的相邻两条裂缝之间的弧形板被向外扩张，弧形板挤压钻孔围岩壁，对围岩壁产生垂直与锚杆的压应力，弧形板外圆的扎钉扎入到围岩壁内，进一步提高锚固效果。

采用上述技术方案，本发明为一种主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆，尤其在软煤巷道中巷道围岩较软情况下使用, 在扩撑柱和四片弧形板的共同作用下，对钻孔围岩壁主动产生水平应力，能主动的、快速的使锚固系统恢复三维应力的状态，增加锚固系统的稳定性和锚固能力，对解决软煤岩巷锚杆与钻孔壁之间的滑移失效而造成锚杆失效的问题有很大的作用。

本发明操作简单，易于制造，成本较低，能有效解决软煤岩巷锚杆与钻孔壁之间的滑移失效而造成锚杆失效的问题，能够改善矿井安全形势，提高矿井生产效率，对矿井实现安全高效开采与支护具有重要意义。

附图说明

图1为本发明正常状态的示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明螺母拧紧后弧形板扩张状态的示意图；

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆，包括外套管1、内杆体2、垫板3和螺母4，内杆体2外径等于外套管1内径，内杆体2同轴向设置在外套管1内，外套管1和内杆体2均沿竖向设置，内杆体2上端设有位于外套管1上端口上方的扩撑柱5，扩撑柱5外径大于内杆体2外径，外套管1上端部设有与扩撑柱5压接配合可外扩的裂缝结构，螺母4螺纹连接在内杆体2上端部，垫板3套在内杆体2上并位于外套管1上端与螺母4之间。

裂缝结构包括均沿外套管1轴向方向开设的四条缝隙6，四条缝隙6沿外套管1的圆周方向均匀布置，相邻两条缝隙6之间的弧形板7的圆心角均为90°。

扩撑柱5下端外圆与内杆体2上端外圆之间设有上粗下细的圆锥体过渡结构8。

任意两条缝隙6之间的弧形板7外圆均设有若干个扎钉9。

主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆的锚固方法，包括以下步骤：

（1）使用钻机连接普通钻杆在巷道壁规定位置向围岩内部进行钻孔；

（2）钻孔作业完成后，将所述的高预紧力锚杆插入钻孔，在外套管1外圆与钻孔内壁之间的环形间隙内进行树脂装填锚固作业；

（3）锚固作业过程中，外套管1和内杆体2两者紧密接触，内杆体2和外套管1同步旋转搅拌锚固剂；

（4）锚固完成后静置五分钟，待锚固剂凝固之后在锚杆下端套上垫板3，拧上螺母4，使垫板3压紧巷道壁，完成充填支护作业，使整个锚杆产生预紧力。

步骤（4）的具体过程为：如图3和图4所示，在螺母4拧紧过程中，内杆体2被向下拉出，外套管1在垫板3的阻挡下保持不动，内杆体2上端的扩撑柱5被向下拉，扩撑柱5下部的圆锥体过渡结构8先进入到外套管1上端口中，四条缝隙6逐渐变大，外套管1上端部的相邻两条裂缝之间的弧形板7被向外扩张，L为沿径向方向外扩的距离，弧形板7挤压钻孔围岩壁，对围岩壁产生垂直与锚杆的压应力，弧形板7外圆的扎钉9扎入到围岩壁内，进一步提高锚固效果。

以上实施例说明了本发明的基本原理和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (1)

1.主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆的锚固方法，其特征在于：主动快速实现三维应力平衡的高预紧力锚杆包括外套管、内杆体、垫板和螺母，内杆体外径等于外套管内径，内杆体同轴向设置在外套管内，外套管和内杆体均沿竖向设置，内杆体上端设有位于外套管上端口上方的扩撑柱，扩撑柱外径大于内杆体外径，外套管上端部设有与扩撑柱压接配合可外扩的裂缝结构，螺母螺纹连接在内杆体上端部，垫板套在内杆体上并位于外套管上端与螺母之间;

裂缝结构包括均沿外套管轴向方向开设的四条缝隙，四条缝隙沿外套管的圆周方向均匀布置，相邻两条缝隙之间的弧形板的圆心角均为90°；

扩撑柱下端外圆与内杆体上端外圆之间设有上粗下细的圆锥体过渡结构；

任意两条缝隙之间的弧形板外圆均设有若干个扎钉；

所述的锚固方法包括以下步骤：

（1）使用钻机连接普通钻杆在巷道壁规定位置向围岩内部进行钻孔；

（2）钻孔作业完成后，将所述的高预紧力锚杆插入钻孔，在外套管外圆与钻孔内壁之间的环形间隙内进行树脂装填锚固作业；

（3）锚固作业过程中，外套管和内杆体两者紧密接触，内杆体和外套管同步旋转搅拌锚固剂；

（4）锚固完成后静置五分钟，待锚固剂凝固之后在锚杆下端套上垫板，拧上螺母，使垫板压紧巷道壁，完成充填支护作业，使整个锚杆产生预紧力；

步骤（4）的具体过程为：在螺母拧紧过程中，内杆体被向下拉出，外套管在垫板的阻挡下保持不动，内杆体上端的扩撑柱被向下拉，扩撑柱下部的圆锥体过渡结构先进入到外套管上端口中，四条缝隙逐渐变大，外套管上端部的相邻两条裂缝之间的弧形板被向外扩张，弧形板挤压钻孔围岩壁，对围岩壁产生垂直与锚杆的压应力，弧形板外圆的扎钉扎入到围岩壁内，进一步提高锚固效果。