CN206581957U - 一种新型耐久磁化锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型耐久磁化锚杆，包括：锚杆杆体，锥形端套，锥形止动螺母，爪形弹性防胀外衬套，凹形弹簧圈，弹性磁化开缝钢管，橡胶衬套，拱形托盘，减摩垫圈，对顶加厚螺母紧固机构；其特征在于：锥形端套导引锚杆杆体钻入钻孔，锥形止动螺母与钻孔深部孔壁形成自锁结构，实现锚杆杆体轴向推进，爪形弹性防胀外衬套向锚杆杆体端部移动，释放弹性磁化开缝钢管，各爪齿收缩，凹形弹簧轴向压缩，弹性磁化开缝钢管扩张，楔形块贴合，钢管外壁与钻孔壁挤紧，对顶加厚螺母紧固机构压紧拱形托盘给锚杆施加预紧力；本发明一方面能使围岩处于三向受力状态，稳固岩层，另一方面能延长锚杆预紧力对围岩的有效作用时间，改善锚杆的耐久性，提高支护效率。

Description

一种新型耐久磁化锚杆

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下或隧道支护技术领域，尤其是涉及一种新型耐久磁化锚杆，该新型耐久磁化锚杆用于稳固岩层，防止其断裂或坍塌。

背景技术

目前，锚杆支护技术已在国内外矿井巷道及铁路、水电、边坡等各类工程的隧道支护中得到普遍应用，是施工工程实现安全、高产和高效必不可少的关键技术之一。随着锚杆稳固岩层技术的日趋成熟，在矿井巷道或隧道支护中的应用也日渐重要。传统锚杆的种类有很多，通过不同类型锚杆在工程中的使用发现，现有的锚杆在支护过程中存在耐久性差，难以施加较大预紧力，锚固性能不稳定，支护强度低等主要缺点。如发明专利(CN101839143A)公开了一种锚杆能够减小锚杆腐蚀损坏，延长锚杆寿命，如发明专利(CN103422872A)公开了一种锚杆装置，能够直观的检验锚杆的预紧力是否足够，如发明专利 （CN104895104A）公开了一种充气锚杆基础，能搞提高充气锚杆的极限承载力，都没有有效延长锚杆预紧力作用时间，使锚杆长期对围岩钻孔孔壁施加径向压力，提高锚杆的耐久性，增强锚杆稳固岩层的能力。管缝式锚杆在支护过程中，锚固力对孔径差变化很敏感，锚杆锚固力受钻孔因素影响较大，锚固性能不稳定；水力膨胀式锚杆在支护中直接与外界接触，容易受潮腐蚀，造成锚杆失效；螺纹钢锚杆由于螺纹螺距大及螺纹与螺母的配合控制难度大，使其很难施加较大预紧力，现场使用经常发生退扣造成预紧力下降；导致锚杆不能长期控制围岩处于三向受力状态，造成锚杆支护强度降低。本实用新型的一个目的是克服或至少减少与现有技术的锚杆构造相关的一个或多个缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是要解决现有技术存在的问题而提供的一种新型耐久磁化锚杆，所述的新型耐久磁化锚杆用于钻入围岩钻孔，与钻孔孔壁挤紧可立即在全长范围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力，加上锚杆拱形托盘的承托力，从而使围岩处于三向受力状态，实现岩层稳固。用于全长锚固，属于主动支护，而且锚固力随围岩变形的加大而逐渐增强，安装在锚杆杆体上的凹形弹簧圈及锚杆杆体与弹性磁化开缝钢管之间相斥的磁力，再配合若干个楔形块组成的楔形径向扩张结构，实现弹性磁化开缝钢管膨胀扩张，保证其外壁与钻孔孔壁挤紧，同时，安装在锚杆杆体上的凹形弹簧圈沿锚杆杆体轴向压缩，可延长预紧力作用时间，弹力与磁力可长期作用于弹性磁化开缝钢管，增强了锚杆的耐久性，提高其锚固性能。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

提供一种新型耐久磁化锚杆，主要包括锚杆杆体19，锥形端套2，锥形止动螺母3，爪形弹性防胀外衬套4，弹性磁化开缝钢管18，凹形弹簧圈7，楔形扩张块17，拱形托盘14，橡胶衬套15，减磨垫圈9，加厚紧固螺母(右旋)13，加厚自锁螺母(左旋)10。

所述的新型耐久磁化锚杆，锚杆杆体19具有前端螺纹段20和尾部螺纹段8，前端螺纹段20端部配套安装开有对称裂口的锥形端套2；锥形止动螺母3与爪形弹性防胀外衬套4通过螺纹安装在锚杆杆体的前端螺纹段20上；前部锥形圈5、尾部锥形圈16及若干个楔形扩张块17-2均通过焊接方式安装在锚杆杆体19的中间段；凹形弹簧圈通过其中间圆孔直接套在锚杆杆体19中间段，且其轴向移动受到前部锥形圈5、尾部锥形圈16及若干个楔形扩张块17共同限制；弹性磁化开缝钢管18套装在锚杆杆体19中间段，弹性磁化开缝钢管内圈限制凹形弹簧圈径向扩张，在锚杆钻入围岩钻孔前，弹性磁化开缝钢管外圈的径向膨胀受到爪形弹性防胀外衬套4的限制；橡胶衬套15通过螺纹安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上，橡胶衬套15具有一定的厚度和弹性，且可以沿锚杆杆体尾部螺纹段8移动；拱形托盘14与橡胶衬套15相配合安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上；减磨垫圈9套在锚杆杆体尾部螺纹段8上；加厚紧固螺母(右旋)13与加厚自锁螺母(左旋)10通过螺纹安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上。

所述的新型耐久磁化锚杆，锚杆杆体19由左旋无纵筋螺纹钢加工制成，并对其进行磁化处理，使其具备一定的磁性，弹性磁化开缝钢管18为扩张元件由薄钢板卷制而成，对其进行磁化处理后使其与锚杆杆体19具备相同的磁性，二者之间的相斥磁力可以通过控制磁化过程中线圈的圈数、直径及施加电压等来改变；凹形弹簧圈7存在凹形弯曲面7-1，安装在锚杆杆体19的中间段之前凹形弯曲面7-1预先处于弹性压缩状态，其径向扩张依次受到弹性磁化开缝钢管18、爪形弹性防胀外衬套4的限制，弹性磁化开缝钢管的纵向管缝6处于压缩状态。

所述的新型耐久磁化锚杆，开有对称裂口的锥形端套2套接在锚杆杆体前端螺纹段20的端头部，锥形端套2的内表面与锚杆杆体前端螺纹段20的外表面保持接合，锥形端套2结构形状为锥形或类似于锥形，其窄端部留有对称裂口1，在锚杆钻入围岩钻孔时锥形端套2可以起导引作用，并且可以根据钻孔孔径大小来调节其对称裂口1的尺寸，增强锚杆对孔径差的适应性；当锚杆钻入钻孔后，在锚杆轴向推力的挤压作用下，对称裂口1插入钻孔深部围岩发生变形膨胀，与钻孔深部孔底围岩挤紧贴合，固定锚杆前端部，使其不易松动，提高锚杆稳定性，增强锚固性能。

所述的新型耐久磁化锚杆，锥形止动螺母3与锚杆杆体前端螺纹段20组成螺旋副来实现螺旋传动，将锚杆杆体的回转运动转变为沿钻孔轴线方向的直线推进，同时将锚杆杆体的轴向推力传递给锥形端套2；锥形止动螺母3宽端部外圈尺寸稍大于爪形弹性防胀外衬套4张开时的外圈尺寸，但稍小于钻孔孔径，锚杆钻入钻孔后，锥形止动螺母3嵌入钻孔深部粗糙孔壁，与孔壁围岩配合成为螺旋传动的自锁构件；锚杆杆体前端螺纹段20的材料可选用40Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi等钢性材料，需经热处理，以提高其耐磨性，适用于锚杆重载要求；锥形止动螺母3可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金，使其耐磨性好，强度高，满足重载传动；锥形止动螺母3的内螺纹采用最常用的梯形传动螺纹，内、外螺纹以锥面贴近，不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，有利于锚杆进行支护。

所述的新型耐久磁化锚杆，爪形弹性防胀外衬套4通过螺纹安装在锚杆杆体前端螺纹段20上，主要包括由高强度、高弹性的薄钢片或其它具有一定强度柔性金属制成的弹性爪齿4-1和薄形连接螺纹圈4-2，弹性爪齿4-1沿薄形连接螺纹圈4-2镜像对称布置，可以通过焊接方式相连接，且沿径向可以弹性收缩，实现径向收口，在弹性磁化开缝钢管18钻入钻孔前，通过弹性爪齿4-1径向收口的弹力限制弹性磁化开缝钢管18的径向膨胀扩张，进一步限制凹形弹簧圈7发生径向扩张，弹性磁化开缝钢管18被压缩，以便锚杆钻入钻孔，薄形连接螺纹圈4-2通过内螺纹安装在锚杆杆体前端螺纹段20上，通过螺旋传动可以实现爪形弹性防胀外衬套4沿锚杆杆体前端螺纹段20轴向移动，薄形连接螺纹圈4-2的外圈尺寸要略小于锥形止动螺母3宽端部外圈尺寸，以便锚杆钻入钻孔后爪形弹性防胀外衬套4与锚杆杆体前端螺纹段20共同沿轴向推进钻孔深部，从而释放弹性磁化开缝钢管18，弹性爪齿4-1收缩抱紧锚杆杆体前端螺纹段20，在凹形弹簧7的径向力、磁力及若干楔形块径向扩张的作用下，弹性磁化开封钢管18径向膨胀扩张，与钻孔孔壁挤紧。

所述的新型耐久磁化锚杆，前部锥形圈5与尾部锥形圈16焊接在锚杆杆体19上，前部锥形圈5焊接在锚杆杆体前部螺纹段20的后部(下部)，尾部锥形圈16焊接在锚杆杆体尾部螺纹段8的前部(上部)，用以限制凹形弹簧圈7沿锚杆杆件19轴向滑动，并且随着锚杆杆体19的轴向推进，前部锥形圈5可以实现凹形弹簧圈7沿锚杆杆件19轴向压缩，在锚杆对围岩钻孔施加预紧力后，处于轴向压缩状态的凹形弹簧圈7可以延长锚杆预紧力对围岩的作用时间，提高锚杆的耐久性。

所述的新型耐久磁化锚杆，凹形弹簧圈7选用硅锰弹簧钢(如60Si2MnA或60Si2Mn)加工制成，在轴向方向类似于普通高强度、高弹性的减震弹簧，在径向设计有凹形弯曲面7-1，径向、轴向均可被压缩用以储存弹性能，在锚杆钻入钻孔前，凹形弹簧圈7轴向处于原始状态，凹形弯曲面7-1预先处于压缩状态，凹形弹簧圈7的初始直径稍大于锚杆杆体19的直径， 穿过凹形弹簧圈7的中间孔直接安装在锚杆杆体19上，凹形弹簧圈7外侧紧贴弹性磁化开缝钢管18的内圈，其它若干个凹形弹簧圈安装及作用机理类似。

所述的新型耐久磁化锚杆，楔形扩张块17包括焊接在锚杆杆体19上的上楔形块17-2和焊接在弹性磁化开缝钢管内圈的下楔形块17-1两组楔形元件，锚杆钻入钻孔后，弹性磁化开缝钢管18在磁力与凹形弹簧圈7的径向弹力作用下膨胀扩张，与钻孔孔壁挤紧，焊接在弹性磁化开缝钢管内圈的下楔形块17-1不动，焊接在锚杆杆体19上的上楔形块17-2随锚杆杆体19沿钻孔深部推进与下楔形块17-1贴合挤紧，对弹性磁化开缝钢管18施加额外更加稳定的径向扩张力，其它若干个楔形扩张块安装及作用机理相同。

所述的新型耐久磁化锚杆，由橡胶制成的橡胶衬套15安装在锚杆杆体尾部螺纹上，橡胶衬套的内螺纹与锚杆杆体尾部螺纹段8相配合，使橡胶衬套15可以沿着锚杆杆体尾部螺纹段8轴向移动，橡胶衬套安装好后，其外圈与拱形托盘14及钻孔孔壁挤紧，内侧包紧贴合锚杆杆体尾部螺纹段8，既能够将钻孔、拱形托盘14及锚杆杆体尾部螺纹段8通过橡胶衬套15连接以来，又可以有效缓和三者之间载荷的传递，防止锚杆杆体支护过程中晃动剧烈，弱化围岩变形后的压力对拱形托盘14、对顶加厚螺母紧固机构13、12及锚杆杆体19的影响，对与其相连接的元件起到保护作用，且还可以将钻孔孔口密封，有效减少锚杆暴露面积，避免锚杆疲劳损伤及腐蚀，延长锚杆寿命，增强锚杆强度。

所述的新型耐久磁化锚杆，由钢板加工制成的拱形托盘14与橡胶衬套15配合安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上，通过对顶加厚螺母紧固机构13、12施加扭矩，压紧拱形托盘14给锚杆提供预紧力，拱形托盘14具有一定的面积，有利于锚杆预应力的扩散，扩大锚杆作用范围，围岩变形后载荷作用于拱形托盘14，通过拱形托盘14将载荷传递到锚杆杆体19，增大锚杆支护阻力，实现围岩稳固。

所述的新型耐久磁化锚杆，在加厚紧固螺母(右旋)13与拱形托盘14中间安装有扁平形呈环状的减磨垫圈9，用来保护拱形托盘14的表面不受加厚紧固螺母(右旋)13的擦伤，分散加厚紧固螺母(右旋)13对拱形托盘14的压力，又可以使元件之间接触更紧密。

所述的新型耐久磁化锚杆，对顶加厚螺母紧固机构由加厚紧固螺母(右旋)13与加厚自锁螺母(左旋)10组成，均通过螺纹安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上，加厚紧固螺母(右旋)13与加厚自锁螺母(左旋)10对顶安装拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力作用，即使锚杆支护过程中载荷有变动，该摩擦力仍然存在，能更好满足锚杆支护重载的要求，为了防止螺母松动引起锚杆失效，将加厚自锁螺母(左旋)10一端制成非圆形收口或开缝后径向收口12，当加厚自锁螺母(左旋)10拧紧后，收口12胀开，利用收口12的弹力使旋合螺纹间压紧，结构简单且防松可靠，为了便于通过对顶加厚螺母紧固机构给锚杆施加较大的预紧力且避免围岩变形后的压力造成螺母破坏，螺母均采用加厚螺母。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，通过凹形弹簧圈施加径向弹力、锚杆杆体的磁力及楔形扩张机构共同作用使得弹性磁化开缝钢管膨胀扩张，弹性磁化开缝钢管外壁与围岩钻孔孔壁挤紧，可立即在全长范围内对孔壁施加较大的径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力，加上锚杆拱形托盘的承拖力，更好的使围岩处于三向受力状态，从而进一步提高锚杆稳固岩层的能力。

2.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，设计有锥形止动螺母，与锚杆杆体前端螺纹段组成螺旋副实现锚杆杆体轴向直线推进，与前部、尾部锥形圈及若干个楔形扩张块相配合，共同实现凹形弹簧圈沿锚杆杆体轴向压缩，当锚杆安装支护后，凹形弹簧圈沿锚杆杆体的轴向弹力可以延长锚杆预应力对围岩作用时间，增强锚杆的耐久性。

3.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，在锚杆杆体前端螺纹段端头安装开有对称裂口的锥形端套，可以根据钻孔孔径大小来调节其对称裂口的尺寸，增强锚杆对孔径差的适应性，当锚杆钻入钻孔后，在锚杆轴向推力的作用下，对称裂口插入钻孔深部围岩发生变形膨胀，与钻孔深部孔底围岩挤紧贴合，与锚杆杆体尾部螺纹段安装的橡胶衬套共同固定锚杆杆体，防止锚杆杆体支护过程中晃动剧烈，降低锚杆疲劳损伤，提高锚杆稳定性，增强锚固性能。

4.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，锚杆杆体尾部螺纹段安装的橡胶衬套，既能将钻孔、拱形托盘及锚杆杆体通过弹性橡胶衬套相连接，又可以有效缓钻孔、拱形托盘及锚杆杆体之间载荷的传递，弱化围岩变形后的压力对拱形托盘、对顶加厚螺母紧固机构及锚杆杆体的影响，可以保护与其相连接的元件，且有效减少锚杆暴露面积，降低锚杆腐蚀，延长锚杆寿命。

5.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，锚杆杆体尾部螺纹段安装有对顶加厚螺母紧固机构，加厚紧固螺母(右旋)与加厚自锁螺母(左旋)对顶安装拧紧，可以有效防止锚杆支护过程中载荷变动造成的螺母松动，能更好满足锚杆支护重载的要求，将加厚自锁螺母(左旋)一端制成非圆形收口或开缝后径向收口，当加厚自锁螺母(左旋)拧紧后，收口胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧，结构简单且防松可靠，螺母均采用加厚螺母，更有利于通过对顶加厚螺母紧固机构给锚杆施加较大的预紧力且避免围岩变形后的压力造成螺母破坏，使锚杆支护更加可靠。

6.本实用新型的新型耐久磁化锚杆，制造工艺简单，安装方便，支护可靠，成本低廉。

附图说明

图1本实用新型的新型耐久磁化锚杆整体装配剖视图

图2本实用新型的新型耐久磁化锚杆安装在钻孔内时的剖视图

图3本实用新型的楔形扩张块局部放大图

图4本实用新型的尾部螺纹段部件安装局部放大图

图5本实用新型的对顶加厚螺母紧固机构防松原理图

图6本实用新型的爪形弹性防胀外衬套图

图7本实用新型的爪形弹性防胀外衬套防胀安装原理图

图8本实用新型的凹形弹簧圈安装剖视图

图9本实用新型的弹性磁化开缝钢管受力扩张原理图

在图中，1－对称裂口 2－锥形端套 3－锥形止动螺母 4－爪形弹性防胀外衬套5－前部锥形圈 6－纵向管缝 7－凹形弹簧圈 8－锚杆杆体尾部螺纹段 9－减磨垫圈10－加厚自锁螺母(左旋) 11－螺母加厚区 12－自锁螺母径向收口 13－加厚紧固螺母(右旋) 14－拱形托盘 15－橡胶衬套 16－尾部锥形圈 17－楔形扩张块 18－弹性磁化开缝钢管 19－锚杆杆体 20－锚杆杆体前端螺纹段

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

工作原理：开有对称裂口的锥形端套2作为导引元件将锚杆杆体钻入钻孔中，当锥形止动螺母3的宽端部嵌入钻孔深处围岩中，与锚杆杆体前端螺纹段20构成螺旋副，将锚杆杆体19的回转运动转变为钻孔轴向推进运动，从而带动爪形弹性防胀外衬套4一起与锚杆杆体前端螺纹段20向钻孔深部推进，对称分布的弹性爪齿4-1脱离、释放弹性磁化开缝钢管18，同时弹性爪齿4-1径向收缩抱紧贴合锚杆杆体前端螺纹段20，在锚杆杆体19的磁力、凹形弹簧圈7的凹形弯曲面7-1径向弹力的作用下弹性磁化开缝钢管18的纵向管缝6开始扩张，使得弹性磁化开缝钢管18与钻孔孔壁挤紧，随着锚杆杆体19的轴向推进，上楔形块17-2和下楔形块17-1相互贴合挤紧，若干个楔形扩张块17径向贴合挤紧，为弹性磁化开缝钢管18施加额外更加稳定的径向扩张力，使得弹性磁化开缝钢管18与钻孔孔壁挤紧更加可靠，旋转通过螺纹安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上的橡胶衬套15来密封钻孔，穿过锚杆杆体尾部螺纹段8安装拱形托盘14、减磨垫圈9，通过螺纹连接依次安装加厚紧固螺母(右旋)13、加厚自锁螺母(左旋)10，并通过拧紧加厚紧固螺母(右旋)13、加厚自锁螺母(左旋)10压紧拱形托盘14来给锚杆杆体19施加预紧力，自锁螺母径向收口12胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧，实现螺母防松，锚杆杆体19的轴向推进，在前部锥形圈5、尾部锥形圈16作用下，凹形弹簧圈7沿锚杆杆体19的轴向处于压缩状态，利用其轴向弹力可以延长锚杆预 紧力对围岩支护时间，提高锚杆耐久性。

组成部件：

一种新型耐久磁化锚杆包括：2－锥形端套，3－锥形止动螺母，4－爪形弹性防胀外衬套5－前部锥形圈，7－凹形弹簧圈，9－减磨垫圈，10－加厚自锁螺母(左旋)，13－加厚紧固螺母(右旋)，14－拱形托盘，15－橡胶衬套，16－尾部锥形圈，17－楔形扩张块，18－弹性磁化开缝钢管，19－锚杆杆体。

工作过程：如图1、图2所示，锚杆在围岩支护安装过程中，通过开有对称裂口的锥形端套2作为导引元件将锚杆杆体钻入钻孔中，对称裂口1在钻孔孔底围岩作用下胀开，利用对称裂口1的弹力与钻孔深部孔底围岩挤紧贴合，当锥形止动螺母3的宽端部嵌入钻孔深处围岩中，与锚杆杆体前端螺纹段20构成螺旋副，将锚杆杆体19的回转运动转变为钻孔轴向推进运动，从而带动爪形弹性防胀外衬套4一起与锚杆杆体前端螺纹段20向钻孔深部运动，对称分布的弹性爪齿4-1脱离、释放弹性磁化开缝钢管18，同时弹性爪齿4-1径向收缩抱紧锚杆杆体前端螺纹段20，在锚杆杆体19的磁力、凹形弹簧圈7的凹形弯曲面7-1径向弹力的作用下弹性磁化开缝钢管18的纵向管缝6开始扩张，使得弹性磁化开缝钢管18与钻孔孔壁挤紧，随着锚杆杆体19的轴向推进，上楔形块17-2和下楔形块17-1相互贴合挤紧，若干个楔形扩张块17发生径向膨胀扩张，为弹性磁化开缝钢管18施加额外更加稳定的径向扩张力，使得弹性磁化开缝钢管18与钻孔孔壁挤紧更加可靠，旋转橡胶衬套15来密封钻孔，穿过锚杆杆体尾部螺纹段8安装拱形托盘14、减磨垫圈9，通过螺纹连接依次安装加厚紧固螺母(右旋)13、加厚自锁螺母(左旋)10，并通过拧紧加厚紧固螺母(右旋)13、加厚自锁螺母(左旋)10压紧拱形托盘14来给锚杆杆体19施加预紧力，自锁螺母径向收口12胀开，利用收口的弹力使旋合螺纹间压紧，实现螺母防松，锚杆杆体19的轴向推进，在前部锥形圈5、尾部锥形圈16作用下，凹形弹簧圈7沿锚杆杆体19的轴向处于压缩状态，利用其轴向弹力可以延长锚杆预紧力对围岩支护时间，提高锚杆耐久性。

锥形端套的结构和功能：如图1所示，锥形端套2结构形状为锥形或类似于锥形，其窄端部留有对称裂口1，套接在锚杆杆体前端螺纹段20的端头部，锥形端套2可以根据钻孔孔径大小来调节其对称裂口1的尺寸，增强锚杆对孔径差的适应性，以便导引锚杆钻入围岩钻孔；如图2所示，当锚杆钻入钻孔后，在锚杆轴向推力的作用下，对称裂口1插入钻孔深部围岩发生变形膨胀，与钻孔深部孔底围岩挤紧贴合，固定锚杆前端部，使其不易松动，提高锚杆稳定性，增强锚杆的锚固性能。

锥形止动螺母的结构、功能及材质：如图2所示，锥形止动螺母3与锚杆杆体前端螺纹段20组成螺旋副来将锚杆杆体的回转运动转变为沿钻孔轴线方向直线推进，传递推力给锥形端套2；其宽端部外圈尺寸稍大于爪形弹性防胀外衬套4张开时的外圈尺寸，但稍小于钻孔孔径，锚杆钻入钻孔后，锥形止动螺母3嵌入钻孔深部粗糙孔壁，成为螺旋传动的自锁构件；锚杆杆体前端螺纹段20的材料可选用40Cr、65Mn、T12、40WMn、20CrMnTi等钢性材料，需经热处理，以提高其耐磨性，适用于锚杆重载要求；锥形止动螺母3可采用钢或铸铁制造，内孔浇注青铜或巴氏合金，使其耐磨性好，强度高，满足重载传动；锥形止动螺母3的内螺纹采用最常用的梯形传动螺纹，内、外螺纹以锥面贴近，不易松动，工艺性好，牙根强度高，对中性好，有利于锚杆进行支护。

爪形弹性防胀外衬套的结构和功能：如图6所示，爪形弹性防胀外衬套4主要包括由高强度、高弹性的薄钢片或其它具有一定强度柔性金属制成的弹性爪齿4-1和薄形连接螺纹圈4-2，弹性爪齿4-1沿薄形连接螺纹圈4-2镜像对称布置，可以通过焊接方式相连接，且沿径向可以弹性收缩，实现径向收口；如图7所示，在弹性磁化开缝钢管18钻入钻孔前，通过弹性爪齿4-1径向收口的弹力限制弹性磁化开缝钢管18的径向膨胀扩张，以便锚杆钻入钻孔，薄形连接螺纹圈4-2通过内螺纹安装在锚杆杆体前端螺纹段20上，如图2所示，薄形连接螺纹圈4-2的外圈尺寸要略小于锥形止动螺母3宽端部外圈尺寸，以便爪形弹性防胀外衬套4与锚杆杆体共同沿轴向推进钻孔深部，从而释放弹性磁化开缝钢管18，弹性爪齿4-1收缩抱 紧锚杆杆体；如图9所示，在径向扩张力的作用下，弹性磁化开封钢管18膨胀扩张，与钻孔孔壁挤紧。

前部锥形圈、尾部锥形圈的结构和功能：如图2、图7所示，前部锥形圈5与尾部锥形圈16焊接在锚杆杆体19上，前部锥形圈5焊接在锚杆杆体前部螺纹段20的后部(下部)，尾部锥形圈16焊接在锚杆杆体尾部螺纹段8的前部(上部)，用以限制凹形弹簧圈7沿锚杆杆件19轴向滑动，并且随着锚杆杆体19的轴向推进，可以实现凹形弹簧圈7沿锚杆杆件19轴向压缩，在锚杆对围岩钻孔施加预紧力后，处于轴向压缩状态的凹形弹簧圈7可以延长锚杆预紧力对围岩的作用时间，提高锚杆的耐久性。

凹形弹簧圈的结构、功能及材质：如图8所示，凹形弹簧圈7选用硅锰弹簧钢(如60Si2MnA或60Si2Mn)加工制成，在轴向方向类似于普通高强度、高弹性的减震弹簧，在径向设计有凹形弯曲面7-1，径向、轴向均可被压缩用以储存弹性能；如图3、图7所示，在锚杆钻入钻孔前，凹形弹簧圈7轴向处于原始状态，凹形弯曲面7-1预先处于压缩状态，其初始直径稍大于锚杆杆体19的直径，穿过中间孔直接安装在锚杆杆体19上，凹形弹簧圈7外侧紧贴弹性磁化开缝钢管18的内圈，以便使弹性磁化开缝钢管18发生膨胀扩张。

楔形扩张块的结构和功能：如图3所示，楔形扩张块17包括焊接在锚杆杆体19上的上楔形块17-2和焊接在弹性磁化开缝钢管内圈的下楔形块17-1两组楔形元件；如图2所示，锚杆钻入钻孔后，弹性磁化开缝钢管18在磁力与凹形弹簧圈7的径向弹力作用下膨胀扩张，与钻孔孔壁挤紧，焊接在弹性磁化开缝钢管内圈的下楔形块17-1不动，上楔形块17-2随锚杆杆体19沿钻孔深部推进与下楔形块17-1贴合挤紧，对弹性磁化开缝钢管18施加额外更加稳定的径向扩张力。

弹性磁化开缝钢管的结构和功能：如图3所示，弹性磁化开缝钢管18为扩张元件由薄钢板卷制而成，对其进行磁化处理后使其与锚杆杆体19具备相同的磁性，二者之间存在的相斥磁力；如图7所示，弹性磁化开缝钢管18扩张前受到爪形弹性防胀外衬套4的限制，弹性磁化开缝钢管的纵向管缝6处于压缩状态；如图2、图9所示，锚杆钻入钻孔后，弹性磁化开缝钢管18膨胀扩张，其外壁与钻孔孔壁挤紧。

减磨垫圈的结构和功能：如图5所示，在加厚紧固螺母(右旋)13与拱形托盘14中间安装有呈扁平形环状的减磨垫圈9，用来保护拱形托盘14的表面不受加厚紧固螺母(右旋)13的擦伤，分散加厚紧固螺母(右旋)13对拱形托盘14的压力，又可以使元件之间接触更紧密。

拱形托盘的结构和功能：如图2所示，由钢板加工制成的拱形托盘14安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上，通过对顶加厚螺母紧固机构13、12施加扭矩，压紧拱形托盘14给锚杆提供预紧力，拱形托盘14具有一定的面积，有利于锚杆预应力的扩散，扩大锚杆作用范围，围岩变形后载荷作用于拱形托盘14，通过其将载荷传递到锚杆杆体19，增大锚杆支护阻力，实现围岩稳固。

橡胶衬套的结构和功能：如图2、图5所示，由橡胶制成的橡胶衬套15安装在锚杆杆体尾部螺纹上，其外圈与拱形托盘14及钻孔孔壁挤紧，内侧包紧贴合锚杆杆体尾部螺纹段8，可以有效缓和三者之间载荷的传递，防止锚杆杆体支护过程中晃动剧烈，弱化围岩变形后的压力对拱形托盘14、对顶加厚螺母紧固机构13、12及锚杆杆体19的影响，对与其相连接的元件起到保护作用，且还可以将钻孔孔口密封，有效减少锚杆暴露面积，避免锚杆疲劳损伤及腐蚀，延长锚杆寿命，增强锚杆强度。

对顶加厚螺母紧固机构的结构和功能：如图4所示，对顶加厚螺母紧固机构由加厚紧固螺母(右旋)13与加厚自锁螺母(左旋)10组成，均通过螺纹安装在锚杆杆体尾部螺纹段8上，对顶安装拧紧使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力作用，即使锚杆支护过程中载荷有变动，该摩擦力仍然存在，能更好满足锚杆支护重载的要求，如图5所示，为了防止螺母松动引起锚杆失效，将加厚自锁螺母(左旋)10一端制成非圆形收口或开缝后径向收口12，当加厚自锁螺母(左旋)10拧紧后，收口12胀开，利用收口12的弹力使旋合螺纹间压紧，结构简单且防松可靠，避免围岩变形后的压力造成螺母破坏，螺母均采用加厚螺母。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，任何熟悉本领域的工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，如锚杆杆体形式、构件材质和数量等等，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种新型耐久磁化锚杆，主要包括锚杆杆体，锥形端套，锥形止动螺母，爪形弹性防胀外衬套，凹形弹簧圈，楔形扩张块，弹性磁化开缝钢管，橡胶衬套，拱形托盘，减摩垫圈，以及对顶加厚螺母紧固机构，其特征在于：①锚杆杆体的前后两端均加工有螺纹，且其中间段焊接有若干个楔形扩张块；②弹性磁化开缝钢管配套安装在锚杆杆体上，且其内侧面上焊接有若干个楔形扩张块；③锚杆杆体上焊接的楔形扩张块与弹性磁化开缝钢管内侧面上焊接的楔形扩张块相互对应，且方向相反，相互配合形成楔形径向扩张结构；④锥形止动螺母通过螺纹安装在锚杆杆体上，其锥形大端部的尺寸大于爪形弹性防胀外衬套张开时的尺寸；⑤爪形弹性防胀外衬套安装在锚杆杆体上，且在锚杆未安装前其对称的各爪齿应收缩紧贴弹性磁化开缝钢管外表面；⑥凹形弹簧圈安装在锚杆杆体上；⑦橡胶衬套、拱形托盘及对顶加厚螺母紧固机构均安装在锚杆杆体尾部螺纹上，对顶加厚螺母施加扭矩压紧拱形托盘来给锚杆提供预应力。