CN114542142A - 一种自锁式大变形吸能锚杆及锚杆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自锁式大变形吸能锚杆及锚杆装置，该锚杆包括锚杆杆体、收口套管和弧形自锁卡扣；收口套管套在锚杆杆体尾段上，收口套管前端的收口卡止于压剪段前部凸起位置，与压剪段对接的收口套管管壁沿周向和轴向阵列地开有相间的套管预留孔，弧形自锁卡扣向前倾斜地***套管预留孔内。该锚杆装置包括螺母、钢板托盘和前述锚杆，紧贴围岩壁的钢板托盘和螺母装配在收口套管的尾部，螺母与收口套管外管为螺纹配合，螺母压住钢板托盘。本发明解决了锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力消失或者大幅度减小的问题和在***应力波的作用下，对拉伸应力波和压缩应力波的交替作用时的有效支护的问题。
Description
技术领域
本发明属于土木工程的防护设施，具体涉及一种锚杆及锚杆装置。
背景技术
在浅部资源日益枯竭的工业背景下，资源开采必然向转向深部，同时核工业、国防工业、交通、水利等行业地下工程规模和深度均在高速增长，近年来，在深部资源开采和深部地下工程建设过程中，由于挤压大变形、冲击地压、瓦斯***、矿井突水等工程灾害造成的重大安全生产事故频繁发生，造成了巨大的生命、财产损失。由于深部开采处于“三高一扰动”的复杂力学环境，在深部高地应力的作用下围岩会产生大变形的特性，使得软岩巷道围岩稳定性控制问题成为困扰深部岩体工程安全的主要难题之一。锚杆支护是应用最广泛的支护方案，但传统锚杆延伸率低，不能适应深部巷道围岩的大变形，无法在围岩产生大变形的情况下正常工作，从而导致锚杆支护失效诱发工程事故。当围岩出现较大变形时，由于变形初期能量较大，巷道围岩的变形能超出锚杆所能承受的范围，导致锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力消失或者大幅度减小，最终导致锚杆等支护结构失效。
此外，在***、***等冲击荷载作用下，围岩中存在拉伸应力波和压缩应力波的交替作用，而传统锚杆无法针对拉伸应力波和压缩应力波的交替作用时提供有效的支护，从而导致巷道冒顶、塌方甚至岩爆等工程事故。
中国专利文献CN208267886U公开了一种自适应释能锚杆，包括T型锚杆、压缩剪切环和套筒，所述套筒底部固定有焊块，套筒内装有压缩剪切环，锚杆杆体穿过压缩剪切环中心孔从焊块伸出套筒，锚杆前端的圆台面压在压缩剪切环的顶端环片上，伸出套筒的锚杆尾部装配有紧贴围岩壁的挡板和螺母，螺母与锚杆为螺纹配合，螺母压住挡板。该专利增大了延伸率，有效地释放围岩变形产生的能量，但它同样具有在2个的缺点：1、无法避免锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力消失或者大幅度减小，以适应围岩的大变形特性；2、在***应力波的作用下，无法针对拉伸应力波和压缩应力波的交替作用时提供有效的支护力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种自锁式大变形吸能锚杆，它能够实现发生大变形特性的工程提供恒定的支护作用力，同时能够实现锚杆的自锁效应，抵御***冲击荷载产生的拉伸应力波和压缩应力波的交替荷载作用，保证锚杆支护安全可靠。本发明还提供一种使用该自锁式大变形吸能锚杆的锚杆装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种自锁式大变形吸能锚杆，包括锚杆杆体、收口套管和弧形自锁卡扣；锚杆杆体设有凸凹起伏的压剪段，收口套管套在锚杆杆体尾段上，收口套管前端的收口卡止于压剪段前部凸起位置，与压剪段对接的收口套管管壁沿周向和轴向阵列地开有相间的套管预留孔，弧形自锁卡扣向前倾斜地***套管预留孔内，弧形自锁卡扣的前端卡在锚杆压剪段的凹缝间、尾端留在套管预留孔外。
本发明提供的一种锚杆装置，包括螺母、钢板托盘和上述锚杆；紧贴围岩壁的钢板托盘和螺母装配在收口套管的尾部，螺母与收口套管外管为螺纹配合，螺母压住钢板托盘。
弧形自锁卡扣能从套管预留孔穿出，构成倒须结构。所述收口套管的收口剪切压剪段的凸起部分的作用力为围岩大变形提供稳定的支护力，能够适应深部岩体围岩大变形的特性。当所述收口套管的收口不断的剪切压剪段的凸起部分而向围岩临空面位移时，在收口套管的作用下弧形自锁卡扣会从套管预留孔挤出，从而使得弧形自锁卡扣嵌入围岩中，锚杆与围岩的锚固特性更牢靠，即实现锚杆锚固的自锁效应。随着收口套管位移的不断增大，更多的弧形自锁卡扣也会逐渐的嵌入围岩中，使得锚杆的锚固特性随着变形的增大而减弱。在***冲击荷载作用下，通常会有拉伸应力波和压缩应力波的交替作用，本发明提出的锚杆不仅能增强抗拉性能，还能够在弧形自锁卡扣的作用下提供抗压特性。
本发明通过收口套管与压剪段凸起部分的相互作用、弧形自锁卡扣嵌入围岩产生的自锁效应提供能够适应围岩大变形和***冲击荷载作用的高效锚杆装置，能够起到良好的支护效果。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：锚杆能够适应围岩产生的大变形，对隧道岩爆、煤矿冲击地压等突发灾害能够起到有效的缓冲和治理作用，并且锚杆具有自锁效应，使得锚杆与围岩间锚固力更加的牢固，具有抵御***冲击荷载的优点。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的锚杆装置结构示意图；
图2为弧形自锁卡扣的外形示意图。
图中：1、收口套管；2、螺母；3、钢板托盘；4、套管预留孔；5、弧形自锁卡扣；6、压剪段；7、锚杆杆体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“前部”、“尾部”进行区分，所述“前部”、“尾部”是依据附图1的安放方式，将锚杆伸进方向视为“前部”，靠近注浆口部分视为锚杆“尾部”，方位名称的改变不能视为对专利保护范围的限制。
如图1所示，本发明的自锁式大变形吸能锚杆包括收口套管1、锚杆杆体7和弧形自锁卡扣5；锚杆杆体7设有凸凹起伏的压剪段6，收口套管1套在锚杆杆体7尾段上，收口套管1前端的收口卡止于压剪段6前部凸起位置，与压剪段6对接的收口套管1管壁沿周向和轴向阵列地开有相间的套管预留孔4；如图2所示，弧形自锁卡扣5向前倾斜地***套管预留孔4内，弧形自锁卡扣5的前端卡在锚杆压剪段6的凹缝间、尾端留在套管预留孔4外。
收口套管1前端的收口内径比锚杆杆体7的直径大0.5mm，压剪段6最大外径比收口套管1的收口内径大2.5~4.5mm，收口套管1内径比压剪段6最大外径2~4mm。
组装本发明的锚杆时，首先将锚杆杆体7穿通收口套管1，收口套管1前端的收口卡止于压剪段6前部凸起部位，再将弧形自锁卡扣5顺着预留孔***收口套管内，然后将整个锚杆安装进入钻孔内。弧形自锁卡扣5在收口套管1外壁构成倒须结构。
如图1所示，本发明的锚杆装置包括螺母2和钢板托盘3，还包括上述锚杆，紧贴围岩壁的钢板托盘3和螺母2装配在收口套管1的尾部，螺母2与收口套管1外管为螺纹配合，螺母2压住钢板托盘3。
安装本发明的锚杆装置时,锚杆杆体7前段注浆浇灌与围岩接触，作为锚固段，收口套管1段不注浆浇灌，收口套管随着围岩的变形而移动，螺母2和钢板托盘3将收口套管1尾端与围岩临空面锁紧，使得锚杆整体对围岩起到支护作用。
本发明的工作原理：
当围岩发生大变形时，收口套管1、螺母2和钢板托盘3随着围岩临空面的移动而移动，在收口套管1移动的过程中会不断的剪断压剪段6的凸起部分（即压剪段6的直径比收口套管1的收口内径大的部分），收口套管1剪断压剪段6的凸起部分所产生的的力为锚杆支护提供反力。在制作锚杆时通过改变压剪段6的直径与收口套管1的收口内径的差值而得到不同的支护反力，一般压剪段6的最大外径比收口套管1的收口内径大2.5~4.5毫米。在围岩发生大变形的过程中，锚杆能够提供恒定的支护力，逐步的吸收围岩变形所释放的能量，从而维护围岩的稳定性。
进一步地，可以通过改变压剪段6的长度，实现锚杆适应不同围岩大变形的尺寸和持续的效能效果。
同时，当围岩产生大变形时，在收口套管1的作用下弧形自锁卡扣5尾部钢片会从套管预留孔4挤出，从而使得弧形自锁卡扣5嵌入围岩中，相当于倒须结构，锚杆与围岩的锚固特性更牢靠，实现了锚杆锚固的自锁功能。随着收口套管1位移的不断增大，更多的弧形自锁卡扣5也会逐渐的嵌入围岩中，使得锚杆的锚固特性随着变形量增大而增强；解决了现有锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力消失或者大幅度减小的问题。
在***冲击荷载作用下，通常会有拉伸应力波和压缩应力波的交替作用，由于弧形自锁卡扣5嵌入围岩中，本发明提出的锚杆不仅能增强抗拉的性能，还能够在弧形自锁卡扣5的作用下提供抗压特性。
Claims (2)
1.一种自锁式大变形吸能锚杆，包括锚杆杆体（7），其特征是，还包括收口套管（1）和弧形自锁卡扣（5）；锚杆杆体（7）设有凸凹起伏的压剪段（6），收口套管（1）套在锚杆杆体（7）尾段上，收口套管（1）前端的收口卡止于压剪段（6）前部凸起位置，与压剪段（6）对接的收口套管（1）管壁沿周向和轴向阵列地开有相间的套管预留孔（4），弧形自锁卡扣（5）向前倾斜地***套管预留孔（4）内，弧形自锁卡扣（4）的前端卡在锚杆压剪段（6）的凹缝间、尾端留在套管预留孔（4）外。
2.一种锚杆装置，包括螺母（2）和钢板托盘（3），其特征是：还包括权利要求1所述的锚杆，紧贴围岩壁的钢板托盘（3）和螺母（2）装配在收口套管（1）的尾部，螺母（2）与收口套管1外管为螺纹配合，螺母（2）压住钢板托盘（3）。
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