专利名称：桁架锚索弧形连接锁紧器的制作方法
技术领域：
矿业工程中的巷道支护
土木工程中的隧道支护
二、 背景技术-
目前，桁架锚索系统越来越多的应用到矿山的巷道支护中，其优 越性主要表现在
① 桁架锚索系统能在水平和铅垂方向同时提供有效支护力，有效 降低巷道中部区域煤岩体最大拉应力，提高煤岩体的强度和抗变形破 坏性能。桁架锚索抗剪性能强、作用范围大，斜穿过煤帮上方附近顶 板最大剪应力区，能有效控制顶板剪切破坏。
② 桁架锚索系统钢绞线与顶板成线接触，钢绞线上的载荷能连续 传递且能方便地施加很高的预拉力，支护作用范围大，松散破碎顶板 受力状态好。
③ 桁架锚索锚固点位于巷道两肩窝深部不易破坏的三向受压岩 体，不易受顶板离层和变形的影响，为桁架锚索系统发挥高锚固力提 供了可靠稳固的承载基础。在顶板弯曲和下沉过程中，桁架结构的两 帮锚固点内移，受力增加较慢，支护结构不易失效，其闭锁结构可以 控制顶板进一步变形和防止恶性冒顶事故。
④ 全面系统地研究大采高复合泥岩顶板切眼围岩及其维护特点、 支护方案合理选择、高预应力桁架锚索结构、大采高切眼支护机理和 参数设计及现场实施流程。研发的高预应力桁架锚索系统核心部件——新型弧形连接锁紧 器集成了桁架系统的连接和锁紧功能，并解决了高水平预紧力的张拉 难题。
三.
发明内容
(1) 技术方案
首先考虑到连接锁紧器的受力，通过有限元分析可以看出，图l 的宽度最小的部位即中性竖轴所受应力最大的地方，中间厚度越大越 安全，可是要考虑到桁架连接器轻巧便利，两者要兼顾，所以连接器 外弧线设计成是以260mm为半径，圆心在弧线外画出的。通过有限元 分析确定外形尺寸见
。
其次且从力学角度考虑，设计连接锁紧器如图1的点2与点3间 线段的中点与点8和点9间线段中点连线正好过两中性轴交点，两锚 索通过连接锁紧器连接后避免出现扭矩。若出现扭矩的话连接器将由 剪切面直至破坏。
如图的点4、 5之间和点10、 ll为锚索出口，其尺寸设计主要是根 据锚索和锁具的尺寸来决定，防止压力大时，锚索与锁具的滑移;如 图2， 3所示的点13、 14和点15、 16所围成的小圆半径是根据如何更好 的将锚索锚固在连接器内部设定，点4、 5和点1G、 ll所围成的大圆半 径尺寸是根据锚具的尺寸和张拉千斤顶施加的预应力来确定。
(2) 优点或积极效果
①是能在巷道顶板的水平和铅垂方向同时提供挤压应力的主动 支护结构，从而使得锚固区内的煤岩体处于铅直挤压和水平挤压状态。桁架系统与顶板线或面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状 态好。即使在顶板出现离层时，也能保证巷道的安全使用，特别是在 巷道顶板破碎的情况下，效果更加明显。弧形连接锁紧器有效地解决 了高水平预紧力的张拉难题。
② 是有利于提高成巷速度及采掘接替，消除安全隐患、保障施工
安全。实验前该巷道采用型钢棚式支护时月进78m，而采用预应力桁 架锚索联合支护(试验)后，月进115m。
③ 是减轻了工人的劳动强度，提高了支护安全性和掘进效率。由 于锚杆、锚索等单体构件远较工字钢金属构件轻，高预应力桁架锚索 联合控顶技术消除了工人搬运工字钢金属构件及支设工字钢棚式支 架的繁重体力劳动，极大地改善了工人的劳动条件。
④ 是在大断面切眼采用预应力桁架锚索联合支护，可简化切眼设 备的安装工序、改善安装施工条件，明显提高综放工作面设备的安装 速度并使工作面提前投入生产。有利于充分发挥综放工作面设备的效 能、增加工作面产值，避免采掘分散及减小辅助生产设备及人员，实 现矿井合理集中生产和高产高效开采。
四.
本发明专利提供了一种新型的支护所需构件。1.平面图全长 为170mm，最大宽度为96mm，中性竖轴与外弧线相交截的线段是最小 宽度为67nim。连接锁紧器外弧线是以260mm为半径，圆心在弧线外 画出。点1和点2线段、点7和点8线段长度都为8mm，且从力学角 度考虑，避免连接锁紧器出现扭矩，点2和点8连线正好过两中性轴交点。点2、 3之间和点8、 9之间为锚索入口处，其上弧线是以半径 为165mm画出，下弧线与竖边角度为96°，点4、 5之间和点10、 11 为锚索出口处，直径为28腿。点13、 14处直径为18mm，它与点4、 5之间线段的距离为40mm。构件其余部位线形连接。2.左视图外 形由长为52mm，宽为44腿的长方形与半径为22mm的两个半圆组成 的图形。点2、 3之间为一锚索入口处，由长为18mm宽为12mm的矩 形和以矩形的长作直径的两个半圆组合而成。其中心与中性轴交点距 离为26mm。点4、 5和点13、 14构成的半锥形体为另一锚索出口处， 直径分别为18腿、28腿。圆形圆心与两中性轴交点距离为19腿。3.右 视图外形与左视图相同。点8、9之间为一锚索入口处，由长为18mm 宽为12mm的矩形和以矩形的长作直径的两个半圆组合而成。点10、 11和点15、 16构成的半锥形体为另一锚索出口处，直径分别为18mm、 28ram。圆形圆心和点17与两中性轴交点距离均为19mm。
将打进煤体的钢绞线的另一端，也就是预留端穿过如图1中的点 2、 3之间和点8、 9之间的连接锁紧器的进口，通过流线形孔，从点 10、 11之间和点4、 5之间的出口穿出，在两根锚索末端同时套上锚 具，并用千斤顶对其中一根锚索施加预应力，使锚具将锚索卡紧固定 在连接锁紧器内如图1所示的点4、 5、 14、 13围成的槽内，然后锁 定外锚头形成预应力锚索，与弧形连接锁紧器一起构成桁架锚索支护 系统。
权利要求
1.一种高预应力桁架锚索系统的新型弧形连接锁紧器构件，采用两头粗中间细的蜂腰型设计。构件全长为170mm，两端处最大宽度为96mm，蜂腰处最小宽度为67mm。连接器外弧线是以260mm为半径，圆心在弧线外画出。点1和点2之间线段、点7和点8之间线段长度都为8mm。点2、3之间和点8、9之间为锚索入口处，其上弧线是以半径为165mm画出，下弧线与竖边角度为96°。点4、5之间和点10、11为锚索出口处，直径为28mm。点13、14处直径为18mm，它与点4、5之间线段的距离为40mm。构件其余部位线形连接。
2. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于所述连接锁紧构件采用了 两头粗中间细的蜂腰型设计。
3. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于所述连接锁紧构件是一种 改进了的新型连接锁紧构件，集成了连接和锁紧功能。
4. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于所述连接锁紧构件内部专 门为锁片设计了两个同样大小的楔形槽构件，从而在构件内部可以用锁片直 接锁住锚索。
5. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于所述连接锁紧构件锚索槽被设计成弧形。
6. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于左、右出口处的锚索中心线位于通过构件中心点的同一条直线上，这样就不会使构件承受较大的弯矩， 避免构件内部出现较大应力及相应的明显变形。
7. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于左、右出口处的锚索中心 线位于通过构件中心点的同一条直线上，从而降低了材料消耗和构件重量。
8. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于在构件出口处，锚索受力 方向沿锚索槽切线方向穿过构件的中心点，有效的降低了构件出口处外壁的应力集中。
9. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于在构件出口处，锚索受力 方向沿锚索槽切线方向穿过构件的中心点，有效的降低了构件出口处锚索的 应力集中。
10. 根据权利要求1中所述连接锁紧器，其特征在于构件可直接预留合理的锚 索尾长度， 一次张拉即可形成高预应力桁架锚索系统。
全文摘要
本发明是用于高预应力桁架锚索系统的新型弧形连接锁紧器构件，集成了连接和锁紧功能。所应用的技术领域为矿业工程的巷道支护和土木工程的隧道支护。新型连接锁紧器外形设计是两头粗中间细的蜂腰型；内部专门为锁片设计了两个同样大小的楔形槽，两个楔形槽分别位于构件剖面图的右上部区域和左下部区域，目的是在构件内部可以用锁片直接锁住锚索，而不再另需锚索锁具顶在传统连接器的外圆环面上。连接锁紧器内的锚索槽被设计成弧形，使连接锁紧器左、右出口处的锚索中心线位于通过构件中心点的同一条直线上，这样就不会使构件承受较大的弯矩，避免出现较大的弯应力和剪应力及相应的明显变形，同时也降低了构件左右出口处的应力集中。
文档编号E21D21/00GK101302937SQ20081010090
公开日2008年11月12日 申请日期2008年2月26日 优先权日2008年2月26日
发明者何富连, 李开晴 申请人:中国矿业大学(北京)