CN114934799B - 一种可调阻力的恒阻吸能锚杆及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及衬砌隧道围岩的支护技术领域，具体涉及一种可调阻力的恒阻吸能锚杆及其使用方法，包括锚杆杆体和吸能器，部分锚杆杆体插入巷道围岩中，锚杆杆体外露巷道围岩的部分沿自身轴向设有多级凸起结构，吸能器套设在锚杆杆体上，吸能器上设有吸能销钉，吸能销钉与多级凸起结构的部分咬合。本发明在锚杆杆体外部设置了多级凸起结构，且在锚杆杆体上套设了吸能器，通过吸能器上吸能销钉与凸起结构的配合，形成恒定阻力，从而在巷道壁的变形过程中，通过吸能销钉沿径向伸缩在多级凸起结构中移动，增加了锚杆杆体的让压变形空间，并以此来吸收锚杆杆体受到的冲击能量，使锚杆具备吸能特性，能够有效地将冲击能量耗散，避免自身断裂。

Description

一种可调阻力的恒阻吸能锚杆及其使用方法

技术领域

本申请涉及衬砌隧道围岩的支护技术领域，特别涉及一种可调阻力的恒阻吸能锚杆及其使用方法。

背景技术

冲击地压是煤矿生产中遇到的最严重的灾害之一，并且，随着开采深度的增加，冲击危险性也随之不断增高。冲击地压主要发生在巷道，其破坏性较大、不确定性较高，不仅会损坏矿井内部巷道空间与施工设备，对井下工作人员的安全也造成了极大的威胁。因此，冲击地压巷道围岩控制及防冲技术一直是重要的研究课题。

锚杆支护技术是巷道围岩控制的重要方法。对于冲击地压巷道，由于支护体系与围岩共同承受冲击载荷，锚杆的受力变化明显不同于其它巷道，要求支护系统应具有足够的抗冲击能力。一般的锚杆都具有相对固定的长度，在受到冲击载荷后，吸收、耗散岩体冲击能的能力有限，只能通过自身刚性来抵抗冲击能量，当冲击能量超过锚杆自身的承载极限时，很容易发生断裂，失去支护的作用，进而给矿井生产带来安全隐患。

因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种可调阻力的恒阻吸能锚杆及其使用方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，包括：

锚杆杆体，部分所述锚杆杆体插入巷道围岩中，所述锚杆杆体外露巷道围岩的部分沿自身轴向设有多级凸起结构；

吸能器，所述吸能器套设在所述锚杆杆体上，所述吸能器上设有吸能销钉，所述吸能销钉与多级所述凸起结构的部分咬合，所述吸能销钉沿径向伸缩以在多级所述凸起结构中移动。

进一步的，所述吸能销钉包括：螺柱、吸能柱头、吸能弹簧和调节螺母；

所述螺柱中部设有调节螺孔用以安装所述吸能柱头、所述吸能弹簧和所述调节螺母；

所述吸能柱头的部分外露于所述螺柱，所述吸能柱头的外露部分插入多级所述凸起结构的相邻凸起结构的间隔中；

所述吸能器的中部设有与所述锚杆杆体套装的套孔；

所述吸能器外侧沿径向设有多个用以安装所述吸能销钉的安装孔,多个径向设置的所述安装孔设为一组，且沿所述吸能器轴向设置了多组与所述套孔相连通的所述安装孔。

进一步的，所述安装孔的内部设有内螺纹，所述螺柱的外侧设有外螺纹，以旋转所述螺柱在所述安装孔内部沿其所述内螺纹移动。

进一步的，所述吸能弹簧位于所述吸能柱头和所述调节螺母之间；

所述调节螺母的外侧设有与所述调节螺孔匹配的调节螺纹，以转动所述调节螺母在所述调节螺孔中移动。

进一步的，所述螺柱中部还设有与所述调节螺孔连通的伸缩孔，所述吸能柱头位于所述伸缩孔内。

进一步的，所述伸缩孔包括细孔段和粗孔段，所述吸能柱头包括吸能端头和限位镦头；

所述吸能端头与所述限位镦头固定，所述吸能端头和所述限位镦头对应设置在与之匹配的所述细孔段和所述粗孔段中，且部分所述吸能端头凸出于所述螺柱，凸出所述螺柱的部分所述吸能端头的端面为弧状过渡面。

进一步的，一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，还包括托板，所述托板套装在外露于所述巷道围岩的部分所述锚杆杆体上，所述托板与所述巷道围岩的壁面紧贴，所述吸能器的受力端面顶触在所述托板上；

所述锚杆杆体的尾端安装有固定件。

进一步的，多级所述凸起结构螺旋卷绕在所述锚杆杆体的外表面；

所述吸能器通过螺旋状的所述凸起结构与所述锚杆杆体螺纹连接，用以快速安装所述吸能器。

进一步的，所述螺柱的一端设有螺帽，所述螺帽中部设有第一转孔，所述调节螺母的中部设有第二转孔，所述第一转孔的孔径大于所述第二转孔的孔径。

本申请还提供了一种可调阻力的恒阻吸能锚杆的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

S1,组装吸能器，旋转吸能销钉在安装孔内移动，直至其端头位置;

S2,调节吸能器的工作阻力，旋转调节螺母挤压吸能弹簧，以调节吸能弹簧对吸能柱头的压力，来设定吸能器的工作阻力；

S3,钻孔，在需要支护的巷道围岩进行钻孔，使得孔洞直径与锚杆杆体相匹配；

S4,安装锚杆杆体，首先将锚固剂放入孔洞，然后利用锚杆杆体将锚固剂推到孔底，再利用锚杆钻机转动锚杆杆体，对锚固剂进行成分搅拌；

S5,安装托板，将托板套装在外露于巷道围岩的部分锚杆杆体上，并紧贴巷道围岩的壁面;

S6,安装吸能器，将吸能器套设在锚杆杆体上，旋转吸能器，吸能销钉沿凸起结构形成的螺旋槽转动，使吸能器向托板移动，通过施加一定的预紧力使吸能器紧贴于托板，在锚杆杆体受到冲击能量时，吸能销钉沿径向伸缩以在多级凸起结构中移动，达到吸能让压的效果；

S7，安装固定件，将固定件安装于锚杆杆体的尾端。

有益效果：本发明在锚杆杆体外部设置了多级凸起结构，且在锚杆杆体上套设了吸能器，通过吸能器上吸能销钉与凸起结构的配合，形成恒定阻力，通过吸能销钉沿径向伸缩在多级凸起结构中移动，增加了锚杆杆体的让压变形空间，从而在巷道壁的变形过程中，通过吸能销钉沿径向伸缩在多级凸起结构中移动，增加了锚杆杆体的让压变形空间，并以此来吸收锚杆杆体受到的冲击能量，使锚杆具备吸能特性，能够有效地将冲击能量耗散，避免自身断裂。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为本发明实施例中的侧视图；

图2为本发明实施例中吸能器结构的主视剖面图；

图3为本发明实施例中吸能销钉结构的主视图；

图4为本发明实施例中伸缩孔结构的主视图;

图5为本发明实施例中固定件结构的主视图。

图中：1、锚杆杆体；101、凸起结构；2、托板；3、吸能器；301、套孔；302、安装孔；4、固定件；5、吸能销钉；501、螺柱；502、调节螺孔；503、伸缩孔；6、吸能柱头；601、吸能端头；602、限位镦头；7、吸能弹簧；8、调节螺母；801、第二转孔；9、螺帽；901、第一转孔。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1，参照图1，一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，包括：锚杆杆体1、吸能器3和托板2，具体地，部分锚杆杆体1插入巷道围岩中，锚杆杆体1外露巷道围岩的部分沿自身轴向螺旋卷绕有多级凸起结构101，吸能器3通过螺旋状的凸起结构101与锚杆杆体1螺纹连接，以将吸能器3快速的安装在锚杆杆体1上，吸能器3通过自身中部的套孔301套设在锚杆杆体1上，吸能器3上沿径向设有多个具有外螺纹的吸能销钉5，将径向设置的多个吸能销钉5设为一组，并沿吸能器3外侧轴向设置多组吸能销钉5，多组吸能销钉5对应螺旋状的凸起结构101中的部分螺旋沟槽在吸能器3上均匀分布；同时，吸能器3上对应吸能销钉5开设有与套孔301连通的安装孔302，安装孔302内设有螺纹用以安装吸能销钉5，通过旋转吸能销钉5能够在安装孔302内沿其螺纹方向移动，直到吸能销钉5的端头顶触到锚杆杆1上，此时，吸能销钉5的端头位于多级凸起结构101形成的螺旋沟槽中，并可沿径向伸缩在多级凸起结构101中移动，通过吸能销钉5与凸起结构101之间产生的摩擦阻力来吸收锚杆杆体1所受冲击能量，同时通过吸能销钉5在多级凸起结构101中移动达到吸能的让压效果。

参照图1和图3，吸能销钉5包括螺柱501、吸能柱头6、吸能弹簧7和调节螺母8，螺柱501中部设有调节螺孔502，吸能柱头6、吸能弹簧7和调节螺母8均安装在调节螺孔502内，其中，部分吸能柱头6外露于螺柱501，上述中套孔301与安装孔302连通设置，从而外露的部分吸能柱头6会插入多级凸起结构101的相邻凸起结构101的间隔中与之卡紧，通过吸能柱头6对凸起结构101产生阻力，对应吸收巷道壁变形对锚杆杆体1产生的冲击能量；吸能弹簧7位于调节螺母8和吸能柱头6之间，使吸能柱头6能够沿径向伸缩，调节螺母8的外侧设有与调节螺孔502匹配的调节螺纹，以转动调节螺母8在调节螺孔502中移动，调节螺母8移动时会挤压吸能弹簧7，进而调节吸能弹簧7对吸能柱头6产生的压力，对应的，吸能柱头6与凸起结构101之间的摩擦阻力随吸能柱头6所受压力而变化，该阻力不超过锚杆杆体1的张拉力。

本实施例中，螺柱501上外露的部分吸能柱头6的端面为弧状过渡面，当吸能柱头6配合凸起结构101产生的工作阻力小于巷道壁变形对锚杆杆体1产生的冲击力时，通过吸能柱头6沿径向进行伸缩，以在多级凸起结构101中移动起到让压的吸能效果，形成恒定阻力，从而持续的吸收锚杆杆体1所受冲击能量，增加了锚杆杆体1的变形空间，使其不会轻易断裂，保证锚杆杆体1受到突然并剧烈的拉应力时仍然能够维持支护效果，同时也保证了施工过程中的安全，为后续煤矿生产设计指导安全生产具有重大意义。

实施例2，参照图2、图3和图4，螺柱501中部还设有连通调节螺孔502的伸缩孔503，吸能柱头6位于伸缩孔503内，通过伸缩孔503便于吸能柱头6沿径向伸缩，其中，伸缩孔503包括细孔段和粗孔段，吸能柱头6包括吸能端头601和限位镦头602，两者相固定，且吸能端头601和限位镦头602对应设置在与之匹配的细孔段和粗孔段中，同时吸能端头601的部分突出于螺柱501，该凸出的部分吸能端头601伸入吸能器3中部的套孔301内，通过在吸能柱头6上设置限位镦头602，防止吸能柱头6从螺柱501中脱离。

实施例3，参照图1和图5，一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，还包括金属制的托板2，托板2套装在外露于巷道围岩的部分锚杆杆体1上，并将托板2与巷道围岩的壁面紧贴，通过托板2改善吸能器3端部受力，增大巷道围岩壁面的受力面积，增强锚杆杆体1的锚固效果，吸能器3的受力端面顶触在托板2上；固定件4包括螺母紧固件，将螺母紧固件安装在锚杆杆体1的尾端，当巷道壁突然大变形时，若吸能器3咬合在凸起结构101上的位置持续变换，会逐渐向锚杆杆体1的尾端靠近，通过锚杆杆体1尾端的螺母紧固件能够防止锚杆杆体1与吸能器3脱离。

实施例4，参照图3，螺柱501的一端设有螺帽9，螺帽9中部设有第一转孔901，调节螺母8的中部设有第二转孔801，且第一转孔901和第二转孔801均为六角孔，以便于转动螺帽9和调节螺母8，第一转孔901的孔径大于第二转孔801的孔径，以便于使用小号六角扳手穿过第一转孔901插入第二转孔801旋转调节螺母8挤压吸能弹簧7时不受影响。

为了进一步详细介绍本发明的技术方案，本发明的具体实施例还提供一种可调阻力的恒阻吸能锚杆的使用方法。

本发明具体实施例中的方法包括如下步骤：

S1,组装吸能器3，使用大号六角扳手对准螺帽9上的大六角孔，然后旋转吸能销钉5在安装孔302内移动，直至其端头位置；

S2,调节吸能器3的工作阻力，使用小号六角扳手对准调节螺母8中部的小孔径六角孔，然后旋转调节螺母8挤压吸能弹簧7，以调节吸能弹簧7对吸能柱头6的压力，改变吸能柱头6与凸起结构101之间的摩擦阻力，来设定吸能器3的工作阻力；

S3,在巷道围岩上钻孔，使开设的孔洞直径匹配锚杆杆体1的直径；

S4,固定锚杆，首先将锚固剂放入孔洞，然后利用锚杆杆体1将锚固剂推到孔底，并将锚杆杆体1上带有螺旋凸起的一端外露于孔洞，然后利用锚杆钻机旋转锚杆杆体1，对锚固剂进行充分搅拌，同时推动锚杆杆体1直至孔底；

S5,安装托板2，将托板2套装在外露于巷道围岩的部分锚杆杆体1上，并使其紧贴巷道围岩的壁面；

S6,安装吸能器3，吸能器3通过自身中部的套孔301套设在外露于巷道围岩的部分锚杆杆体1上，旋转吸能器3，使吸能器3上的吸能销钉5沿凸起结构101形成的螺旋槽转动，使吸能器3向托板2移动，通过施加一定的预紧力使吸能器3紧贴于托板2，顶触在其表面，在锚杆杆体1受到冲击能量时，吸能销钉5沿径向伸缩以在多级凸起结构101中移动，达到吸能让压的效果；

S7,安装固定件4，将固定件4安装于锚杆杆体1的尾端，防止吸能器3移动至锚杆杆体1尾端端头后脱落。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，其特征在于，包括：

锚杆杆体（1），部分所述锚杆杆体（1）插入巷道围岩中，所述锚杆杆体（1）外露所述巷道围岩的部分沿自身轴向设有多级凸起结构（101）；

吸能器（3），所述吸能器（3）套设在所述锚杆杆体（1）上，所述吸能器（3）上设有吸能销钉（5），所述吸能销钉（5）与多级所述凸起结构（101）的部分咬合，所述吸能销钉（5）沿径向伸缩以在多级所述凸起结构（101）中移动；

所述吸能销钉（5）包括：螺柱（501）、吸能柱头（6）、吸能弹簧（7）和调节螺母（8）；

所述螺柱（501）中部设有调节螺孔（502）用以安装所述吸能柱头（6）、所述吸能弹簧（7）和所述调节螺母（8）；

所述吸能柱头（6）的部分外露于所述螺柱（501），所述吸能柱头（6）的外露部分插入多级所述凸起结构（101）的相邻凸起结构（101）的间隔中；

所述吸能器（3）的中部设有与所述锚杆杆体（1）套装的套孔（301）；

所述吸能器（3）外侧沿径向设有多个用以安装所述吸能销钉（5）的安装孔（302）,多个径向设置的所述安装孔（302）设为一组，且沿所述吸能器（3）轴向设置了多组与所述套孔（301）相连通的所述安装孔（302）；

所述安装孔（302）的内部设有内螺纹，所述螺柱（501）的外侧设有外螺纹，以旋转所述螺柱（501）在所述安装孔（302）内部沿其所述内螺纹移动；

所述吸能弹簧（7）位于所述吸能柱头（6）和所述调节螺母（8）之间；

所述调节螺母（8）的外侧设有与所述调节螺孔（502）匹配的调节螺纹，以转动所述调节螺母（8）在所述调节螺孔（502）中移动；

所述螺柱（501）中部还设有与所述调节螺孔（502）连通的伸缩孔（503），所述吸能柱头（6）位于所述伸缩孔（503）内；

所述伸缩孔（503）包括细孔段和粗孔段，所述吸能柱头（6）包括吸能端头（601）和限位镦头（602）；

所述吸能端头（601）与所述限位镦头（602）固定，所述吸能端头（601）和所述限位镦头（602）对应设置在与之匹配的所述细孔段和所述粗孔段中，且部分所述吸能端头（601）凸出于所述螺柱（501），凸出所述螺柱（501）的部分所述吸能端头（601）的端面为弧状过渡面。

2.根据权利要求1所述的一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，其特征在于，还包括托板（2），所述托板（2）套装在外露于所述巷道围岩的部分所述锚杆杆体（1）上，所述托板（2）与所述巷道围岩的壁面紧贴，所述吸能器（3）的受力端面顶触在所述托板（2）上；

所述锚杆杆体（1）的尾端安装有固定件（4）。

3.根据权利要求1所述的一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，其特征在于，多级所述凸起结构（101）螺旋卷绕在所述锚杆杆体（1）的外表面；

所述吸能器（3）通过螺旋状的所述凸起结构（101）与所述锚杆杆体（1）螺纹连接，用以快速安装所述吸能器（3）。

4.根据权利要求1所述的一种可调阻力的恒阻吸能锚杆，其特征在于，所述螺柱（501）的一端设有螺帽（9），所述螺帽（9）中部设有第一转孔（901），所述调节螺母（8）的中部设有第二转孔（801），所述第一转孔（901）的孔径大于所述第二转孔（801）的孔径。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的可调阻力的恒阻吸能锚杆的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

S1,组装吸能器（3），旋转吸能销钉（5）在安装孔（302）内移动，直至其端头位置；

S2,调节吸能器（3）的工作阻力，旋转调节螺母（8）使其在调节螺孔（502）中移动以挤压吸能弹簧（7），以调节吸能弹簧（7）对吸能柱头（6）的压力，进而改变吸能柱头（6）与凸起结构（101）的摩擦阻力，以此来设定吸能器（3）的工作阻力；

S3,钻孔，在需要支护的巷道围岩进行钻孔，使得孔洞直径与锚杆杆体（1）相匹配；

S4,安装锚杆杆体（1），首先将锚固剂放入孔洞，然后利用锚杆杆体（1）将锚固剂推到孔底，再利用锚杆钻机转动锚杆杆体（1），对锚固剂进行充分搅拌；

S5,安装托板（2），将托板（2）套装在外露于巷道围岩的部分锚杆杆体（1）上，并紧贴巷道围岩的壁面；

S6,安装吸能器（3），将吸能器（3）套设在锚杆杆体（1）上，旋转吸能器（3），吸能销钉（5）沿凸起结构（101）形成的螺旋槽转动，使吸能器（3）向托板（2）移动，通过施加一定的预紧力使吸能器（3）紧贴于托板（2），在锚杆杆体（1）受到冲击能量时，吸能销钉（5）沿径向伸缩以在多级凸起结构（101）中移动，达到吸能让压的效果；

S7,安装固定件（4），将固定件（4）安装于锚杆杆体（1）的尾端。

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