专利名称：煤矿拉力分散型锚索的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿支护所用的锚索。
背景技术：
随着煤矿建设与生产水平的延深，煤矿巷道地压增高；随着煤矿采煤技术与装备的升级，煤矿巷道断面相应增大，锚索支护正日益成为煤矿高地压、大断面巷道中不可或缺的重要支护手段。煤矿锚索支护已经从其研究应用初期的一种短期支护手段转变为一种短期支护和长期支护共同采用的支护手段，从支护短期服务巷道推广应用到支护长期服务巷道、从支护煤巷推广应用到支护岩巷甚至软岩巷道。然而，煤矿巷道锚索支护的锚固结构与工艺却并没有随着煤矿巷道锚索支护对象和条件所发生的重大改变而有所改造。通过分析可以发现，煤矿锚索锚固技术存在着一定的系统性缺陷，现有的锚索锚固技术对于煤矿巷道支护的稳定性和安全性存在着一定的系统风险。根据承载方式的不同，锚索可以分为拉力集中型锚索、压力集中型锚索、拉力分散型锚索、压力分散型锚索和拉压混合型锚索等。在煤矿巷道支护中，普遍使用的锚索属于拉力集中型锚索。拉力集中型锚索的锚固结构由一个在同一时间内固化并锚固的锚固段A、一个自由段B和一个外露的锚头段C组成，如图Ia和图Ib所示，采有固化性能相同的同一种锚固剂将其锚固段A锚固在围岩钻孔中，使用固化性能相同的同一种锚固剂在一个钻孔中一次全锚固段全部锚固完成。研究表明，拉力集中型锚索粘结剪应力的分布是不均勻的，并且只有部分长度的锚固段受力；在锚索锚固段的起始位置处粘结剪应力最大，向锚固段深部方向，锚索粘结剪应力呈指数曲线迅速衰减；在锚固段的外端，即锚固段的起始位置上会产生严重的拉应力集中现象；由于锚索锚固力远低于其钢绞线的破断力，从而在较低的锚固力水平就会发生锚索内锚固的破坏。传统的预应力锚索多属于此种类型，目前煤矿巷道支护所使用的锚索锚固结构均属于此种类型。锚索支护的失效与破坏属于隐性失效与隐性破坏，且现有的监测技术难以及时发现锚索内锚固的破坏，由此造成近年来煤矿巷道冒顶事故不断发生，给煤矿安全生产带来严重威胁，具体表现在1、锚索工作状况表面上看上去完好，但顶板却发生离层和沉降，表明锚索的内锚已经发生松动或松脱。2、锚索在与粘结介质或孔壁之间产生剪切破坏后松动抽脱，顶板可能会在锚索外锚完好的情况下发生严重的离层或垮落；3、给巷道支护设计人员提供失真的信息，致使设计人员在以后的支护设计中企图通过增加锚索的安装数量或增大锚索的直径来提高巷道支护的安全性；4、增加巷道支护材料成本。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种锚固段粘结剪应力分布更加均勻，锚索锚固段有效利用长度更长，能有效提高巷道支护的稳定性和安全性的煤矿拉力分散型锚索。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案本实用新型煤矿拉力分散型锚索是由锚头段、自由段和锚固段构成，其特征是所述锚固段在其沿钻孔深度方向上的不同锚固节段上，采用具有不同固化时间的锚固剂，以使在所述不同的锚固节段上同一时间置入的锚固剂在不同的时间完成固化；并且，处在更为接近钻孔孔底位置的内锚固节段的锚固剂先行固化，处在更为接近钻孔孔口位置、与之相邻的外锚固节段上的锚固剂滞后10 20小时完成固化。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在1、本实用新型由于使用固化速度不同的锚固剂，通过设置与之相对应的安装顺序，实现在同一钻孔中不同锚固节段的锚固剂是在不同的时段内完成固化锚固，从而实现锚索的分节段、分时锚固，提高了锚索内锚固段的有效利用长度，分散并均勻了锚索锚固段剪应力的分布，降低了锚索的粘结剪应力峰值，提高了锚索的锚固力和支护强度。2、本实用新型按照固化时间较短的锚固剂在前、固化时间滞后的锚固剂在后的顺序安装锚索锚固剂，两种或两种以上不同固化速度的锚固剂一次安装、一次搅拌完成，从而实现小孔径新型拉力分散型锚索的一次安装、搅拌完成，而能分段、分时锚固。
图Ia为已有技术中拉力集中型锚索的锚固结构示意图。图Ib为图Ia所示拉力集中型锚索粘接剪应力分布示意图。图加为本实用新型结构示意图。图2b为本实用新型锚固段剪应力分布示意图。
具体实施方式
参见图加和图2b，本实施例是由锚头段C、自由段B和锚固段A构成，锚固段A在其沿钻孔深度方向上的不同锚固节段上，采用具有不同固化时间的锚固剂，以使在不同的锚固节段上同一时间置入的锚固剂在不同的时间完成固化；并且，处在更为接近钻孔孔底位置的内锚固节段Al的锚固剂先行固化，处在更为接近钻孔孔口位置、与之相邻的外锚固节段A2上的锚固剂滞后10 20小时完成固化。本实用新型具体实施中，内锚固节段Al与外锚固节段A2的长度比例一般为 1 1，但内锚固节段Al的长度应不小于1米。内锚固节段采用中速锚固剂，外锚固节段采用缓凝型锚固剂，缓凝型锚固剂的初始凝固时间为12 16小时，最终固化时间为对小时。锚固过程1、采用每个锚索孔只安装一根锚索的小孔径锚索孔；2、向锚索孔内置入锚固剂，先行置入内锚固节段Al位置上先行完成固化的锚固剂，随即置入处锚固节段A2位置上滞后10 20小时完成固化的锚固剂；3、安装钢绞线，同时用钢绞线连续搅拌锚固剂至规定的搅拌时长；[0027]4、待内锚固节段Al位置上的锚固剂完全固化时，安装锚具并进行预紧张拉至设计张拉力；5、等待外锚固节段A2位置处的锚固剂滞后10 20小时完成完全固化即成。承载过程在安装初期，外锚固节段A2处的锚固剂由于没有完成固化而不受力，锚索的锚固力全部产生于内锚固节段Al位置处；随着顶板压力的增加，锚索上锚固段的锚固力将会随之增加；当锚索的外锚固节段A2处的锚固剂完全固化锚固后，且顶板作用于锚索的载荷大于内锚固节段Al处的锚固力时，外锚固节段A2处的锚固力开始产生并增长，此时，内锚固节段Al处的受力不会增加；当顶板作用于锚索的载荷大于外锚固节段A2处的锚固力，且里内锚固节段Al处的锚固力没有达到其最大锚固力时，内锚固节段Al处的锚固力仍会随着顶板压力的增大而增大，直至达到其最大锚固力；在内锚固节段Al处和外锚固节段A2处都已经锚固工作后，锚索的锚固力等于内锚固节段Al位置处和外锚固节段A2位置处的锚固力之和。
权利要求1.煤矿拉力分散型锚索，由锚头段、自由段和锚固段构成，其特征是所述锚固段在其沿钻孔深度方向上的不同锚固节段上，采用具有不同固化时间的锚固剂；并且，处在更为接近钻孔孔底位置的是锚固剂先行固化的内锚固节段Al ；处在更为接近钻孔孔口位置、与所述内锚固节段Al相邻的是滞后完成固化的外锚固节段A2。
2.根据权利要求1所述的煤矿拉力分散型锚索，其特征是内锚固节段Al与外锚固节段 A2的长度比例为1 1，内锚固节段Al长度应不小于1米。
专利摘要本实用新型公开了一种煤矿拉力分散型锚索，由锚头段、自由段和锚固段构成，其特征是锚固段在其沿钻孔深度方向上的不同锚固节段上，采用具有不同固化时间的锚固剂，以使在不同的锚固节段上同一时间置入的锚固剂在不同的时间完成固化；并且，处在更为接近钻孔孔底位置的内锚固节段的锚固剂先行固化，处在更为接近钻孔孔口位置、与之相邻的外锚固节段上的锚固剂滞后10～20小时完成固化。本实用新型能有效提高巷道支护的稳定性和安全性。
文档编号E21D21/00GK202007678SQ201120085478
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者何炳银, 余国锋, 侯圣权, 刘冠学, 杨永刚, 薛俊华 申请人:安徽省煤炭科学研究院, 平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司, 淮南矿业(集团)有限责任公司