CN2326728Y - 胀裂式自适应多点锚固锚具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种胀裂式自适应多点锚固锚具。这种锚具的特点是自锁性好,在爆炸、震动荷载作用下不会松脱。对软岩的锚固有自适应能力,并能越过钻孔中的特软破碎岩层,对岩体进行多点锚固。因此,它特别适用于像煤层、泥岩和软硬相间的岩层,以及反复受爆炸、冲击等动荷载作用的临时或永久支护或加固系统。由于本实用新型提供了一种环状活塞式胀裂装置,不仅使超长机械式锚具的锁定变得切实可靠,而且也为注浆锚具提供了优良的注浆通道,以确保全钻孔的浆液饱满。因此,本实用新型对各类隧道、巷道、竖井、护坡、基坑等岩土工程的临时支护或永久支护都有广泛的应用价值。

Description

胀裂式自适应多点锚固锚具

本实用新型属于对岩土工程进行支护或加固领域，尤其适用于像煤层，泥岩等软弱岩层以及反复受爆炸、冲击等动荷载作用的临时或永久性加固系统。

现有锚具种类繁多，其中机械式锚具以其安装快速和安装后能立即受力为突出优点，工人称它为双快锚具，因而得到广泛应用。但是目前使用的机械式锚具多不能用于软岩，又由于自锁不好，抗震性差，杆体过长时安装锁定问题没有解决而受到限制。

本实用新型的目的在于提供一种自锁性好，抗震能力强，对软岩的锁定长度有一定的自适应能力，并能越过钻孔中的特软、破碎岩层，对杆体进行多点锚固的机械式锚具。同时还要解决超长锚具安装时的胀开锁定问题。

为解决上述任务，本适用新型的解决办法是：这种胀裂式自适应多点锚固锚具由锚杆体(1)、拱形垫板(2)、螺母(3)、锚头1和锚头2、定位杆(17)组成。从而构成锚头各自独立的多点锚固体系。每个锚头均由胀壳(5)和倒楔(6)构成。在胀壳(5)内设锥形孔，其锥度与倒楔(6)外表面锥度配合。胀壳(5)外表面设有大小相间的环形齿状突起物(7)，胀壳(5)上至少设两条胀缝(8)，胀壳的整体性靠胀缝中的非断开面(10)维系。倒楔(6)外表面为圆锥形，尾端开有自适应槽(11)。其中锚头1的倒楔中心设有内螺纹(12)，以便与杆体端部的螺纹相结合；锚头2的倒楔中心设有截圆锥形孔，孔内装有钢夹片(13)，通过夹片的齿状突起物使锚头与杆体相联接。两锚头中间的定位杆(17)是用来定位锚头2的锁定位置，其长度视岩层的具体情况确定。对于中软以上岩层，锚头2可以省去。

对于在极松软的泥岩或黄土层中使用的锚具，还可在上述多点锚固的基础上，在锚头的尾端增设两个以上金属爪(15)。爪(15)的两枝成适当夹角、其中一枝插入胀壳与倒楔预留的轴向孔(14)中。要求后期注浆的永久性锚具，孔内还设有止浆塞(16)和注浆管(21)、若杆体选用螺纹空心厚壁管，则可省去注浆管。

对用于水工隧道、护坡等锚固深度较大的锚具，杆体除选用空心螺纹厚壁管外还可选用预应力钢筋。对选用空心螺纹厚壁管作杆体的锚具，杆体可加工成2.0、2.5、3.0、3.5米的标准段，然后根据现场的实际需要选配。标准段之间用联接器(35)联接。对选用预应力钢筋作杆体的锚具，为了使予应力钢筋(1)和锚具两端的螺杆(18)联接，需在两者之间增设镦头联接器(19)。这两类超深锚具在胀壳(5)的尾端均需设置环状活塞式胀裂器(20)。胀裂器(20)由环状活塞(22)、筒体(23)、底座(24)、固定环(25)、注浆咀(26)组成。在简体上设有出浆孔不少于2个，在出浆孔(27)上复盖有膜片(28)。在环状活塞(22)上设有两个以上密封圈(29)。安装时，胀裂器靠螺钉(30)固定在杆体上，并借助连接于注浆管的液压泵驱动环状活塞(22)，使胀壳胀开，锁紧孔壁；注浆时，当注浆压力超过膜片阈(极)值压力后，膜片破裂，形成注浆通过。

上述锚具，胀壳、倒楔和胀裂器均用高强度工程塑料注塑成形。杆体除采用前述螺纹空心厚壁管、预应力钢筋外，普通锚具多采用轧制低合金结构钢。在煤矿中应用的锚具，杆体还可采用无捻玻璃丝纤维、不饱和聚酯树酯制作。

本实用新型与现有技术相比具有以下显著优点：

1．能根据岩层的硬度在一定范围内自动调整锚头的锁定长度，降低胀壳对岩层的挤压应力，以适应软岩强度低的特点。对于特别软弱岩层，还可通过增设多个锚固点和增加金属爪等措施，使锚头对各种不同硬度的软岩有广泛的适用性，较好地解决了机械式锚头不能在软岩中使用的困难。

2．自锁性好。在爆炸和地震作用下，即使跳动也不会松脱。

3．锚头无论是用套管胀开，还是用环状活塞式胀裂器胀开，均具有安装方便快捷，安装后立即可支承荷载的特点。

4．可用于临时性工程，注浆后也可用于永久性工程。

5．采用玻璃纤维杆体的锚具，可以切割，因而特别适于采煤工作面。

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型第一实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型环状活塞式胀裂器的结构示意图；

图3是本实用新型第二实施方式的结构示意图；

图4是本实用新型第三实施方式的结构示意图；

图5是本实用新型第四实施方式的结构示意图；

图6是本实用新型第三实施方式的施工安装示意图。

实施例一胀裂式自适应单锚头锚具

这种锚具适于中软以上岩层，图1为胀裂式自适应单锚头锚具的结构示意图。它由杆体(1)、垫板(2)、螺母(3)、胀裂壳(5)、倒楔(6)、环状活塞式胀裂器(20)注浆管(21)组成，胀壳外表面设有大小相间的环形齿状突起物(7)，并开有3条通长胀缝(8)，在胀缝的尾端设连接点(10)。倒楔外表面为圆锥形，尾端开有自适应槽(11)，中心钻有锚杆体孔，孔内设有MJ系列内螺纹(12)。杆体之间用联接器(35)联接，可用低合金结构钢，也可采用螺纹空心厚壁管。

图2为环状活塞式胀裂器的结构示意图，它由环状活塞(22)、简体(23)，底坐(24)、固定环(25)、注浆咀(26)组成。简体的内、外侧各设有8-10毫米的出浆孔两个，在出浆孔(27)上贴有金属薄膜(28)，在环状活塞(22)上的内外侧各设有密封圈(29)一个。安装时，以水作介质，借助注浆泵给胀裂器提供压力，推动活塞(22)使胀壳胀开，锁紧孔壁；注浆时，当注浆压力超过金属膜的破膜阈值压力后，金属膜破裂形成注浆通道。

实施例二自适应锚头玻璃纤维杆体锚具

这种锚具适用于软岩，特别适于采煤工作面。图3为自适应锚头玻璃纤维杆体锚具结构示意图。它由玻璃纤维杆体(1)、托板(2)、螺母(3)、胀壳(5)、倒楔(6)组成。胀壳外表面设环形齿状突起物(7)，其上设有三条胀缝(8)，胀缝尾端设止裂孔(9)。倒楔外表面为圆锥形，尾端开有自适应槽(11)，中心钻有锚杆体孔，孔内设有内螺纹(12)。杆体采用无捻玻璃纤维，以不饱和聚脂树脂粘结，杆体外端带有钢套(4)，以便拧戴螺母(3)。

实施例三带金属爪胀裂式自适应多点锚固锚具

这种锚具适于极松软岩层，如泥岩、粘土或软煤层。图4为带金属爪胀裂式自适应多点锚固锚具结构示意图，它由杆体(1)、垫板(2)、螺母(3)、锚头1、锚头2、定位杆(17)组成。每个锚头均由胀壳(5)和倒楔(6)构成。在胀壳(5)内设锥形孔、其锥度与倒楔(6)外表面锥度相配合。胀壳(5)外表面设有环形齿状突起物(7)，胀壳(5)上设3～4条通长胀缝(8)，唯尾端相连。当倒楔进入胀壳一定尺寸后，胀壳裂解为3-4瓣，使胀壳外表面锁紧于孔壁。倒楔外表面为圆锥形，尾端对称地开设了3-4条自适应槽(11)，当倒楔进入胀壳后，自适应槽发挥出调整胀壳与孔壁的贴紧范围和挤压力的功效，以适应特软岩层强度低的特点。其中锚头1的倒楔中心设有内螺纹(12)，用它和杆体内端的螺纹相联接；锚头2的倒楔，中心设有园锥形孔，孔内安装有QM或XM型钢夹片(13)、通过夹片的齿状突起物使锚头与杆体相连接。在每个锚头的胀壳与倒楔的预留孔(14)中，对称的插入3-4个金属爪(15)，爪的两枝约成135°，爪撑开后略大于钻孔直径。

实施例四胀裂式自适应预应力钢筋锚具

这种锚具适于大锚固力，且锚固很深的情况。由于采用预应力钢筋，因而可以大幅度地节约杆体钢材，降低锚具成本。图5为胀裂式自适应单锚头预应力钢筋锚具结构示意图，它由数根预应力钢筋组成的杆体(1)、拱形垫板(2)、螺母(3)、螺杆(18)、胀壳(5)、倒楔(6)、镦头联接器(19)、环形活塞式胀裂器(20)、止浆塞(16)组成。胀壳与倒楔的构造同实施例一，利用镦头联结器(19)将螺杆(18)与预应力钢筋(1)联接。安装时借水压推动胀裂器(20)的活塞(22)，将胀壳胀开。注浆时将注浆压力升至破膜阈值压力，膜片破裂形成注浆通道。

图6为实施例三的施工安装示意图

当钻孔打好后，将锚头1的胀壳、倒楔结合后，将杆体丝扣拧入倒楔中，插入金属爪(15)，将该锚头徐徐插入钻孔中，完成组合后，将组合好的锚具外套一根直径和长度适当、尾端开有与金属爪数量相应槽口的金属套管(40)，把锚头1送入钻孔底部，打击套管外露端，使倒楔进入胀壳并挤紧金属爪(15)，胀壳和金属爪紧贴孔壁。拔出套管后，送入定位杆(17)。尔后将锚头2的倒楔(6)与夹片(13)、胀壳(5)结合好，徐徐穿入杆体外露端并推入钻孔，插入金属爪(15)和套管(40)后，将组合好的锚头2推至定位杆(17)，打击套管(40)外露端，使锚头2的胀壳与金属爪贴紧孔壁。由于夹片的锁紧作用，锚头2与杆体紧密咬合并锁定在孔壁上。从而构成多点锚固系统，以利提高其在极松软岩层中的承载力。

用套管撑开胀壳的方法虽然简单可靠，但是随着杆体的加长其缺点显露，这时可用在胀壳尾端设置胀裂器的方法解决。

Claims (9)

1．一种胀裂式自适应多点锚固锚具，它包括锚杆体(1)、拱形垫板(2)、螺母(3)、设置在钻孔底部的锚头1，其特征在于还包括设置在钻孔中部的锚头2，锚头1由胀壳(5)、倒楔(6)组成，胀壳(5)内设锥形孔，其锥度与倒楔(6)外表面锥度配合，胀壳(5)外表面设环状齿形突起物(7)，胀壳(5)上至少设两条胀缝(8)，胀缝中设有联接点(10)，或止裂孔(9)，倒楔(6)尾端开有自适应槽(11)，倒楔中心钻有锚杆体孔，除在钻孔底设置锚头1外，在钻孔的中部还可设置锚头2，锚头2由胀壳(5)、倒楔(6)组成，倒楔中心有截圆锥孔，孔内装有钢夹片(13)，在锚头1与锚头2之间设有定位杆(17)，在它们的尾端还可设置环状活塞式胀裂器(20)和金属爪(15)。

2．根据权利要求1所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于胀壳(5)的尾端可设置环状活塞式胀裂器(20)，胀裂器(20)由环状活塞(22)、简体(23)、底坐(24)、固定环(25)、注浆咀(26)组成。在简体上设有出浆孔不少于2个，在出浆孔(27)上复盖有膜片(28)，在环状活塞(22)上设有两个以上密封圈(29)，安装时，胀裂器靠螺钉(30)固定在杆体上，并借助连接于注浆管的液压泵驱动环状活塞(22)，使胀壳(5)胀开，注浆时，当注浆压力超过膜片(28)阈值压力后，膜片破裂，形成注浆通道。

3．根据权利要求1,2所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于在锚头1或2的尾端还可设置至少两个金属爪(15)，爪的两枝成135°～160°夹角，其中一枝插入胀壳与倒楔预留的竖向孔(14)；

4．根据权利要求1,2所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于胀壳(5)上，设通长胀缝的，在胀缝中不少于一处设连接点(10)，胀壳上的胀缝不完全通开的，在胀缝尾端设止裂孔(9)。

5．根据权利要求1,2所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于胀壳外表面的突起物为大小相间的环形齿状突起(7)。

6．根据权利要求1,2所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于倒楔尾端至少对称开有两条自适应槽(11)。倒楔中心钻有锚杆体孔的，孔壁车有内螺纹(12)。倒楔中心设有截圆锥孔的，孔内装有钢夹片(13)。

7．根据权利要求1所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于杆体(1)两端的螺纹(12)为MJ螺纹系列，杆体用低合金结构钢、精轧螺纹纲、预应力钢丝、或玻璃纤维制作。要求后期注浆的锚具，在孔口设有止浆塞(16)，其杆体还可采用空心螺纹厚壁管，采用玻璃丝纤维制作的杆体外端带有钢套(4)，钢套外表面有螺纹(12)，杆体材料为无捻玻璃纤维，用不饱和聚酯树脂粘结。

8．根据权利要求1,2和7所述胀裂式自适应多点锚固锚具，对于采用预应力钢筋作杆体的，其特征在于预应力钢筋(1)与两端的螺杆(18)之间用镦头联结器(19)联接。

9．根据权利要求1,2所述胀裂式自适应多点锚固锚具，其特征在于胀壳(5)、倒楔(6)和环状活塞式胀裂器(20)均选用高强度工程塑料注塑成型。

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