CN113217061A - 一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆及其使用方法，采用锚杆主体、上部膨胀管和下部侧向膨胀装置相结合的方式使锚杆形成多段膨胀结构，在锚杆主体推进孔内进行回拉时，上部杆体渐变段将上部膨胀管撑开，在上部膨胀管的外围面形成正压力，使围岩、上部膨胀管、锚杆主体之间形成摩擦自锁，实现上部膨胀固定；下部侧向膨胀装置的下翼底端保持不变，固定头带动上翼呈现向下运动趋势，并使上翼和下翼连接处发生变形，上翼与下翼间的角度逐渐变小，直至下翼呈水平状态，在下部侧向膨胀装置外围面形成正压力，达到固定效果，整体抗拔效果得到大大提高，保证锚杆支护效果；该使用方法步骤简便，易于操作，解决了松软岩层条件下锚杆锚固力不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种膨胀锚杆，具体涉及一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆及其使用方法。
背景技术
锚杆是一种将拉力传递到稳定岩层的锚固体系，矿山工程中常用于对岩层进行加固，使岩体的承载力提高，达到提高岩体稳定性的效果。然而，在一些松软岩层中，由于岩体松散、破碎，存在锚杆锚固力不足的问题。
目前，为了解决此类问题，常采用前端膨胀式锚杆，通过锚杆头部膨胀来加强与围岩之间的摩擦阻力。但这种锚杆只能对局部进行加强，不能够真正解决松软岩层条件下锚杆锚固力不足的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆及其使用方法，能够有效增大与围岩的膨胀接触面积，从而增大锚固力，保证锚杆的支护效果；该锚杆的使用方法步骤简便，易于操作，有利于提高锚杆的支护效率和支护效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆，包括锚杆主体以及分别设置于其上部和下部的上部膨胀管和下部侧向膨胀装置；
所述的锚杆主体包括锚杆头、上部杆体和下部杆体，所述的锚杆头为圆锥状，固定于上部杆体的上端，下部杆体与上部杆体的下端连接；
上部杆体包括杆径渐变段和恒定段，渐变段位于上部杆体的上半段，杆体直径自上而下逐渐减小；恒定段位于上部杆体的下半段，杆体直径保持不变，并在其下端圆周外壁上设置外螺纹段一；
下部杆体上端内壁上设有与外螺纹段一相适配的内螺纹段一；下部杆体中部和下部圆周外壁上分别设置外螺纹段二和外螺纹段三；外螺纹段三上设有螺母；
所述的上部膨胀管包括膨胀管主体、前开口和倒刺，膨胀管主体为内径与恒定段的杆径相适配的空心圆柱筒，且圆柱筒内径小于锚杆头的底面直径；圆柱筒筒壁上以中心轴为对称轴相对地开设有一对镂空槽，所述镂空槽从圆柱筒上端贯通开设至圆柱筒中部与下端之间位置；
前开口为一对半漏斗形的连接段，其分别连接于镂空槽两侧的膨胀管主体上端；
镂空槽两侧的膨胀管主体外壁上均分别设有倒刺，所述倒刺为直角三角形状，其直角边与膨胀管主体连接；
所述的下部侧向膨胀装置包括内径与下部杆体外径相适配的中空壳体，中空壳体由上部固定段、中部侧翼段、下部支撑段和底部底盘组成；
上部固定段为一套设于中部侧翼段上端的固定头，固定头的两端突出于中空壳体外部，且固定头的外径不小于膨胀管主体的外径；固定头内壁上开设有与外螺纹段二相适配的内螺纹段二；
中部侧翼段为沿周向均匀设置的多个侧翼，每个侧翼包括上翼和下翼，上翼长度大于下翼长度，且二者之间具有朝向下部侧向膨胀装置中心轴方向的折弯角度；
下部支撑段为连接于下翼下端呈圆柱筒状的壳体；
底部底盘连接于下部支撑段下端，其为中部镂空的圆环，圆环内径与下部支撑段的外径相适配。
进一步地，所述的侧翼设置四个；上翼和下翼未受力时的折弯角度略小于180°，在回拉受力时，上翼下压至下翼呈水平状，二者之间的折弯角度为45°～60°。
进一步地，其特征在于，所述的底部底盘下端还设有环形橡胶垫层。
一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆的使用方法，包括以下步骤：
1)钻机就位：保持工作面平整稳固，使钻机钻头与待钻孔中心同轴；
2)成孔：采用功率大穿透性强的钻机施工，采用回旋钻进方式进行钻孔；
3)清孔：若钻孔中地下水较多，则为湿孔，需要用清水将孔清洗干净；若钻孔中没有或只有少量地下水，则为干孔，此时需要采用空气压缩机风管清洗，使残渣清理出孔；
4)安装上部膨胀管：将上部杆体的下端从上部膨胀管上端插入，使上部膨胀管固定于上部杆体的恒定段位置；将下部杆体与上部杆体进行螺纹连接，形成完整的锚杆主体上部膨胀段；
5)安装下部侧向膨胀装置：将下部杆体的下端从下部侧向膨胀装置的上端插入，插装过程中，旋转下部侧向膨胀装置，并通过内螺纹段二与外螺纹段二使下部侧向膨胀装置固定于锚杆主体下部外侧；
6)打入锚杆：对锚杆主体进行质量检查，将锚杆主体从钻孔中心位置向上钻进，直至下部侧向膨胀装置的底部底盘紧贴巷道顶部；若在推进过程中受阻，则需要做修孔、清孔处理，直至锚杆主体顺利推进孔内；
7)回拉锚杆，形成膨胀结构：从锚杆主体下端向下回拉锚杆主体，在拉力作用下，锚杆主体向下回拉，并通过上部杆体的渐变段将上部膨胀管撑开，进而在上部膨胀管的外围面形成正压力，使围岩、上部膨胀管、锚杆主体之间形成摩擦自锁；在拉力作用下，下部侧向膨胀装置的固定头带动上翼向下运动，并使上翼和下翼连接处发生变形，上翼与下翼之间的张开角度逐渐变小，直至下翼呈水平状态，从而在下部侧向膨胀装置外围面形成正压力，达到固定效果；
8)拧紧螺母，固定锚杆主体：将环形橡胶垫层置于螺母上方，将螺母拧紧于下部杆体的下部外螺纹段三上，完成锚杆主体的固定。
与现有技术相比，本发明采用锚杆主体、上部膨胀管和下部侧向膨胀装置相结合的方式使锚杆形成多段膨胀结构，在锚杆主体完全推进孔内后进行回拉时，上部杆体的渐变段将上部膨胀管撑开，进而在上部膨胀管的外围面形成很大的正压力，倒刺的设置更是加大了膨胀面积和摩擦力，使围岩、上部膨胀管、锚杆主体之间形成摩擦自锁，实现上部膨胀固定；同时，下部侧向膨胀装置的下翼底端保持不变，固定头带动上翼呈现向下运动趋势，并使上翼和下翼连接处发生变形，上翼与下翼之间的张开角度逐渐变小，直至下翼呈水平状态，从而在下部侧向膨胀装置外围面形成很大的正压力，达到固定效果；这样，锚杆主体的上、下部位都可以形成较好的膨胀结构，有效增大了与围岩的膨胀接触面积，整体抗拔效果得到了大大提高，保证了锚杆的支护效果；该锚杆的使用方法步骤简便，易于操作，有效地提高了锚杆的支护效率和支护效果，真正解决了松软岩层条件下锚杆锚固力不足的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中锚杆主体的结构示意图；
图3是本发明中上部膨胀管的结构示意图；
图4是本发明中下部侧向膨胀装置未受力状态下的结构示意图；
图5是本发明中下部侧向膨胀装置回拉受力状态下的结构示意图；
图6是本发明与孔的配合结构示意图；
图7是图6的俯视图。
图中：1、锚杆主体，101、锚杆头，102、上部杆体，102-1、渐变段，102-2、恒定段；103、下部杆体，103-1、外螺纹段二，103-2、外螺纹段三；
2、上部膨胀管，201、膨胀管主体，202、前开口，203、倒刺，204、镂空槽；
3、下部侧向膨胀装置，301、上部固定段，301-1、内螺纹段二，302、中部侧翼段，302-1、上翼，302-2、下翼，303、下部支撑段，304、底部底盘；
4、环形橡胶垫层，5、螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括锚杆主体1以及分别设置于其上部和下部的上部膨胀管2和下部侧向膨胀装置3；
如图2所示，所述的锚杆主体1包括锚杆头101、上部杆体102和下部杆体103，所述的锚杆头101为圆锥状，固定于上部杆体102的上端，下部杆体103与上部杆体102的下端连接；
上部杆体102包括杆径渐变段102-1和恒定段102-2，渐变段102-1位于上部杆体102的上半段，杆体直径自上而下逐渐减小；恒定段102-2位于上部杆体102的下半段，杆体直径保持不变，并在其下端圆周外壁上设置外螺纹段一；
下部杆体103上端内壁上设有与外螺纹段一相适配的内螺纹段一；下部杆体103中部和下部圆周外壁上分别设置外螺纹段二103-1和外螺纹段二103-2；外螺纹段三103-2上设有螺母5；
如图3所示，所述的上部膨胀管2包括膨胀管主体201、前开口202和倒刺203，膨胀管主体201为内径与恒定段102-2的杆径相适配的空心圆柱筒，且圆柱筒内径小于锚杆头101的底面直径；圆柱筒筒壁上以中心轴为对称轴相对地开设有一对镂空槽204，所述镂空槽204从圆柱筒上端贯通开设至圆柱筒中部与下端之间位置；
前开口202为一对半漏斗形的连接段，其分别连接于镂空槽204两侧的膨胀管主体201上端；
镂空槽204两侧的膨胀管主体201外壁上均分别设有倒刺203，所述倒刺203为直角三角形状，其直角边与膨胀管主体201连接；
如图4所示，所述的下部侧向膨胀装置3包括内径与下部杆体103外径相适配的中空壳体，中空壳体由上部固定段301、中部侧翼段302、下部支撑段303和底部底盘304组成；
上部固定段301为一套设于中部侧翼段302上端的固定头，固定头的两端突出于中空壳体外部，且固定头的外径不小于膨胀管主体201的外径；固定头内壁上开设有与外螺纹段二103-1相适配的内螺纹段二301-1；
中部侧翼段302为沿周向均匀设置的多个侧翼，每个侧翼包括上翼302-1和下翼302-2，上翼302-1长度大于下翼302-2长度，且二者之间具有朝向下部侧向膨胀装置3中心轴方向的折弯角度；
下部支撑段303为连接于下翼302-2下端呈圆柱筒状的壳体；
底部底盘304连接于下部支撑段303下端，其为中部镂空的圆环，圆环内径与下部支撑段303的外径相适配。
优选地，所述的侧翼设置四个；如图4所示，上翼302-1和下翼302-2未受力时的折弯角度略小于180°，如图5所示，在回拉受力时，上翼302-1下压至下翼302-2呈水平状，二者之间的折弯角度为45°～60°。
为增强螺母5与底部底盘304之间的摩擦力，所述的底部底盘304下端还设有环形橡胶垫层4。
如图6和图7所示，一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆的使用方法，包括以下步骤：
1)钻机就位：保持工作面平整稳固，使钻机钻头与待钻孔中心同轴；
2)成孔：采用功率大穿透性强的钻机施工，采用回旋钻进方式进行钻孔；
3)清孔：若钻孔中地下水较多，则为湿孔，需要用清水将孔清洗干净；若钻孔中没有或只有少量地下水，则为干孔，此时需要采用空气压缩机风管清洗，使残渣清理出孔；
4)安装上部膨胀管：将上部杆体102的下端从上部膨胀管2上端插入，使上部膨胀管2固定于上部杆体102的恒定段102-2位置；将下部杆体103与上部杆体102进行螺纹连接，形成完整的锚杆主体1上部膨胀段；
5)安装下部侧向膨胀装置：将下部杆体103的下端从下部侧向膨胀装置3的上端插入，插装过程中，旋转下部侧向膨胀装置3，并通过内螺纹段二301-1与外螺纹段二103-1使下部侧向膨胀装置3固定于锚杆主体1下部外侧；
6)打入锚杆：对锚杆主体1进行质量检查，将锚杆主体1从钻孔中心位置向上钻进，直至下部侧向膨胀装置3的底部底盘304紧贴巷道顶部；若在推进过程中受阻，则需要做修孔、清孔处理，直至锚杆主体1顺利推进孔内；
7)回拉锚杆，形成膨胀结构：从锚杆主体1下端向下回拉锚杆主体1，在拉力作用下，锚杆主体1向下回拉，并通过上部杆体102的渐变段102-1将上部膨胀管2撑开，进而在上部膨胀管2的外围面形成正压力，使围岩、上部膨胀管2、锚杆主体1之间形成摩擦自锁；在拉力作用下，下部侧向膨胀装置3的固定头带动上翼302-1向下运动，并使上翼302-1和下翼302-2连接处发生变形，上翼302-1与下翼302-2之间的张开角度逐渐变小，直至下翼302-2呈水平状态，从而在下部侧向膨胀装置3外围面形成正压力，达到固定效果；
8)拧紧螺母，固定锚杆：将环形橡胶垫层4置于螺母5上方，将螺母5拧紧于下部杆体103的下部外螺纹段二103-2上，完成锚杆主体1的固定。
Claims (4)
1.一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆，其特征在于，包括锚杆主体(1)以及分别设置于其上部和下部的上部膨胀管(2)和下部侧向膨胀装置(3)；
所述的锚杆主体(1)包括锚杆头(101)、上部杆体(102)和下部杆体(103)，所述的锚杆头(101)为圆锥状，固定于上部杆体(102)的上端，下部杆体(103)与上部杆体(102)的下端连接；
上部杆体(102)包括杆径渐变段(102-1)和恒定段(102-2)，渐变段(102-1)位于上部杆体(102)的上半段，杆体直径自上而下逐渐减小；恒定段(102-2)位于上部杆体(102)的下半段，杆体直径保持不变，并在其下端圆周外壁上设置外螺纹段一；
下部杆体(103)上端内壁上设有与外螺纹段一相适配的内螺纹段一；下部杆体(103)中部和下部圆周外壁上分别设置外螺纹段二(103-1)和外螺纹段三(103-2)；外螺纹段三(103-2)上设有螺母(5)；
所述的上部膨胀管(2)包括膨胀管主体(201)、前开口(202)和倒刺(203)，膨胀管主体(201)为内径与恒定段(102-2)的杆径相适配的空心圆柱筒，且圆柱筒内径小于锚杆头(101)的底面直径；圆柱筒筒壁上以中心轴为对称轴相对地开设有一对镂空槽(204)，所述镂空槽(204)从圆柱筒上端贯通开设至圆柱筒中部与下端之间位置；
前开口(202)为一对半漏斗形的连接段，其分别连接于镂空槽(204)两侧的膨胀管主体(201)上端；
镂空槽(204)两侧的膨胀管主体(201)外壁上均分别设有倒刺(203)，所述倒刺(203)为直角三角形状，其直角边与膨胀管主体(201)连接；
所述的下部侧向膨胀装置(3)包括内径与下部杆体(103)外径相适配的中空壳体，中空壳体由上部固定段(301)、中部侧翼段(302)、下部支撑段(303)和底部底盘(304)组成；
上部固定段(301)为一套设于中部侧翼段(302)上端的固定头，固定头的两端突出于中空壳体外部，且固定头的外径不小于膨胀管主体(201)的外径；固定头内壁上开设有与外螺纹段二(103-1)相适配的内螺纹段二(301-1)；
中部侧翼段(302)为沿周向均匀设置的多个侧翼，每个侧翼包括上翼(302-1)和下翼(302-2)，上翼(302-1)长度大于下翼(302-2)长度，且二者之间具有朝向下部侧向膨胀装置(3)中心轴方向的折弯角度；
下部支撑段(303)为连接于下翼(302-2)下端呈圆柱筒状的壳体；
底部底盘(304)连接于下部支撑段(303)下端，其为中部镂空的圆环，圆环内径与下部支撑段(303)的外径相适配。
2.根据权利要求1所述的一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆，其特征在于，所述的侧翼设置四个；上翼(302-1)和下翼(302-2)未受力时的折弯角度略小于180°，在回拉受力时，上翼(302-1)下压至下翼(302-2)呈水平状，二者之间的折弯角度为45°～60°。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆，其特征在于，所述的底部底盘(304)下端还设有环形橡胶垫层(4)。
4.一种适用于矿山松软岩层的多段膨胀锚杆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钻机就位：保持工作面平整稳固，使钻机钻头与待钻孔中心同轴；
2)成孔：采用功率大穿透性强的钻机施工，采用回旋钻进方式进行钻孔；
3)清孔：若钻孔中地下水较多，则为湿孔，需要用清水将孔清洗干净；若钻孔中没有或只有少量地下水，则为干孔，此时需要采用空气压缩机风管清洗，使残渣清理出孔；
4)安装上部膨胀管(2)：将上部杆体(102)的下端从上部膨胀管(2)上端插入，使上部膨胀管(2)固定于上部杆体(102)的恒定段(102-2)位置；将下部杆体(103)与上部杆体(102)进行螺纹连接，形成完整的锚杆主体(1)上部膨胀段；
5)安装下部侧向膨胀装置(3)：将下部杆体(103)的下端从下部侧向膨胀装置(3)的上端插入，插装过程中，旋转下部侧向膨胀装置(3)，并通过内螺纹段二(301-1)与外螺纹段二(103-1)使下部侧向膨胀装置(3)固定于锚杆主体(1)下部外侧；
6)打入锚杆：对锚杆主体(1)进行质量检查，将锚杆主体(1)从钻孔中心位置向上钻进，直至下部侧向膨胀装置(3)的底部底盘(304)紧贴巷道顶部；若在推进过程中受阻，则需要做修孔、清孔处理，直至锚杆主体(1)顺利推进孔内；
7)回拉锚杆，形成膨胀结构：从锚杆主体(1)下端向下回拉锚杆主体(1)，在拉力作用下，锚杆主体(1)向下回拉，并通过上部杆体(102)的渐变段(102-1)将上部膨胀管(2)撑开，进而在上部膨胀管(2)的外围面形成正压力，使围岩、上部膨胀管(2)、锚杆主体(1)之间形成摩擦自锁；在拉力作用下，下部侧向膨胀装置(3)的固定头带动上翼(302-1)向下运动，并使上翼(302-1)和下翼(302-2)连接处发生变形，上翼(302-1)与下翼(302-2)之间的张开角度逐渐变小，直至下翼(302-2)呈水平状态，从而在下部侧向膨胀装置(3)外围面形成正压力，达到固定效果；
8)拧紧螺母(5)，固定锚杆主体(1)：将环形橡胶垫层(4)置于螺母(5)上方，将螺母(5)拧紧于下部杆体(103)的下部外螺纹段三(103-2)上，完成锚杆主体(1)的固定。
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| ZA202102599B (en) | 2022-02-23 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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