CN2063978U - 复合伸缩式锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于软弱大变形岩体支护领域。该锚杆由内外两层杆体、挡圈、外层焊条、托板及螺母组成。外层杆体全长砂浆粘结式锚固，内层杆体端部锚固。内层杆体具有较低的变形模量，较大的拉伸变形能力和较大的抗拉强度，外层杆体具有与围岩匹配的抗弯刚度和剪切强度，并辅助外层杆体承受一部分拉力。本锚杆利用外层杆体材料本身的变形特性在锚杆全长上连续地产生伸缩变形，克服了已有伸缩式锚杆由于局部伸缩机构产生的突变变形而导致围岩内部离层的缺点。

Description

本实用新型属于采矿工程及岩土工程中软弱大变形岩体支护领域，也可用于土体的加固处理。

现有的软弱大变形岩体的支护形式主要采用以下几种：1、料石砌碹支护。这是在软岩巷道和硐室中最早尝试使用的一种支护形式，但一般很难奏效。这种支护形式施工劳动强度大、效率低、工程造价高、翻修量大。由于支护刚度大，不能适应围岩的较大变形，因而没有足够的让压性能。由于支护结构与围岩间系点接触，因而不能使支护结构与围岩一起共同良好承载，发挥围岩对地压的自承能力。所以这种结构既不利于围岩的整体稳定也不利于其局部稳定。2、U形钢可缩性支架支护。这种支护形式能适应围岩的较大变形，具有一定的让压特性，对维护软岩巷道和硐室的整体稳定具有一定的作用。但采用这种支护形式劳动强度大、施工效率低、钢材消耗量大、工程造价高。此外，它是一种被动支护形式，因而不能充分发挥围岩本身承受地压的潜力，且有时不利于围岩的局部稳定。3、传统的锚杆支护。这种形式除了具有劳动强度低、效率高、工程造价低及工程翻修少等优点外，更重要的是它把支护结构和围岩结合为一体，能充分发挥围岩本身对地压的自承能力，改善了围岩的受力状态，和前两种支护形式相比更有利于围岩的整体稳定。但由于传统锚杆抗拉刚度大，没有足够的让压性能，地压较大，岩体变形到一定程度时往往锚杆与围岩拉脱，不能适应围岩的大变形。此外，这种支护在设计上没有考虑到锚杆的侧向刚度（即剪切刚度）和布置方式对岩体稳定所起的作用。4、已有的伸缩式锚杆支护。这种支护采用的锚杆与传统锚杆有所不同。它在锚杆局部设置一个可伸缩机构，使锚杆受拉力后可在该局部产生一定的伸缩变形量，使之适应软弱岩体的大变形。这是较传统锚杆有所改善的地方。但在其它方面仍具有传统锚杆所拥有的缺点。此外，局部可伸缩机构的设置使得锚杆的变形主要集中于其上某一部位，往往会导致围岩内部（相应于锚杆伸缩机构处）产生离层，这又反过来给围岩的整体稳定带来不利因素。此外，现有的各种锚杆在设计上有一个共同的欠缺，即只考虑了抗拉锚固作用，而未考虑到其抗切锚固作用。由于在布置上一律采用沿围岩表面法向布置的方式，故不能最有效地发挥锚杆支护的潜力。

围岩的变形可分解为两个分量，其一为沿其内部滑移面的剪切变形，其二为沿滑移面法向的张压变形。在设计锚杆时，既要考虑到锚杆要有足够的抗切强度和抗弯刚度，能有效地控制围岩的剪切变形，又要考虑到其足够的抗拉强度和与围岩相匹配的抗拉刚度，更要注意到锚杆群的布置模式，使之能有效地控制围岩的张开位移和向洞内的整体变形。要使锚杆在软弱大变形岩体支护中能发挥有效作用，除了在设计中要考虑到锚杆的抗拉强度外，对其它四个因素（抗弯刚度、抗切强度、抗拉刚度和群体布置模式）均需作同样重要的考虑。本实用新型正是出于以上五个方面的全盘考虑而提出的。具体实施例如下：

复合伸缩式锚杆分为内外两层。内层具有阻止岩体沿其内部滑移面滑动的足够抗弯刚度与抗切强度，同时又具备一定的抗拉强度，待外层受岩体变形而拉伸到一定程度时再承受第二阶段拉力。外层具有较低的变形模量、较大的变形能力，同时又具有足够的抗拉强度，以适应软岩的大变形同时又具有相应的变形约束力：既要有效地控制岩体变形在一定范围内，维护岩体的整体稳定性，又要允许岩体发生足够大的变形，以利于岩体内部应力释放，用合理的支护抗力维护岩体稳定。

在选材上，要求内层的材料剪切刚度与围岩的剪切刚度之比达到足够量值，而外层宜根据抗拉刚度与围岩抗拉刚度相匹配的原则选取。对一般情况下的软岩，内层可选取钢材（可因地制宜选用管材或棒材），外层选用工程塑料或其它变形性能和强度性能符合上述要求的材料。

如图所示，复合伸缩式锚杆由锚根挡圈①，内层杆体②，外层杆体③，外层焊条④，托板⑤和标准螺母⑥组成。锚杆外层采用全长砂浆粘结式锚固，内层埋入端设有锚根，采用端部锚固。托板设在内层的外露端，并用螺母固定。

当内层杆体选用棒材时，一般采用φ16以上的圆钢（或螺纹钢），其长度应根据岩体完整情况及被支护的工程类型选取，一般取2.0～3.0米。外层杆体②为管柱状，相应的内直径为17.5mm，管壁厚度为6mm，其长度也应根据围岩的完整情况及被支护的工程类型而定，一般为1.5～2.5米。外层杆体②上焊有螺旋状塑料焊条，焊条直径为2mm，螺距为200mm。内层杆体③埋入端比外层约长300mm，外露端比外层约长200mm，且内层外露端最端部100mm车有M16×1的螺纹。内层锚根焊有锚根挡圈①，以增加端锚力。挡圈直径约为20mm，厚度为5mm。托板⑤外边长为150×150mm，厚10mm，托板中孔直径为18mm。锚头螺母为M16×1的标准螺母。

当现场没有圆钢时，也可选用钢管作内层杆体，但应根据和圆钢抗弯刚度等效的原则选取，一般宜选取4分（或更粗）的钢管。相应地，外层杆体的内直径也应增大到22.5mm，壁厚可不变。其余部件上与内层杆体直径有关的尺寸均应作相应改变（如挡圈直径改为25mm，托板中孔直径改为25mm，锚头螺母改为M22×2，内层外露端螺纹改为M22×2等）。

现场安设锚杆时，应尽可能采用梅花形（即菱形）布置方式，其间排距应视围岩完整情况及被支护的工程类型而定，一般取500～700mm，锚杆轴线与围岩表面呈±67.5°角，相邻的两排锚杆倾斜方向相反。安装操作时，先用φ42mm标准钻头打好锚孔，注入砂浆，然后***锚杆，套上托板及螺母（先不拧紧，只稍微拧上即可），待围岩变形后使得内外杆体的外露端相距50～60mm时再拧紧螺母。

在某些情况下（例如掘进工作面顶板岩石极为破碎，严禁空顶作业），对锚杆初锚力要求很高（达到5吨以上），这时也可将锚杆挡圈①改用楔缝锚根，并可采用以下参考尺寸：锚根部位杆体直径25mm，长300mm；杆体楔缝长250mm，宽3mm，厚25mm，小头宽1～2mm。

本实用新型除了具备现有各种锚杆的一般优点外，还具有下到特点：1、其伸缩变形系列用外层杆体材料本身的变形特性在锚杆全长上连续地产生，不发生突变，因而克服了现有伸缩式锚杆容易导致围岩内部发生离层的缺点，更有利于围岩的整体稳定。2、采用全长锚固和端部锚固相结合的方法，既发挥了全长锚固方式在软岩支护中的特长，又克服了全长锚固锚杆初锚力不足的缺点。3、在设计上考虑了锚杆对围岩变形的抗拉锚固作用，又考虑了其对围岩变形的抗剪锚固作用。既有足够的抗拉强度及与围岩相匹配的抗拉刚度，又有足够的抗剪强度和抗弯刚度，加上其交叉布置方式，既能有效地控制围岩内部沿滑移面法向的张开位移，又能有效地控制围岩内部沿滑移面的剪切位移。

Claims (3)

1、一种伸缩式锚杆，本实用新型的特征是复合伸缩式锚杆分为内外两层，由锚根档圈①、内层杆体②，外层杆体③、外层焊条④，托板⑤和标准螺母⑥组成；外层杆体为管柱状，内层杆体②长度为2-3米，外层杆体③长度为1.5-2.5米，外层杆体②上焊有螺旋状塑料焊条；内层杆体②埋入端比外层长300mm，外露端比外层长200mm；内层外露端最端部100mm车有M16×1的标准螺纹；内层杆体②锚根焊有锚根档圈①。

2、根据权利要求1所述的复合伸缩式锚杆，其特征是内层杆体可选用钢材（管材料或棒材），外层杆体可选用工程塑料。

3、根据权利要求1所述的复合伸缩式锚杆，其特征在于内层杆体选用φ16圆钢时，外层杆体的内直径为17.5mm，管壁厚度为6mm，档圈直径为20mm，厚度为5mm，托板外边长为150×150mm，厚10mm，中孔直径为18mm，内层杆体选用4分钢管时，外层杆体的内直径为22.5mm，档圈直径为25mm，内层外露端螺纹为M22×2，托板中孔直径为25mm。