CN116906100A - 智能预紧让压锚索与应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地下工程支护与智能监测技术领域，提供了一种智能预紧让压锚索与应用方法，包括恒阻吸能舱、注浆装置、预紧装置、让压装置和网络智能监测元件；让压装置包括让压盘、让压杆；让压杆安装前，恒阻吸能舱内充入气体，调试智能监测元件连接网络；让压杆安装后，启动预紧装置，实现让压杆智能张拉预紧。围岩变形时，让压杆受到拉力，让压端的让压盘压缩保压舱内的气体。根据实时监测的恒阻吸能舱气压值，自动充‑卸压阀实现自动排出高压气体功能，让压杆伸出恒阻吸能舱的长度增加，实现让压效果。通过注浆杆向围岩深处注入浆体，提高围岩完整性，增加让压杆的锚固力，避免不同监测工作的繁琐与成本高昂等问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程支护与智能监测技术领域，尤其涉及一种智能预紧让压锚索与应用方法。
背景技术
随着浅部资源的开发完毕，矿山巷道等地下工程向地球深部发展。深部地下工程面临大量高应力、极软岩等复杂条件，导致围岩应力集中、能量积聚，易发生围岩大变形，高预紧力和高让压的锚索支护是围岩大变形的有效支护方式。现场锚索安装时需要人工采用张拉仪进行锚索的预紧，工序繁琐，耗时较长。锚索作为支护构件，现有的监测以锚索受到的拉力为主；同时为实现锚索拉力的监测需安装锚索 测力计等监测仪器，后期工作人员必须到现场使用配套的采集仪进行数据采集，给工作人员造成了十分的不便。
发明内容
鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种智能预紧让压锚索与应用方法，该锚索可以实现智能预紧和让压，并且实现联网实时监测与数据储存。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提出的智能预紧让压锚索，包括恒阻吸能舱、注浆装置、预紧装置、让压装置和网络智能监测元件；在恒阻吸能舱的预紧端安装预紧装置，在阻吸能舱的让压端安装让压装置，
所述的预紧装置包括预紧杆、限位盘；所述的限位盘设置在恒阻吸能舱内，预紧杆的一端与限位盘相连，另一端穿过恒阻吸能舱的预紧端，与钻孔深处塞入的锚固剂接触；
所述的让压装置包括让压盘、让压杆，所述的让压盘设置在恒阻吸能舱内，让压杆的一端与让压盘相连，另一端穿过恒阻吸能舱的让压端，通过一体式固定锁具锁紧；
所述的注浆装置包括注浆杆；所述注浆杆穿过一体式固定锁具和恒阻吸能舱，一端伸入到钻孔深处，另一端裸露在一体式固定锁具外；
所述的网络智能监测元件用于监测恒阻吸能舱、注浆装置、预紧装置和让压装置。
本发明的让压杆安装前，恒阻吸能舱内充入气体，调试所有的智能监测元件连接网络；让压杆安装后，启动预紧轴心电机，实现让压杆的智能张拉预紧；围岩变形时，让压杆受到拉力，让压端的让压盘压缩保压舱内的气体；根据实时监测的恒阻吸能舱气压值，自动充-卸压阀实现自动排出高压气体功能，让压杆伸出恒阻吸能舱的长度增加，实现让压效果；在后期使用中，利用窥视镜头观察到围岩破碎严重时，通过注浆杆向围岩深处注入浆体，提高围岩完整性，增加锚索的锚固力；该智能预紧让压锚索集智能预紧、自动让压、注浆等功能于一体，并且实现网络智能监测，避免现场不同监测工作的繁琐与成本高昂等问题。
作为进一步的技术方案，所述的恒阻吸能舱包括舱体、自动充-卸压阀和预紧轴心电机；舱体的让压端与限位盘之间形成保压舱；即保压舱一端以让压端口为界限，另一端以让压盘为界限，安装时内部充入高压气体；围岩挤压一体式固定锁具，因锁具锁紧让压杆，从而让压杆受到拉力带动让压盘压缩气体，自动充-卸压阀可根据气压值排放高压气体，让压杆随围岩变形而实现滑移，达到让压效果；所述的自动充-卸压阀安装在舱体的让压端，预紧轴心电机安装在舱体的预紧端；让压杆安装时，打开预紧轴心电机，预紧轴心电机带动恒阻吸能舱沿预紧杆上的预紧螺纹向预紧杆的锚固端头（围岩深处）旋转移动，拉紧让压杆，实现锚索高预紧力。
作为进一步的技术方案，所述的一体式固定锁具包括液压托盘和三瓣式锁芯；所述的液压托盘的外边缘设置液压油注入口，在液压托盘内安装有储油盒；在液压托盘中心孔洞内安装两个半圆式夹具，所述的两个半圆式夹具由微型油缸驱动；所述三瓣式锁芯在半圆式夹具夹紧让压杆后塞入至液压托盘中心孔内。
作为进一步的技术方案，所述的三瓣式锁芯合起来形成圆台式形状，让压杆受到拉力时，三瓣式锁芯更加锁紧让压杆。
作为进一步的技术方案，所述的网络智能监测元件包括微型气压计、油压计、锚索测力计、窥视镜头和智能在线开关，所述的微型气压计位于恒阻吸能舱的让压端旁；所述油压计位于微型油缸内部；所述的锚索测力计位于一体式固定锁具贴合岩壁侧；所述的窥视镜头位于预紧杆外侧周围；所述的智能在线开关与微型气压计、油压计、锚索测力计、窥视镜头相连。
作为进一步的技术方案，所述的限位盘四周包裹橡皮胶垫，防止气体泄漏。
作为进一步的技术方案，所述的让压盘四周包裹橡皮胶垫，防止气体泄漏。
作为进一步的技术方案，所述让压端和预紧端安装橡胶活塞和高分子薄膜，避免气体泄露，同时避免岩石碎屑等杂物进入恒阻吸能舱，影响使用。
作为进一步的技术方案，所述的注浆杆内部装有振动块，注浆时振动块可加快浆体的注入，防止堵管。
第二方面，本发明还提供了一种智能预紧让压锚索的应用方法，如下：
第一步，使用锚索钻机对围岩进行钻孔；
第二步，钻孔底部塞入锚固剂；
第三步，检查智能预紧让压锚索状态，调试好网络智能监测元件；设定标准气压值，标准油压值和标准锚索拉力的安全允许范围；
第四步，将预紧杆塞入钻孔内，充分挤压钻孔内锚固剂；
第五步，将液压托盘穿过让压杆，液压托盘带有锚索测力计的一面接触围岩表面。通过液压油注入口向液压托盘注入液压油，半圆式夹具夹紧让压杆；三瓣式锁芯塞入液压托盘孔，进一步锁紧让压杆；
第六步，启动预紧轴心电机，预紧轴心电机带动恒阻吸能舱沿预紧杆上的预紧螺纹向钻孔深处旋转移动，拉紧让压杆，实现锚索高预紧力；
第七步，在锚索使用过程中，微型气压计、油压计、锚索测力计和窥视镜头进行实时监测；
第八步，监测结果超出安全允许范围，可自动或人工进行修正。
作为进一步的技术方案，上述的应用方法第七步包括：微型气压计、油压计、锚索测力计和窥视镜头连接现场网络，监测结果实时上传至地面监测平台，监测后台自动储存各监测元件数据。如有需要可拷取数据进行数据分析。全套的数据更有助于分析现场的地质环境，同时可以根据数据预测一些地质灾害的发生，提前做出预防措施，减少生命财产损失。
作为进一步的技术方案，上述的应用方法的第八步包括：根据国家标准、行业标准、现场工况和以往的经验值，设定安全允许范围值，当监测结果超过设定安全允许范围时，通过自动模式或人工模式进行修正。微型气压计监测到保压舱气压超出安全允许范围时，自动或人工控制。气压过大，自动充-卸压阀排出高压气体。油压计监测到液压托盘内微型油缸液压大小，液压过小时，自动模式或人工控制储油盒向微型油缸内注入液压油，保证半圆式夹具对让压杆的夹紧力。
本发明的有益效果如下：
1、本锚索采用气体压缩，首先恒阻吸能舱保证保密性，避免气体流失，所以防水效果毋庸置疑；其次，如有地下水进入恒阻吸能舱，也不会影响舱内气体的压缩，让压效果不会打折扣。本发明恒阻吸能舱装有气压计，锚索受到拉力时，时刻调节舱内气压，可以保证吸能舱具有恒定的阻力，围岩控制效果更好，锚索的延伸性发挥更充分。
2、本锚索具有自动预紧功能，无需再借用其他专用工具进行锚索的张拉预紧，避免安装工序繁琐，同时一人即可完成预紧安装。预紧轴心电机位于预紧端口处，让压杆安装时，打开预紧轴心电机，预紧轴心电机带动保压舱沿预紧杆上的预紧螺纹向预紧杆的锚固端头方向（钻孔深处）旋转移动，拉紧让压杆，实现锚索高预紧力。
3. 本锚索具备智能监测元件，可实现多项现场数据监测，集支护与监测于一体，减少监测设备的另外安装。同时锚索联网，数据存于后台，减少监测人员下井现场采集。同时，数据实时上传，可达到预警功能（如动力灾害来临，大量锚索破断，围岩破碎等），提前做好安全防护，采取各项安全措施。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明公开的智能预紧让压锚索三维立体图；
图2是本发明智能预紧让压锚索三维正视图；
图3是本发明智能预紧让压锚索平面正视图；
图4是本发明网络智能监测元件分布图；
图5是本发明一体式固定锁具图；
图6是本发明三瓣式锁芯分布图；
图中：1预紧装置、2注浆装置、3恒阻吸能舱、4让压装置、5一体式固定锁具；
1-1预紧杆、1-1-1预紧螺纹、1-2限位盘；
2-1注浆杆、2-2注浆口、2-3出浆口；
3-1保压舱、3-2让压端口、3-3预紧端口、3-4自动充-卸压阀，3-5预紧轴心电机；
4-1让压盘、4-2让压杆；
5-1液压托盘、5-2三瓣式锁芯、5-3储油盒、5-4半圆式夹具、5-5微型油缸、5-1-1液压油注入口、5-6液压杆；
7微型气压计、8油压计、9锚索测力计、10窥视镜头、11智能在线开关。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种智能预紧让压锚索。
本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例公开了一种智能预紧让压锚索，包括预紧装置1、恒阻吸能舱3、让压装置4、注浆装置2、一体式固定锁具5和网络智能监测元件；
恒阻吸能舱3的第一端连接预紧装置1、第二端连接让压装置4，注浆装置2从恒阻吸能舱3的第二端深入，延伸至恒阻吸能舱3第一端外，进行注浆；一体式固定锁具5位于恒阻吸能舱3的第一端外侧，用于对让压装置4的让压杆进行锁紧；网络智能监测元件包括各种传感器，用于监测保压舱3-1内气压数值、液压托盘内微型油缸5-5液压大小、让压杆4-2受到的轴向拉力、锚索钻孔内围岩破碎情况等，进而通过监测值对预紧让压锚索进行控制。
进一步的，上述预紧装置1包括预紧杆1-1、限位盘1-2；预紧杆1-1一端从恒阻吸能舱3的预紧端口3-3穿入恒阻吸能舱3内与限位盘1-2相连，另一端为锚固端头，锚固端头在安装时与锚固剂接触；穿入恒阻吸能舱3的预紧杆1-1表面设置预紧螺纹1-1-1；限位盘1-2位于恒阻吸能舱3内部，与穿入恒阻吸能舱3的预紧杆1-1相连，限位盘1-2四周包裹橡皮胶垫，与恒阻吸能舱3密封连接，防止气体泄漏，限位盘1-2移动到预紧端口3-3时，起到限制预紧杆1-1移动的作用，预紧杆1-1不可继续预紧；
进一步的，恒阻吸能舱3由保压舱3-1、自动充-卸压阀3-4、预紧轴心电机3-5、让压端口3-2和预紧端口3-3组成；
保压舱3-1为一个中空壳体，其一端为预紧端口3-3，另一端为让压端口3-2，安装时内部充入高压气体；
自动充-卸压阀3-4安装在让压端口3-2，让压杆4-2使用中，遇到围岩大变形，让压杆4-2受到拉力带动让压盘4-1压缩气体，自动充-卸压阀3-4可根据压力值排放高压气体，实现让压杆4-2的滑移，避免让压杆4-2变形大而破断，达到让压效果。
预紧轴心电机3-5位于预紧端口3-3处，让压杆4-2安装时，打开预紧轴心电机3-5，预紧轴心电机3-5带动保压舱3-1沿预紧杆1-1上的预紧螺纹1-1-1向预紧杆1-1的锚固端头方向（钻孔深处）旋转移动，拉紧让压杆4-2，实现锚索高预紧力。
让压端口3-2和预紧端口3-3，均安装有橡胶活塞和高分子薄膜，避免气体泄露。
进一步的，让压装置4包括让压盘4-1和让压杆4-2，让压盘4-1位于恒阻吸能舱3内部，让压盘4-1与让压杆4-2相连，让压杆4-2延伸出让压端口3-2以及围岩，被一体式固定锁具5锁住；让压杆4-2使用中受到拉力，让压盘4-1压缩保压舱3-1内气体；让压盘4-1四周包裹橡皮胶垫，防止气体泄漏。
进一步的，注浆装置2由注浆杆2-1、注浆口2-2、出浆口2-3和振动块组成，其中注浆杆2-1穿过一体式固定锁具5和恒阻吸能舱3，一端伸入到钻孔深处，另一端裸露在固定锁具外；注浆杆2-1内部装有振动块，注浆时振动块可加快浆体的注入，防止堵管；注浆杆2-1的一端为注浆口2-2，另外一端为出浆口2-3。
进一步的，一体式固定锁具5包括液压托盘5-1、三瓣式锁芯5-2、储油盒5-3、半圆式夹具5-4、微型油缸5-5和液压杆5-6；液压托盘5-1上设置液压油注入口5-1-1，内部设置储油盒5-3、半圆式夹具5-4和微型油缸5-5；液压油注入口5-1-1位于液压托盘5-1的边缘处，通过液压油注入口5-1-1向储油盒5-3加压注入液压油；储油盒5-3位于液压托盘5-1内部，液压油注入口5-1-1、储油盒5-3和微型油缸5-5三者相连；储油盒5-3可向微型油缸5-5补充添加液压油。
两个半圆式夹具5-4，位于液压托盘5-1的中心孔洞内；两个半圆式夹具5-4分别与微型油缸5-5的液压杆5-6相连，液压杆5-6未伸出时，半圆式夹具5-4贴合孔洞；注入液压油后，液压杆5-6伸长并推进夹具，锁紧让压杆4-2；
三瓣式锁芯5-2，位于液压托盘5-1中心孔内，半圆式夹具5-4夹紧让压杆4-2后，塞入三瓣式锁芯5-2；三瓣式锁芯5-2合起来形成圆台式形状，进一步锁紧让压杆4-2。
进一步的，本实施例中的网络智能监测元件包括网络智能监测元件由微型气压计7、油压计8、锚索测力计9、窥视镜头10和智能在线开关11；
微型气压计7，位于恒阻吸能舱3的让压端口3-2旁，微型气压计7可实时监测保压舱3-1内气压数值，并上传至地面管控平台。
油压计8，位于微型油缸5-5内部，油压计8可实时监测液压托盘5-1内微型油缸5-5液压大小，保证半圆式夹具5-4对让压杆4-2的夹紧力。
锚索测力计9，位于一体式固定锁具5贴合岩壁侧，锚索测力计9可实时监测并上传让压杆4-2受到的轴向拉力，便于分析地下工程的围压规律。
窥视镜头10，位于预紧杆1-1外侧周围，三个窥视镜头10可全方位实时观测到预紧杆1-1钻孔内围岩破碎情况，并将录像保存并上传至地面管控平台，通过录像了解到现场围岩的破碎现场。
智能在线开关11，与微型气压计7、油压计8、锚索测力计9和窥视镜头10相连。微型气压计7监测到保压舱3-1气压过大，智能在线开关11打开自动充-卸压阀3-4，排出高压气体。油压计8监测到液压托盘5-1中微型油缸5-5压力值过小时，智能在线开关11打开油阀，储油盒5-3向微型油缸5-5补充添加液压油。增加液压杆5-6的推力，夹紧让压杆4-2。
锚索测力计9监测到让压杆4-2拉力降低时，智能在线开关11打开自动警示，向地面管控平台发出警告。地面工作人员通过窥视镜头10观察预紧杆1-1钻孔深处围岩破碎情况，如围岩破碎严重，需进行现场的注浆工作。
基于上述智能预紧让压锚索，本发明还提供了一种智能预紧让压锚索的应用方法，所述应用方法包括：
第一步，使用锚索钻机进行钻孔；
第二步，钻孔底塞入锚固剂；
第三步，检查智能预紧让压锚索状态，调试好网络智能监测元件。设定标准气压值，标准液压值和标准锚固力的安全允许范围；
第四步，将预紧杆1-1塞入钻孔内，充分挤压钻孔内锚固剂；
第五步，将液压托盘5-1穿过让压杆4-2，液压托盘5-1带有锚索测力计9的一面接触围岩表面。通过液压油注入口5-1-1向液压托盘5-1注入液压油，半圆式夹具5-4夹紧让压杆4-2。三瓣式锁芯5-2塞入液压托盘5-1孔，进一步锁紧让压杆4-2；
第六步，启动预紧轴心电机3-5，预紧轴心电机3-5带动恒阻吸能舱3沿预紧杆1-1上的预紧螺纹1-1-1向钻孔深处旋转移动，拉紧让压杆4-2，实现锚索高预紧力；
第七步，在让压杆4-2使用过程中，微型气压计7、油压计8、锚索测力计9和窥视镜头10进行实时监测；
第八步，监测结果超出安全允许范围，可自动或人工进行修正。
进一步的，上述所述使用方法第七步包括：微型气压计7、油压计8、锚索测力计9和窥视镜头10连接现场网络，监测结果实时上传至地面监测平台，监测后台自动储存各监测元件数据。如有需要可拷取数据进行数据分析。
进一步的，上述所述使用方法的第八步包括：根据国家标准、行业标准、现场工况和以往的经验值，设定安全允许范围值，当监测结果超过设定安全允许范围时，通过自动模式或人工模式进行修正。微型气压计7监测到保压舱3-1气压超出允许范围时，自动或人工模式控制，气压过大自动充-卸压阀3-4排出高压气体。油压计监测到微型油缸5-5液压过小时，自动或人工模式控制，储油盒5-3向微型油缸5-5内注入液压油，保证半圆式夹具5-4对让压杆4-2的夹紧力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.智能预紧让压锚索，其特征在于，包括恒阻吸能舱、注浆装置、预紧装置、让压装置和网络智能监测元件；在恒阻吸能舱的预紧端安装预紧装置，在阻吸能舱的让压端安装让压装置；
所述的预紧装置包括预紧杆、限位盘；限位盘设置在恒阻吸能舱内，预紧杆的一端与限位盘相连，另一端穿过恒阻吸能舱的预紧端，与钻孔深处塞入的锚固剂接触；
所述的让压装置包括让压盘、让压杆，所述的让压盘设置在恒阻吸能舱内，让压杆的一端与让压盘相连，另一端穿过恒阻吸能舱的让压端，通过一体式固定锁具锁紧；
所述的注浆装置包括注浆杆；所述注浆杆穿过一体式固定锁具和恒阻吸能舱，一端伸入到钻孔深处，另一端裸露在一体式固定锁具外；
所述的网络智能监测元件用于监测恒阻吸能舱、注浆装置、预紧装置和让压装置。
2.如权利要求1所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的恒阻吸能舱包括舱体、自动充-卸压阀和预紧轴心电机；所述舱体的让压端与限位盘之间形成保压舱，安装时内部充入高压气体；所述的自动充-卸压阀安装在舱体的让压端，预紧轴心电机安装在舱体的预紧端。
3.如权利要求1所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的一体式固定锁具包括液压托盘和三瓣式锁芯；所述的液压托盘的外边缘设置液压油注入口，在液压托盘内安装有储油盒；在液压托盘中心孔洞内安装两个半圆式夹具，所述的两个半圆式夹具由微型油缸驱动；所述三瓣式锁芯在半圆式夹具夹紧让压杆后塞入至液压托盘中心孔内。
4.如权利要求3所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的三瓣式锁芯合起来形成圆台式形状。
5.如权利要求3所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的网络智能监测元件包括微型气压计、油压计、锚索测力计、窥视镜头和智能在线开关，所述的微型气压计位于恒阻吸能舱的让压端旁；所述油压计位于微型油缸内部；所述的锚索测力计位于一体式固定锁具贴合岩壁侧；所述的窥视镜头位于预紧杆外侧周围；所述的智能在线开关与微型气压计、油压计、锚索测力计、窥视镜头相连。
6.如权利要求1所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的限位盘、让压盘四周包裹橡皮胶垫。
7.如权利要求1所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述让压端和预紧端安装橡胶活塞和高分子薄膜。
8.如权利要求1所述的智能预紧让压锚索，其特征在于，所述的注浆杆内部装有振动块。
9.如权利要求1-8任一所述的智能预紧让压锚索的应用方法，其特征在于，如下：
第一步，使用锚索钻机对围岩进行钻孔；
第二步，钻孔底部塞入锚固剂；
第三步，检查智能预紧让压锚索状态，调试好网络智能监测元件；设定标准气压值，标准油压值和标准让压杆拉力的安全允许范围；
第四步，将预紧杆塞入钻孔内，充分挤压钻孔内锚固剂；
第五步，将液压托盘穿过让压杆，液压托盘带有锚索测力计的一面接触围岩表面；通过液压油注入口向液压托盘注入液压油，半圆式夹具夹紧让压杆；三瓣式锁芯塞入液压托盘孔，进一步锁紧让压杆；
第六步，启动预紧轴心电机，预紧轴心电机带动恒阻吸能舱沿预紧杆上的预紧螺纹向钻孔深处旋转移动，拉紧让压杆，实现锚索高预紧力；
第七步，在锚索使用过程中，微型气压计、油压计、锚索测力计和窥视镜头进行实时监测；
第八步，监测结果超出安全允许范围，可自动或人工进行修正。
10.如权利要求9所述的智能预紧让压锚索的应用方法，其特征在于，所述的微型气压计、油压计、锚索测力计和窥视镜头连接现场网络，监测结果实时上传至地面监测平台，监测后台自动储存各监测元件数据。
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