CN208089329U - 一种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，包括连接主体及依次连接于其上的让压组件、螺母及抗剪限位组件，连接主体的内端段与支护锚杆的自由端端部螺纹连接，让压组件的内端被紧压于隧道/巷道围岩墙壁上。连接主体与支护锚杆之间有一定的轴向连接长度，且整个连接长度的周向全面积接触，具有很好的受力性能。通过让压组件来释放突然来压后围岩中集聚的巨大塑性能。通过抗剪限位组件的高强抗剪和抗挤压能力来提供持续高效的支护工作阻力，所以抗剪限位组件和螺母共同作用，为支护锚杆提供持续的高阻抗断力，满足复杂应力环境下对隧道/巷道围岩的高阻让压和高强支护要求。

Description

一种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置

技术领域

本实用新型属于地下工程的围岩支护领域，具体为一种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置。

背景技术

目前，各类地下工程隧道/巷道大多会采用锚杆支护来维持其围岩的稳定性和安全性，其突出的特点是它通过置入隧道/巷道围岩内部的锚杆，提高围岩的稳定能力，完成其支护作用，是一种主动支护形式。如今，国内外适用于不同条件、具有不同功能和用途的锚杆构造形式多样，包括普通圆钢式锚杆、可延伸锚杆、高强度锚杆等形式，由其构成的隧道/巷道各类支护形式也是多种多样，其中以锚杆+金属网+喷射混凝土支护(即锚网喷支护)为主体的支护形式，有时可单独使用，有时需结合可伸缩性金属支架、桁架、注浆等其他手段相互配合联合使用，已有大量成功的施工案例。

一般来讲，岩性良好的隧道/巷道通过合理的锚杆支护参数设计便能有效维持生产期间围岩体的长期稳定，但对于软弱围岩、穿越断层破碎带围岩、富含地下水的膨胀性围岩以及复合层状围岩，支护破坏严重，围岩变形量大，当遇到地下震动、顶板断裂等突然来压时，围岩中原岩应力经过扰动应力叠加后会瞬间呈现出现出高应力、大变形现象，对锚杆支护系统产生巨大的能量冲击，若此时锚杆通过让压后不能提供高阻力的话，隧道/巷道围岩便会因为支护力不足引起失稳破坏，甚至引起工程垮塌、冲击矿压或岩爆等地质灾害的发生，这严重影响了各大地下工程的开发进展和投产计划。

然而，从隧道/巷道支护常用锚杆的构件组成来看，单体锚杆主要由锚头(锚固段)、杆体、锚尾(外露段)、螺母及托盘等部件组成，由于螺母起到安装过程中上紧预紧力及在支护过程中提供持续工作阻力的作用，与锚杆杆体拧紧接触尤为关键，但因其接触面积小必然成为锚杆首先发生破坏失效的薄弱构件。

另外，从现场各种复杂条件下隧道/巷道失稳及其支护结构破坏情况来看，围岩中聚集的高应力是造成围岩失稳的最重要和最根本的因素之一，支护结构的锚杆也因软弱岩体碎胀变形、层间剪切错动等发生了弯曲变形、托盘滑脱等支护失效现象，究其原因在于紧固在锚杆自由端的螺母较小的抗剪力不足以抵抗围岩体的高应力而被剪断。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能满足复杂应力环境下对隧道/巷道围岩高阻让压和高强支护要求的保护装置。

本实用新型提供的这种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，包括连接主体及依次连接于其上的让压组件(改为：件)、螺母及抗剪限位组件，连接主体的内端段与支护锚杆的自由端端部螺纹连接，让压组件的内端被紧压于隧道/巷道围岩墙壁上。

所述连接主体为圆柱杆件，其内端段的轴向中心有内螺纹盲孔，外端段为外螺纹段，外螺纹段有径向的穿透孔。

所述穿透孔为长圆孔，长圆孔的直径为支护毛板直径的1.5至2倍。

所述让压组件连接于所述连接主体的内端段外壁，包括依次布置的定位环、高强弹簧和钟形垫板，高强弹簧的两端分别通过定位环和钟形垫板限位，定位环和钟形垫板的底缘被紧压于隧道/巷道围岩墙壁上。

所述螺母为高强厚螺母，连接于连接主体外壁对应所述钟形垫板的外端。

所述抗剪限位组件包括楔形销板和连接于其上的钢绞线，楔形销板以其斜边靠螺母侧插接于所述穿透孔中，楔形销板的长度方向下部设置有一列圆孔，钢绞线穿过离所述连接主体外壁最近的一个圆孔后两端铰住，以防止楔形销板跑位。

所述楔形销板的两端均打磨成圆弧形，以更好的与所述穿透孔配合。

所述连接主体和楔形销板的材质均为高强度钢。

所述定位环的材质为聚乙烯；所述高强弹簧为工业用高强度高密度压缩弹簧，材质为弹簧钢。

本装置还包括插接于所述穿透孔中对应楔形销板的斜边侧与穿透孔内端之间的间隙之中的木销。

本实用新型的连接主体与支护锚杆的自由端端部螺纹连接，两者之间有一定的轴向连接长度，且整个连接长度的周向全面积接触，所以接触面积大，不仅现场装配方便，还具有很好的受力性能。通过让压组件来释放突然来压后围岩中集聚的巨大塑性能。通过抗剪限位组件的高强抗剪和抗挤压能力来提供持续高效的支护工作阻力，所以抗剪限位组件和螺母共同作用，为支护锚杆提供持续的高阻抗断力，足以抵抗机械震动、地震波、开采爆破、顶板断裂等突然来压现象对隧道/巷道围岩的冲击，克服了现有技术螺母构件经常被剪断的缺陷，满足复杂应力环境下对隧道/巷道围岩的高阻让压和高强支护要求，大幅地降低了该类隧道/巷道发生工程垮塌、冲击地压或岩爆等地质灾害的可能性。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的使用状态示意图。

图2为图1中连接主体的剖视放大结构示意图。

图3为连接主体的轴侧放大结构示意图。

图4为图1中定位环的侧视放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述说明。

从图1可以看出，本装置包括连接主体1，定位环2、高强弹簧3和钟形垫板4形成的让压组件，螺母5，楔形销板6和钢绞线圈7形成的抗剪限位组件。本装置通过连接主体1连接于支护锚杆8的自由端端部，定位环2和钟形垫板底面被螺母5及楔形销板6紧压于隧道/巷道围岩墙壁9上。

结合图2和图3可以看出，连接主体1为圆柱杆件，其内端段的轴向中心有内螺纹盲孔11，外端段为外螺纹段，外螺纹段有径向的穿透孔12，穿透孔12为长圆孔，长圆孔的直径为支护锚杆直径的1.5至2倍。连接主体1的材质为高强度钢。

结合1至图3可以看出，连接主体1通过内螺纹盲孔11拧紧于支护锚杆8的自由端端部，且连接主体1的内端段有一部分拧入隧道/巷道围岩中。连接主体1与支护锚杆自由端端部通过螺纹连接，两者之间有一定的轴向连接段，整个连接长度的周向全面积接触，所以受力性能大大提高。连接主体1的具体拧进深度视支护锚杆自由端外露长度及围岩受力情况而定。

从图1可以看出，让压组件的定位环2、高强弹簧3和钟形垫板4依次连接于连接主体1的外壁。本实施例的定位环2为凸形环，材质为聚乙烯；高强弹簧3采用工业用高强度高密度压缩弹簧，材质为弹簧钢，钢丝直径为8mm，高强弹簧3的具体长度可根据连接件深入墙壁深度情况而定。高强弹簧3的内端套于定位环2的小径段上、外端顶于钟形垫板4的内壁，这样可防止高强弹簧压缩过程中受力不均而发生振动及偏移；螺母5采用高强厚螺母，连接于连接主体1上对应钟形垫板4的外端，厚螺母的尺寸较大，可轻松拧进连接主体1，通过拧紧钟形垫板4达到支护锚杆所需的预紧力，拧紧后的螺母5覆盖过一定长度的穿透孔。

螺母5拧紧后将定位环2的底面及钟形垫板4的底缘压紧于隧道/巷道围岩墙壁9上，防止杂物进入钻孔影响锚固效果。高强弹簧3的两端分别通过定位环2和钟形垫板4限位，使高强弹簧3处于压缩状态。钟形垫板4的外轮廓弧度较大，具有较大的压缩量。高强弹簧3和钟形垫板4共同作用形成支护锚杆8的初期支护力。

本实施例抗剪限位组件的楔形销板6的材质采用440C钢，因为它具有较大的挤压和剪切强度。楔形销板制作时，将其两端均打磨成圆弧形，以使其与连接主体1上的穿透孔12更好的配合。楔形销板6上的长度方向下部均布有一列贯穿其厚度的圆孔61。楔形销板6以其斜边靠螺母侧插接于连接主体1上的穿透孔12中。

在隧道/巷道围岩钻孔后，在孔口进行扩孔，外扩孔的孔径大于连接主体1的外径，孔深视现场工程实际而定。将支护锚杆8安装于钻孔中后，通过浆液或者树脂药卷等锚固剂对支护锚杆8进行端部锚固或全长锚固。

支护锚杆8安装锚固好后，将本装置的连接主体1通过内螺纹盲孔11拧紧于支护锚杆8的自由端端部，然后依次在连接主体1的外壁套上定位环2、高强弹簧3和钟形垫板4，使高强弹簧3的两端分别通过定位环2和钟形垫板3限位。再用扭矩扳手或锚杆钻机将螺母5拧紧，使高强弹簧处于压缩状态，使定位环和钟形垫板4紧压于隧道/巷道围岩墙壁9上，然后将楔形销板6插入连接主体1上径向的穿透孔12中，直至楔形销板6的斜边上部被螺母5限位，最后将抗剪限位组件的钢绞线7从楔形销板6上离连接主体1外壁最近的圆孔61中穿过并将两端铰好。钢绞线7能防止楔形销板6在受力过程中跑位而丧失其抗剪作用。

由于楔形销板6插接于连接主体1上径向的穿透孔12中后，楔形销板6与螺母5之间有一个三角形的空隙，可在该空隙中楔入相应的木销(图中未画出)，以使楔形销板6受力更均匀，提高装置整体的稳定性和可靠度。

本装置的工作原理如下：

在隧道/巷道围岩中安装好锚杆及本装置后，随着时间的推移，岩体会发生碎胀变形并朝隧道/巷道内移动，此时钟形垫板4和高强弹簧3便会产生一定程度的压缩变形进行适度让压，释放围岩变形能，调整其围岩锚固体内部应力重分布，从而保证隧道/巷道初期的稳定；之后，若隧道/巷道受到扰动发生顶板断裂或者强烈地震波等突然来压时，楔形销板6则可产生强大的抗剪作用以阻止螺母5被高强拉力剪断，楔形销板6和螺母5共同作用双重保护以锚杆支护为主体的支护系统的安全，进而减小此类隧道/巷道发生冲击矿压、岩爆等地质灾害的可能性，增强其锚固稳定性。

以上实例仅为本实用新型一种较好的例子，但并非本实用新型内容全部，一切在本实用新型精神范围内所做的等同变换，都将在本实用新型保护范围以内。

Claims (10)

1.一种连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：它包括连接主体及依次连接于其上的让压组件、螺母及抗剪限位组件，连接主体的内端段与支护锚杆的自由端端部螺纹连接，让压组件的内端被紧压于隧道/巷道围岩墙壁上。

2.如权利要求1所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述连接主体为圆柱杆件，其内端段的轴向中心有内螺纹盲孔，外端段为外螺纹段，外螺纹段有径向的穿透孔。

3.如权利要求2所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述穿透孔为长圆孔，长圆孔的直径为支护毛板直径的1.5至2倍。

4.如权利要求2所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述让压组件连接于所述连接主体的内端段外壁，包括依次布置的定位环、高强弹簧和钟形垫板，高强弹簧的两端分别通过定位环和钟形垫板限位，定位环和钟形垫板的底缘被紧压于隧道/巷道围岩墙壁上。

5.如权利要求4所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述螺母为高强厚螺母，连接于连接主体外壁对应所述钟形垫板的外端。

6.如权利要求3所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述抗剪限位组件包括楔形销板和连接于其上的钢绞线，楔形销板以其斜边靠螺母侧插接于所述穿透孔中，楔形销板的长度方向下部设置有一列圆孔，钢绞线穿过离所述连接主体外壁最近的一个圆孔后两端铰住，以防止楔形销板跑位。

7.如权利要求6所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述楔形销板的两端均打磨成圆弧形，以更好的与所述穿透孔配合。

8.如权利要求6所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述连接主体和楔形销板的材质均为高强度钢。

9.如权利要求4所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：所述定位环的材质为聚乙烯；所述高强弹簧为工业用高强度高密度压缩弹簧，材质为弹簧钢。

10.如权利要求6所述的连接于支护锚杆自由端端部的保护装置，其特征在于：本装置还包括插接于所述穿透孔中对应楔形销板的斜边侧与穿透孔内端之间间隙之中的木销。