CN114542144B - 破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆及方法，属于地下工程支护领域。装置由三级金属摩擦套筒、端头扩大型杆体、环形止浆塞、橡胶套管组成，三级金属摩擦套筒内壁设有凸起且内外径及长度分三级逐级递减，端部一级摩擦套筒外壁设有增阻摩擦齿，通过后续注浆，实现机械锚固与注浆锚固结合，提高锚固强度。扩大端头置于三级金属摩擦套筒内部，通过挤压摩擦套筒内壁，提供恒定阻力，通过设置环形止浆塞及橡胶套管，使得端头扩大型杆体可自由滑移来实现大变形让压，同时提高杆体抗剪性能。该装置具备增强锚固、多级恒阻让压的特点，满足深部破碎围岩大变形巷道支护要求，且结构简单，性能稳定。

Description

破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆及方法

技术领域

本发明涉及一种破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆及方法，属于地下工程的支护设备技术领域。

背景技术

随着对矿产资源需求的急剧增加和开采强度的不断增大，浅部资源日益减少，千米级矿产资源开采已成为常态。随着开采深度的增加，面临的工程地质条件更加复杂，深部巷道围岩结构也愈加复杂。由于深部围压内赋存的高地应力与围岩体低强度间的突出矛盾，开挖过程中工程作用与环境条件的影响及矿产资源开采过程中形成的采动应力，使得深部巷道围岩破碎，易发生大变形破坏，对安全高效生产造成巨大挑战，是深部矿产资源开采亟需解决的热点与难点问题。

锚杆是一种广泛高效应用于地下工程支护领域的支护形式，为解决破碎围岩大变形的支护难题，就要求锚杆不仅能提供恒定的支护力，而且且能产生较大的伸长变形以满足破碎围岩大变形的要求，传统锚杆是螺纹钢筋制成，采用端部注浆或全长注浆，其延伸率较低，在应用于深部破碎围岩巷道时，其延伸长度往往不足，易被拉断。因此，出现了一些恒阻大变形锚杆，如在专利号为CN102094662B中将带有柱形摩擦体的杆体置于内壁装有摩擦齿的摩擦套筒内部，利用摩擦套筒滑移及摩擦齿与柱形摩擦体摩擦实现恒阻大变形功能，但摩擦套筒易受岩体挤压变形而无法滑移，功能失效，难以实现大变形目的。在专利号CN211258669U中在镂空让压套筒侧壁上设置半球形凸起，利用镂空让压套筒滑移及半球形凸起与岩体摩擦实现恒阻大变形功能，但因其套筒为镂空且仅设有半球形凸起不利于有效实现恒阻和大变形的双重目的。在专利号CN2112867603U中，在恒阻套筒内设置空心注浆杆体，外露于套筒的杆体部位及套筒设有恒阻锯齿，利用恒阻套筒的滑移来实现恒阻大变形工能，但因恒阻套筒外壁仅设有锯齿，无法实现恒阻功能。总之，现有的传统锚杆延伸率低，不能满足破碎大变形围岩的要求；现有的恒阻大变形锚杆效果不佳，难以推广。因此，亟需研制一种适用于破碎围岩的具有稳定恒阻大变形功效的锚杆，以满足深部破碎围岩巷道的支护需求。

发明内容

技术问题：针对现有技术的不足之处，提供一种破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆及方法，不仅具有恒阻和大变形让压的工作性能，还具有注浆加固破碎围岩体的效果，以改善破碎围岩的力学性能，提高其锚固强度。

技术方案：为实现上述目的，本发明的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，包括直径三级渐变的三级金属摩擦套筒以及设置在三级金属摩擦套筒内的端头扩大型杆体，端头扩大型杆体包括金属杆，金属杆的端头部设有扩大端头，金属杆的端头部的扩大端头设置在三级金属摩擦套筒内，其中三级金属摩擦套筒为可塑性大的低碳钢构成，三级金属摩擦套筒为内壁间隔设有多个凸起的柱状空腔体，柱状空腔体从端部到尾部分为Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段，Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段的内直径与长度从端部到尾部逐级递减，三级金属摩擦套筒的端部开口并设有密封塞，尾部开有圆孔，金属杆的尾部通过圆孔延伸出来并设有固定用的托盘与螺母，三级金属摩擦套筒的尾部外侧套有与开在破碎围岩上的锚孔尺寸匹配的止浆塞，止浆塞上开有连接孔，连接孔内设有注浆导管。

进一步，扩大端头设置在Ⅰ级套筒段端部内，扩大端头与金属杆均为高碳钢材质，强度高于三级金属摩擦套筒的材料强度，扩大端头与金属杆端部焊接固定，扩大端头的最粗处直径略大于三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段内径，金属杆被圆孔分为套筒段内部分以及从圆孔至尾部的的套筒段外部分，其中套筒段外部分套有橡胶套管，所述端头扩大型杆体尾部伸出锚孔，穿过安装于破碎围岩上的托盘与螺母固定连接。

进一步，三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段部位外径略小于锚孔的直径，Ⅰ级套筒段外壁沿圆周间隔设有多个凹槽，各断面均匀布置6～8个凹槽，每个凹槽内均设有通过转轴活动连接的增阻摩擦齿，增阻摩擦齿底部与凹槽之间设有弹簧；扩大端头滑移时，通过与三级金属摩擦套筒内壁凸起的摩擦及与三级金属摩擦套筒中的Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段部分的挤压产生的阻力逐级递增，且小于端头扩大型杆体的拉断荷载。

进一步，所述增阻摩擦齿底部两侧设有与凹槽匹配的金属翼板，通过金属翼板卡设在凹槽内，所述增阻摩擦齿齿尖指向锚孔孔外，所述弹簧始终处于压缩状态，往锚孔内推入三级金属摩擦套筒时，所述增阻摩擦齿向凹槽内缩进，使得三级金属摩擦套筒顺利推入锚孔底部，当三级金属摩擦套筒产生向锚孔外侧拉拽力时，增阻摩擦齿受弹簧的压力竖起嵌入锚孔孔壁产生阻力。

进一步，所述密封塞的直径匹配三级金属摩擦套筒中的Ⅰ级套筒段内径，所述环形止浆塞的外径匹配锚孔直径，内径等于三级金属摩擦套筒中的Ⅲ级套筒段外径，所述圆孔的直径小于三级金属摩擦套筒中的Ⅲ级套筒段内径，与端头扩大型杆体的金属杆的直径匹配，所述连接孔的直径等于所述注浆导管的直径。

一种碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆的工作方法，其步骤为：

将破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆安装入破碎围岩上的锚孔内；

通过注浆导管和环形止浆塞对三级金属摩擦套筒与锚孔之间的空间进行分段式隔离注浆，水泥浆液渗入破碎围岩的裂隙中，以提高锚孔周围的破碎围岩的力学性能；

通过端头扩大型杆体的尾部在破碎围岩上安装托盘和紧固螺母从而使端头扩大型杆体产生向锚孔外的拉力，三级金属摩擦套筒受到端头扩大型杆体的拉力，此时水泥浆液尚未凝固，通过弹簧使增阻摩擦齿齿尖嵌入破碎围岩内，转轴及金属翼板使得增阻摩擦齿卡设在凹槽内部防止脱离；三级金属摩擦套筒通过增阻摩擦齿及水泥浆液与破碎围岩固定在一起，实现机械锚固与注浆锚固相结合的效果，增强锚固能力；

当破碎围岩变形时，挤压托盘，端头扩大型杆体受拉滑移，扩大端头与三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段内壁紧密挤压摩擦接触，通过扩大端头的滑移与三级金属摩擦套筒内壁凸起产生的摩擦及三级金属摩擦套筒产生的塑性变形，为锚杆提供恒定的阻力；当破碎围岩变形继续增大时，扩大端头会滑移到三级金属摩擦套筒的Ⅱ级套筒段，筒壁内径进一步减小为锚固装置提供更大工作阻力，以控制围岩变形；最终，当扩大端头滑移至三级金属摩擦套筒的Ⅲ级套筒段尾部的圆孔时，圆孔限制端头扩大型杆体滑动，锚固装置完成恒阻大变形让压过程，若破碎围岩变形进一步增大，端头扩大型杆体的金属杆体开始拉伸变形以控制破碎围岩的进一步变形。

有益效果：本装置具备增强锚固、恒阻、大变形、多级让压及抗剪的特点；其中三级金属摩擦套筒为内外径从端部到尾部分三级逐级递减的柱状空腔体，端部Ⅰ级套筒段外壁设有增阻摩擦齿，以实现机械锚固效果，注浆结束后，可立即施加预紧力。通过增阻摩擦齿和注入水泥浆液，可实现机械锚固和注浆锚固相结合的效果，使得三级金属摩擦套筒牢固地固定于锚孔底部，有效提高锚固强度，改善破碎围岩力学性能，提高破碎围岩的可锚性。三级金属摩擦套筒尾部设有环形止浆塞，实现分段式隔离注浆，端头扩大型杆体一部分位于三级金属摩擦套筒内部，而位于三级金属摩擦套筒外部的部分套有橡胶套管，因此，端头扩大型杆体未与破碎围岩及固化后的水泥浆液接触，当破碎围岩发生变形时，可保证其滑移的可靠性，达到大变形让压的效果，且可有效防止孔口段破碎围岩挤压杆体，提高端头扩大型杆体的抗剪性能。扩大端头最粗处的直径略大于三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段内径，破碎围岩变形时，通过扩大端头的滑移与三级金属摩擦套筒内壁凸起产生摩擦及挤压Ⅰ级套筒段产生塑性变形，为锚杆提供恒定的阻力。破碎围岩变形继续增大时，扩大端头滑移到三级金属摩擦套筒内外径次一级的套筒段，筒壁内径进一步减小为锚固装置提供更大的工作阻力，控制围岩变形。其不仅可实现多级恒阻大变形让压，且具有结构简单、锚固性能强等特点，适用于围岩破碎的地下工程支护技术领域。

附图说明

图1为本发明的实施例中的锚孔结构示意图；

图2为本发明实施例中的锚固装置剖面示意图；

图3(a)为本发明实施例中的锚固装置安装一示意图；

图3(b)为本发明实施例中的锚固装置安装二示意图；

图3(c)为本发明实施例中的锚固装置安装三示意图；

图4位本发明的扩大端头三维结构示意图；

图5为本发明的三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段横剖面示意图；

图6为本发明的三级金属摩擦套筒的Ⅰ级套筒段纵剖面示意图；

图7为本发明的凹槽三维结构示意图；

图8为本发明的增阻摩擦齿三维结构示意图；

图9为本发明的增阻摩擦齿俯视图。

图中：1-破碎围岩，2-裂隙，3-锚孔，4-托盘，5-螺母，6-端头扩大型杆体，7-扩大端头，8-橡胶套管，9-三级金属摩擦套筒，10-增阻摩擦齿，11-圆孔，12-密封塞，13-环形止浆塞，14-注浆导管，15-水泥浆液，16-金属翼板，17-弹簧，17-转轴，19-凹槽，20-连接孔，21-凸起。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的一种破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：包括直径三级渐变的三级金属摩擦套筒9以及设置在三级金属摩擦套筒9内的端头扩大型杆体6，端头扩大型杆体6包括金属杆，金属杆的端头部设有扩大端头7，金属杆的端头部的扩大端头7设置在三级金属摩擦套筒9内，其中三级金属摩擦套筒9为可塑性大的低碳钢构成，三级金属摩擦套筒9为内壁间隔设有多个凸起21的柱状空腔体，柱状空腔体从端部到尾部分为Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段，Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段的内直径与长度从端部到尾部逐级递减，三级金属摩擦套筒9的端部开口并设有密封塞12，尾部开有圆孔11，金属杆的尾部通过圆孔11延伸出来并设有固定用的托盘4与螺母5，三级金属摩擦套筒9的尾部外侧套有与开在破碎围岩1上的锚孔3尺寸匹配的止浆塞13，止浆塞13上开有连接孔20，连接孔20内设有注浆导管14；扩大端头7设置在Ⅰ级套筒段端部内，扩大端头7与金属杆均为高碳钢材质，强度高于三级金属摩擦套筒9的材料强度，扩大端头7与金属杆端部焊接固定，扩大端头7的最粗处直径略大于三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段内径，金属杆被圆孔11分为套筒段内部分以及从圆孔11至尾部的的套筒段外部分，其中套筒段外部分套有橡胶套管8，所述端头扩大型杆体6尾部伸出锚孔3，穿过安装于破碎围岩1上的托盘4与螺母5固定连接。

三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段部位外径略小于锚孔3的直径，Ⅰ级套筒段外壁沿圆周间隔设有多个凹槽19，各断面均匀布置6～8个凹槽19，每个凹槽19内均设有通过转轴18活动连接的增阻摩擦齿10，增阻摩擦齿10底部与凹槽19之间设有弹簧17；扩大端头7滑移时，通过与三级金属摩擦套筒9内壁凸起21的摩擦及与三级金属摩擦套筒9中的Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段部分的挤压产生的阻力逐级递增，且小于端头扩大型杆体6的拉断荷载所述增阻摩擦齿10底部两侧设有与凹槽19匹配的金属翼板16，通过金属翼板16卡设在凹槽19内，所述增阻摩擦齿10齿尖指向锚孔3孔外，所述弹簧17始终处于压缩状态，往锚孔3内推入三级金属摩擦套筒9时，所述增阻摩擦齿10向凹槽19内缩进，使得三级金属摩擦套筒9顺利推入锚孔3底部，当三级金属摩擦套筒9产生向锚孔3外侧拉拽力时，增阻摩擦齿10受弹簧17的压力竖起嵌入锚孔3孔壁产生阻力。

所述密封塞13的直径匹配三级金属摩擦套筒9中的Ⅰ级套筒段内径，所述环形止浆塞13的外径匹配锚孔3直径，内径等于三级金属摩擦套筒9中的Ⅲ级套筒段外径，所述圆孔11的直径小于三级金属摩擦套筒9中的Ⅲ级套筒段内径，与端头扩大型杆体6的金属杆的直径匹配，所述连接孔20的直径等于所述注浆导管14的直径。

使用时，将内部装有端头扩大型杆体6的三级金属摩擦套筒9推入锚孔时，因弹簧17及转轴18的存在，增阻摩擦齿10向凹槽19内缩进，可使三级金属摩擦套筒9顺利推入锚孔底部。当内部装有端头扩大型杆体的三级金属摩擦套筒9推入孔底后，通过注浆导管对环形止浆塞、三级金属摩擦套筒9及锚孔之间的空间进行分段式隔离注浆，水泥浆液渗入裂隙中，将锚孔周围的破碎围岩胶结成整体，提高其力学性能；同时，三级金属摩擦套筒9通过增阻摩擦齿及水泥浆液与破碎围岩牢固地固定在一起，增强锚固能力。

注浆完毕后，立即安装托盘及螺母，螺母紧固时，端头扩大型杆体带动三级金属摩擦套筒9受拉，因水泥浆液尚未凝固，增阻摩擦齿齿尖可嵌入破碎围岩内，因转轴及金属翼板的限制，使得增阻摩擦齿卡设在凹槽内部，不会脱离，从而达到机械锚固效果。

工作原理：将内部装有端头扩大型杆体的三级金属摩擦套筒9推入锚孔时，因弹簧及转轴的存在，增阻摩擦齿向凹槽内缩进，使得三级金属摩擦套筒9顺利推入锚孔底部。

通过注浆导管14和环形止浆塞13对三级金属摩擦套筒9与锚孔3之间的空间进行分段式隔离注浆，水泥浆液15渗入破碎围岩1的裂隙2中，以提高锚孔3周围的破碎围岩1的力学性能；通过端头扩大型杆体6的尾部在破碎围岩1上安装托盘4和紧固螺母5从而使端头扩大型杆体6产生向锚孔3外的拉力，三级金属摩擦套筒9受到端头扩大型杆体6的拉力，此时水泥浆液15尚未凝固，通过弹簧17使增阻摩擦齿10齿尖嵌入破碎围岩1内，转轴18及金属翼板16使得增阻摩擦齿10卡设在凹槽19内部防止脱离；三级金属摩擦套筒9通过增阻摩擦齿10及水泥浆液15与破碎围岩1固定在一起，实现机械锚固与注浆锚固相结合的效果，增强锚固能力；当破碎围岩1变形时，挤压托盘4，端头扩大型杆体6受拉滑移，扩大端头7与三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段内壁紧密挤压摩擦接触，通过扩大端头7的滑移与三级金属摩擦套筒9内壁凸起21产生的摩擦及三级金属摩擦套筒9产生的塑性变形，为锚杆提供恒定的阻力；当破碎围岩1变形继续增大时，扩大端头7会滑移到三级金属摩擦套筒9的Ⅱ级套筒段，筒壁内径进一步减小为锚固装置提供更大工作阻力，以控制围岩变形；最终，当扩大端头7滑移至三级金属摩擦套筒9的Ⅲ级套筒段尾部的圆孔11时，圆孔11限制端头扩大型杆体6滑动，锚固装置完成恒阻大变形让压过程，若破碎围岩1变形进一步增大，端头扩大型杆体6的金属杆体开始拉伸变形以控制破碎围岩1的进一步变形。

实施例一：

本发明的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，主要由三级金属摩擦套筒9及端头扩大型杆体6组成。所述三级金属摩擦套筒9长度为锚孔长度的1/4～1/3，壁厚为8～10mm，材质为低碳钢，屈服强度为235～345MPa。所述三级金属摩擦套筒9的内壁设有凸起21，所述三级金属摩擦套筒9为内外径及长度从端部到尾部分三级逐级递减的柱状空腔体，分别为Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段，其中Ⅰ级套筒段内径比锚孔3直径小12～15mm、Ⅱ级套筒段内径低于Ⅰ级套筒段内径10～15mm、Ⅲ级套筒段内径低于Ⅱ级套筒段内径5～8mm；三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级套筒段的长度比为3:2:1。三级金属摩擦套筒9的端部开口，尾部开有圆孔11，圆孔11的直径与端头扩大型杆体6的螺纹钢杆体直径相匹配。三级金属摩擦套筒9尾部设有环形止浆塞13，环形止浆塞13的外径等于锚孔3直径，内径等于三级金属摩擦套筒9的Ⅲ级套筒段的外径，环形止浆塞13上设有连接孔20与注浆导管14相连。

三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段外壁设有凹槽19，凹槽19深3～5mm，间隔40～60mm布置一个断面。如图5所示，各断面均匀布置6个凹槽。如图6所示，凹槽19通过弹簧17及转轴18与增阻摩擦齿10连接，增阻摩擦齿10齿尖指向锚孔3孔外，增阻摩擦齿10齿尖可伸出三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段外壁7～10mm。

如图7所示，弹簧17设置于凹槽19内部，转轴18设置于凹槽19端部与三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段外壁的交接处。如图8所示，增阻摩擦齿10底部两侧设有金属翼板16。如图9所示，增阻摩擦齿10通过金属翼板16卡设在凹槽19内，弹簧始终处于压缩状态。

如图2所示，端头扩大型杆体6的端部为扩大端头7，其余部分为螺纹钢杆体，扩大端头与螺纹钢杆体材料相同，均为高碳钢，屈服强度为345MPa，扩大端头7与螺纹钢杆体焊接成端头扩大型杆体6。如图4所示，扩大端头7的三维形状为两个底面贴合在一起的圆台，圆台的底面为扩大端头7的最粗处，其直径比三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段的内径大8～12mm。端头扩大型杆体6预先从三级金属摩擦套筒9端部穿入，尾端圆孔11穿出，位于圆孔11与锚孔3口之间的螺纹钢杆体部分套有橡胶套管8，三级金属摩擦套筒9的端部塞有密封塞12，密封塞12的直径与三级金属摩擦套筒9的Ⅰ级套筒段内径相等。

如图3(a)所示，将内部装有端头扩大型杆体6的三级金属摩擦套筒9推入锚孔3时，因弹簧17及转轴18的存在，增阻摩擦齿10向凹槽19内缩进，可使三级金属摩擦套筒9顺利推入锚孔3底部。

如图3(b)所示，当内部装有端头扩大型杆体6的三级金属摩擦套筒9推入孔底后，通过注浆导管14和环形止浆塞13对三级金属摩擦套筒9与锚孔3之间的空间进行分段式隔离注浆，水泥浆液15水灰比为0.6～0.8，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5或42.5，注浆压力为1～2MPa。水泥浆液15渗入裂隙2中，将三级金属摩擦套筒9周围的破碎围岩1胶结成整体，提高其力学性能；同时，三级金属摩擦套筒9通过增阻摩擦齿10及水泥浆液15与破碎围岩1固定在一起，增强锚固能力。

如图3(c)所示，注浆完毕后，立即安装托盘4及螺母5，螺母5紧固时，端头扩大型杆体受拉，拉拽三级金属摩擦套筒9，此时水泥浆液15尚未凝固，增阻摩擦齿10齿尖可嵌入破碎围岩1内，因转轴18及金属翼板16的存在，使得增阻摩擦齿10卡设在凹槽19内部，不会脱离，达到机械锚固效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于在本领域的技术和施工人员来说，在不脱离本发明技术原理前提下，还可以做出若干改进或替换，这些改进或替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：包括直径三级渐变的三级金属摩擦套筒（9）以及设置在三级金属摩擦套筒（9）内的端头扩大型杆体（6），端头扩大型杆体（6）包括金属杆，金属杆的端头部设有扩大端头（7），金属杆的端头部的扩大端头（7）设置在三级金属摩擦套筒（9）内，其中三级金属摩擦套筒（9）为可塑性大的低碳钢构成，三级金属摩擦套筒（9）为内壁间隔设有多个凸起（21）的柱状空腔体，柱状空腔体从端部到尾部分为Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段，Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段的内直径与长度从端部到尾部逐级递减，三级金属摩擦套筒（9）的端部开口并设有密封塞（12），尾部开有圆孔（11），金属杆的尾部通过圆孔（11）延伸出来并设有固定用的托盘（4）与螺母（5），三级金属摩擦套筒（9）的尾部外侧套有与开在破碎围岩（1）上的锚孔（3）尺寸匹配的止浆塞（13），止浆塞（13）上开有连接孔（20），连接孔（20）内设有注浆导管（14）。

2.根据权利要求1所述的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：扩大端头（7）设置在Ⅰ级套筒段端部内，扩大端头（7）与金属杆均为高碳钢材质，强度高于三级金属摩擦套筒（9）的材料强度，扩大端头（7）与金属杆端部焊接固定，扩大端头（7）的最粗处直径略大于三级金属摩擦套筒（9）的Ⅰ级套筒段内径，金属杆被圆孔（11）分为套筒段内部分以及从圆孔（11）至尾部的套筒段外部分，其中套筒段外部分套有橡胶套管（8），所述端头扩大型杆体（6）尾部伸出锚孔（3），穿过安装于破碎围岩（1）上的托盘（4）与螺母（5）固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：三级金属摩擦套筒（9）的Ⅰ级套筒段部位外径略小于锚孔（3）的直径，Ⅰ级套筒段外壁沿圆周间隔设有多个凹槽（19），各断面均匀布置6~8个凹槽（19），每个凹槽（19）内均设有通过转轴（18）活动连接的增阻摩擦齿（10），增阻摩擦齿（10）底部与凹槽（19）之间设有弹簧（17）；扩大端头（7）滑移时，通过与三级金属摩擦套筒（9）内壁凸起（21）的摩擦及与三级金属摩擦套筒（9）中的Ⅰ级套筒段、Ⅱ级套筒段、Ⅲ级套筒段部分的挤压产生的阻力逐级递增，且小于端头扩大型杆体（6）的拉断荷载。

4.根据权利要求3所述的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述增阻摩擦齿（10）底部两侧设有与凹槽（19）匹配的金属翼板（16），通过金属翼板（16）卡设在凹槽（19）内，所述增阻摩擦齿（10）齿尖指向锚孔（3）孔外，所述弹簧（17）始终处于压缩状态，往锚孔（3）内推入三级金属摩擦套筒（9）时，所述增阻摩擦齿（10）向凹槽（19）内缩进，使得三级金属摩擦套筒（9）顺利推入锚孔（3）底部，当三级金属摩擦套筒（9）产生向锚孔（3）外侧拉拽力时，增阻摩擦齿（10）受弹簧（17）的压力竖起嵌入锚孔（3）孔壁产生阻力。

5.根据权利要求1所述的破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆，其特征在于：所述密封塞（12）的直径匹配三级金属摩擦套筒（9）中的Ⅰ级套筒段内径，所述止浆塞（13）的外径匹配锚孔（3）直径，内径等于三级金属摩擦套筒（9）中的Ⅲ级套筒段外径，所述圆孔（11）的直径小于三级金属摩擦套筒（9）中的Ⅲ级套筒段内径，与端头扩大型杆体（6）的金属杆的直径匹配，所述连接孔（20）的直径等于所述注浆导管（14）的直径。

6.一种根据上述权利要求1~5中的任意一条权利要求所述破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆的工作方法，其特征在于步骤为：

将破碎围岩扩大型端头锚固多级让压恒阻大变形锚杆安装入破碎围岩（1）上的锚孔（3）内；

通过注浆导管（14）和环形止浆塞（13）对三级金属摩擦套筒（9）与锚孔（3）之间的空间进行分段式隔离注浆，水泥浆液（15）渗入破碎围岩（1）的裂隙（2）中，以提高锚孔（3）周围的破碎围岩（1）的力学性能；

通过端头扩大型杆体（6）的尾部在破碎围岩（1）上安装托盘（4）和紧固螺母（5）从而使端头扩大型杆体（6）产生向锚孔（3）外的拉力，三级金属摩擦套筒（9）受到端头扩大型杆体（6）的拉力，此时水泥浆液（15）尚未凝固，通过弹簧（17）使增阻摩擦齿（10）齿尖嵌入破碎围岩（1）内，转轴（18）及金属翼板（16）使得增阻摩擦齿（10）卡设在凹槽（19）内部防止脱离；三级金属摩擦套筒（9）通过增阻摩擦齿（10）及水泥浆液（15）与破碎围岩（1）固定在一起，实现机械锚固与注浆锚固相结合的效果，增强锚固能力；

当破碎围岩（1）变形时，挤压托盘（4），端头扩大型杆体（6）受拉滑移，扩大端头（7）与三级金属摩擦套筒（9）的Ⅰ级套筒段内壁紧密挤压摩擦接触，通过扩大端头（7）的滑移与三级金属摩擦套筒（9）内壁凸起（21）产生的摩擦及三级金属摩擦套筒（9）产生的塑性变形，为锚杆提供恒定的阻力；当破碎围岩（1）变形继续增大时，扩大端头（7）会滑移到三级金属摩擦套筒（9）的Ⅱ级套筒段，筒壁内径进一步减小为锚固装置提供更大工作阻力，以控制围岩变形；最终，当扩大端头（7）滑移至三级金属摩擦套筒（9）的Ⅲ级套筒段尾部的圆孔（11）时，圆孔（11）限制端头扩大型杆体（6）滑动，锚固装置完成恒阻大变形让压过程，若破碎围岩（1）变形进一步增大，端头扩大型杆体（6）的金属杆体开始拉伸变形以控制破碎围岩（1）的进一步变形。

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