CN218581627U - 一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，涉及巷道支护技术领域。所述锚杆包括：检测仪、第一杆体、螺母、垫圈、托盘、恒阻套管、A恒阻体、B恒阻体、A限位器、B限位器、A位移传感器、B位移传感器、电阻应变片、连接套管、第二杆体以及锚固段。所述恒阻套管位于整个杆体的中间，连接第一杆体与第二杆体；所述电阻应变片等距对称分布在布线凹槽内，所述A位移传感器、B位移传感器分别放置在A恒组体、B恒组体上。本实用新型在围岩发生变形时，第一杆体、第二杆体与恒阻套管可发生相对位移，使围岩的变形能得到释放，避免锚杆受力过大被拉断；检测仪可监测锚杆支护系统工作状况，进而推测围岩内部变化情况。

Description

一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆

技术领域

本实用新型涉及一种地下工程的巷道支护技术领域，更具体地，涉及一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆。

背景技术

锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。然而深埋隧道或深部巷道围岩潜在变形能很大，在围岩高应力条件下，常常表现出“大变形”的特点，具体表现为软岩大变形、岩爆大变形、冲击大变形、瓦斯突出大变形。随着开挖深度的增加，围岩大变形问题愈趋严重，直接影响着工程安全以及人身安全。

传统锚杆拉伸长度较小，当围岩发生较大的变形时，锚杆往往不能适用围岩的大变形而被拉断，进而引发塌方、冒顶等事故。即使采用加大支护材料规格、改进材质等办法，这不仅使支护成本大大增加，而且锚杆被拉断的现象仍时有发生。

现有技术中的恒阻锚杆，多数构造复杂，成本较高，延伸率低，不能适应围岩大变形；且不能对围岩进行实时监测，不能保证支护系统的安全性。

以上方法都不能很好地防止围岩大变形导致的锚杆被拉断，且支护锚杆缺少科学的监测手段，不能对围岩内部变形进行实时监测；且锚杆一旦被拉断，则整个锚杆支护系统将会失效，直接影响着工程安全以及人身安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述背景技术中存在的问题，提供了一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，可以实现锚杆双向恒阻延伸，避免传统锚杆延伸率低、抗拉能力不足的缺点；可以通过监测锚杆本身应力与杆体延伸长度，进而实现推测围岩内部变化情况。满足了各种施工要求及工程实际需要，降低了工程事故发生的概率。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，所述锚杆包括：检测仪、第一杆体、螺母、垫圈、托盘、恒阻套管、A恒阻体、B恒阻体、恒阻螺纹、A限位器、B限位器、A位移传感器、B位移传感器、电阻应变片、连接套管、第二杆体以及锚固段。所述第一杆体与第二杆体通过恒阻套管连接，是本实用新型的第一个技术特征。这样设计的目的是，以双向恒阻监测锚杆代替传统锚杆，所述第一杆体与第二杆体一端分别装置A恒阻体与B恒阻体，当所述双向恒阻监测锚杆受到的外部轴向拉力大于所述恒阻套管和A恒阻体、B恒阻体之间的静止摩擦力时，所述A恒阻体与B恒阻体在恒阻套管内向两个方向分别发生相对位移，在发生相对位移的过程中，所述恒阻套管和恒阻体之间仍保持恒定的工作阻力，当所述外部轴向拉力减小至恒阻套管和恒阻体之间的摩擦力时，所述A恒阻体、B恒阻体和恒阻套管不再发生相对位移而处于静止状态，而本实用新型在拉伸之后仍然能够保持恒定的工作阻力。

四组所述电阻应变片在第一杆体与第二杆体的布线凹槽中等距对称布设，所述A位移传感器与B位移传感器分别布置在A恒阻体与B恒阻体上，通过所述布线凹槽中的导线将数据传输至锚杆尾部的检测仪，是本实用新型的第二个技术特征。当所述双向恒阻监测锚杆受到的外部轴向拉力时，电阻应变片将杆体所受应变数据传输至检测仪中，得到锚杆杆体的应变，根据应力与应变的关系进而得到锚杆的受力情况；当所述恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体发生相对滑移时，所述A位移传感器与B位移传感器将A恒阻体、B恒阻体之间的位移变化传输至检测仪中，所述A恒阻体、B恒阻体之间的位移量可近似为整个锚杆的延伸量，根据延伸量，进而推测出围岩内部变化情况。

所述恒阻套管两端上设有A限位器、B限位器，所述恒阻套管与A限位器、B限位器通过螺纹连接，这是本实用新型的第三个技术特征。这样设计的目的是，当伸长量大于所述恒阻套管长度时，A限位器、B限位器可以限制A恒阻体、B恒阻体与所述恒阻套管的相对位移；当需要更长的恒阻装置时，可以将B 限位器拆卸，换成连接套管，连接套管可连接两个恒阻套管，进而增大所述双向恒阻监测锚杆延伸长度。

进一步的，所述检测仪、螺母、垫圈、托盘依次布置在第一杆体尾部。

作为优选，所述螺母与第一杆体通过螺纹连接。

进一步的，所述电阻应变片共有四组，每组为两个，等距对称分布在整个杆体布线凹槽内，所述A位移传感器、B位移传感器为一组，分别放置在A恒阻体、B恒阻体上。

作为优选，导线布置在所述布线凹槽内，用环氧树脂填充，用来固定以及保护导线与所述电阻应变片。

优选地，所述双向恒阻监测锚杆总长度为2000-2500mm；所述第一杆体与第二杆体直径相同，为22mm；所述恒组套管外径为32.5mm。

作为优选，所述恒阻套管长度为600mm至800mm，且所述恒阻套管与A 恒阻体、B恒阻体接触面都具有恒阻螺纹，所述恒阻螺纹的设计恒阻力为杆体材料屈服强度的80％左右，此时所述恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体开始发生相对位移，确保恒阻套管发挥作用时，杆体不因外部荷载超过其屈服强度而发生塑性变形。

再优选地，恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体皆采用金属材料，恒阻套管的材料强度低于A恒阻体与B恒阻体的材料强度，这种设计是为了防止A恒阻体、 B恒阻体在恒阻套管内发生相对位移过程中，A恒阻体或B恒阻体由于强度较低而发生摩擦破坏，产生降阻特性，严重影响锚杆的恒阻性能。

本实用新型具有以下有益结果：

本实用新型提供了一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，所述双向恒阻监测锚杆的工作原理为：将本实用新型应用于巷道支护，在围岩发生大变形时，当外部轴向拉力小于杆体材料屈服强度的80％左右时，所述A恒阻体、 B恒阻体和恒阻套管不发生相对位移而处于静止状态，当所述外部轴向拉力大于杆体材料屈服强度的80％左右时，所述恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体开始发生相对位移，本实用新型也随之拉伸，围岩中的变形能得到释放，而本实用新型在拉伸之后仍然能够保持恒定的工作阻力；当需要更长的恒阻装置时，可以将B 限位器换成连接套管，连接套管可连接两个恒阻套管，进而增大所述双向恒阻监测锚杆延伸长度；所述双向恒阻监测锚杆工作时，所述电阻应变片将杆体所受应变数据传输至检测仪中，得到锚杆杆体的应变，根据应力应变关系进而得到锚杆的受力情况，当所述恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体发生相对位移时，所述A位移传感器、B位移传感器将A恒阻体、B恒阻体之间的位移变化传输至检测仪中，所述A恒阻体、B恒阻体之间的位移量可近似为整个锚杆的延伸量，根据延伸量，进而推测出围岩内部变化情况。所述双向恒阻监测锚杆可以实现锚杆双向恒阻延伸，避免传统锚杆延伸率低、抗拉能力不足的缺点；可以通过监测锚杆本身应力与杆体延伸长度，进而实现推测围岩内部变化情况。满足了各种施工要求及工程实际需求，降低了工程事故发生的概率。具有较高的施工实用性，满足工程实际需要，施工质量控制方便，支护效果好且经济性优越等突出优点，具有较大的推广应用价值。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明。

图1为本实用新型实施例的锚杆整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的第一杆体的剖面图。

图3为本实用新型实施例的恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体发生相对位移时工作示意图。

图4为本实用新型实施例的恒阻套管外观图。

图5为本实用新型实施例的连接套管与恒阻套管连接的剖面图。

图中：1、检测仪；2、第一杆体；3、第一杆体螺纹；4、螺母；5、垫圈；6、托盘；7、电阻应变片；8、布线凹槽；9、A限位器；10、恒阻套管；11、 A恒阻体；12、B恒阻体；13、A位移传感器；14、B位移传感器；15、B限位器； 16、第二杆体；17、锚固段；18、环氧树脂；19、螺纹；20、连接套管；21、恒阻螺纹。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“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，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1，本实用新型实施例提供一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，检测仪1、螺母4、垫圈5、托盘6依次布置在第一杆体2尾部，第一杆体2与第二杆体16上布置布线凹槽8，四组电阻应变片7等距对称分布在布线凹槽8内，布线凹槽8内填充环氧树脂18以保护电阻应变片7及导线，恒阻套管10连接第一杆体2与第二杆体16，A恒阻体11与B恒阻体12分别布置在第一杆体2与第二杆体16在恒阻套管10内的一端，当外部轴向拉力大于杆体材料屈服强度的80％左右时，恒阻套管10与A恒阻体11、B恒阻体12开始发生相对位移，A位移传感器13与B位移传感器14分别安装在A恒阻体11与B恒阻体12上，A限位器9、B限位器15与恒阻套管10通过螺纹连接，锚固段17 设置在第二杆体16头部。

在本实用新型的实施例中，参照图2，第一杆体2上侧与下侧分别设置布线凹槽8，四组电阻应变片7等距对称分布在布线凹槽8内，布线凹槽8内填充环氧树脂18以保护电阻应变片7及导线。

在本实用新型的实施例中，参照图3，在围岩发生大变形时，当所述外部轴向拉力小于杆体材料屈服强度的80％左右时，所述A恒阻体11、B恒阻体12 和恒阻套管10不发生相对位移而处于静止状态，当所述外部轴向拉力大于杆体材料屈服强度的80％左右时，所述恒阻套管10与A恒阻体11、B恒阻体12开始发生相对位移，本实用新型也随之拉伸，围岩中的变形能得到释放，而本实用新型在拉伸之后仍然能够保持恒定的工作阻力，直至A恒阻体11、B恒阻体12分别与A限位器9、B限位器15接触后停止拉伸。

在本实用新型的实施例中，参照图4、图5，恒阻套管10两端设有螺纹19，当需要更长的恒阻装置时，可以通过连接套管20将两个恒阻套管10连接在一起解决此问题，进而增大所述双向恒阻监测锚杆延伸长度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于巷道围岩大变形的双向恒阻监测锚杆，所述锚杆包括：检测仪、第一杆体、螺母、垫圈、托盘、恒阻套管、A恒阻体、B恒阻体、恒阻螺纹、A限位器、B限位器、A位移传感器、B位移传感器、电阻应变片、连接套管、第二杆体以及锚固段；其特征在于，所述检测仪、螺母、垫圈、托盘依次布置在第一杆体尾部；所述恒阻套管套装于所述锚杆的中间，连接第一杆体与第二杆体，所述第一杆体与第二杆体一端分别装置A恒阻体与B恒阻体；

四组所述电阻应变片等距对称分布在第一杆体与第二杆体的布线凹槽内，所述A位移传感器、B位移传感器分别放置在A恒组体、B恒组体上，所述电阻应变片、A位移传感器、B位移传感器可将测得的数据直接传输至检测仪中；

所述恒阻套管与A限位器、B限位器通过螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的锚杆，其特征在于，所述A恒阻体、B恒阻体在恒阻套管内可分别向两个方向发生相对位移。

3.根据权利要求1所述的锚杆，其特征在于，所述恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体接触面都具有恒阻螺纹，所述恒阻螺纹的设计恒阻力为杆体材料屈服强度的80％左右。

4.根据权利要求1所述锚杆，其特征在于，恒阻套管与A恒阻体、B恒阻体皆采用金属材料，恒阻套管的材料强度低于A恒阻体与B恒阻体的材料强度。

5.根据权利要求1所述锚杆，其特征在于，恒阻套管两端设有螺纹，当需要更长的恒阻装置时，可以通过连接套管将两个恒阻套管连接在一起解决此问题。

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