可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可自动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，前置横梁和后置横梁均与两个液压可缩式油缸支柱相连，且前置横梁中间设有一个锥形螺母，锥形螺母的端部设有一个与退锚装置活动配合的套管；前置横梁与锚杆的托盘贴合；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，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。本实用新型实现了自动退锚，操作使用方便，预紧力施加效率高，有利于充分发挥高强全螺纹锚杆的支护潜力，保证煤矿企业安全高效生产。
【专利说明】 可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿山锚杆支护领域，尤其涉及一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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:
[0004]I)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；
[0005]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；
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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，本实用新型针对现有矿山锚杆支护中所面临的几个问题，旨在提出一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法。
实用新型内容
[0010]本实用新型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、片帮后预紧力二次施加困难、施工工艺复杂、劳动强度大等问题，提出一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法，充分发挥矿山锚杆支护潜力，保证煤矿安全高效开采。
[0011]为实现上述目的，本设计采用如下技术方案:
[0012]可自动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，且前置横梁中间设有一个锥形螺母，所述的锥形螺母的端部设有一个与退锚装置活动配合的套管；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。
[0013]所述的前置横梁中心开有锥形圆孔，锥形圆孔的锥形面角度与锥形螺母外表面角度相一致；锥形螺母安装于前置圆盘锥形圆孔内，锥形螺母中间开孔部分与锚杆螺母尺寸一致，预紧力施加时，锥形螺母套在锚杆螺帽上面；锥形螺母端部中心位置安装有T形套管。
[0014]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锁片，所述的锁片的后端安装有一个锥形套筒，所述的锥形套筒与一个后置弹簧相连。当打开油缸出油管时，液压可缩支柱前端前置横梁与后置横梁闭合，锁片在前置横梁中间位置T形套管推动作用下下移并保持张开状态，此时可方便的穿过锚杆，若此时打开油缸进油管，则前置横梁与后置横梁张开，T形套管上移，锁片在高强弹簧作用下可自动夹紧锚杆，待锚杆张拉完毕拧紧螺母后，打开油缸出油管，前置横梁与后置横梁之间再次闭合，锁片张开，可实现锚杆自动退锚，不会发生因锚杆端部变形无法退锚的情形。
[0015]所述的锁片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。
[0016]所述的T形套管直径与锁套前端内圈的最小直径一致，以保证前置横梁与后置横梁闭合时，T形套管前端可伸入锁套前端开孔内，使锁片张开。
[0017]所述的锥形螺母端部表面沿T形套管外侧环向均匀刻有一系列圆柱孔，其尺寸与数显式扭矩扳手上爪牙尺寸一致，以方便旋紧螺帽。
[0018]所述的前置横梁外圈设有与液压可缩式油缸支柱配合的孔II。
[0019]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。
[0020]所述的可伸缩油缸的底部和与中间部位均设有油管，所述的油管与风动油压泵相连，且
[0021]所述的风动油压泵与油管的连接回路上设有无级变档控制器。
[0022]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力输出大小，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，而当拉拔力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锥形螺母，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆预紧力的定量施加。
[0023]可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置的操作方法，现结合附图对其操作步骤进一步阐述:
[0024]I)将风动油箱泵与现场风管连接好，并保持送风阀处于关闭状态；
[0025]2)将前置横梁中锥形螺母套在锚杆螺帽上，并将锚杆穿过锁套中；
[0026]3)调整装置角度，使得前置横梁的中部圆形开孔能与锚杆托盘吻合；
[0027]4)设置无级变档控制器至低档位，然后打开风管开关，对锚杆施加初预紧力，此时随着油缸加载，T形套管上移，锁片夹紧锚杆；
[0028]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； [0029]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锥形螺母，待扭矩达到设定值时，即可完成锚杆预紧力的定量施加；
[0030]7)关掉风管并进行油箱泵回油，回油卸载过程中，油缸缩回，T形套管下移并推动锁片松开，锚杆自动完成退锚；
[0031]8)本次锚杆拉拔结束，移走装置可进行下一个工作循环。
[0032]本实用新型采用的技术方案如下:
[0033]与目前其他常用预紧力施加方法相比，本实用新型具有以下优点:
[0034]I)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；
[0035]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;
[0036]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；
[0037]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；
[0038]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；
[0039]6)油缸进油加载过程中锚杆端部通过夹具夹住，而在回油卸载时夹具自动松脱，不存在因锚杆端部受力变形而无法退锚的情况；
[0040]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】
[0041]图1为本实用新型装置的主体结构示意图；
[0042]图2Ca)为本实用新型装置对应图1的前置横梁结构俯视示意图；
[0043]图2(b)为本实用新型装置对应图1的前置横梁结构主视示意图；
[0044]图3Ca)为本实用新型装置对应图1的后置横梁结构俯视示意图；
[0045]图3(b)为本实用新型装置对应图1的后置横梁结构主视示意图；
[0046]图4Ca)为本实用新型装置对应图1的锥形螺母结构俯视示意图；
[0047]图4(b)为本实用新型装置对应图1的锥形螺母结构主视示意图；
[0048]图5Ca)为本实用新型装置对应图1的T形套管结构俯视示意图；
[0049]图5(b)为本实用新型装置对应图1的T形套管结构主视示意图；[0050]图6 (a)为本实用新型装置对应图1的数显式扭矩扳手结构俯视示意图；
[0051]图6 (b)为本实用新型装置对应图1的数显式扭矩扳手结构主视示意图；
[0052]图7为本实用新型装置对应图1的自动退锚装置结构示意图；
[0053]图中: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_锥形螺母；IO-T形套管；11_锁片；12-锥形套管；13-高强弹簧；14-锁套；15_出油管；16-进油管；17_风动油箱泵；18_无级变档控制器；19-数显式扭矩扳手；20-扭矩指示器。
【具体实施方式】
[0054]下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
[0055]可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，由前置横梁4，液压可缩支柱5，油缸6，后置横梁7，锥形螺母9，锁片11，锥形套管12，高强弹簧13，风动油箱泵17，无级变档控制器18与数显式扭矩扳手19等组成。其中，风压通过进风口输入风动油箱泵17，待锁套14内锁片11夹紧锚杆后，可通过调整无级变档控制器18设置油缸6输出工作荷载大小，以实现全螺纹锚杆预紧力的定量张拉。
[0056]前置横梁4中间部分开有锥形圆孔，圆孔锥形面角度与锥形螺母9外表面角度相一致；锥形螺母9安装于前置圆盘锥形圆孔内，锥形螺母9中间开孔部分与锚杆螺母尺寸一致，预紧力施加时，锥形螺母9套在锚杆螺帽上面；锥形螺母9端部中心位置安装有T形套管10，T形套管10直径与锁套14前端开孔直径一致，以保证前置横梁4与后置横梁7闭合时，T形套管10前端可伸入锁套14前端开孔内，使锁片11张开；锥形螺母9端部表面沿T形套管10外侧环向均匀刻有一系列圆柱孔，其尺寸与数显式扭矩扳手19上爪牙尺寸一致，以方便旋紧螺帽。
[0057]锁套14安装于后置横梁7中间位置，锁套14中间安装有锁片11 ;当打开油缸6出油管15时，液压可缩支柱5前端前置横梁4与后置横梁7闭合，锁片11在前置横梁4中间位置T形套管10推动作用下下移并保持张开状态，此时可方便的穿过锚杆，若此时打开油缸6进油管，则前置横梁4与后置横梁7张开，T形套管10上移，锁片11在高强弹簧13作用下可自动夹紧锚杆，待锚杆张拉完毕拧紧螺母后，打开油缸6出油管15，前置横梁4与后置横梁7之间再次闭合，锁片11张开，可实现锚杆自动退锚，不会发生因锚杆端部变形无法退锚的情形。
[0058]所述的液压可缩支柱5两端分别与前置横梁4和后置横梁7相连接；所述风动油箱泵17通过输入风压提供动力，并与无级变档控制器18连接，可定量实现持续稳定的预紧力施加。
[0059]两支油缸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5同步均匀加载。
[0060]与风动油箱泵17相连接的无级变档控制器18可实现提前对拉拔力进行无间断连续设定，而当拉拔力达到预设值时可自动稳压，此时可利用数显式扭矩扳手19旋紧锥形螺母9，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆预紧力的定量施加，不会出现预紧力过大或者不足的情况。
[0061]可自动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步阐述:
[0062]I)将风动油箱泵17与现场风管连接好，并保持送风阀处于关闭状态；
[0063]2)将前置横梁4中锥形螺母9套在锚杆螺帽8上，并将锚杆穿过锁套14中；
[0064]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；
[0065]4)设置无级变档控制器18至低档位，然后打开风管开关，对锚杆2施加初预紧力，此时随着油缸6加载，T形套管10上移，锁片11夹紧锚杆；
[0066]5)在上述步骤完成后，调整无级变档控制器18至预紧力设定值，对锚杆2进行张拉；
[0067]6)当锚杆2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19旋紧锥形螺母9，待扭矩达到一定设定值时，即可完成锚杆预紧力的定量施加；
[0068]7)关掉风管并进行油箱泵17回油，回油卸载过程中，油缸6缩回，T形套管10下移并推动锁片10松开，锚杆自动完成退锚；
[0069]8)本次锚杆拉拔结束，移走装置可进行下一个工作循环。
[0070]本实用新型所公开的该种可自动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力施加过程中所出现的各种问题，可实现自动退锚，具有操作使用方便、预紧力施加精度高、性能稳定等特点。
[0071]以上所述仅为本实用新型装置较佳的具体实现方式，由技术常识可知，本实用新型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。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
【权利要求】
1.可自动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，且前置横梁中间设有一个锥形螺母，所述的锥形螺母的端部设有一个与退锚装置活动配合的套管；所述的前置横梁与锚杆的托盘贴合；所述的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。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的前置横梁中心开有锥形圆孔，锥形圆孔的锥形面角度与锥形螺母外表面角度相一致；锥形螺母安装于前置圆盘锥形圆孔内，锥形螺母中间开孔部分与锚杆螺母尺寸一致，锥形螺母套在锚杆螺帽上面；锥形螺母端部中心位置安装有T形套管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于:所述的锁片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。
4.如权利要求1所述的装置，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，且在内圈锥形部分安装一个与其紧密贴合的锁片，所述的锁片的后端安装有一个锥形套筒，所述的锥形套筒与一个后置弹簧相连。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的T形套管直径与锁套前端内圈的最小直径一致。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的锥形螺母端部表面沿T形套管外侧环向均匀刻有一系列圆柱孔，其尺寸与数显式扭矩扳手上爪牙尺寸一致。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的前置横梁外圈设有与液压可缩式油缸支柱配合的孔II。
8.如权利要求1所述的装置，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。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的可伸缩油缸的底部和与中间部位均设有油管，所述的油管与风动油压泵相连，且所述的风动油压泵与油管的连接回路上设有无级变档控制器。
【文档编号】E21D20/00GK203559915SQ201320745456
【公开日】2014年4月23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, 王德超, 彭蓬, 张波, 李术才, 任尧喜, 江贝, 王 琦, 邵行 申请人:山东大学