CN113047880B - 一种可回收的气推式吸能锚杆及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可回收的气推式吸能锚杆，其技术方案是：上下两个钢圈与两端的钢圆盘中间套有橡胶气圈，钢圈连杆贯穿钢圈固定连接在钢圆盘上，整体形成气囊结构。气体通过内部气管进入气囊中，并通过上下两层钢圈的中空部分由气囊向橡胶气圈弥散，使其膨胀与安装在钻孔里的金属套筒紧密贴合，布置在上层钢圆盘外侧的气体浓度检测仪可实时获得套筒封闭段的气体浓度变化，以判断锚杆所受拉力大小，并设定阈值起到预警效果，同时当岩层沉降带动着托盘向下移动时，套筒封闭段的气体浓度下降小于大气压，气囊两端产生的压力差，在大气压强的作用力下，整个吸能锚杆受到向上的作用力，起到吸能、预警和紧固岩体的作用。本发明可回收使用，支护效果好。
Description
技术领域
本发明属于矿山安全支护领域，具体涉及一种可回收的气推式吸能锚杆及其使用方法。
背景技术
金属矿开采过程中采场顶板岩体物理力学特性极其复杂，除岩体内的物质成分存在较大差异外，岩石整体上还受构造运动与成矿作用的影响，使得岩层中存在着许多大小、方向不一的断层、节理、裂隙等弱面，这些弱面的存在造成岩质不均，使得岩石各部分的岩石力学参数不尽相同。此外，在复杂的岩石力学环境下，矿山巷道的掘进和采场的开挖工作大多采用分段式或渐进式的形式进行，这种形式的作业活动会不断改变采场顶板及围岩的受力条件与状态，导致次生应力场的不断产生，进而造成开采局域环境中的矿岩受力不均或将出现大面积的应力集中并引发片帮、冒顶等，造成岩体失稳事故的产生，因此及时的支护手段是必须的，锚杆是一种杆状支架，打入岩体内部后，提供支护抗力，与岩体协调变形，对围岩起到支护的作用，由于锚杆支护技术上的可行以及经济上的合理，现在成为各国地下矿山开采过程中的主要的一种支护手段，目前的锚杆包括注浆锚杆，管缝式锚杆，涨壳式锚杆等多种类型，但关于吸能锚杆的研究甚少，本发明的吸能锚杆在起到良好支护效果的同时，起到“岩体沉降-锚杆协调变形被拉伸-支护力作用力变大”的效果。
发明内容
为实现这一目的，本发明采用的技术方案为：
一种可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，包括套筒、外部气管、钢圈连杆、外部气管阀门、检测仪探头、无线气体浓度检测仪、钢圈、橡胶气圈、钢圆盘、钢制连杆、螺纹杆、托盘、螺母、内部气管阀门、内部气管、充吸气装置，所述上下两个钢圈与两端的钢圆盘中间分别套有橡胶气圈，钢圈连杆贯穿钢圈固定连接在钢圆盘上，整体形成气囊结构，所述内部气管穿过下层钢圆盘同时透过下层钢圈的中空部分延伸到气囊内，所述充吸气装置产生的气体通过内部气管进入气囊中，并通过上下钢圈的中空部分由气囊向橡胶气圈弥散，使其膨胀与安装在钻孔里的金属套筒紧密贴合，所述无线气体浓度检测仪布置在上层钢圆盘外侧，可实时获得套筒封闭段的气体浓度变化，以判断锚杆所受拉力大小，并设定阈值起到预警效果。同时当岩层沉降带动着托盘向下移动时，套筒封闭段的气体浓度下降小于大气压，气囊两端产生的压力差，在大气压强的作用力下，整个吸能锚杆受到向上的作用力，起到吸能、预警和紧固岩体的作用。
进一步地，所述套筒一端封闭，一端开口，直径略大于钻孔直径，长度等于钻孔长度。
进一步地，所述外部气管穿过上下两层钢圆盘同时透过上下两层钢圈的中空部分延伸到套筒封闭端，接触端做密封处理，同时外部气管阀门上端的外部气管为钢制管，下端为软管，通过外部气管阀门对接；内部气管阀门上端的内部气管为钢制管，下端为软管，通过内部气管阀门对接。
进一步地，所述钢圈连杆共有4根，贯穿钢圈固定连接在钢圆盘上，一方面起到连接固定上下钢圈的作用，一方面起到固定钢圈和钢圆盘的作用，使两层钢圈和两层钢圆盘连接固定在一起。
进一步地，所述无线气体浓度检测仪可实时探测套筒封闭端气体浓度，从而得到岩层沉降导致的锚杆主动支护力F的大小，F＝Δp*S，其中:Δp为气囊两侧气压差，S为套筒直径；同时可设定阈值，当气体浓度小于某一设定值时，表明岩层有较大的位移，工作人员应从采场中撤出，起到预警的效果。
进一步地，所述钢制连杆上端与下层钢圆盘连接，下端与螺纹杆通过螺纹连接。
进一步地，所述托盘开有两孔，两孔直径大于内部气管和外部气管的直径，两孔距离等于内部气管和外部气管之间的距离，从而引出内部气管和外部气管。
进一步地，所述充吸气装置一方面通过内部气管充气使气囊胀开，与套筒紧密贴合，一方面通过外部气管吸气使套筒封闭端气体浓度降低小于大气压，形成初始支护力。
一种可回收的气推式吸能锚杆的使用方法，其应用于上述所述的可回收的气推式吸能锚杆，所述使用方法包括以下步骤：
步骤一、根据矿山实际情况和需求，选择合适的采场、巷道地点进行吸能锚杆的安装。
步骤二、凿岩钻孔后，将套筒安装固定在钻孔内部，形成密闭空间，将吸能锚杆插入到套筒内部，并距离套筒底端一定距离。
步骤三、用手托住吸能锚杆底端，将托盘穿过内部气管和外部气管固定在螺纹杆上，稍微拧紧螺母防止托盘脱落，通过内部气管阀门将内部气管的钢制部分和软管部分对接，通过外部气管阀门将外部气管的钢制部分和软管部分对接，再打开充吸气装置，打开内部气管阀门，产生的气体通过内部气管进入到气囊内部，使橡胶气圈膨胀固定在套筒内壁上，后关掉内部气管阀门，打开外部气管阀门吸气，使封闭端气体浓度降低小于大气压，形成初始支护力，再关掉外部气管阀门，最后拧紧螺母，使托盘与岩壁紧密贴合，即安装完成。
步骤四、回收时，只需要打开充吸气装置，打开内部气管阀门，通过内部气管吸气让气囊内部气体放出，使橡胶气圈从套筒内壁上脱落，拆卸内部气管和外部气管的钢制部分与软管部分，后将吸能锚杆从套筒内拔出即可。
有益效果
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：起到“岩体沉降-锚杆协调变形被拉伸-支护力作用力变大”的效果，在紧固岩石时进行吸能，同时起到预警作用。本发明可回收重复使用、结构简单直观，具到良好的支护效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的气囊结构示意图；
图3为本发明的气囊结构剖面图。
其中：1-套筒；2-外部气管；3-钢圈连杆；4-外部气管阀门；5-检测仪探头；6-无线气体浓度检测仪；7-钢圈；8-橡胶气圈；9-钢圆盘；10-钢制连杆；11-螺纹杆；12-托盘；13-螺母；14-内部气管阀门；15-内部气管；16-充吸气装置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例
一种可回收的气推式吸能锚杆，如图1-3所示，其特征在于，包括套筒1、外部气管2、钢圈连杆3、外部气管阀门4、检测仪探头5、无线气体浓度检测仪6、钢圈7、橡胶气圈8、钢圆盘9、钢制连杆10、螺纹杆11、托盘12、螺母13、内部气管阀门14、内部气管15、充吸气装置16，所述上下两个钢圈7与两端的钢圆盘9中间分别套有橡胶气圈8，钢圈连杆3贯穿钢圈7固定连接在钢圆盘9上，整体形成气囊结构，所述内部气管15穿过下层钢圆盘9同时透过下层钢圈7的中空部分延伸到气囊内，所述充吸气装置16产生的气体通过内部气管15进入气囊中，并通过上下钢圈7的中空部分由气囊向橡胶气圈8弥散，使其膨胀与安装在钻孔里的金属套筒1紧密贴合，所述无线气体浓度检测仪6布置在上层钢圆盘9外侧，可实时获得套筒1封闭段的气体浓度变化，以判断锚杆所受拉力大小，并设定阈值起到预警效果。
进一步地，所述套筒1一端封闭，一端开口，直径略大于钻孔直径，长度等于钻孔长度。
进一步地，所述外部气管2穿过上下两层钢圆盘9同时透过上下两层钢圈7的中空部分延伸到套筒1封闭端，接触端做密封处理，同时外部气管阀门4上端的外部气管2为钢制管，下端为软管，通过外部气管阀门4对接；内部气管阀门14上端的内部气管15为钢制管，下端为软管，通过内部气管阀门14对接。
进一步地，所述钢圈连杆3共有4根，贯穿钢圈7固定连接在钢圆盘9上，一方面起到连接固定上下钢圈的作用，一方面起到固定钢圈7和钢圆盘9的作用，使两层钢圈7和两层钢圆盘9连接固定在一起。
进一步地，所述无线气体浓度检测仪6可实时探测套筒1封闭端气体浓度，从而得到岩层沉降导致的锚杆主动支护力F的大小，F＝Δp*S，其中:Δp为气囊两侧气压差，S为套筒直径；同时可设定阈值，当气体浓度小于某一设定值时，表明岩层有较大的位移，工作人员应从采场中撤出，起到预警的效果。
进一步地，所述钢制连杆10上端与下层钢圆盘9连接，下端与螺纹杆11通过螺纹连接。
进一步地，所述托盘12开有两孔，两孔直径大于内部气管15和外部气管2的直径，两孔距离等于内部气管15和外部气管2之间的距离，从而引出内部气管15和外部气管2。
进一步地，所述充吸气装置16一方面通过内部气管15充气使气囊胀开，与套筒1紧密贴合，一方面通过外部气管2吸气使套筒1封闭端气体浓度降低小于大气压，形成初始支护力。
一种可回收的气推式吸能锚杆的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据矿山实际情况和需求，选择合适的采场、巷道地点进行吸能锚杆的安装。
步骤二、凿岩钻孔后，将套筒1安装固定在钻孔内部，形成密闭空间，将吸能锚杆插入到套筒1内部，并距离套筒1底端一定距离。
步骤三、用手托住吸能锚杆底端，将托盘12穿过内部气管15和外部气管2固定在螺纹杆上，稍微拧紧螺母13防止托盘脱落，通过内部气管阀门14将内部气管15的钢制部分和软管部分对接，通过外部气管阀门4将外部气管2的钢制部分和软管部分对接，再打开充吸气装置16，打开内部气管阀门14，产生的气体通过内部气管15进入到气囊内部，使橡胶气圈8膨胀固定在套筒1内壁上，后关掉内部气管阀门14，打开外部气管阀门4吸气，使封闭端气体浓度降低小于大气压，形成初始支护力，再关掉外部气管阀门4，最后拧紧螺母13，使托盘12与岩壁紧密贴合，即安装完成。
步骤四、回收时，只需要打开充吸气装置16，打开内部气管阀门14，通过内部气管15吸气让气囊内部气体放出，使橡胶气圈8从套筒1内壁上脱落，拆卸内部气管15和外部气管2的钢制部分与软管部分，后将吸能锚杆从套筒1内拔出即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，包括套筒（1）、外部气管（2）、钢圈连杆（3）、外部气管阀门（4）、检测仪探头（5）、无线气体浓度检测仪（6）、钢圈（7）、橡胶气圈（8）、钢圆盘（9）、钢制连杆（10）、螺纹杆（11）、托盘（12）、螺母（13）、内部气管阀门（14）、内部气管（15）、充吸气装置（16），上下两个钢圈（7）与两端的钢圆盘（9）中间分别套有橡胶气圈（8），钢圈连杆（3）贯穿钢圈（7）固定连接在钢圆盘（9）上，整体形成气囊结构，所述内部气管（15）穿过下层钢圆盘（9）同时透过下层钢圈（7）的中空部分延伸到气囊内，所述充吸气装置（16）产生的气体通过内部气管（15）进入气囊中，并通过上下钢圈（7）的中空部分由气囊向橡胶气圈（8）弥散，使其膨胀与安装在钻孔里的金属套筒（1）紧密贴合，所述无线气体浓度检测仪（6）布置在上层钢圆盘（9）外侧，可实时获得套筒（1）封闭端的气体浓度变化，以判断锚杆所受拉力大小，并设定阈值起到预警效果。
2.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述套筒（1）一端封闭，一端开口，直径略大于钻孔直径，长度等于钻孔长度。
3.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述外部气管（2）穿过上下两层钢圆盘（9）同时透过上下两层钢圈（7）的中空部分延伸到套筒（1）封闭端，接触端做密封处理，同时外部气管阀门（4）上端的外部气管（2）为钢制管，下端为软管，通过外部气管阀门（4）对接；内部气管阀门（14）上端的内部气管（15）为钢制管，下端为软管，通过内部气管阀门（14）对接。
4.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述钢圈连杆（3）共有4根，贯穿钢圈（7）固定连接在钢圆盘（9）上，一方面起到连接固定上下钢圈的作用，一方面起到固定钢圈（7）和钢圆盘（9）的作用，使两层钢圈（7）和两层钢圆盘（9）连接固定在一起。
5.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述无线气体浓度检测仪（6）可实时探测套筒（1）封闭端气体浓度，从而得到岩层沉降导致的锚杆主动支护力F的大小，F=Δp*S，其中:Δp为气囊两侧气压差，S为套筒直径；同时可设定阈值，当气体浓度小于某一设定值时，表明岩层有较大的位移，工作人员应从采场中撤出，起到预警的效果。
6.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述钢制连杆（10）上端与下层钢圆盘（9）连接，下端与螺纹杆（11）通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的可回收的气推式吸能锚杆，其特征在于，所述充吸气装置（16）一方面通过内部气管（15）充气使气囊胀开，与套筒（1）紧密贴合，一方面通过外部气管（2）吸气使套筒（1）封闭端气体浓度降低小于大气压，形成初始支护力。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种可回收的气推式吸能锚杆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据矿山实际情况和需求，选择合适的采场、巷道地点进行吸能锚杆的安装；
步骤二、凿岩钻孔后，将套筒（1）安装固定在钻孔内部，形成密闭空间，将吸能锚杆插入到套筒（1）内部，并距离套筒（1）底端一定距离；
步骤三、用手托住吸能锚杆底端，将托盘（12）穿过内部气管（15）和外部气管（2）固定在螺纹杆上，稍微拧紧螺母（13）防止托盘脱落，通过内部气管阀门（14）将内部气管（15）的钢制部分和软管部分对接，通过外部气管阀门（4）将外部气管（2）的钢制部分和软管部分对接，再打开充吸气装置（16），打开内部气管阀门（14），产生的气体通过内部气管（15）进入到气囊内部，使橡胶气圈（8）膨胀固定在套筒（1）内壁上，后关掉内部气管阀门（14），打开外部气管阀门（4）吸气，使封闭端气体浓度降低，从而使得封闭端气压小于大气压，形成初始支护力，再关掉外部气管阀门（4），最后拧紧螺母（13），使托盘（12）与岩壁紧密贴合，即安装完成；
步骤四、回收时，只需要打开充吸气装置（16），打开内部气管阀门（14），通过内部气管（15）吸气让气囊内部气体放出，使橡胶气圈（8）从套筒（1）内壁上脱落，拆卸内部气管（15）和外部气管（2）的钢制部分与软管部分，后将吸能锚杆从套筒（1）内拔出即可。
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