CN114439522A - 一种改进的锚杆装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种改进的锚杆装置，包括：杆体，沿其长度方向具有相对的前端和后端；膨胀套，套设于杆体靠近前端的位置，膨胀套采用一体结构且与杆体的外壁之间留有形变吸收间隙，膨胀套周向的至少一部分为壁厚相对减薄的胀裂带，胀裂带自身为条形、一端延伸至膨胀套的前端，另一端延伸至邻近膨胀套的后端，膨胀套还开设径向贯通侧壁的形变释放槽，形变释放槽且具有靠近楔套的第一端和远离楔套的第二端；限位套，固定于杆体，且与膨胀套的后端相抵限位；楔套，套设于杆体外，锚定状态下嵌入并胀开膨胀套。本申请提供的锚杆装置，适用于各种岩石地层，能够快速施工和形成提供较大的初锚力，提高施工效率和安全。

Description

一种改进的锚杆装置

技术领域

本申请涉及岩土支护技术领域，特别是涉及一种改进的锚杆装置。

背景技术

地下工程中的巷道支护经历了木支护、砌碹支护、金属支架支护以及锚杆支护的发展过程。锚杆支护的钢材消耗可达金属支架的1/10，且易于实现机械化掘进，施工效率大幅提高。目前锚杆支护已成为巷道支护的主要形式。涨(胀)壳式锚杆是常用的地下工程支护技术之一，可快速形成支护力。

传统的涨(胀)壳式锚杆在杆体前端部设置胀壳锚固头，通过涨壳前端的楔子将各片胀壳之间的距离胀开，形成与锚杆孔周壁处初锚力。通常是在岩层面锚杆孔成孔后，再插入锚杆并胀开涨壳头形成锚固力，有些还进行锚杆孔注浆，形成锚杆整体与岩孔粘结，提升锚固力和可靠耐久性。现有技术，其使用条件也是有限制的，只能用在较完整的岩层。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种改进的锚杆装置，能够提供的适用条件和快速形成初锚力，提高施工效率和安全。

本申请提供了的锚杆装置具有相对的前端和后端，包括：

杆体，沿其长度方向具有相对的前端和后端；

膨胀套，套设于所述杆体靠近所述前端的位置，所述膨胀套采用一体结构且与所述杆体的外壁之间留有形变吸收间隙，所述膨胀套周向的至少一部分为壁厚相对减薄的胀裂带，所述胀裂带自身为条形、一端延伸至所述膨胀套的前端，另一端延伸至邻近所述膨胀套的后端，所述膨胀套还开设径向贯通侧壁的形变释放槽，所述形变释放槽且具有靠近所述楔套的第一端和远离所述楔套的第二端；

限位套，固定于所述杆体，且与所述膨胀套的后端相抵限位；

楔套，套设于所述杆体外，锚定状态下嵌入并胀开所述膨胀套。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述第一端开放，所述第二端封闭。

可选的，所述第一端和所述第二端均开放，所述锚杆装置还包括套设于所述膨胀套外的抱箍，所述抱箍的位置与所述第二端对应。

可选的，所述抱箍与限位套一体成型。

可选的，所述膨胀套包括连接段和膨胀段，所述连接段套设于所述杆体，所述胀裂带延伸至所述连接段和膨胀段的衔接部位；

沿所述杆体的长度方向，所述膨胀段的所有部位与所述杆体的外壁之间均留有所述形变吸收间隙。

可选的，所述胀裂带靠近膨胀套内壁的一侧。

可选的，所述胀裂带分布有一条或多条，各胀裂带沿膨胀套轴向延伸。

可选的，初始状态下，所述楔套的至少一部分延伸至所述形变吸收间隙内。

可选的，所述膨胀套仅开设一条径向贯通侧壁的形变释放槽，所述形变释放槽和所述胀裂带分别位于所述膨胀套径向上相对的两侧。

可选的，所述锚杆装置还包括：

垫板，套于所述杆体外；

锁紧螺母，与所述杆体螺纹配合；

钻头，所述钻头安装于杆体的前端，所述杆体内部带有注浆通道，所述钻头设有与所述注浆通道连通的注浆孔。

本申请提供的锚杆装置，能适用于地质条件，如良好的岩土地层以及软弱破碎的岩石地层的施工安装，能够快速施工和形成初锚力，提高施工效率和安全。

附图说明

图1为本申请一实施例的结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为图2中a-a截面的剖视图；

图4为图3中A区的放大图；

图5为图3中B区的放大图；

图6为本申请一实施例的钻进过程示意图；

图7为本申请一实施例的钻进后状态图；

图8为本申请一实施例的锚固后状态图；

图9为本申请一实施例的注浆后状态图；

图10为本申请一实施例的钻头结构示意图；

图11为本申请一实施例的内部结构图；

图12为本申请一实施例的膨胀套结构示意图；

图13为现有分瓣结构胀壳的截面图；

图14为本申请一实施例中膨胀套的截面图。

图中附图标记说明如下：

1、杆体；11、注浆通道；2、钻头；21、注浆孔；211、第一注浆孔；212、第二注浆孔；22、切削头；23、排屑槽；3、膨胀套；31、形变释放槽；32、连接段；33、膨胀段；331、第一分瓣；332、第二分瓣；34、形变吸收间隙；35、卡齿；36、环形过渡区；37、胀裂带；4、楔套；41、楔套座；42、嵌入部；43、环形避让孔；5、围岩；6、限位套；7、垫板；8、锁紧螺母；9、抱箍。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

胀壳式锚杆是通过楔子胀开壳体，从而实现锚定的。锚定前，需要壳体与钻孔内壁之间产生一定的咬合力或摩擦力，通常称为初锚力，以固定壳体的轴向位置。若初锚力过小，朝钻孔外抽动杆体时，壳体可能与楔子同步后移，导致楔子无法胀开壳体，影响施工效率。

针对以上问题，本申请提供了一种改进的锚杆装置，能够提供较大的初锚力，提高施工效率。

参考图1～图14，本申请的锚杆装置包括杆体1、膨胀套3、限位套6以及楔套4。杆体1沿着长度方向具有相对的前端和后端，所谓前端和后端是相对钻孔而言，靠近孔底的为前端，靠近孔口的为后端。

膨胀套3套设于杆体1靠近前端的位置，膨胀套3采用一体结构且杆体1的外壁之间留有图5所示的形变吸收间隙34。膨胀套3周向的至少一部分为壁厚相对减薄的胀裂带37，胀裂带37自身为条形、一端延伸至膨胀套3的前端，另一端延伸至邻近膨胀套3的后端，膨胀套3还开设径向贯通侧壁的形变释放槽31，形变释放槽31具有靠近楔套4的第一端和远离楔套4的第二端。限位套6固定于杆体1，且与膨胀套3的后端相抵限位。楔套4套设于杆体1外，锚定状态下嵌入并胀开膨胀套3。

现有的胀壳基本贴紧杆体1，与杆体1之间不具有明显的间隙，胀壳受到挤压时因缺少形变空间而无法发生明显的变形。

本申请通过在膨胀套3和杆体1之间设置形变吸收间隙34，膨胀套3能够通过向形变吸收间隙34内收束变形，获得弹力，直接利用通过膨胀套3的弹力抵紧钻孔内壁，形成初锚力。与现有的通过金属翅片获得的初锚力相比，不仅减少了结构，而且与钻孔内壁之间的挤压力和接触面积大大增加，确保初锚作业高效而可靠地完成。

为了获得合适的初锚力，膨胀套3设置一条或多条胀裂带37。胀裂带37处的强度弱于膨胀套3的其余部分，受到挤压时最先发生变形，释放了部分应力，避免初锚力过大。另一方面，一条或多条胀裂带37并未将膨胀套3在周向上完全割裂，与传统的分瓣结构的胀壳相比，又能保留足够的内应力和初锚力，下面结合图13、图14，以承受相对两侧的挤压力为例进行说明。

图13为假设参照现有分瓣结构的膨胀段33的截面图，现有结构的膨胀段33包括径向上不直接相连的第一分瓣331和第二分瓣332。当受到外部压力时，第一分瓣331和第二分瓣332可以沿图14中箭头所指方向，通过位置的平移，相互靠近来适应外部压力，材料内部的应变和内应力较小。因此，只能产生较小的初锚力。

图14为本申请一实施例中设置一条胀裂带37和一条形变释放槽31的截面图。在进行锚定动作前，本申请的胀裂带37未将膨胀套3完全割断成两瓣，膨胀套3的截面仍保持为连续的环形结构，当图14中的截面上下两侧受压时，只能通过自身的形状变化来适应外部压力。沿图14中箭头所指方向形变后，截面形状大致从圆形变为椭圆形。因此，膨胀段33能够产生足够的应变和初锚力。需要注意的是，胀裂带37可以设置一条或多条，而形变释放槽31需要且只能设置一条。当形变释放槽31设置两条或两条以上时，否则会引起初锚力急剧降低，影响初锚动作的顺利完成。

在进行锚定动作时，膨胀套3的轴向位置通过初锚力锁定，朝外抽动杆体1，杆体1带动楔套4嵌入膨胀套3内，膨胀套3沿胀裂带37和形变释放槽31裂开并锚定围岩5。形变释放槽31和至少一胀裂带37确保了膨胀套3的前端能够胀裂为分瓣结构，减少锚定过程中楔套4后移胀裂膨胀套3的阻力。

在一实施例中，参考图12，第一端开放，第二端封闭。在另一实施例中，参考图11，第一端和第二端均开放，锚杆装置还包括套设于膨胀套3外的抱箍9，抱箍9的位置与第二端对应。

以上两实施例均使膨胀套3的前端容易胀开，而后端不易胀开。楔套4在膨胀套3内向后端滑移时，胀开膨胀套3的阻力越来越大。可以避免在锚定或维持围岩稳定的过程中楔套4从膨胀套3内脱出。

为简化结构，在一实施例中，抱箍9与限位套6连接为一体结构。

为方便调控初锚力的大小，膨胀套3包括连接段32和膨胀段33，连接段32套设于杆体1，形变释放槽31延伸至连接段32和膨胀段33的衔接部位。沿杆体1的长度方向，膨胀段33的所有部位与杆体1的外壁之间均留有形变吸收间隙34。若形变吸收间隙34在轴向上过短，初锚力的大小难以控制，容易出现过大或过小的情况。本实施例的初锚力大小更稳定，操作方便。

为了确保胀裂带37变形后不高出膨胀套3的外周面，胀裂带靠近膨胀套内壁的一侧。

为方便钻孔时排出岩屑，各胀裂带沿膨胀套3轴向延伸。

为增大膨胀段33与围岩5之间的咬合力，减少滑移和预应力损失，膨胀段33的外壁设有卡齿35。

具体的，卡齿35仅分布于膨胀段33，连接段32的外径小于膨胀段33的外径，且在连接段32的外围形成沿杆体1长度方向与第一返流通道连通的环形过渡区36。

为确保锚定时楔套4能够准确进入膨胀套3内，楔套4的至少一部分延伸至形变吸收间隙34内。

具体的，形变释放槽31和胀裂带37分别位于膨胀套3径向上相对的两侧，膨胀套3胀裂后两分瓣的对称性较好，使锚固力在周向上的分布更均匀。

具体的，参考图4，楔套4包括楔套座41和嵌入部42。楔套座41安装于杆体1，嵌入部42连接于楔套座41，嵌入部42的外周面为圆锥形工作面，锚固过程中，楔套4沿圆锥形工作面滑入膨胀套3内。嵌入部42与杆体1之间设有环形避让孔43。

为方便调节初始状态下楔套4进入膨胀套3的深度，进而调节初锚力的大小，楔套4与杆体1螺纹配合。

锚杆装置还包括垫板7、锁紧螺母8以及钻头2。垫板7套于杆体1靠近其后端的位置，锁紧螺母8设置于垫板背对垫板的一侧，且与杆体1螺纹配合，钻头2安装于杆体1的前端。

设置钻头2的目的是为了让杆体1充当钻杆，实现锚杆自进，显而易见，如果锚杆装置仅仅为了实现常规的岩土锚固功能，可以不装配钻头2，有助于降低成本，此时杆体1可以是实心杆，也可以是空心杆。

如果锚杆装置为了实现钻孔、锚固和注浆三位一体的功能，则需要装配钻头2，并且要求杆体1为空心杆。为了改善松散软围岩的力学性质，为锚固提供稳定的着力基础，钻头包括环布的多个切削头22，相邻两切削头22之间为排屑槽23。

杆体1内部带有注浆通道11，钻头2设有与注浆通道11连通的注浆孔21。根据岩层地质情况，选用适用的钻头类型。一种钻头实例如图10所示，钻头的通孔包括居中的第一注浆孔211和位于各排屑槽23的第二注浆孔212。

如图6-9所示，使用时，锚杆装置连接动力装置(图中未示出)，利用钻头2在岩壁上直接进行打孔，此时需要将介质(如水、风或两者混合)从注浆通道11输入到钻头2的位置。钻孔完成后锚杆装置已经安装到位，张拉使膨胀套3胀开，必要时对杆体施加预紧力，之后用锁紧螺母8锁定，最后再进行注浆操作。

锚定完成后，楔套4和膨胀套3形成机械锚头，通过注浆通道11和注浆孔21向机械锚头前方的锚孔内注入浆料，浆料通过形变释放槽31返回到机械锚头的后方，注浆效率较高。浆料凝固后，实现全杆段锚固。注浆完成后的状态参考图9，图9中箭头所指方向为注浆时注浆通道11内的浆料流向。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改进的锚杆装置，其特征在于，包括：

杆体，沿其长度方向具有相对的前端和后端；

膨胀套，套设于所述杆体靠近所述前端的位置，所述膨胀套采用一体结构且与所述杆体的外壁之间留有形变吸收间隙，所述膨胀套周向的至少一部分为壁厚相对减薄的胀裂带，所述胀裂带自身为条形、一端延伸至所述膨胀套的前端，另一端延伸至邻近所述膨胀套的后端，所述膨胀套还开设径向贯通侧壁的形变释放槽，所述形变释放槽且具有靠近所述楔套的第一端和远离所述楔套的第二端；

限位套，固定于所述杆体，且与所述膨胀套的后端相抵限位；

楔套，套设于所述杆体外，锚定状态下嵌入并胀开所述膨胀套。

2.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述第一端开放，所述第二端封闭。

3.根据权利要求2所述的锚杆装置，其特征在于，所述膨胀套包括连接段和膨胀段，所述连接段套设于所述杆体，所述胀裂带延伸至所述连接段和膨胀段的衔接部位；

沿所述杆体的长度方向，所述膨胀段的所有部位与所述杆体的外壁之间均留有所述形变吸收间隙。

4.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述第一端和所述第二端均开放，所述锚杆装置还包括套设于所述膨胀套外的抱箍，所述抱箍的位置与所述第二端对应。

5.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述抱箍与限位套一体成型。

6.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述胀裂带靠近膨胀套内壁的一侧。

7.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述胀裂带分布有一条或多条，各胀裂带沿膨胀套轴向延伸。

8.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，初始状态下，所述楔套的至少一部分延伸至所述形变吸收间隙内。

9.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述膨胀套仅开设一条径向贯通侧壁的形变释放槽，所述形变释放槽和所述胀裂带分别位于所述膨胀套径向上相对的两侧。

10.根据权利要求1所述的锚杆装置，其特征在于，所述锚杆装置还包括：

钻头，所述钻头安装于杆体的前端，所述杆体内部带有注浆通道，所述钻头设有与所述注浆通道连通的注浆孔；

垫板，套于所述杆体外靠近所述后端的位置；

锁紧螺母，设置于所述垫板背对垫板的一侧，且与所述杆体螺纹配合。

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