CN208057140U - 一种柔性预警锚杆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柔性预警锚杆，包括杆体、设置在杆体外露段的弹性装置和对所述弹性装置的伸缩进行监测的监测装置。本实用新型通过监测装置、弹性装置和刻度尺的设置，在围岩来压时，弹簧体被压缩，在保护锚杆的同时，充分发挥了围岩的自稳功能，且能通过刻度尺监测围岩来压时围岩的变形量，在围岩卸压时，弹簧体被拉伸，使围岩能够充分卸压，同时能够通过刻度尺监测围岩卸压时的变形量；第一导电触点和第二导电触点根据预先设定的位置进行固定后，在监测的过程中受环境温度湿度影响较小，使监测结果真实可靠；通过第一预警单元和第二预警单元的设置能降低作业人员对刻度尺上刻度值的读取频率，同时减小了人工监测产生的误差。
Description
技术领域
本实用新型属于围岩支护结构技术领域，尤其涉及一种柔性预警锚杆。
背景技术
在开挖隧道以及巷道的过程中，采用锚杆支护是一项重要而且有效的办法，并且在开挖以及支护过程中及时测量围岩变形情况是非常重要的。虽然现有规范《铁道行业标准TB3209》中规定锚杆体断后伸长率A为21％，但是由于平时所使用的锚杆为依然刚性杆件，支护时围岩还未完全稳定，在围岩的来压或者去压时，还是容易造成应力集中，往往会造成杆件断裂或者螺栓脱落，并且不能通过锚杆实时监测每根锚杆对应围岩的变形情况，造成锚杆支护实际效果与设计有较大偏差，有时会造成冒顶、塌方等重大安全事故。
现有的柔性锚杆存在以下缺点：只有在围岩来压，引起弹柔性装置压缩时，弹柔性装置才能发挥作用，而在围岩卸压时，弹柔性装置并未起到作用，应用范围有限；没有测量装置，无法观测围岩实时变形量，同时而对于顶板和围岩稳定性的监测，目前主要采用离层仪和矿山压力表等人工读数的方法进行，实时性不强，虽然近年出现了数字压力计等围岩监控技术，但这些基于电子传感的系统需要远程供电，成本高，维护困难，并且某些基于应变片和敏感电阻的监测仪器极易受温度湿度的影响，在恶劣环境下所提供的监测数据缺乏准确性。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种柔性预警锚杆，其通过监测装置、弹性装置和刻度尺的设置，在围岩来压时，弹簧体被压缩，在保护锚杆的同时，充分发挥了围岩的自稳功能，且能通过刻度尺监测围岩来压时围岩的变形量，在围岩卸压时，弹簧体被拉伸，使围岩能够充分卸压，同时能够通过刻度尺监测围岩卸压时的变形量，满足了隧道支护时“勤量测”的原则；第一导电触点和第二导电触点根据预先设定的位置进行固定后，在监测的过程中受环境温度湿度影响较小，使监测结果真实可靠；通过第一预警单元和第二预警单元的设置能降低作业人员对刻度尺上刻度值的读取频率，同时减小了人工监测产生的误差。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种柔性预警锚杆，其特征在于：包括杆体、设置在所述杆体外露段的弹性装置和对所述弹性装置的伸缩进行监测的监测装置；
所述弹性装置包括平行套入安装在所述杆体的外露段上的第一托盘、第二托盘和夹持在所述第一托盘与第二托盘之间的弹簧体，所述第一托盘与所述杆体固定连接，所述第二托盘与所述杆体滑动连接，弹簧体的两端分别与所述第一托盘和第二托盘固定连接，所述第一托盘和第二托盘上设置有刻度尺，所述刻度尺穿过所述第一托盘和第二托盘且与所述第二托盘固定连接，所述刻度尺与所述第一托盘滑动连接，所述刻度尺与所述杆体呈平行布设；
所述监测装置包括设置在所述刻度尺上的第一导电触点和与所述第一导电触点相接的第一预警单元、设置在所述刻度尺上的第二导电触点和与所述第二导电触点相接的第二预警单元；所述第一导电触点和第二导电触点均设置在所述第一托盘和第二托盘之间，所述第一导电触点分两路，一路与供电单元和第一预警单元串联相接，另一路和与所述刻度尺滑动连接的第一托盘的一端相接，所述第一托盘的另一端接地；所述第二导电触点分两路，一路与所述供电单元和第二预警单元串联相接，另一路和与所述刻度尺滑动连接的第一托盘的一端相接。
上述一种柔性预警锚杆，其特征是：所述第一托盘和第二托盘均为圆形托盘，所述圆形托盘的直径为φ400mm～φ450mm，所述圆形托盘的厚度为25mm～32mm，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体的外露段插装在所述圆形孔内，所述圆形孔的直径不小于所述杆体外露段的直径，所述第一托盘的外侧通过限位螺母固定在杆体的外露段上。
上述一种柔性预警锚杆，其特征是：所述弹簧体为圆柱螺旋弹簧，所述圆柱螺旋弹簧横断面的直径为φ280mm～φ360mm，所述圆柱螺旋弹簧的中心与所述托盘的圆心重合，所述圆柱螺旋弹簧套设在所述杆体的外露段上，所述弹簧体的刚度为1.6×106N/m～4.2×106N/m，所述圆柱螺旋弹簧的直径与所述托盘的直径的比值为0.7～0.9。
上述一种柔性预警锚杆，其特征是：所述圆柱螺旋弹簧簧条的截面为矩形。
上述一种柔性预警锚杆，其特征是：所述第一导电触点设置在所述第二导电触点的外侧，所述第一导电触点和第二导电触点之间的距离为8cm～10cm，所述第一导电触点和第二导电触点均通过紧固螺钉与所述刻度尺连接，所述刻度尺为矩形杆，所述矩形杆上设置有沿其长度方向开设的滑槽，所述紧固螺钉与所述滑槽螺纹连接。
上述一种柔性预警锚杆，其特征是：所述刻度尺的刻度范围为-10cm～15cm，所述第一托盘上开设有供所述刻度尺插装的第一开孔，所述第二托盘上开设有供刻度尺安装的第二开孔，所述第一开孔和第二开孔均为矩形孔，所述第一开孔的尺寸大于所述刻度尺截面尺寸，所述第二开孔的尺寸与所述刻度尺截面尺寸相同。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构设计合理，包括杆体、设置在杆体外露段的弹性装置和对弹性装置的伸缩进行监测的监测装置，连接简便。
2、本实用新型通过监测装置、弹性装置和刻度尺的设置能有效的通过对隧道支护中，在围岩来压时，弹簧体的压缩进行监测，在杆体受拉的同时，充分发挥了围岩的自稳功能，且能通过刻度尺监测围岩来压时围岩的变形量，在围岩卸压时，弹簧体被拉伸，使围岩能够充分卸压，同时能够通过刻度尺监测围岩卸压时的变形量，满足了隧道支护时“勤量测”的原则。
3、本实用新型中第一导电触点和第二导电触点根据预先设定的位置进行固定后，在监测的过程中受环境温度湿度影响较小，使监测结果真实可靠。
4、本实用新型通过第一预警单元和第二预警单元的设置能降低作业人员对刻度尺上刻度值的读取频率，同时减小了人工监测产生的误差。
综上所述，本实用新型通过监测装置、弹性装置和刻度尺的设置，在围岩来压时，弹簧体被压缩，在保护锚杆的同时，充分发挥了围岩的自稳功能，且能通过刻度尺监测围岩来压时围岩的变形量，在围岩卸压时，弹簧体被拉伸，使围岩能够充分卸压，同时能够通过刻度尺监测围岩卸压时的变形量，满足了隧道支护时“勤量测”的原则；第一导电触点和第二导电触点根据预先设定的位置进行固定后，在监测的过程中受环境温度湿度影响较小，使监测结果真实可靠；通过第一预警单元和第二预警单元的设置能降低作业人员对刻度尺上刻度值的读取频率，同时减小了人工监测产生的误差。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型监测装置的电路图。
图3为本实用新型刻度尺的结构示意图。
附图标记说明:
1—杆体； 2-1—第一托盘； 2-2—第二托盘；
3—圆柱螺旋弹簧； 4—刻度尺； 5—限位螺母；
6—第一导电触点； 7—第一预警单元； 8—第二导电触点；
9—第二预警单元； 10—供电单元； 11—紧固螺钉；
12—滑槽； 13—壳体。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种柔性预警锚杆，包括杆体1、设置在所述杆体1外露段的弹性装置和对所述弹性装置的伸缩进行监测的监测装置；
所述弹性装置包括平行套入安装在所述杆体1的外露段上的第一托盘2-1、第二托盘2-2和夹持在所述第一托盘2-1与第二托盘2-2之间的弹簧体，所述第一托盘2-1与所述杆体1固定连接，所述第二托盘2-2与所述杆体1滑动连接，弹簧体的两端分别与所述第一托盘2-1和第二托盘2-2固定连接，所述第一托盘2-1和第二托盘2-2上设置有刻度尺4，所述刻度尺4穿过所述第一托盘2-1和第二托盘2-2且与所述第二托盘2-2固定连接，所述刻度尺4与所述第一托盘2-1滑动连接，所述刻度尺4与所述杆体1呈平行布设；
所述监测装置包括设置在所述刻度尺4上的第一导电触点6和与所述第一导电触点6相接的第一预警单元7、设置在所述刻度尺4上的第二导电触点8和与所述第二导电触点8相接的第二预警单元9；所述第一导电触点6和第二导电触点8均设置在所述第一托盘2-1和第二托盘2-2之间，所述第一导电触点6分两路，一路与供电单元10和第一预警单元7串联相接，另一路和与所述刻度尺4滑动连接的第一托盘2-1的一端相接，所述第一托盘2-1的另一端接地；所述第二导电触点8分两路，一路与所述供电单元10和第二预警单元9串联相接，另一路和与所述刻度尺4滑动连接的第一托盘2-1的一端相接。
实际使用时，杆体1的长度为2.7m～4.7m，杆体1包括暴露在所支护围岩外部的外露段、插入所支护围岩内部的自由段和锚固段。
实际使用时，所述第一托盘2-1和第二托盘2-2均为Q235热轧钢板且所述第一托盘2-1和第二托盘2-2均为圆形托盘，所述圆形托盘的直径为φ400mm～φ450mm，所述圆形托盘的厚度为25mm～32mm，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体1的外露段插装在所述圆形孔内，所述圆形孔的直径不小于所述杆体1外露段的直径，所述第一托盘2-1的外侧通过限位螺母5固定在杆体1的外露段上。
实际使用时，第一托盘2-1和第二托盘2-2之间的距离为200mm，保证第一托盘2-1和第二托盘2-2具有一定刚度不易发生变形。
实际使用时，所述弹簧体的两端分别与所述第一托盘2-1和第二托盘2-2通过焊接的方式固定连接。
实际使用时，该柔性预警锚杆是在原有的锚杆之上进行加装，无需改变原有锚杆的结构，同时第一托盘2-1、第二托盘2-2，弹簧体以及刻度尺4均易于制作。
实际使用时，通过所述监测装置、弹性装置和刻度尺4的设置能有效的通过对隧道支护中，在围岩来压时，所述弹簧体的压缩进行监测，在杆体1受拉的同时，充分发挥了围岩的自稳功能，且能通过刻度尺4监测围岩来压时围岩的变形量，在围岩卸压时，所述弹簧体被拉伸，使围岩能够充分卸压，同时能够通过刻度尺4监测围岩卸压时的变形量，满足了隧道支护时“勤量测”的原则。
实际使用时，所述第一导电触点6和第二导电触点8之间的距离根据实际情况进行调整，在围岩来压时，所述弹簧体被压缩，所述第二托盘2-2带动所述刻度尺4沿所述杆体1向外侧滑动，使所述第一托盘2-1相对于所述刻度尺4向内侧滑动，当所述第一托盘2-1滑动至所述第一导电触点6处且与所述第一导电触点6相接时，此时所述第一预警单元7进行报警，作业人员应当引起警觉；如果所述弹簧体继续被压缩，所述第二托盘2-2带动所述刻度尺4沿所述杆体1继续向外侧滑动，当所述第一托盘2-1滑动至所述第二导电触点8处且与所述第二导电触点8相接时，此时所述第二预警单元9进行报警，说明围岩来压过大，作业人员应当采取加固支撑的措施。
实际使用时，所述第一导电触点6和第二导电触点8根据预先设定的位置进行固定后，在监测的过程中受环境温度湿度影响较小，使监测结果真实可靠。
实际使用时，通过所述第一预警单元7和第二预警单元9的设置能降低作业人员对刻度尺4上刻度值的读取频率，同时减小了人工监测产生的误差。
实际使用时，所述第一预警单元7为警示灯，所述第二报警单元为蜂鸣器。
实际使用时，所述刻度尺4的外端设置有供所述警示灯安装的壳体13，所述警示灯安装在所述壳体13外侧的上部，所述蜂鸣器安装在所述壳体13的内侧。
所述供电单元10为电压为12V的可充电锂电池，所述供电单元10安装在所述壳体13的内侧。
本实施例中，所述弹簧体为圆柱螺旋弹簧3，所述圆柱螺旋弹簧3横断面的直径为φ280mm～φ360mm，所述圆柱螺旋弹簧3的中心与所述托盘的圆心重合，所述圆柱螺旋弹簧3套设在所述杆体1的外露段上，所述弹簧体的刚度为1.6×106N/m～4.2×106N/m，所述圆柱螺旋弹簧3的直径与所述托盘的直径的比值为0.7～0.9。
实际使用时，所述圆形孔的直径为25mm～32mm。
实际使用时，所述圆形孔的直径不小于所述杆体1外露段的直径，保证在围岩来压或卸压时，第二托盘2-2沿着所述杆体1外露段移动，对所述弹簧体进行压缩或者拉伸。
实际使用时，所述第一托盘2-1的外侧通过限位螺母5固定在杆体1的外露段上。
实际使用时，所述限位螺母5为高强螺母，限位螺母5的作用为：一对第一托盘2-1进行轴向的限位，防止围岩来压时，所述弹簧体受压后导致第一托盘2-1向杆体1的外侧移动，丧失了所述弹簧体的让压功能；二是在通过限位螺母5对所述弹簧体进行预压，同时调整刻度尺4零刻度线的位置，方便支护过程中对围岩变形量的监测。
所述圆柱螺旋弹簧3的直径与所述托盘的直径的比值为0.7～0.9，保证圆柱螺旋弹簧3个托盘的受力及侧向的稳定性。
本实施例中，所述圆柱螺旋弹簧3簧条的截面为矩形。
实际使用时，规格相同的圆柱螺旋弹簧3，在相同荷载作用下，簧条为矩形截面的圆柱螺旋弹簧3比簧条为圆形截面的圆柱螺旋弹簧3所受的应力小，即簧条为矩形截面的圆柱螺旋弹簧3刚度更大，簧条为矩形截面的圆柱螺旋弹簧3与第一托盘2-1和第二托盘2-2组合后整体稳定性好，可靠度高。
本实施例中，所述第一导电触点6设置在所述第二导电触点8的外侧，所述第一导电触点6和第二导电触点8之间的距离为8cm～10cm，所述第一导电触点6和第二导电触点8均通过紧固螺钉11与所述刻度尺4连接，所述刻度尺4为矩形杆，所述矩形杆上设置有沿其长度方向开设的滑槽12，所述紧固螺钉11与所述滑槽12螺纹连接。
实际使用时，将所述第一导电触点6和第二导电触点8均通过紧固螺钉11与所述刻度尺4连接，能够根据不同需要对所述第一导电触点6和第二导电触点8的位置进行移动，适用性强。
实际使用时，所述第一导电触点6和第二导电触点8的结构尺寸均相同，均为矩形的铜片。
本实施例中，所述刻度尺4的刻度范围为-10cm～15cm，所述第一托盘2-1上开设有供所述刻度尺4插装的第一开孔，所述第二托盘2-2上开设有供刻度尺4安装的第二开孔，所述第一开孔和第二开孔均为矩形孔，所述第一开孔的尺寸大于所述刻度尺4截面尺寸，且所述第一开孔的长度与所述第一导电触点6和第二导电触点8的长度相同，保证所述第一托盘2-1能够与所述第一导电触点6和第二导电触点8相接，所述第二开孔的尺寸与所述刻度尺4截面尺寸相同。
如图3所示，实际使用时，所述刻度尺4为防腐蚀不锈钢材料，长度为400mm。所述刻度尺4精度为0.5cm，刻度范围为-10cm～15cm，其中测量围岩来压刻度范围为0cm～15cm，刻度数为正数；测量围岩去压刻度范围0cm～-10cm，刻度数为负数。
实际使用时，所述刻度尺4插入安装在所述第二托盘2-2上开设的第二开孔内，所述刻度尺4与所述第二托盘2-2固定连接，连接的方式有多种，如螺栓连接、焊接、螺纹连接等，优选的为焊接连接，由于所述刻度尺4为矩形杆通过螺纹连接，不便实现，螺母连接所需空间较大且牢靠性底。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种柔性预警锚杆，其特征在于：包括杆体(1)、设置在所述杆体(1)外露段的弹性装置和对所述弹性装置的伸缩进行监测的监测装置；
所述弹性装置包括平行套入安装在所述杆体(1)的外露段上的第一托盘(2-1)、第二托盘(2-2)和夹持在所述第一托盘(2-1)与第二托盘(2-2)之间的弹簧体，所述第一托盘(2-1)与所述杆体(1)固定连接，所述第二托盘(2-2)与所述杆体(1)滑动连接，所述弹簧体的两端分别与所述第一托盘(2-1)和第二托盘(2-2)固定连接，所述第一托盘(2-1)和第二托盘(2-2)上设置有刻度尺(4)，所述刻度尺(4)穿过所述第一托盘(2-1)和第二托盘(2-2)且与所述第二托盘(2-2)固定连接，所述刻度尺(4)与所述第一托盘(2-1)滑动连接，所述刻度尺(4)与所述杆体(1)呈平行布设；
所述监测装置包括设置在所述刻度尺(4)上的第一导电触点(6)和与所述第一导电触点(6)相接的第一预警单元(7)、设置在所述刻度尺(4)上的第二导电触点(8)和与所述第二导电触点(8)相接的第二预警单元(9)；所述第一导电触点(6)和第二导电触点(8)均设置在所述第一托盘(2-1)和第二托盘(2-2)之间，所述第一导电触点(6)分两路，一路与供电单元(10)和第一预警单元(7)串联相接，另一路和与所述刻度尺(4)滑动连接的第一托盘(2-1)的一端相接，所述第一托盘(2-1)的另一端接地；所述第二导电触点(8)分两路，一路与所述供电单元(10)和第二预警单元(9)串联相接，另一路和与所述刻度尺(4)滑动连接的第一托盘(2-1)的一端相接。
2.按照权利要求1所述的一种柔性预警锚杆，其特征在于：所述第一托盘(2-1)和第二托盘(2-2)均为圆形托盘，所述圆形托盘的直径为φ400mm～φ450mm，所述圆形托盘的厚度为25mm～32mm，所述圆形托盘的圆心位置上开设有圆形孔，所述杆体(1)的外露段插装在所述圆形孔内，所述圆形孔的直径不小于所述杆体(1)外露段的直径，所述第一托盘(2-1)的外侧通过限位螺母(5)固定在杆体(1)的外露段上。
3.按照权利要求1或2所述的一种柔性预警锚杆，其特征在于：所述弹簧体为圆柱螺旋弹簧(3)，所述圆柱螺旋弹簧(3)横断面的直径为φ280mm～φ360mm，所述圆柱螺旋弹簧(3)的中心与所述托盘的圆心重合，所述圆柱螺旋弹簧(3)套设在所述杆体(1)的外露段上，所述弹簧体的刚度为1.6×106N/m～4.2×106N/m，所述圆柱螺旋弹簧(3)的直径与所述托盘的直径的比值为0.7～0.9。
4.按照权利要求3所述的一种柔性预警锚杆，其特征在于：所述圆柱螺旋弹簧(3)簧条的截面为矩形。
5.按照权利要求1或2所述的一种柔性预警锚杆，其特征在于：所述第一导电触点(6)设置在所述第二导电触点(8)的外侧，所述第一导电触点(6)和第二导电触点(8)之间的距离为8cm～10cm，所述第一导电触点(6)和第二导电触点(8)均通过紧固螺钉(11)与所述刻度尺(4)连接，所述刻度尺(4)为矩形杆，所述矩形杆上设置有沿其长度方向开设的滑槽(12)，所述紧固螺钉(11)与所述滑槽(12)螺纹连接。
6.按照权利要求5所述的一种柔性预警锚杆，其特征在于：所述刻度尺(4)的刻度范围为-10cm～15cm，所述第一托盘(2-1)上开设有供所述刻度尺(4)插装的第一开孔，所述第二托盘(2-2)上开设有供刻度尺(4)安装的第二开孔，所述第一开孔和第二开孔均为矩形孔，所述第一开孔的尺寸大于所述刻度尺(4)截面尺寸，所述第二开孔的尺寸与所述刻度尺(4)截面尺寸相同。
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| CN113739983A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-12-03 | 安徽理工大学 | 一种自卸压式锚杆的卸压阈值检测装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181106 Termination date: 20190410 |
|
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