一种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法
【专利摘要】本发明具体公开了一种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法，包括前置横梁、后置横梁和实现对锚杆的夹紧与松开的退锚装置，所述的前置横梁和后置横梁均与两个液压可缩式油缸支柱相连，且前置横梁、后置横梁中间均设有供锚杆穿过的孔，所述的前置横梁与锚杆的托盘贴合，为反力支撑，通过两个液压可缩式油缸支柱对锚杆提供拉拔力；后置横梁与退锚装置相配合；所述的后置横梁的中间与退锚装置相配合，所述的可伸缩式油缸支柱有风动油压泵驱动，风动油压泵的输出端连接一个控制器。本发明克服了传统利用扭矩扳手或风动扳手对全螺纹锚杆施加预紧力时扭矩转化系数低、螺纹间距大且易变形而造成退锚困难、预紧力施加困难且无法定量等缺点。
【专利说明】一种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及矿山锚杆支护领域，尤其涉及一种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法。
【背景技术】
[0003]随着国民经济的发展，国家能源需求量日益增多，浅部煤炭资源的日益枯竭迫使煤炭开采转入深部。在深部高地应力、高地温、高岩溶水压力与强采动影响条件下，巷道支护面临诸多新的挑战。锚杆在矿山支护系统中占有重要的地位，为了满足各种实际需求，锚杆性能、工艺也在不断的更新换代，锚杆类型也是层出不穷，比如用于矿山井巷工程中锚杆包括普通的圆钢锚杆、麻花锚杆、带肋螺纹钢锚杆、无纵筋全螺纹锚杆、屈服锚杆、玻璃钢锚杆、木锚杆、竹锚杆等。
[0004]锚杆通过施加预紧力，对围岩产生径向约束，能够有效改善围岩的应力重分布条件，提高峰后围岩的自承能力；尤其是处于深部破碎围岩的巷道，在“三高一扰动”影响因素下，对锚杆预紧力提出了更高的支护要求。以目前深部巷道支护常用的端部车丝和端部滚丝的螺纹钢锚杆与无纵筋全螺纹锚杆为例，在锚杆安装及使用过程中，还存在以下问题，亟待解决:
1)目前井下多是通过扭矩扳手或风动扳手 的方式对锚杆施加预紧力，但该种方式预紧力施加量程较低，且存在扭矩转化系数无法定量的问题；
2)在现有锚杆支护条件下，当巷道处于较碎裂围岩之中时，如何在巷道顶板离层或片帮后进行后期预紧力的二次施加，目前尚无完全合适的解决办法；
3)在预紧力施加过程中，无纵筋全螺纹锚杆的扭矩转化系数低、螺纹间距大且易变形，退锚困难，预紧力很难达到设计要求；
4)端部车丝的螺纹钢锚杆会造成端部锚杆杆体强度降低，不满足支护要求，端部滚丝的螺纹钢锚杆则造价高，两者都存在预紧力施加无法定量问题；该类锚杆端部车(滚)丝长度一般在IOOmm~120mm，预紧力二次施加空间小，不适用于后期需要扩帮或者围岩破碎的复修巷道等；
5)根据深部巷道顶板、两帮的受力变形特点及对锚杆预紧力的支护要求，目前顶板多采用端部滚丝的螺纹钢锚杆，两帮多采用无纵筋全螺纹锚杆，但该种方式却存在支护工艺繁琐、工人劳动强度大、巷道掘进速度慢等问题。
[0005]一旦锚杆预紧力施加不足，则无法对围岩产生有效约束，极易造成围岩变形加大甚至失控，增加巷道的潜在安全风险。因此，本发明针对现有矿山锚杆支护中所面临的几个问题，旨在提出一种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是解决现有矿山全螺纹锚杆预紧力施加过程中出现的扭矩转化系数低、螺纹易变形而退锚困难、预紧力施加值低且无法定量、片帮后预紧カ二次施加困难、施工エ艺复杂、劳动强度大等问题，提出ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，充分发挥矿山锚杆支护潜力，保证煤矿安全高效开采。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术路线:
ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，包括前置横梁、后置横梁和实现对锚杆的夹紧与松开的退锚装置，所述的前置横梁和后置横梁均与两个液压可缩式油缸支柱相连，且前置横梁、后置横梁中间均设有供锚杆穿过的孔，所述的前置横梁与锚杆的托盘贴合，为反カ支撑，通过两个液压可缩式油缸支柱对锚杆提供拉拔カ；后置横梁与退锚装置相配合；所述的后置横梁的中间与退锚装置相配合，所述的可伸縮式油缸支柱有风动油压泵驱动，风动油压泵的输出端连接ー个控制器。
[0008]所述的退锚装置包括一个锁套，所述的锁套的外圈安装于后置横梁的中间位置，所述的锁套内圈上面为锥形，下面为柱形，且在内圈锥形部分安装一个与其紧密贴合的特制锁片，所述的特制锁片由高强钢材制作而成，其外形从上到下依次是柱体1、锥体和柱体II，且内部为空心柱体；且柱体I的直径与锁套前端开孔内径一致，柱体II的半径比柱体I大，比椎体的最大半径小。特制锁片前段外直径与锁套前端开孔内径一致，并在特制锁片的前端安装有ー个前置弹簧，特制锁片后端安装有ー个锥形套筒，所述的锥形套筒与ー个后置弹簧相连，所述的后置弹簧与ー个拉杆环相连。当拉紧拉杆环时，后置弹簧被压紧，前置弹簧松开，此时特制锁片沿着锁套下移并张开，锚杆可轻松穿过夹具内部，而当松开拉杆环吋，锥形套管在后置弹簧松开作用下上移，此时特制锁片沿着锁套上移并可夹紧锚杆，待锚杆张拉完毕后，可通过拉紧拉杆环使夹具松开，不会发生因锚杆端部变形无法退锚的情形。
[0009]所述的两个液压可缩式油缸支柱各自放置在一个油缸中，两个油缸由同一个油管供油，所述的油管与ー个风动油压泵相连，在油管上设有ー个无级变档控制器。所述的油缸通过采用共通油路方式等压供油，可实现两液压可缩支柱同步均匀加载；与风动油压泵相连的无级变档控制器，可通过设置不同的油压档位定量控制拉拔カ输出大小，一旦定好档位即可实现在设定拉拔力标准下进行锚杆拉拔，而当拉拔カ达到预设值时可自动稳压，此时可利用数显式扭矩扳手旋紧螺帽，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆预紧カ的定量施加。
[0010]所述的前置横梁中部设有供锚杆穿过的孔I，外圈设有与液压可缩式油缸支柱配合的孔II，孔I的孔壁在厚度方向上有与锚杆托盘中间凸起相适应的弧度，可以自由调整前置横梁角度以便于与锚杆托盘吻合，适应锚杆与围岩表面不垂直的情况，便于锚杆张拉。
[0011]所述的后置横梁中间设有与锁套外圈配合的孔I，外圈设有供液压可缩式油缸支柱配合的孔II。
[0012]ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置的操作方法，包括以下步骤:
1)将风动油压泵与现场风管连接好，并保持送风阀处于关闭状态；
2)将前置横梁套在已安装完螺帽的锚杆，拉紧拉杆环，并将锚杆穿过锁套中，然后松开拉杆环，特制锁片夹紧铺杆；
3)调整装置角度，使得前置横梁的中部圆形孔I能与锚杆托盘较好吻合；
4)设置无级变档控制器至低档位，然后打开风管开关，对锚杆施加初预紧カ； 5)在上述步骤完成后，调整无级变档控制器至预紧力设定值，对锚杆进行张拉；
6)当锚杆预紧力达到设定值时，装置处于稳压状态，此时可利用数显式扭矩扳手旋紧螺帽，待扭矩达到设定值时，即可完成锚杆预紧力的定量施加，此时可方便的拉紧拉杆环，特制锁片松开，锚杆完成退锚。
[0013]7)关掉风管并进行油箱泵回油，本次锚杆拉拔结束，移走装置进行下一个工作循环。
[0014]与目前其他常用预紧力施加方法相比，本发明具有以下优点:
1)克服了传统利用扭矩扳手或风动扳手对全螺纹锚杆施加预紧力时扭矩转化系数低、螺纹间距大且易变形而造成退锚困难、预紧力施加困难且无法定量等缺点；
2)解决了锚杆预紧力二次施加困难问题，可适用于各种片帮或者围岩破碎的复修巷
道；
3)巷道全断面可使用无纵筋全螺纹锚杆进行支护，即可用无纵筋全螺纹锚杆代替现有巷道顶板采用的端部滚丝的螺纹钢锚杆，简化锚杆施工工艺，降低巷道支护成本，节省劳动力，提高巷道施工效率；
4)通过无级变档装置，可定量实现对锚杆拉拔力的连续无间断调整设置，满足各种大小预紧力的施加要求；
5)通过提前设定锚杆拉拔力数值档位，待达到预紧力设定值时可自动稳压，无需人工控制，使预紧力施加更加精确；
6)通过利用拉杆环与高强弹簧配合使用，可便于锚杆夹住与松开，不存在因锚杆端部受力变形而无法退锚的情况；
7)该预紧力施加装置结构简单，便于操作使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明装置的主体结构示意图；
图2为本发明装置对应图1的前置横梁1-1剖面结构示意图；
图3为本发明装置对应图1的后置横梁2-2剖面结构示意图；
图4为本发明装置的快速退锚装置结构示意图；
图5为本发明装置对应图4的特制锁片三维结构示意图；
图6为本发明装置在锚杆与围岩表面不垂直情况下的结构示意图；
其中:1-围岩；2_锚杆；3_锚杆托盘；4_前置横梁；5_液压可缩支柱；6_油缸；7-后置横梁；8-螺帽；9_前置弹簧；10_特制锁片；11_锥形套管；12_后置弹簧；13_拉杆环；14-锁套；15_油管；16_无级变档控制器；17_风动油压泵；18_进风口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
[0017]本发明由前置横梁9，液压可缩支柱5，油缸6，后置横梁7，特制锁片10，前置弹簧4，后置弹簧12，锥形套管11，拉杆环13，锁套14，无级变档控制器16，风动油压泵17等组成。其中，风压通过进风口 18输入风动油压泵，待锁套内特制锁片夹紧锚杆后，可通过调整无级变档控制器设置油缸输出工作荷载大小，以实现全螺纹锚杆预紧力的定量张拉。[0018]所述的前置横梁9为反カ支撑，通过两个液压可缩式油缸支柱可提供拉拔カ；前置横梁9中间加大部分为圆形，可提高与锚杆托盘的受カ面积，減少应カ集中的现象；前置横梁9中间圆环孔壁在厚度方向有与锚杆托盘3鼓起部分相适宜的弧度，可自适应锚杆不垂直与围岩I表面的情况；
所述的锁套14安装于后置横梁中间位置，通过配合使用拉杆环、锥形套管、特制锁片、前置弹簧9与后置弹簧12，可快速实现锚杆夹紧与松开，具体实现形式为:拉杆环与锥形套管相连，当拉紧拉杆环时，后置弹簧12被压紧，前置弹簧9松开，此时特制锁片沿着锁套被弹回并张开，锚杆2可轻松穿过夹具内部，而当松开拉杆环时，锥形套管在后置弹簧松开作用下上移，此时特制锁片沿着锁套上移并可夹紧锚杆，待锚杆2张拉完毕后，可通过拉紧拉杆环13使夹具松开，不会发生因锚杆2端部变形无法退锚的情形。
[0019]所述的油缸6通过采用共通油路方式等压供油，可实现两液压可缩支柱同步均匀加载；与风动油压泵相连的无级变档控制器16，可通过设置不同的油压档位定量控制拉拔カ输出大小，一旦定好档位即可实现在设定拉拔力标准下进行锚杆拉拔，而当拉拔カ达到预设值时可自动稳压，此时可利用数显式扭矩扳手旋紧螺帽，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆6预紧カ的定量施加。
[0020]ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，现结合附图对其操作步骤进一歩阐述:
1)将风动油压泵17与现场风管连接好，并保持送风阀处于关闭状态；
2)将前置横梁4套在已安装完螺帽8的锚杆2，拉紧拉杆环13，并将锚杆2穿过锁套14中，然后松开拉杆环13，特制锁片10夹紧锚杆；
3)调整装置角度，使得前置横梁4的中部圆形开孔能与锚杆托盘3较好吻合；
4)设置无级变档控制器16至低档位，然后打开风管开关，对锚杆2施加初预紧カ；
5)在上述步骤完成后，调整无级变档控制器16至预紧カ设定值，对锚杆2进行张拉；
6)当锚杆2预紧カ达到设定值时，装置处于稳压状态，此时可利用数显式扭矩扳手旋紧螺帽，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆预紧カ的定量施加，此时可方便的拉紧拉杆环13，特制锁片10松开，锚杆完成退锚。
[0021]7)关掉风管并进行油箱泵17回油，本次锚杆拉拔结束，移走装置可进行下ー个エ作循环。
[0022]本发明所公开的该种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，解决了全螺纹锚杆在预紧カ施加过程中所出现的各种问题，具有退锚快速、操作使用方便、预紧カ施加精度闻、性能稳定等特点。
[0023]以上所述仅为本发明装置较佳的具体实现方式，由技术常识可知，本发明也可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
【权利要求】
1.ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，其特征在于:包括前置横梁、后置横梁和实现对锚杆的夹紧与松开的退锚装置，所述的前置横梁和后置横梁均与两个液压可缩式油缸支柱相连，且前置横梁、后置横梁中间均设有供锚杆穿过的孔，所述的前置横梁与锚杆的托盘贴合；所述的后置横梁的中间与退锚装置相配合，所述的可伸縮式油缸支柱有风动油压泵驱动，风动油压泵的输出端连接ー个控制器。
2.如权利要求1所述的全螺纹锚杆预紧力施加装置，其特征在于:所述的退锚装置包括一个锁套，所述的锁套的外圈安装于后置横梁的中间位置，所述的锁套内圈上面为锥形，下面为柱形，且在内圈柱形部分安装一个与其紧密贴合的特制锁片，特制锁片的前端安装有ー个前置弹簧，后端安装有ー个锥形套筒，所述的锥形套筒与ー个后置弹簧相连，所述的后置弹簧与一个拉杆环相连； 所述的特制锁片由钢材制作而成，其外形从上到下依次是柱体1、锥体和柱体II，且内部为空心柱体；且柱体I的直径与锁套前端开孔内径一致，柱体II的半径比柱体I大，比椎体的最大半径小。
3.如权利要求1所述的全螺纹锚杆预紧力施加装置，其特征在于:所述的两个液压可缩式油缸支柱各自放置在一个油缸中，两个油缸由同一个油管供油，所述的油管与ー个风动油压泵相连，在油管上设有ー个无级变档控制器。
4.如权利要求1所述的全螺纹锚杆预紧力施加装置，其特征在于:所述的前置横梁中部设有供锚杆穿过的孔I，外圈设有与液压可缩式油缸支柱配合的孔II，孔I的孔壁在厚度方向上有与锚杆托盘中间凸起相适应的弧度。
5.如权利要求1所述的全螺纹锚杆预紧力施加装置，其特征在于:所述的后置横梁中间设有与锁套外圈配合的孔I，外圈设有供液压可缩式油缸支柱配合的孔II。
6.ー种可快速退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置的操作方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将风动油压泵与现场风管连接好，并保持送风阀处于关闭状态； 2)将前置横梁套在已安装完螺帽的锚杆，拉紧拉杆环，并将锚杆穿过锁套中，然后松开拉杆环，锁片夹紧锚杆； 3)调整装置角度，使得前置横梁的中部圆形孔I能与锚杆托盘吻合； 4)设置无级变档控制器至低档位，然后打开风管开关，对锚杆施加初预紧カ； 5)在上述步骤完成后，调整无级变档控制器至预紧カ设定值，对锚杆进行张拉； 6)当锚杆预紧カ达到设定值时，装置处于稳压状态，此时利用数显式扭矩扳手旋紧螺帽，待扭矩达到设定值时，即可完成锚杆预紧カ的定量施加，此时方便的拉紧拉杆环，锁片松开，锚杆完成退锚； 7)关掉风管并进行油箱泵回油，本次锚杆拉拔结束，移走装置进行下ー个工作循环。
【文档编号】E21D20/00GK103590843SQ201310598078
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】王洪涛, 李术才, 江贝, 任尧喜, 彭蓬, 张波, 王德超, 王 琦, 王新 申请人:山东大学