专利名称：水胀式弹性抗岩爆锚杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程锚固支护领域，特别是涉及岩爆防治领域。更具体涉及一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，可适用于有岩爆威胁的围岩支护中，对有效防治岩爆造成的工程灾害具有现实意义。
背景技术：
水胀式锚杆现已在岩土工程锚固支护领域，尤其在岩爆防治领域得到广泛应用。 这种锚杆由薄壁凹形断面钢管制成，通过高压水使锚杆膨胀，从而完全贴紧钻孔孔壁，沿锚杆全长产生摩擦力、机械连锁力和压力对岩体进行加固。其特点如下(1)施工速度快，不用灌浆，从而节省了水泥浆液的使用，方便快捷。(2)有优异的抗震动性，可接近于工作面进行安装。(3)具有抗剪切位移的作用力。(4)杆体全长膨胀紧贴不规则孔壁，任何一段都可成为独立作用的部分，起锚固作用。(5)表面防腐处理，不用担心腐蚀情况。水胀式锚杆是一种全长锚固式锚杆，在一般条件下，对于防治岩爆是比较有效的。 但是，在洞壁表层围岩比较破碎(或者较高的地应力导致围岩表层层裂化严重)时(如锦屏二级水电站深埋引水隧洞大理岩围岩)，仅靠全长锚固已经无法限制岩爆时表层层裂化围岩的弹射，从而造成水胀式锚杆防岩爆功能大打折扣甚至失效。因此，在水胀式锚杆的基础上，在锚杆的外端部增加了一个刚性弹簧装置，拟解决上述的岩爆时表层层裂化破碎围岩的弹射现象。
发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，其结构简单，安装方便，可满足快速、及时支护的要求，并可有效降低岩爆对围岩、人员和设备造成的破坏程度和威胁。其外端部的刚性弹簧与水胀式锚杆的杆体相结合，既可提供全长锚固力，也可持续提供端部锚固力，使整个锚杆适应岩爆引起的后续岩体震动，防止围岩崩落伤人和设备， 使岩爆产生的岩体动能在岩体裂隙面的摩擦过程中迅速消耗，使岩爆引起的震动过程尽快结束。一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，包括杆体、端套、应力扩散托盘、挡圈、注液嘴、垫圈、 刚性弹簧，其中杆体、端套、应力扩散托盘、挡圈、注液嘴为目前工程中使用的水胀式锚杆的组成部分。其特征在于杆体分别与端套、挡圈相连，形成锚杆主要部分，注液嘴与挡圈相接，注液嘴一段深入到杆体内，作为高压水的进水通道；所述的挡圈有一定的长度要求，在挡圈的一端焊接有一凸圈。在锚杆外端部的挡圈上装有刚性弹簧，在刚性弹簧的两端各装有一个垫圈，其中一个与挡圈上的凸圈相连，另一个与应力扩散托盘相连。所述的应力扩散托盘的中心孔孔径要与钻孔孔径一致。所述的垫圈和刚性弹簧套在挡圈上，刚性弹簧有初始压缩量。在水胀式锚杆的基础上，挡圈增加了长度，并在外端部焊接一凸圈，以适应其他部件；添加了刚性弹簧和垫圈两个部件；托盘也使用了较大尺寸的预应力托盘，增大了围岩壁上的锚固范围。水胀式弹性抗岩爆锚杆分为嵌入岩体的锚固部分和露在岩体外面的外端部，外端部包括应力扩散托盘、挡圈、注液嘴、垫圈、刚性弹簧，在刚性弹簧的两端各装有一个垫圈，其中一个与挡圈上的凸圈相连，另一个与应力扩散托盘相连。外端部上的刚性弹簧，可提供持续的锚固力；刚性弹簧两端的垫圈，起到降低磨损、分散和传递压力作用。所述的锚杆杆体的锚固部分采用水胀式锚杆的杆体形式，由薄壁凹形断面钢管制成，通过高压水使锚杆膨胀，从而完全贴紧钻孔孔壁，沿锚杆全长产生摩擦力、机械连锁力和压力对岩体进行加固。所述的锚杆外端部依次连接有挡圈、应力扩散托盘、垫圈、刚性弹簧、挡圈上的凸圈，整体对锚杆系统施加锚固力，固定整个系统。应力扩散托盘靠垫圈传过来的压力紧贴在围岩壁上；应力扩散托盘、垫圈和刚性弹簧套在挡圈上，可自由滑动；挡圈上的凸圈焊接在挡圈上，提供给垫圈、刚性弹簧、应力扩散托盘一个压力。所述的端套和挡圈，分别焊接在杆体的两端，起到封堵的作用。所述的刚性弹簧位于外锚段两垫圈之间，其制作依据GB/T23934-2009《热卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件》规范规定，结构型式采用RY I型两端圈并紧磨平。刚性弹簧的初始压缩量满足设计所需的锚固力即可。，所述的垫圈，位于应力扩散托盘、刚性弹簧和挡圈上的凸圈之间，采用刚度较大的金属垫圈，其作用是降低磨损、分散和传递压力。所述的应力扩散托盘位于钻孔孔口紧贴围岩，其型式采用矿用锚杆托盘，其大小应根据岩爆发生的范围大小和锚杆间距来设计，比传统的锚杆托盘要大些，除了起到应力扩散的作用外，还能防止岩体崩落下来伤人和设备。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果A、弥补了水胀式锚杆对围岩表层支护的不足，对岩爆时表层层裂化围岩的弹射起到防治作用；B、增加的刚性弹簧可抵抗瞬间的冲击大变形、适应表层围岩变形的弹性波动、吸收动能并提供持续的锚固力(相当于提供围压)；C、锚杆整体可适应表层围岩变形的弹性波动和岩爆发生的过程性，随震动提供一个持续的和变化的支护抗力，防止表层围岩崩落伤人和设备；在数次震动过程中，表层裂隙岩体的动能被裂隙面的摩擦消耗，尽快结束岩爆引起的震动。D、其外端部的刚性弹簧与水胀式锚杆的杆体相结合，既可提供全长锚固力，也可持续提供端部锚固力，适用于有岩爆发生的围岩支护中，其结构简单，安装方便，可满足快速、及时支护的要求，并可有效降低岩爆对围岩、人员和设备造成的破坏程度和威胁。
图1为一种水胀式弹性抗岩爆锚杆示意图图2为水胀后锚杆示意图图3为水胀前后锚杆杆体横断面结构示意图图4为外端部各部件连接示意图图5为挡圈结构示意图图6为端套结构示意图其中1 一水胀前杆体；2—端套；3—应力扩散托盘；4一挡圈；5—注液嘴；6—高
4压水进水孔；7—挡圈上的凸圈；8—垫圈；9一刚性弹簧；10—孔壁；11 一围岩壁；12—挡圈内楔体；13—端套内楔体；14一水胀后杆体；15—杆体空腔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述根据图1、图4可知，水胀式弹性抗岩爆锚杆，包括杆体1、端套2、应力扩散托盘3、 挡圈4、注液嘴5、垫圈8、刚性弹簧9，其中杆体1、端套2、应力扩散托盘3、挡圈4、注液嘴5 为目前工程中使用的水胀式锚杆的组成部分。在水胀式锚杆的基础上，挡圈4增加了长度， 并在外端部焊接一凸圈7，以适应其他部件；添加了刚性弹簧9和垫圈8两个部件；托盘也使用了较大尺寸的应力托盘3，增大了围岩壁11上的的锚固范围。水胀式弹性抗岩爆锚杆连接关系为杆体1两端分别与端套2和挡圈4连接，形成锚杆的主要部分；注液嘴5与挡圈4相接，注液嘴5 —段深入到杆体1内，作为高压水的进水通道；刚性弹簧9套在挡圈4 上，提供持续的锚固力；在刚性弹簧9的两端各装有一个垫圈8，其中一个与挡圈4上的凸圈7相连，另一个与应力扩散托盘3相连，起到降低磨损、分散和传递压力作用；应力扩散托盘3、挡圈4、注液嘴5、垫圈8、刚性弹簧9组成了锚杆的外端部。所述的锚杆杆体1的锚固部分采用水胀式锚杆的杆体形式，由薄壁凹形断面钢管制成，通过高压水使锚杆膨胀，从而完全贴紧钻孔的不规则孔壁10，沿锚杆全长产生摩擦力、机械连锁力和压力对岩体进行加固。所述的锚杆外端部依次连接有挡圈4、应力扩散托盘3、垫圈8、刚性弹簧9、挡圈上的凸圈7，整体对锚杆系统施加锚固力，固定整个系统。应力扩散托盘3靠垫圈8传过来的压力紧贴在围岩壁11上；应力扩散托盘3、垫圈8和刚性弹簧9套在挡圈4上，可自由滑动； 挡圈上的凸圈7焊接在挡圈4上，提供给垫圈8、刚性弹簧9、应力扩散托盘3 —个压力。所述的端套2和挡圈4，分别焊接在杆体1的两端，端套2和挡圈4内的楔体13和 12分别深入到杆体1两端的空腔15内，增加了端套2和挡圈4的刚度，整体起到封堵的作用。所述的刚性弹簧9位于外端部两垫圈8之间，其制作依据GB/T23934-2009《热卷圆柱螺旋压缩弹簧技术条件》规范规定，结构型式采用RY I型两端圈并紧磨平。刚性弹簧的初始压缩量满足设计所需的锚固力即可。，所述的垫圈8，位于应力扩散托盘3、刚性弹簧9和挡圈上的凸圈7之间，采用刚度较大的金属垫圈，其作用是降低磨损、分散和传递压力。所述的应力扩散托盘3位于钻孔孔口紧贴围岩，其型式采用矿用锚杆托盘，其大小应根据岩爆发生的范围大小和锚杆间距来设计，比传统的锚杆托盘要大些，除了起到应力扩散的作用外，还能防止岩体崩落下来伤人和设备；托盘中心孔孔径大小要与钻孔孔径一致，当锚杆杆体伸长时，托盘可沿水胀后的锚杆杆壁滑动。如图1、2、3所示，锚杆杆体由杆体1的薄壁凹形断面形状，通过高压水使锚杆膨胀，形成水胀后杆体14的形状，使得锚杆杆壁紧贴不规则孔壁10，沿锚杆全长产生摩擦力、 机械连锁力和压力对岩体进行加固。如图4所示，应力扩散托盘3、垫圈8、刚性弹簧9依次套在挡圈4上，并可在挡圈 4上滑动，整体对锚杆系统施加锚固力，固定整个系统。[0034]如图5所示，挡圈4 一端连接注液嘴5，另一端与杆体1焊接，挡圈内楔体12与杆体空腔15连接。注液嘴5上有高压水进水孔6，注水前注液嘴5上套一塑料管，防止进水孔 6堵塞。挡圈4上焊接一凸圈7，提供给垫圈8、刚性弹簧9、应力扩散托盘3 —个压力。如图6所示，端套2与杆体1 一端焊接，内部楔形体13深入到杆体空腔15中，起封堵作用。锚杆安装时应注意(1)钻孔长度要大于锚杆杆体长度，端套2端部离钻孔孔底的距离至少为刚性弹簧9的初始压缩量。(2)充高压水之前，锚杆外端部要有初始压力，使得刚性弹簧9有一定的压缩量， 杆体膨胀后，方可卸掉外端部压力。
权利要求1.一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，它包括杆体(1)、端套(2)、应力扩散托盘(3)、挡圈 (4)、注液嘴(5)、垫圈(8)、刚性弹簧(9)，其特征在于杆体(1)分别与端套(2)、挡圈(4)相连，注液嘴(5)与挡圈(4)相接，注液嘴(5)—段深入到杆体(1)内，在锚杆外端部的挡圈(4) 上装有刚性弹簧(9)，在刚性弹簧(9)的两端各装有一个垫圈(8)，其中一个与挡圈(4)上的凸圈(7)相连，另一个与应力扩散托盘(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种水胀式弹性抗岩爆锚杆装置，其特征在于所述的挡圈 (4)的一端焊接有一凸圈(7)。
3.根据权利要求1所述的一种水胀式弹性抗岩爆锚杆装置，其特征在于所述的应力扩散托盘(3)的中心孔孔径与钻孔孔径一致。
4.根据权利要求1所述的一种水胀式弹性抗岩爆锚杆装置，其特征在于所述的垫圈 (8)和刚性弹簧(9)套在挡圈(4)上。
专利摘要本实用新型公开了一种水胀式弹性抗岩爆锚杆装置，杆体分别与端套、挡圈相连，挡圈的一端焊接有一凸圈，注液嘴与挡圈相接，注液嘴一段深入到杆体内，在锚杆外端部的挡圈上装有刚性弹簧，在刚性弹簧的两端各装有一个垫圈，其中一个与挡圈上的凸圈相连，另一个与应力扩散托盘相连。应力扩散托盘的中心孔孔径与钻孔孔径一致。垫圈和刚性弹簧套在挡圈上。结构简单，安装方便，可满足快速、及时支护的要求，并可有效降低岩爆对围岩、人员和设备造成的破坏程度和威胁。其外端部的刚性弹簧与水胀式锚杆的杆体相结合，既可提供全长锚固力，使岩爆产生的岩体动能在岩体裂隙面的摩擦过程中迅速消耗，使岩爆引起的震动过程尽快结束。
文档编号E21D21/00GK201981537SQ20102068495
公开日2011年9月21日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者冯夏庭, 刘继光, 卢景景, 周辉, 张传庆, 赵阳 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所