CN117307220A - 一种非金属高强度复合材料锚杆 - Google Patents

Abstract

一种非金属高强度复合材料锚杆，包括具有中空结构的杆体，杆体的尾部为具有中空结构的颈体，颈体的直径小于杆体的直径，颈体外周套设有套筒，套筒的尾部为大头端，大头端内设置有锥形孔，锥形孔的头端设置有卡槽，杆体内和颈体内穿设有实心杆，实心杆的尾端设置有凸环，凸环的尾端设置有锥体，锥体远离凸环一端设置有锤击端，锥体设置在锥形孔内，凸环卡设在卡槽内，杆体上设置有对称通槽，杆体的中空结构内设置有膨胀体，实心杆的头端接触膨胀体，膨胀体膨胀使得杆体沿对称通槽分离，杆体的外周与安装孔内周过盈配合，杆体、颈体与套筒配合使用，实心杆使得膨胀体膨胀，杆体过盈配合在安装孔内，使得锚杆稳定的固定在安装孔内。

Description

一种非金属高强度复合材料锚杆

技术领域

本申请属于锚杆技术领域，尤其涉及一种非金属高强度复合材料锚杆。

背景技术

具有断层的岩壁常需要锚杆进行固定，复合材料的非金属锚杆是目前的发展趋势之一，其具有重量轻、强度高等特点，目前很多非金属锚杆都类似专利US20210363885A1中提及的锚杆结构，在大量的试验下，非金属锚杆所采用的纤维材质等都逐渐统一，例如大多都采用玄武岩纤维材质，但锚杆的结构则影响锚杆的强度，尤其是在变径处是锚杆的脆弱点，也是需要解决的问题，另外，锚杆前端与岩壁内安装孔的固定的稳定性也是需要解决的问题，依靠目前的过盈配合虽然能够起到较为稳定的固定效果，但安装困难，需要花费较大力气锤击才能将锚杆打入安装孔内。

发明内容

本申请为了解决上述问题，本申请提供一种非金属高强度复合材料锚杆。

本申请的第一目的是提供一种非金属高强度复合材料锚杆，本申请利用杆体、颈体与套筒配合使用，在实心杆的配合下使得膨胀体膨胀，杆体过盈配合在安装孔内，使得锚杆稳定的固定在安装孔内。

为实现本申请的第一目的，本申请的技术方案为：

一种非金属高强度复合材料锚杆，作用在具有断层的岩壁上，断层两侧的岩壁为前岩壁和后岩壁，前岩壁和后岩壁内开设有安装孔，锚杆包括具有中空结构的杆体，杆体的头部为小头端，杆体的尾部为具有中空结构的颈体，颈体的直径小于杆体的直径，颈体外周套设有套筒，套筒的尾部为大头端，大头端内设置有锥形孔，锥形孔的头端设置有卡槽，杆体内和颈体内穿设有实心杆，实心杆的尾端设置有凸环，凸环的尾端设置有锥体，锥体远离凸环一端设置有锤击端，锥体设置在锥形孔内，凸环卡设在卡槽内，杆体上设置有对称通槽，杆体的中空结构内设置有膨胀体，实心杆的头端接触膨胀体，膨胀体膨胀使得杆体沿对称通槽分离，杆体的外周与安装孔内周过盈配合。

进一步的，杆体为树脂材料与纵向纤维的组合，纵向纤维的方向为与通槽的延伸方向呈锐角角度的连续性纤维，颈体、套筒为树脂材料与周向纤维、纵向纤维的组合。

进一步的，套筒和杆体之间设置有卡环，卡环外周设置有防滑纹，防滑纹与安装孔内周接触，卡环套装在颈体上。

进一步的，实心杆的尾端设置有连接杆，连接杆的直径大于实心杆的直径使得连接杆和实心杆之间形成台阶，凸环固定在台阶上，大头端内设置有渐变孔，渐变孔的头端与颈体的中空结构形成所述的卡槽，渐变孔的头端的直径小于渐变孔的尾端的直径，渐变孔连接锥形孔。

进一步的，前岩壁和大头端之间设置有支撑板，支撑板被大头端固定在前岩壁上。

进一步的，杆体的尾端处的纵向纤维的一部分布置在颈体上，颈体的头端处的纵向纤维的一部分布置在杆体上。

进一步的，膨胀体包括具有中空结构的筒体，筒体的头端设置有大头部，大头部的头端为小头部，小头部的尺寸小于大头部，筒体的尾端为末端体，末端体内设置有扩大孔，扩大孔的头端为过渡孔，扩大孔内设置有推进块，推进块的尾端设置有顶击块，筒体上设置有均布通槽，均布通槽之间的筒体结构为筒体的肋板，推进块挤压末端体时，筒体的肋板变形并挤压杆体使得杆体沿对称通槽分离。

进一步的，大头部远离小头部的一端为触体，筒体内设置有药剂瓶，药剂瓶为玻璃瓶，药剂瓶内填充有填充药剂，填充药剂为粘结剂。

进一步的，大头部上设置有连接螺纹，筒体内设置有配合螺纹，连接螺纹与配合螺纹螺接连接使得大头部固定在筒体内，药剂瓶与触体抵接。

本申请的第二目的是提供一种非金属高强度复合材料锚杆的使用方法，本申请利用杆体与安装孔过盈配合实现锚杆在安装孔内的固定，在膨胀体膨胀时杆体变形并使得杆体固定在安装孔的前端，套筒安装在杆体后端的颈体上，通过套筒的过盈配合使得套筒和颈体固定在安装孔的后端，实心杆将套筒大头端固定在前岩壁上，在套筒上大头端的作用下使得前岩壁和后岩壁被锚杆固定在一起。

为实现本申请的第二目的，本申请的技术方案为：

一种非金属高强度复合材料锚杆的使用方法，其特征在于，采用如权利要求8或9的一种非金属高强度复合材料锚杆，包括以下步骤：

S1、在前岩壁和后岩壁开设安装孔，使得安装孔的深度大于杆体和颈体的长度，安装孔与杆体过渡配合；

S2、将套筒安装在颈体上，将膨胀体安装在杆体的中空结构内，将杆体伸入安装孔内，使得大头端抵接在前岩壁上；

S3、将实心杆插设在杆体和颈体的中空结构内，使得实心杆的头端与膨胀体抵触；

S4、锥体布置在锥形孔内，利用敲击锤打击锤击端，使得凸环卡设在卡槽内，实心杆移动并挤压膨胀体上的顶击块，筒体变形使得杆体沿对称通槽分离，使得杆体与安装孔接触，同时，顶击块上的推进块冲击膨胀体内的药剂瓶，使得药剂瓶碎裂，药剂瓶内的填充药剂流出使得杆体固定在安装孔内。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

1、本申请利用杆体与安装孔过盈配合实现锚杆在安装孔内的固定，膨胀体布置在杆体内，在膨胀体膨胀时杆体变形并使得杆体固定在安装孔的前端，套筒安装在杆体后端的颈体上，通过套筒的过盈配合使得套筒和颈体固定在安装孔的后端，在此基础上，实心杆将套筒大头端固定在前岩壁上，实心杆又与颈体和杆体的中心连接，实心杆上的凸环与套筒内的卡槽配合，使得套筒、大头端、颈体、杆体、实心杆连接在一起，在套筒上大头端的作用下使得前岩壁和后岩壁被锚杆固定在一起。

2、本申请的膨胀体包括填充有粘结剂的药剂瓶和位于药剂瓶外侧的筒体，筒体前端具有大头部，筒体尾端具有扩大孔和与扩大孔配合的推进块，在实心杆的作用下，推进块沿着扩大孔移动并使得筒体变形，筒体变形使得杆体变形，杆体膨胀进而固定在安装孔内，此外，推进块的移动会挤压位于筒体内的药剂瓶，药瓶瓶被触体撞破裂使得粘结剂从药剂瓶内流出，进而使得杆体被更稳定的固定在安装孔内，实心杆也能够被粘结剂固定在杆体内。

3、本申请的杆体采用纵向纤维，使得杆体能够沿通槽方向变形，杆体和颈体连接处采用交错布置的纵向纤维，使得杆体和颈体的连接处更稳定，杆体和颈体的连接处还安装了卡环，卡环能够保护杆体和颈体的连接处，同时，卡环外周的防滑纹还能防止卡环滑动，另外，卡环还能封堵住粘结剂的流动，使得杆体在安装孔内稳定固定。

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。

图1为本申请的安装结构示意图；

图2为本申请杆体和颈体的整体结构示意图；

图3为图2的正视图结构示意图；

图4为本申请的套筒、卡环与杆体、颈体配合的结构示意图；

图5为套筒、卡环与杆体、颈体的安装组装示意图；

图6为本申请实心杆与套筒、颈体、杆体配合的结构示意图；

图7为实心杆与套筒、颈体、杆体的组装示意图；

图8为图6的内部结构示意图；

图9为本申请的膨胀体的各部件的结构示意图；

图10为本申请的膨胀体各部件组装示意图；

图11为本申请的膨胀体的内部结构示意图。

图中：

1、小头端，2、杆体，3、颈体，4、对称通槽，5、膨胀体，6、大头端，7、套筒，8、卡环，9、锥形孔，10、锤击端，11、锥体，12、凸环，13、连接杆，14、实心杆前端，15、卡槽，16、实心杆后端，17、小头部，18、大头部，19、触体，20、筒体，21、均布通槽，22、末端体，23、扩大孔，24、顶击块，25、推进块，26、药剂瓶，27、连接螺纹，28、配合螺纹，29、支撑板，30、填充药剂；

100、前岩壁，200、后岩壁，300、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本申请作进一步说明。

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申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，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。

在本申请中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本申请各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本申请中任一部件或元件，不能理解为对本申请的限制。

实施例1

本实施例公开一种非金属高强度复合材料锚杆，这种锚杆可以作用在具有断层的岩壁上，用于将具有断层的岩壁进行固定，断层两侧的岩壁为前岩壁100和后岩壁200，本实施例需要在前岩壁100和后岩壁200内开设安装孔300，利用安装孔300与锚杆的配合实现固定，具体的，本实施例的锚杆包括具有中空结构的杆体2，杆体2与安装孔300的前半段配合使用，作为杆体2的具体结构，杆体2的头部为小头端1，小头端1具有弧形头，便于杆体2沿着安装孔300移动，杆体2上开设有对称通槽4，对称通槽4将杆体2分为两部分，但杆体2的两端又被小头端1和颈体3连接，杆体2的中空结构内安装有膨胀体5，膨胀体5与杆体2为间隙配合，但间隙很小，该间隙是为了方便膨胀体5在杆体2内的安装，从材质上来看，杆体2为树脂材料与纵向纤维的组合，纵向纤维的方向为与通槽的延伸方向呈锐角角度的连续性纤维，该纤维可以采用目前使用较为广泛的玄武岩纤维，也可以采用其他纤维材料，杆体2的尾部为具有中空结构的颈体3，杆体2的中空结构与颈体3的中空结构是连通的，尺寸也是一致的，颈体3的直径小于杆体2的直径，从材质上看，颈体3、套筒7为树脂材料与周向纤维、纵向纤维的组合，该纤维可以采用目前使用较为广泛的玄武岩纤维，也可以采用其他纤维材料，颈体3外周套设有套筒7，本实施例还在杆体2和颈体3的连接处安装卡环8，在该连接处是强度较低的部分，因此，本实施例在材质上进行改进，杆体2的尾端处的纵向纤维的一部分布置在颈体3上，颈体3的头端处的纵向纤维的一部分布置在杆体2上，在结构上也增加卡环8进行改进，卡环8采用塑料结构，卡环8的安装位置是在套筒7和杆体2之间，作为卡环8的具体结构，卡环8外周具有防滑纹，防滑纹与安装孔300内周接触，实现过盈配合，卡环8套装在颈体3上，卡环8与颈体3也为过盈配合。

本实施例的套筒7结构为：套筒7的尾部为大头端6，大头端6的直径要大于安装孔300的直径，大头端6内开设有锥形孔9，锥形孔9的最大直径处位于大头端6的尾端，锥形孔9的头端具有卡槽15，具体的，锥形孔9的头端为渐变孔，其孔径逐渐变小后扩大，在孔径的转折处便是卡槽15的位置。

本实施例在杆体2内和颈体3内穿设有实心杆，实心杆包括实心杆前端14和实心杆后端16，利用实心杆稳固杆体2和颈体3的结构，本实施例在实心杆后端16的尾端布置有与卡槽15配合的凸环12，具体的，实心杆后端16的尾端为连接杆13，连接杆13的直径大于实心杆的直径进而使得连接杆13和实心杆之间形成台阶，凸环12固定在台阶上，凸环12的尾端为锥体11，锥体11的小尺寸端头靠近凸环12，锥体11远离凸环12一端为锤击端10，锤子锤击时也是对准这个锤击端10，锥体11需要安装在锥形孔9内，这时凸环12也能够卡设在卡槽15内，并且，实心杆前端14的头端接触膨胀体5，膨胀体5膨胀使得杆体2沿对称通槽4分离，使得杆体2的外周与安装孔300内周过盈配合。

本实施例的大头端6内具有渐变孔，渐变孔的头端与颈体3的中空结构形成本实施例的卡槽15，渐变孔的头端的直径小于渐变孔的尾端的直径，渐变孔连接锥形孔9，使得锤击端10受力后，凸环12穿过渐变孔进而使得凸环12与卡槽15卡在一起。

本实施例增加了前岩壁100与大头端6的接触面积，具体的，本实施例在前岩壁100和大头端6之间布置有一块支撑板29，支撑板29被大头端6固定在前岩壁100上。

本实施例的膨胀体5内放置粘结剂，具体的，膨胀体5包括具有中空结构的筒体20，筒体20的头端固定有大头部18，大头部18的头端为小头部17，小头部17的尺寸小于大头部18，使得筒体20更容易进入杆体2内，作为大头部18和筒体20的连接方案，大头部18上具有连接螺纹27，连接螺纹27为外螺纹，筒体20内具有配合螺纹28，配合螺纹28为内螺纹，连接螺纹27与配合螺纹28螺接连接使得大头部18固定在筒体20内，筒体20的尾端为末端体22，末端体22内具有扩大孔23，扩大孔23也是一种渐变孔，扩大孔23的头端为过渡孔，扩大孔23内安装有推进块25，用力推动推进块25时，推进块25会通过过渡孔的位置，推进块25的尾端具有顶击块24，顶击块24便是受力点，本实施例的筒体20上开设有均布通槽21，均布通槽21之间的筒体20结构为理解为筒体20的肋板，推进块25挤压末端体22时，筒体20的肋板变形并挤压杆体2使得杆体2沿对称通槽4分离，进而使得杆体2与安装孔300过盈配合，另外，大头部18远离小头部17的一端为触体19，触体19可以为金属块，筒体20内具有药剂瓶26，药剂瓶26为玻璃瓶，药剂瓶26内填充有填充药剂30，填充药剂30为粘结剂，药剂瓶26与触体19抵接，推进块25通过过渡孔的位置，使得药剂瓶26被挤压，触体19使得药剂瓶26破裂进而使得粘结剂流出并填充安装孔300与杆体2之间的间隙。

基于上述的一种非金属高强度复合材料锚杆，在此基础上，本实施例公开一种非金属高强度复合材料锚杆的使用方法，包括以下步骤：

S1、在前岩壁100和后岩壁200开设安装孔300，使得安装孔300的深度大于杆体2和颈体3的长度，安装孔300与杆体2过渡配合；

S2、将套筒7安装在颈体3上，如图10所示，将膨胀体5安装在杆体2的中空结构内，图中箭头代表膨胀体5的安装位置，将杆体2伸入安装孔300内，使得大头端6抵接在前岩壁100上；

S3、将实心杆插设在杆体2和颈体3的中空结构内，使得实心杆的头端与膨胀体5抵触；

S4、锥体11布置在锥形孔9内，如图6-图7所示，利用敲击锤打击锤击端10，图6中的箭头处为锤击位置，图7中的箭头为凸环12的移动方向，使得凸环12卡设在卡槽15内，实心杆移动并挤压膨胀体5上的顶击块24，筒体20变形使得杆体2沿对称通槽4分离，使得杆体2与安装孔300接触，同时，顶击块24上的推进块25冲击膨胀体5内的药剂瓶26，使得药剂瓶26碎裂，药剂瓶26内的填充药剂30流出使得杆体2固定在安装孔300内。

在步骤S1中，如图5所示，将卡环8安装在杆体2和颈体3的连接处，再安装套筒7，图5中箭头代表安装方向。

在步骤S2中，将支撑板29安装在大头端6处。

以上仅为本申请的优选实施例而已，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。

上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种非金属高强度复合材料锚杆，作用在具有断层的岩壁上，断层两侧的岩壁为前岩壁(100)和后岩壁(200)，前岩壁(100)和后岩壁(200)内开设有安装孔(300)，其特征在于，包括具有中空结构的杆体(2)，杆体(2)的头部为小头端(1)，杆体(2)的尾部为具有中空结构的颈体(3)，颈体(3)的直径小于杆体(2)的直径，颈体(3)外周套设有套筒(7)，套筒(7)的尾部为大头端(6)，大头端(6)内设置有锥形孔(9)，锥形孔(9)的头端设置有卡槽(15)；

所述杆体(2)内和颈体(3)内穿设有实心杆，实心杆的尾端设置有凸环(12)，凸环(12)的尾端设置有锥体(11)，锥体(11)远离凸环(12)一端设置有锤击端(10)，锥体(11)设置在锥形孔(9)内，凸环(12)卡设在卡槽(15)内；

所述杆体(2)上设置有对称通槽(4)，杆体(2)的中空结构内设置有膨胀体(5)，实心杆的头端接触膨胀体(5)，膨胀体(5)膨胀使得杆体(2)沿对称通槽(4)分离，杆体(2)的外周与安装孔(300)内周过盈配合。

2.如权利要求1所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述杆体(2)为树脂材料与纵向纤维的组合，纵向纤维的方向为与通槽的延伸方向呈锐角角度的连续性纤维；

所述颈体(3)、套筒(7)为树脂材料与周向纤维、纵向纤维的组合。

3.如权利要求1所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述套筒(7)和杆体(2)之间设置有卡环(8)，所述卡环(8)外周设置有防滑纹，防滑纹与安装孔(300)内周接触，所述卡环(8)套装在颈体(3)上。

4.如权利要求1所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述实心杆的尾端设置有连接杆(13)，连接杆(13)的直径大于实心杆的直径使得连接杆(13)和实心杆之间形成台阶，所述凸环(12)固定在台阶上，所述大头端(6)内设置有渐变孔，渐变孔的头端与颈体(3)的中空结构形成所述的卡槽(15)，渐变孔的头端的直径小于渐变孔的尾端的直径，渐变孔连接锥形孔(9)。

5.如权利要求1所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述前岩壁(100)和大头端(6)之间设置有支撑板(29)，支撑板(29)被大头端(6)固定在前岩壁(100)上。

6.如权利要求2所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述杆体(2)的尾端处的纵向纤维的一部分布置在颈体(3)上，颈体(3)的头端处的纵向纤维的一部分布置在杆体(2)上。

7.如权利要求1所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述膨胀体(5)包括具有中空结构的筒体(20)，筒体(20)的头端设置有大头部(18)，大头部(18)的头端为小头部(17)，小头部(17)的尺寸小于大头部(18)，筒体(20)的尾端为末端体(22)，末端体(22)内设置有扩大孔(23)，扩大孔(23)的头端为过渡孔，扩大孔(23)内设置有推进块(25)，推进块(25)的尾端设置有顶击块(24)；

所述筒体(20)上设置有均布通槽(21)，均布通槽(21)之间的筒体(20)结构为筒体(20)的肋板，推进块(25)挤压末端体(22)时，筒体(20)的肋板变形并挤压杆体(2)使得杆体(2)沿对称通槽(4)分离。

8.如权利要求7所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述大头部(18)远离小头部(17)的一端为触体((19)，所述筒体(20)内设置有药剂瓶(26)；

所述药剂瓶(26)为玻璃瓶，药剂瓶(26)内填充有填充药剂(30)，填充药剂(30)为粘结剂。

9.如权利要求8所述的一种非金属高强度复合材料锚杆，其特征在于，所述大头部(18)上设置有连接螺纹(27)，所述筒体(20)内设置有配合螺纹(28)，连接螺纹(27)与配合螺纹(28)螺接连接使得大头部(18)固定在筒体(20)内，所述药剂瓶(26)与触体((19)抵接。

10.一种非金属高强度复合材料锚杆的使用方法，其特征在于，采用如权利要求8或9的一种非金属高强度复合材料锚杆，包括以下步骤：

S1、在前岩壁(100)和后岩壁(200)开设安装孔(300)，使得安装孔(300)的深度大于杆体(2)和颈体(3)的长度，安装孔(300)与杆体(2)过渡配合；

S2、将套筒(7)安装在颈体(3)上，将膨胀体(5)安装在杆体(2)的中空结构内，将杆体(2)伸入安装孔(300)内，使得大头端(6)抵接在前岩壁(100)上；

S3、将实心杆插设在杆体(2)和颈体(3)的中空结构内，使得实心杆的头端与膨胀体(5)抵触；

S4、锥体(11)布置在锥形孔(9)内，利用敲击锤打击锤击端(10)，使得凸环(12)卡设在卡槽(15)内，实心杆移动并挤压膨胀体(5)上的顶击块(24)，筒体(20)变形使得杆体(2)沿对称通槽(4)分离，使得杆体(2)与安装孔(300)接触，同时，顶击块(24)上的推进块(25)冲击膨胀体(5)内的药剂瓶(26)，使得药剂瓶(26)碎裂，药剂瓶(26)内的填充药剂(30)流出使得杆体(2)固定在安装孔(300)内。