CN113775365A - 一种切削式恒阻大变形锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切削式恒阻大变形锚杆，属于锚固支护领域。包括锚固段、自由段和恒阻构件，所述的恒阻构件由螺纹杆、套筒和环形切刀组合而成，螺纹杆尾部带有螺纹，通过套管与自由段杆体连接，所述自由段杆体末端为扩大径的锚头，锚头外径有一圈排浆孔，锚杆体为中空结构，可进行加压注浆，浆体由锚头处排浆孔流出。恒阻构件通过环形切刀切削螺杆端部螺纹，在提供连续恒定阻力的同时，杆体向前运动，提供所需的大变形。本发明构造简单，连接处均为螺纹连接，施工方便，能够提供连续恒定的阻力，并且所需阻力大小可通过调节螺纹的形状、间距以及螺纹的材料等条件进行控制，结构稳定可靠，满足现场快速施工要求。

Description

一种切削式恒阻大变形锚杆

技术领域

本发明属于锚固支护领域，特别是涉及一种切削式恒阻大变形锚杆。

背景技术

锚杆支护技术是一种将锚杆埋入岩土体内一定深度，用以提高岩土体强度并维护其稳定性的工程技术手段。锚杆支护的加固机理可划分为悬吊、组合梁、加固增强、内压、岩壳、支撑和销钉作用。1872年英国北威尔士一家采石场是目前已知的最早应用锚杆支护技术的实例，锚杆支护成本低、作用快、支护效果好，在采矿、交通、水利、市政工程及其他地下工程领域得到了广泛应用。

工程实践表明，传统的锚杆失效行为通常有以下几种表现形式：一是由于变形能力较小而导致的锚杆体拉断、剪断；二是锚杆与锚固剂拉脱；三是锚固体与围岩脱离，还有外锚托盘及螺母破坏等。在软岩、深埋流变岩体及深埋冲击地压、岩爆作用区范围内的支护工程中，上述失效行为表现得更加显著，由此引发的冒顶、冲击灾害等事故给工程带来了巨大的经济损失。为了解决传统锚杆的上述失效问题，学者们设计了能够适应围岩大变形且可持续提供支护抗力的新型锚杆，即大变形锚杆。

大变形锚杆，又称为可延伸锚杆、让压锚杆、释压锚杆、能量吸收锚杆和应力释放锚杆等，此类锚杆的杆体自身强度较高并具有较大的伸长率，伴随着围岩的变形，大变形锚杆具有滑移或延伸特性，同时具有快速的外荷载响应能力。因上述特性，大变形锚杆可有效解决软弱围岩、深埋流变岩体和岩爆作用区的支护防灾问题，提出后受到了广泛关注。

近些年，随着矿山技术不断发展，开采力度不断加强，井下深度不断加大，巷道中的岩层受到不同力度冲击而产生较大变形。当围岩出现大变形时，由于延伸率低，传统锚杆难以满足现代矿山对支护围岩的要求。为适应岩层大变形，人们要提高锚索的延伸率和锚杆的负载范围，这是巷道围岩大变形支护的关键。开发一种可以增加锚杆的延伸率和锚杆承受能力的恒阻大变形锚杆，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种切削式恒阻大变形锚杆，通过环形切刀切削螺杆端部螺纹，在提供连续恒定阻力的同时，杆体向前运动，提供所需的大变形，并且所需阻力大小可通过调节螺纹的形状、间距以及螺纹的材料等条件进行控制，解决了传统锚杆延伸率低，提供阻力不恒定的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种切削式恒阻大变形锚杆，所述切削式恒阻大变形锚杆包括锚尾部分、恒阻构件和自由段杆体（17），所述恒阻构件包括第一套筒（8）、第二套筒（9）、第三套筒（10）、螺纹杆（15）和环形切刀（11），所述第一套筒（8）和第三套筒（10）通过螺纹连接与第二套筒（9）的两端，所述第三套筒（10）内设置有阶梯状结构，所述环形切刀（11）固定在第三套筒（10）内的阶梯状结构处，所述螺纹杆（15）包括螺纹杆头（14）、螺纹段（13）和螺纹杆尾（16），所述螺纹段（13）外部设有外螺纹，所述环形切刀（11）可切削螺纹段（13）的外螺纹，所述外螺纹与阶梯状结构之间留有空隙（12），所述螺纹杆尾（16）穿过第三套筒（10），且螺纹杆尾（16）通过套管（20）与自由段杆体（17）连接，所述自由段杆体（17）末端设置有扩大径锚头（19），扩大径锚头（19）设置有排浆孔（18），锚尾部分包括下部垫板（5）、上部垫板（4）、螺母（2）、楔形止浆塞（6）和锚尾杆（1），所述锚尾杆（1）一端通过螺纹与恒阻构件第一套筒（8）连接，另一端穿过下部垫板（5）和上部垫板（4）后，通过螺母（2）固定，所述楔形止浆塞（6）安装于下部垫板（5）靠近第一套筒（8）的一侧。

进一步地，所述环形切刀（11）为合金钢，且环形切刀（11）的刀口角度为60°-90°。

进一步地，所述锚尾杆（1）设置有注浆口（3），所述螺纹杆（15）、自由段锚杆（17）和锚尾杆（1）的中心均设置有注浆孔（22），所述螺纹杆（15）的注浆孔（22）分别与自由段锚杆（17）和锚尾杆（1）的注浆孔（22）连通，所述的锚尾杆（1）的注浆孔（22）与注浆口（3）连通，所述自由段锚杆（17）的注浆孔（22）与排浆孔（18）连通。

进一步地，所述螺纹杆头（14）靠近第一套筒（8）一端设置有内环形橡胶圈（7），且内环形橡胶圈（7）粘贴在螺纹杆头（14）上，所述第三套筒（10）远离第二套筒（9）一侧设置有外环形橡胶圈（21），所述外环形橡胶圈（21）黏贴在第三套筒（10）外。

进一步地，所述排浆孔（18）均匀分布于扩大径锚头（19）周围，所述排浆孔数量为5-8个，且排浆孔（18）的直径为20-30mm。

进一步地，所述螺纹杆头（14）直径于螺纹（13）的外螺纹直径相同，且螺纹杆头（14）与第二套筒（9）内壁紧密贴合，所述螺纹杆（15）杆体与第三套筒（10）内壁紧密贴合。

本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：本发明在安装完成后，当岩体发生变形时，锚头与锚尾均被固定，因此锚杆杆体受到轴向拉力，使螺纹杆产生移动趋势，螺纹杆外螺纹受到环形切刀剪力，外螺纹被切削，切削外螺纹所需的能量与岩体发生变形的势能抵消，螺纹段外螺纹被切削后，剩余杆体可通过套管C预留的开孔，螺纹杆沿第二套筒、第三套筒内壁向前滑动，锚杆杆体整体长度增加，产生大变形，当锚杆所受轴力继续增加时，锚杆杆体整体发生塑性变形，直至锚杆杆体被拉断；由于螺纹是连续且螺旋前进的，因此环形切刀切削螺纹时所提供的阻力是恒定的，并且与摩擦型大变形锚杆相比，摩擦型大变形锚杆受外界温度、震动及腐蚀后的影响更大，切削式大变形锚杆的工作性能更加稳定；

而且，本发明的效果和优点是构造简单，连接处均为螺纹连接，施工方便，能够提供连续恒定的阻力，并且所需阻力大小可通过调节螺纹的形状、间距以及螺纹的材料等条件进行控制，锚杆整体为中空结构，可进行压力注浆，减少施工步骤，加快施工速度，锚杆内外浆体形成保护层，大大延长锚杆使用寿命，结构稳定可靠，满足现场快速施工要求。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明锚杆大变形后结构示意图；

图3为恒阻构件结构示意图；

图4为图1中A-A剖面图；

图5为锚尾杆俯视图。

图中，1、锚尾杆；2、螺母；3、注浆口；4、上层垫板；5、下层垫板；6、楔形止浆塞；7、内环形橡胶圈；8、第一套筒；9、第二套筒；10、第三套筒；11、环形切刀；12、环形空隙；13、螺纹段；14、螺纹杆头；15、螺纹杆；16、螺纹杆尾；17、自由段杆体；18、排浆孔；19、扩大径锚头；20、套管；21、外环形橡胶圈；22、注浆孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参考附图1-附图5，一种切削式恒阻大变形锚杆，所述切削式恒阻大变形锚杆包括锚尾部分、恒阻构件和自由段杆体17，锚杆尾部和自由段杆体17分别与岩体固定连接，所述恒阻构件包括第一套筒8、第二套筒9、第三套筒10、螺纹杆15和环形切刀11，所述第一套筒8和第三套筒10通过螺纹连接与第二套筒9的两端，所述第三套筒10内设置有阶梯状结构，所述环形切刀11固定在第三套筒10内的阶梯状结构处，所述螺纹杆15包括螺纹杆头14、螺纹段13和螺纹杆尾16，所述螺纹段13外部设有外螺纹，所述环形切刀11可切削螺纹段13的外螺纹，所述外螺纹与阶梯状结构之间留有空隙12，所述环形空隙12的体积要大于螺纹13被切削下来的螺纹碎屑的总体积，环形空隙12可存放被切削下的螺纹碎屑，避免螺纹碎屑堆积使环形切刀11无法切割外螺纹，导致恒阻构件失效；当外螺纹被削切后，螺纹杆15可沿第一套筒8、第二套筒9内壁滑动。

当岩体发生变形时，锚杆受到轴向拉力，使螺纹杆15产生移动趋势，螺纹段13外螺纹受到环形切刀11剪力，外螺纹被切削，切削外螺纹所需的能量与岩体发生变形的势能抵消，螺纹段外螺纹被切削后，剩余杆体可通过第三套筒10预留的开孔，螺纹杆沿第二套筒9、第三套筒10内壁向前滑动，锚杆杆体整体长度增加，产生大变形，当螺纹段13外螺纹全部被切削后，螺纹杆头14与环形切刀11接触，螺纹杆头14可抵挡环形切刀11的切削，避免螺纹杆完全滑出套筒，此时锚杆长度无法通过恒阻构件继续伸长，锚杆所受轴力继续增加时，锚杆杆体整体发生塑性变形，直至锚杆杆体被拉断；由于螺纹是连续且螺旋前进的，因此环形切刀11切削螺纹时所提供的阻力是恒定的，并且与摩擦型大变形锚杆相比，摩擦型大变形锚杆受外界温度、震动及腐蚀后的影响更大，切削式大变形锚杆的工作性能更加稳定。

所述螺纹杆尾16穿过第三套筒10，且螺纹杆尾16通过套管20与自由段杆体17连接，套管20分别与螺纹杆尾16和自由段杆体17螺纹连接，所述自由段杆体17末端设置有扩大径锚头19，扩大径锚头19设置有排浆孔18，所述排浆孔18均匀分布于扩大径锚头19周围，所述排浆孔数量为5-8个，且排浆孔18的直径为20-30mm，浆体由锚尾处注浆口3注入，由锚头处排浆孔18流出，锚尾处楔形止浆塞6可防止浆液流出锚孔，锚杆内外表面的浆体可作为保护层，防止锚杆受到腐蚀，延长锚杆使用寿命；

锚尾部分包括下部垫板5、上部垫板4、螺母2、楔形止浆塞6和锚尾杆1，所述锚尾杆1一端通过螺纹与恒阻构件第一套筒8连接，另一端穿过下部垫板5和上部垫板4后，通过螺母2固定，锚尾处垫板分为双层，上层垫板小于下层垫板，螺母固定在上层垫板处，可根据情况增添螺母数量，防止垫板及螺母破坏；

所述楔形止浆塞6安装于下部垫板5靠近第一套筒8的一侧，楔形止浆塞6防止注浆时浆液溢出。

进一步地，所述环形切刀11为合金钢，且环形切刀11的刀口角度为60°-90°，其硬度要高于螺纹段13外螺纹，所述环形切刀11切削螺纹段13外螺纹时的阻力应小于锚杆所受到的预应力，且阻力大小可通过改变外螺纹的材质、形状、间距等条件进行控制。

进一步地，所述锚尾杆1与第一套筒8螺纹连接，所述锚尾杆1设置有注浆口3，所述螺纹杆15、自由段锚杆17和锚尾杆1的中心均设置有注浆孔22，所述螺纹杆15的注浆孔22分别与自由段锚杆17和锚尾杆1的注浆孔22连通，所述的锚尾杆1的注浆孔22与注浆口3连通，所述自由段锚杆17的注浆孔22与排浆孔18连通，采用此结构，可有注浆口3注浆，由排浆孔18排浆。

进一步地，所述螺纹杆头14靠近第一套筒8一端设置有内环形橡胶圈7，且内环形橡胶圈7粘贴在螺纹杆头14上，所述内环形橡胶圈7的外环直径略大于螺纹杆头14直径，内环直径等于螺纹杆15注浆孔22的直径，注浆时，内环形橡胶圈7可阻止浆液进入空隙12中；所述第三套筒10远离第二套筒9一侧设置有外环形橡胶圈21，所述外环形橡胶圈21黏贴在第三套筒10外。外环形橡胶圈21为圆环状，外环直径等于第三套筒10直径，内环直径略小于螺纹杆15杆体直径，避免注浆时浆体流入恒阻构件。

进一步地，所述螺纹杆头14直径于螺纹13的外螺纹直径相同，且螺纹杆头14与第二套筒9内壁紧密贴合，所述螺纹杆15杆体与第三套筒10内壁紧密贴合。

本实施例在实际施工时，在点位处用钻机进行钻孔，钻孔直径略大于扩大径锚头19的直径，达到预定深度后退出钻机，更换钻头进行复钻，复钻直径略大于恒阻结构最大处直径，复钻深度为恒阻结构所在深度，即外环形橡胶圈22所在位置，将钻机移除，用风机进行清孔处理，检测锚孔深度及宽度是否满足要求。

将第一套筒8、第二套筒9连接，在螺纹杆头14端部粘贴内环形橡胶圈7，将螺纹杆头14端放入第二套筒9内部，环形切刀11固定在第三套筒10阶梯处，然后将第三套筒10穿过螺纹杆尾16，将第二套筒9与第三套筒10连接，在第三套筒10平面端粘贴外环形橡胶圈21，完成恒阻结构组装。

将自由端杆体17通过套管20与螺纹杆尾16进行连接，锚尾杆1通过端部螺纹与第一套筒8连接，连接完成后将螺纹杆尾16端沿锚孔送入，楔形止浆塞6安装在锚尾杆1上，将两块垫板固定，使锚尾杆1端部穿过垫板中间预留孔，安装完成。

通过注浆口3进行注浆，内环形橡胶圈7与外环形橡胶圈21可阻止浆液进入螺纹与套筒形成的空隙，防止腐蚀环形切刀11与外螺纹，楔形止浆塞6防止浆液溢出。

注浆完成3-7天后，检测是否达到预定锚固强度，达到预定强度后，进行预应力张拉，由螺母2进行固定。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明说明中所使用的术语，只是为了描述具体得实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

Claims (6)

1.一种切削式恒阻大变形锚杆，所述切削式恒阻大变形锚杆包括锚尾部分、恒阻构件和自由段杆体（17），其特征在于：所述恒阻构件包括第一套筒（8）、第二套筒（9）、第三套筒（10）、螺纹杆（15）和环形切刀（11），所述第一套筒（8）和第三套筒（10）通过螺纹连接与第二套筒（9）的两端，所述第三套筒（10）内设置有阶梯状结构，所述环形切刀（11）固定在第三套筒（10）内的阶梯状结构处，所述螺纹杆（15）包括螺纹杆头（14）、螺纹段（13）和螺纹杆尾（16），所述螺纹段（13）外部设有外螺纹，所述环形切刀（11）可切削螺纹段（13）的外螺纹，所述外螺纹与阶梯状结构之间留有空隙（12），所述螺纹杆尾（16）穿过第三套筒（10），且螺纹杆尾（16）通过套管（20）与自由段杆体（17）连接，所述自由段杆体（17）末端设置有扩大径锚头（19），扩大径锚头（19）设置有排浆孔（18），锚尾部分包括下部垫板（5）、上部垫板（4）、螺母（2）、楔形止浆塞（6）和锚尾杆（1），所述锚尾杆（1）一端通过螺纹与恒阻构件第一套筒（8）连接，另一端穿过下部垫板（5）和上部垫板（4）后，通过螺母（2）固定，所述楔形止浆塞（6）安装于下部垫板（5）靠近第一套筒（8）的一侧。

2.根据权利要求1所述的切削式恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述环形切刀（11）为合金钢，且环形切刀（11）的刀口角度为60°-90°。

3.根据权利要求1所述的切削式恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述锚尾杆（1）设置有注浆口（3），所述螺纹杆（15）、自由段锚杆（17）和锚尾杆（1）的中心均设置有注浆孔（22），所述螺纹杆（15）的注浆孔（22）分别与自由段锚杆（17）和锚尾杆（1）的注浆孔（22）连通，所述的锚尾杆（1）的注浆孔（22）与注浆口（3）连通，所述自由段锚杆（17）的注浆孔（22）与排浆孔（18）连通。

4.根据权利要求3所述的切削式恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述螺纹杆头（14）靠近第一套筒（8）一端设置有内环形橡胶圈（7），且内环形橡胶圈（7）粘贴在螺纹杆头（14）上，所述第三套筒（10）远离第二套筒（9）一侧设置有外环形橡胶圈（21），所述外环形橡胶圈（21）黏贴在第三套筒（10）外。

5.如权利要求1所述切削式恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述排浆孔（18）均匀分布于扩大径锚头（19）周围，所述排浆孔数量为5-8个，且排浆孔（18）的直径为20-30mm。

6.如权利要求1所述切削式恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述螺纹杆头（14）直径于螺纹（13）的外螺纹直径相同，且螺纹杆头（14）与第二套筒（9）内壁紧密贴合，所述螺纹杆（15）杆体与第三套筒（10）内壁紧密贴合。

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