CN113982663A - 一种让压锚杆及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种让压锚杆及支护方法，涉及矿山支护领域。为可以在一定程度上增强让压锚杆的让压效果而发明。所述让压锚杆包括：锚杆，在所述锚杆的端部穿设有托盘、让压装置和预紧螺母，所述让压装置位于所述托盘与所述预紧螺母之间；其中，所述让压装置包括第一让压结构、第二让压结构和弹簧，所述第一让压结构上设有第一空心腔体，所述第二让压结构上设有第二空心腔体，当所述第一让压结构与所述第二让压结构固定连接为一体时，所述第一空心腔体与所述第二空心腔体构成容纳腔，所述弹簧位于所述容纳腔中。适用于对可能发生冲击地压的地下结构进行支护的场景。

Description

一种让压锚杆及支护方法

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域。尤其是涉及一种让压锚杆及支护方法。

背景技术

随着经济发展对能源的大量需求，深部能源开采成为常态。在深部高应力作用下，煤岩体在深部开采过程中容易发生冲击地压，产生较大变形。但是现有矿用锚杆的杆体和托盘的制作材质的极限拉伸量小、延性差，导致其在冲击地压产生的冲击能量的作用下，容易出现锚头失效、杆体拉断等严重情况，不能适应围岩的大变形冲击。国内外针对现有锚杆托盘的吸能增效问题先后研发了多种高强度、吸能锚杆托盘，但在工程应用中依旧不能有效吸收冲击地压产生的冲击能量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种让压锚杆及支护方法，可以在一定程度上增强让压锚杆的让压效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种让压锚杆，包括：锚杆，在所述锚杆的端部穿设有托盘、让压装置和预紧螺母，所述让压装置位于所述托盘与所述预紧螺母之间；其中，所述让压装置包括第一让压结构、第二让压结构和弹簧，所述第一让压结构上设有第一空心腔体，所述第二让压结构上设有第二空心腔体，当所述第一让压结构与所述第二让压结构固定连接为一体时，所述第一空心腔体与所述第二空心腔体构成容纳腔，所述弹簧位于所述容纳腔中。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述弹簧为变刚度弹簧。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述变刚度弹簧的截面沿轴线设有缺陷。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，弹簧穿设在所述锚杆上。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一让压结构的第一端设有第一通孔，所述第一通孔与所述第一空心腔体相连通；所述第二让压结构的第一端设有第二通孔，所述第二通孔与所述第二空心腔体相连通；所述弹簧的第一端与所述第一通孔位于所述第一空心腔体内的边缘相抵接，第二端与所述第二通孔位于所述第二空心腔体内的边缘相抵接。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述弹簧与所述第二通孔位于所述第二空心腔体内的边缘之间固定连接。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一让压结构、所述弹簧、所述第二让压结构分别与所述锚杆同轴心设置。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一让压结构包括圆台状的第一让压体和圆柱状的第一连接座，所述第一空心腔体设有第一开口；所述第一让压体的第一端设有所述第一通孔，所述第一让压体的第二端设置在所述第一连接座第一端的端面上，所述第一连接座第二端的端面上设有所述第一开口，在所述第一连接座上还设有第一螺纹孔；所述第二让压结构包括圆台状的第二让压体和圆柱状的第二连接座，所述第二空心腔体设有第二开口；所述第二让压体的第一端设有所述第二通孔，所述第二让压体的第二端设置在所述第二连接座第一端的端面上，所述第二连接座第二端的端面上设有所述第二开口，在所述第二连接座上设有第二螺纹孔；所述锚杆的端部设有螺纹段；所述第一让压体设有第一通孔的一端穿过所述锚杆与所述托盘相抵接，所述第二连接座第二端的端面穿过所述锚杆与所述第一连接座第二端的端面相抵接，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔相对应，在所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔中插设有螺栓，所述预紧螺母穿过所述锚杆抵接在所述第二让压体设有第二通孔的一端，在所述预紧螺母与所述让压装置之间设有预紧螺母垫片；所述预紧螺母与所述锚杆之间螺纹连接。

第二方面，本发明实施例提供一种支护方法，采用第一方面中任一所述的让压锚杆，包括步骤：将锚杆插入预设锚孔中，在锚杆的端部安装托盘、让压装置和预紧螺母，完成锚杆的预紧支护；当围岩变形产生冲击力时，所述让压装置通过吸收冲击力对围岩进行让压支护；当所述让压装置抵达让压极限后，通过所述锚杆吸收围岩变形产生的全部冲击力对围岩进行支护。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述让压装置通过吸收冲击力对围岩进行让压支护，包括步骤：当围岩变形产生的冲击能量为0-69千焦时，所述让压装置的第一让压结构和第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第一压缩变形，所述让压装置的弹簧在所述冲击力的作用下产生弹性变形，所述第一压缩变形和所述弹性变形协同配合，对围岩进行第一让压支护；当围岩变形产生的冲击能量为70-120千焦时，所述弹簧沿截面缺陷断裂，对围岩进行第二让压支护；当围岩变形产生的冲击能量且所述弹簧断裂后，所述第一让压结构和所述第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第二压缩变形，对围岩进行第三让压支护。

本发明实施例提供的一种让压锚杆及支护方法，在冲击地压下，第一让压结构和第二让压结构会产生压缩变形，弹簧在第一让压结构和第二让压结构的压缩作用下同步变形，这样，通过第一让压结构和第二让压结构的压缩变形与弹簧的弹性变形协同配合，吸收冲击地压产生的冲击能量，可以在一定程度上增强让压锚杆的让压效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一实施例一种让压装置安装在锚杆上的示意图；

图2为本发明一实施例一种让压装置的第一让压结构的示意图；

图3为本发明一实施例一种让压装置的第二让压结构的示意图；

图4为本发明一实施例一种支护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

锚杆支护具有经济、有效、高效的特点，是煤矿围岩首选的主动支护方式。传统锚杆的承载能力有限，且锚杆体的延伸率低、韧性差，在冲击地压产生的冲击能量下，围岩变形并作用于锚杆，使锚杆被拉长，拉长后的锚杆往往因强度降低无法抵抗剩余的冲击能量，导致出现托盘破坏或者预紧螺母松动等现象，从而发生安全事故，无法适应深部巷道围岩体因高应力作用而产生的大变形。

为了保证锚杆与围岩协同变形，吸收冲击地压产生的冲击能量，控制围岩变形量，防止发生安全事故，参看图1至图3所示，本发明实施例提供的一种让压锚杆，包括：锚杆1，在所述锚杆1的端部穿设有托盘2、让压装置30和预紧螺母4，所述让压装置30位于所述托盘2与所述预紧螺母4之间；其中，所述让压装置30包括第一让压结构31、第二让压结构32和弹簧33，所述第一让压结构31上设有第一空心腔体，所述第二让压结构32上设有第二空心腔体，当所述第一让压结构31与所述第二让压结构32固定连接为一体时，所述第一空心腔体与所述第二空心腔体构成容纳腔，所述弹簧33位于所述容纳腔中。

托盘2、让压装置30和预紧螺母4依次穿设在让压锚杆1上，当锚杆1插设在锚杆1孔中时，托盘2放置在锚杆1孔边缘，让压装置30在预紧螺母4的紧固作用下抵接在托盘2上，即通过预紧螺母4可以向锚杆1施加预紧力，使托盘2、让压装置30和锚杆1一同对围岩进行支护。其中，让压装置30中的弹簧33还能够降低锚杆1在发生冲击地压时受到的震动。

可以理解的是，托盘2、让压装置30和预紧螺母4也可以安装在锚索上以构成让压锚索。

具体的，在冲击地压下，第一让压结构31和第二让压结构32会产生压缩变形，弹簧33在第一让压结构31和第二让压结构32的压缩作用下同步变形，这样，通过第一让压结构31和第二让压结构32的压缩变形与弹簧33的弹性变形协同配合，吸收冲击地压产生的冲击能量，可以在一定程度上增强让压锚杆1的让压效果。

在一实施例中，为了实现分级让压，所述弹簧33为变刚度弹簧。

变刚度弹簧能够在满足预设条件的情况下，改变弹簧33的刚度。当冲击地压产生的冲击能量比较大时，达到本实施例中的变刚度弹簧的预设条件时，能够在第一让压结构31和第二让压结构32的压缩变形与弹簧33的弹性变形协同配合对围岩进行一次让压支护的基础上，进行第二次让压支护，具体的，当变刚度弹簧改变刚度的预设条件实现时，变刚度弹簧可以通过降低自身的刚度，产生较大的压缩变形，这样，变刚度弹簧能够在压缩变形吸收冲击能量的同时，将一部分冲击能量释放在让压的位移过程中，能够缓冲、释放更多的冲击能量，从而增强让压装置30的让压效果。在本实施例中，变刚度弹簧改变自身刚度的预设条件可以是，冲击地压产生的冲击能量为70-120千焦。

在一实施例中，所述变刚度弹簧的截面沿轴线设有缺陷。

上述缺陷可以是弹簧33的截面沿轴线设置有裂纹、缝隙或者缺口。具体的，当变刚度弹簧承受的冲击能量满足预设条件时，变刚度弹簧将会沿缺陷断裂，将让压装置30受到的一部分的冲击能量释放，由此能够使让压装置30吸收、释放更多的冲击能量，从而增强让压装置30的让压效果。

在一实施例中，弹簧33穿设在所述锚杆1上。

具体的，弹簧33可以设置多个，在第一让压结构31和第二让压结构32的连接座附近周向设置弹簧33，弹簧33的轴线与锚杆1的轴线相平行，当第一让压结构31和第二让压结构32在变形至一定程度后，弹簧33产生弹性变形，与第一让压结构31和第二让压结构32协同配合，对围岩进行支护。相对而言，将弹簧33穿设在锚杆1上，弹簧33的两端分别与第一让压结构31和第二让压结构32相抵接，当第一让压结构31和第二让压结构32固定连接时，弹簧33处于压缩状态，这样，在让压过程中，弹簧33始终与第一让压结构31和第二让压结构32协同配合，对围岩进行支护，能够增强让压装置30的让压效果。

在一实施例中，所述第一让压结构31的第一端设有第一通孔311，所述第一通孔311与所述第一空心腔体相连通；所述第二让压结构的第一端设有第二通孔321，所述第二通孔321与所述第二空心腔体相连通；所述弹簧33的第一端与所述第一通孔311位于所述第一空心腔体内的边缘相抵接，第二端与所述第二通孔321位于所述第一空心腔体内的边缘相抵接。

第一通孔311的边缘和第二通孔321的边缘分别为一环形平面。

第一通孔311的孔径和第二通孔321的孔径相等，且分别与锚杆1的杆径相适配。将让压装置30安装在锚杆1上时，第一通孔311用于将第一让压结构31穿设在锚杆1上，第二通孔321用于将第二让压结构32穿设在锚杆1上。

可以在第一空心腔体远离第一连接座的一端设置开口，在第二空心腔体远离第二连接座的一端设置开口，使上述开口分别与锚杆1相适配，使弹簧33的两端分别抵接在第一空心腔体和第二空心腔体的内壁上。相比较而言，弹簧33的两端抵接在第一通孔311的边缘和第二通孔321的边缘具有更加稳定的着力点，有助于弹簧33的压缩变形，从而能够增强让压装置30的让压效果。

在一实施例中，所述弹簧33与安装有预紧螺母4的所述第二让压结构的所述第二通孔321的边缘之间固定连接。

具体的，托盘2设置在锚杆1孔处，第一让压结构31的第一让压体与托盘2相抵接，第二让压结构32的第二连接座和第一让压结构31的第一连接座相连接，第二让压结构32的第二让压体与预紧螺母4相抵接。相比于弹簧33与第一让压体的第一通孔311的边缘之间固定连接，弹簧33与第二让压体的第二通孔321的边缘之间固定连接，在让压装置受压变形进行让压支护的过程中具有更好的一致性。

在一实施例中，所述第一让压结构31、所述弹簧33、所述第二让压结构32分别与所述锚杆1同轴心设置。

具体的，当发生冲击地压时，锚杆1主要沿轴线方向传递冲击能量，即第一让压结构31、第二让压结构32和弹簧33沿锚杆1的轴线方向压缩变形，所以，通过将第一让压结构31、第二让压机构和弹簧33分别与锚杆1同轴心设置，能够使第一让压结构31、第二让压结构32和弹簧33能够沿各自的轴线方向压缩变形，进行主动让压支护，可以避免第一让压结构31、第二让压结构32和弹簧33在让压过程中被损坏，相比于第一让压结构31、第二让压结构32或者弹簧33中途被损坏能够释放更多的冲击能量，从而增强让压装置30的让压效果。

在一实施例中，所述第一让压结构31包括圆台状的第一让压体312和圆柱状第一连接座313，所述第一空心腔体设有第一开口；所述第一让压体312设有所述第一通孔311，所述第一让压体312的第二端设置在所述第一连接座313第一端的端面上，所述第一连接座313第二端的端面上设有所述第一开口，在所述第一连接座上还设有第一螺纹孔314；

所述第二让压结构32包括圆台状的第二让压体322和圆柱状的第二连接座323，所述第二空心腔体设有第二开口；所述第二让压体322的第二端设置在所述第二连接座323第一端的端面上，所述第二连接座323第二端的端面上设有所述第二开口；所述第二让压体322的第一端设有所述第二通孔321，所述第二让压体322的第二端设置在所述第二连接座323第一端的端面上，所述第二连接座323第二端的端面上设有所述第二开口，在所述第二连接座323上设有第二螺纹孔324；所述锚杆1的端部设有螺纹段；

所述第一让压体312设有第一通孔311的一端穿过所述锚杆1与所述托盘2相抵接，所述第二连接座323第二端的端面穿过所述锚杆1与所述第一连接座313第二端的端面相抵接，所述第一螺纹孔314与所述第二螺纹孔324相对应，在所述第一螺纹孔314和所述第二螺纹孔324中插设有螺栓，所述预紧螺母4穿过所述锚杆抵接在所述第二让压体322设有第二通孔321的一端，在所述预紧螺母与所述让压装置之间设有预紧螺母垫片5；所述预紧螺母4与所述锚杆1之间螺纹连接。

具体的，第一螺纹孔314可以是圆周阵列的六个螺纹孔，第二螺纹孔324可以是圆周阵列的六个螺纹孔，第一螺纹孔314和第二螺纹孔324相对应设置。利用螺栓将第一让压结构31和第二让压结构32相连接时，通过对称预紧的方式安装螺栓。此外，上述螺纹孔也可以是通孔。

其中，第一让压结构31设置有第一连接座313、第一让压体312、第一空心腔体和第一通孔311，为一次锻压成型，然后在第一连接座313上开设螺纹孔。第二让压结构32设置有第二连接座323、第二让压体322、第二空心腔体和第二通孔321，为一次锻压成型，然后在第二连接座323上开设螺纹孔。

国内外针对现有锚杆1吸收或者释放冲击地压产生的冲击能量的问题，先后研发了多种高强度、吸能锚杆1，但在工程应用中仍然存在很多问题，比如成本较高或者吸收、释放冲击能量的效果不佳或者施工难度大等问题。本发明实施例提供的一种让压锚杆1可以在一定程度上增强锚杆1吸收、释放冲击能量，降低锚杆1受到的震动，且能对冲击地压进行分级让压。

实施例二

参看图4所示，本发明实施例提供一种支护方法，其特征在于，采用实施例一中任一所述的让压锚杆，包括步骤：

S01、将锚杆插入预设锚杆孔中，在锚杆的端部安装托盘、让压装置和预紧螺母，完成锚杆的预紧支护。

具体的，通过钻机在锚杆安装位置处钻设锚杆孔，然后将锚固剂放设在锚杆孔的端部，再将锚杆插入预设锚杆孔中，并将树脂锚固剂送至锚杆孔中的预设锚固处。然后将锚杆位于锚杆孔外的端部与驱动设备相连接，通过驱动设备带动锚杆旋转以搅拌锚固剂。其中，锚固剂可以是树脂锚固剂，驱动设备可以是锚杆钻机。

安装托盘、让压装置和预紧螺母时，在锚杆的端部依次安装托盘、让压装置和预紧螺母，其中托盘靠近锚杆孔设置。在锚杆的端部设有螺纹段，预紧螺母与螺纹段之间通过螺纹固定连接，向锚杆施加预紧力，具有安装方便、成本低及吸能效率高的优点。

S02、当围岩变形产生冲击力时，所述让压装置通过吸收冲击力对围岩进行让压支护。

具体的，当发生冲击地压时，安装有让压装置的锚杆或者锚索能够进行三级让压，包括步骤：当围岩变形产生的冲击能量为0-69千焦时，所述让压装置的第一让压结构和第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第一压缩变形，所述让压装置的弹簧在所述冲击力的作用下产生弹性变形，所述第一压缩变形和所述弹性变形协同配合，对围岩进行第一让压支护；

当围岩变形产生的冲击能量为70-120千焦时，所述弹簧沿截面缺陷断裂，对围岩进行第二让压支护；具体的，弹簧断裂产生一段让压距离，能够引导并释放冲击地压产生的冲击能量，从而对围岩进行第二让压支护。

当围岩变形产生的冲击能量且所述弹簧断裂后，所述第一让压结构和所述第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第二压缩变形，对围岩进行第三让压支护。具体的，第一让压结构和第二让压结构变形至极限值后，第三让压支护结束，即让压装置抵达让压极限。

S03、当所述让压装置抵达让压极限后，通过所述锚杆吸收围岩变形产生的全部冲击力对围岩进行支护。

本发明实施例提供的一种支护方法，通过安装实施例一种任一所述的让压锚杆，能够利用让压锚杆将冲击地压产生的冲击能量吸收、释放于让压锚杆上的让压装置的变形过程中，从而抵抗深部围岩大变形的影响。

需要说明的是，在本文中，各个实施例之间描述的方案的侧重点不同，但是各个实施例又存在某种相互关联的关系，在理解本发明方案时，各个实施例之间可相互参照；另外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种让压锚杆，其特征在于，包括：锚杆，在所述锚杆的端部穿设有托盘、让压装置和预紧螺母，所述让压装置位于所述托盘与所述预紧螺母之间；其中，

所述让压装置包括第一让压结构、第二让压结构和弹簧，所述第一让压结构上设有第一空心腔体，所述第二让压结构上设有第二空心腔体，当所述第一让压结构与所述第二让压结构固定连接为一体时，所述第一空心腔体与所述第二空心腔体构成容纳腔，所述弹簧位于所述容纳腔中。

2.根据权利要求1所述的让压锚杆，其特征在于，所述弹簧为变刚度弹簧。

3.根据权利要求2所述的让压锚杆，其特征在于，所述变刚度弹簧的截面沿轴线设有缺陷。

4.根据权利要求3所述的让压锚杆，其特征在于，弹簧穿设在所述锚杆上。

5.根据权利要求1所述的让压锚杆，其特征在于，所述第一让压结构的第一端设有第一通孔，所述第一通孔与所述第一空心腔体相连通；所述第二让压结构的第一端设有第二通孔，所述第二通孔与所述第二空心腔体相连通；

所述弹簧的第一端与所述第一通孔位于所述第一空心腔体内的边缘相抵接，第二端与所述第二通孔位于所述第二空心腔体内的边缘相抵接。

6.根据权利要求5所述的让压锚杆，其特征在于，所述弹簧与所述第二通孔位于所述第二空心腔体内的边缘之间固定连接。

7.根据权利要求1所述的让压锚杆，其特征在于，所述第一让压结构、所述弹簧、所述第二让压结构分别与所述锚杆同轴心设置。

8.根据权利要求1所述的让压锚杆，其特征在于，所述第一让压结构包括圆台状的第一让压体和圆柱状的第一连接座，所述第一空心腔体设有第一开口；所述第一让压体的第一端设有第一通孔，所述第一让压体的第二端设置在所述第一连接座第一端的端面上，所述第一连接座第二端的端面上设有所述第一开口，在所述第一连接座上还设有第一螺纹孔；

所述第二让压结构包括圆台状的第二让压体和圆柱状的第二连接座，所述第二空心腔体设有第二开口；所述第二让压体的第一端设有第二通孔，所述第二让压体的第二端设置在所述第二连接座第一端的端面上，所述第二连接座第二端的端面上设有所述第二开口，在所述第二连接座上设有第二螺纹孔；

所述锚杆的端部设有螺纹段；所述第一让压体设有第一通孔的一端穿过所述锚杆与所述托盘相抵接，所述第二连接座第二端的端面穿过所述锚杆与所述第一连接座第二端的端面相抵接，所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔相对应，在所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔中插设有螺栓，所述预紧螺母穿过所述锚杆抵接在所述第二让压体设有第二通孔的一端，在所述预紧螺母与所述让压装置之间设有预紧螺母垫片；

所述预紧螺母与所述锚杆之间螺纹连接。

9.一种支护方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一所述的让压锚杆，包括步骤：

将锚杆插入预设锚孔中，在锚杆的端部安装托盘、让压装置和预紧螺母，完成锚杆的预紧支护；

当围岩变形产生冲击力时，所述让压装置通过吸收冲击力对围岩进行让压支护；

当所述让压装置抵达让压极限后，通过所述锚杆吸收围岩变形产生的全部冲击力对围岩进行支护。

10.根据权利要求9所述的支护方法，其特征在于，所述让压装置通过吸收冲击力对围岩进行让压支护，包括步骤：

当围岩变形产生的冲击能量为0-69千焦时，所述让压装置的第一让压结构和第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第一压缩变形，所述让压装置的弹簧在所述冲击力的作用下产生弹性变形，所述第一压缩变形和所述弹性变形协同配合，对围岩进行第一让压支护；

当围岩变形产生的冲击能量为70-120千焦时，所述弹簧沿截面缺陷断裂，对围岩进行第二让压支护；

当围岩变形产生的冲击能量且所述弹簧断裂后，所述第一让压结构和所述第二让压结构在所述冲击力的作用下产生第二压缩变形，对围岩进行第三让压支护。

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