一种具有让压功能的金属锚杆及其使用方法与流程

本发明涉及一种金属锚杆及其使用方法，尤其涉及一种具有让压功能的金属锚杆及其使用方法。

背景技术：

众所周知，材料的抗拉强度与断裂伸长率是一对矛盾的统一体。刚性材质制作的锚杆，尽管锚固强度大，但是，在大变形巷道的支护过程中，特别是在围岩发生变形初期，所产生的变形能快速增加，这将导致金属锚杆的轴向受力快速变大。不难想象，金属材质的锚杆由于断裂伸长率极小，往往被瞬间拉断，造成锚杆支护失效，可能导致冒顶事故的发生。

基于此，让压锚杆应运而生。但是，现有技术的各种让压锚杆普遍存在加工复杂、让压过程中，锚杆所产生的“托举力”与顶板下沉初期所释放出的应力的变化规律不同步、不协调。如中国专利申请CN102691513B公开了一种高强度金属粗尾让压锚杆，其“让压部件”为让压管，该让压管为两头细中间粗的鼓形管状结构(实际上，所谓的“鼓形管状”实质上就是一个近似于球体的变形形状)。

显而易见，尽管这种结构形式的让压管，其加工工艺相对较为复杂。更为关键的是，一旦其受压变形，其初始状态下对上方的支撑力(或托举力)将瞬间消失，无法同步追随顶板下沉过程中，应力的不断聚集、增大，直至释放的变化规律，相应地，对顶板进行持续的托举，以“平缓地、均匀地”缓冲或衰减这种应力的聚集、增大，直至应力释放。

换言之，这种结构形式的让压锚杆的让压功能还是一种“刚性”的让压，不是一种可以始终保持同步地追随上方应力产生与释放的规律，进行持续的“退让”，以使上方的应力逐步衰减、平缓释放，实现“以柔克刚”。在实际使用过程中，由于让压管破坏的速度过快(瞬时消失)，因而，在顶板“快速”变形或下沉过程中，很难避免出现部分砂土、碎石或已经松动的石块的滑落现象。也就是说，这种让压锚杆，由于其结构形式的先天不足，使得其实际产生的让压效果和安全性能等方面，还存在诸多不足，有待改进和提高。

技术实现要素：

本发明的目的之一是，提供一种结构简单、安全性好、适于标准化工业生产的具有让压功能的金属锚杆。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种具有让压功能的金属锚杆，为组合式结构，包括锚杆本体、托盘和紧固螺母，其特征在于，还包括托盘和让压基座，其中，让压基座安装在托盘的右侧；

所述让压基座为分体式结构，包括左基座与右基座两部分；

所述托盘开设有第一中心孔；

所述左基座为一体式结构，包括底板、下筒体和上筒体三部分，其中，底板上开设有第二中心孔，下筒体的内径为d₁，上筒体的内径为d₂，上筒体与下筒体外径相等，上筒体的长度为20mm～25mm，下筒体的长度为25mm～30mm；

所述右基座为带座的筒体结构，包括筒体与座板两部分，其中，筒体的筒壁上沿轴向均匀开设有若干数量贯通筒体首尾两端的通透槽口，座板上开设有第三中心孔；

上述通透槽口将筒体的壁面切分成若干数量的肋条；

上述座板的外径大于筒体的外径，筒体的长度为45mm～50mm、壁厚为5mm～8mm、外径为d₃；

所述第一中心孔、第二中心孔和第三中心孔的孔径相等；

所述托盘、左基座和右基座顺次从锚杆本体的末端套装在锚杆本体上，分别与锚杆本体形成松配合；

所述紧固螺母从所述锚杆本体的末端拧入，顶靠在让压基座的右端面上；

上述上筒体的内壁壁缘处设置有第一倒角，上述肋条的头部外壁壁缘处设置有第二倒角；

上述d₁≥d₃，d₃＝d₂+1mm；

当所述肋条的左端插入上筒体内、肋条的左端端面与上述上筒体与下筒体的交界面位于同一平面时，所述肋条与上筒体之间的摩擦力等于锚杆的预应力；

当所述肋条的根部插入上筒体内、肋条的右端端面与上述上筒体的右端面位于同一平面时，所述肋条与上筒体之间的摩擦力等于锚杆的抗拉强度。

上述技术方案直接带来的技术效果是，在现有技术的金属锚杆的基础上，通过增设一个结构简单、加工制作成本低廉的“让压基座”，使得金属锚杆具有可靠的“让压”功能，巧妙地“弥补了”金属锚杆断裂伸长率低，在直接顶裂缝、下沉过程中，金属锚杆易于被快速地拉断，造成支护失效，进而可能导致冒顶事故的发生的问题。

上述技术方案中，右基座筒体直径大于左基座的上筒体(长度为20mm～25mm)的内径，二者之间成过盈配合，且过盈量相对巨大；

但是，由于“右基座筒体的筒壁上沿轴向均匀开设有若干数量贯通筒体首尾两端的通透槽口，这些通透槽口将筒体的壁面切分成若干数量的肋条”，使得右基座筒体的直径，在直接顶下沉过程中，可以与直接顶下沉所产生的下压力的变化规律“同步地”产生相应大小的弹性变形，并不断插入到左基座的筒体内部，持续形成对直接顶的“托举力”、缓冲直接顶下沉的速率、有效地释放直接顶下沉过程中所产生的应力，避免因应力的集中释放，诱发的冲击地压的形成所导致的冒顶事故的发生。

上述技术方案的左基座的筒体分成上、下两段，内径一大一小，并且只有上筒体与右基座的插入端成过盈配合(下筒体与右基座的插入端不相接触)。这使得让压基座，在不考虑肋条弹性变形量的情况下，产生的“阻力”为恒定阻力。

事实上，让压基座的肋条的弹性变形量与过盈配合段至肋条根部的距离成正比例(杠杆原理)。也就是说，在直接顶下沉的作用下，让压基座所产生的“阻力”从小到大(因为，“杠杆”的力臂越来越短、肋条的弹性变形量越来越小，左基座与右基座之间的过盈量越来越大)，成线性比例上升，直至该阻力由锚杆所需提供的预应力开始，直至达到锚杆本体的抗拉强度为止。

这种从小到大渐进式的“阻力”变化规律，特别“契合”直接顶下沉所产生的应力释放规律。这也是本发明的一个特别重要的技术特点。

优选为，上述肋条的数量为4～8个；上述第一倒角和第二倒角均为4×60°或6×45°。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，由于右基座相对“粗而壮”，选择4×60°或6×45°的倒角，利于快速地将其对准、并插入到左基座的上筒体的内孔。即，便于锚杆安装就位后，快速拧紧紧固螺母，达到所需的预应力。

在筒壁厚一定的情况下，肋条数量多少与引起肋条产生弹性变形的挤压力大小近似成(线性)比例关系。肋条的数量为4～8个，一是便于加工，二是，便于材料的节省。

本发明的目的之二是，提供一种上述具有让压功能的金属锚杆的使用方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种上述的金属锚杆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将各部件组装到位；

第二步，待在所需锚固的岩体上钻孔、锚杆本体安装就位后，拧紧紧固螺母，直至达到所需的预应力，即可。

上述技术方案直接带来的技术效果是，除锚杆预先组装比现有技术稍微繁琐或复杂一点(多出了两个部件)之外，未增加任何的安装工作量。

换言之，本发明的使用方法简单、安装就位并调节紧固螺母以使锚杆达到所需的预应力之后，“一劳永逸”：支护安全、可以大幅降低井下施工人员“检查巡视”的工作量。

综上所述，本发明相对于现有技术，具有结构简单、使用方便、加工制作成本低廉，支护安全，省心省力等有益效果。

附图说明

图1为本发明的具有让压功能的金属锚杆的剖视结构示意图。

附图标记说明：1、锚杆杆体，2、上筒体，3、下筒体，4、紧固螺母，5、肋条，6、通透槽口，7、托盘。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的具有让压功能的金属锚杆，为组合式结构，包括锚杆本体1和紧固螺母4，其特征在于，还包括托盘7和让压基座，其中，让压基座安装在托盘的右侧；

上述让压基座为分体式结构，包括左基座与右基座两部分；

上述托盘开设有第一中心孔；

上述左基座为一体式结构，包括底板、下筒体3和上筒体2三部分，其中，底板上开设有第二中心孔，下筒体的内径为d₁，上筒体的内径为d₂，上筒体与下筒体外径相等，上筒体的长度为20mm～25mm，下筒体的长度为25mm～30mm；

上述右基座为带座的筒体结构，包括筒体与座板两部分，其中，筒体的筒壁上沿轴向均匀开设有若干数量贯通筒体首尾两端的通透槽口6，座板上开设有第三中心孔；

上述通透槽口将筒体的壁面切分成若干数量的肋条5；

上述座板的外径大于筒体的外径，筒体的长度为45mm～50mm、壁厚为5mm～8mm、外径为d₃；

上述第一中心孔、第二中心孔和第三中心孔的孔径相等；

上述托盘、左基座和右基座顺次从锚杆本体的末端套装在锚杆本体上，分别与锚杆本体形成松配合；

上述紧固螺母从上述锚杆本体的末端拧入，顶靠在让压基座的右端面上；

上述上筒体的内壁壁缘处设置有第一倒角，上述肋条的头部外壁壁缘处设置有第二倒角；

上述d₁≥d₃，d₃＝d₂+1mm；

当所述肋条的左端插入上筒体内、肋条的左端端面与上述上筒体与下筒体的交界面位于同一平面时，所述肋条与上筒体之间的摩擦力等于锚杆的预应力；

当所述肋条的根部插入上筒体内、肋条的右端端面与上述上筒体的右端面位于同一平面时，所述肋条与上筒体之间的摩擦力等于锚杆的抗拉强度。

上述托盘的外径大于上述左基座的底板外径，托盘的外径为锚杆本体外径的30～50倍，左基座的底板外径为锚杆本体外径的20～25倍。

上述肋条的数量为4～8个；

上述第一倒角和第二倒角均为4×60°或6×45°。

说明：本发明的金属锚杆的让压基座的制作材料，可以直接使用厚壁钢管和厚钢板加工，左基座的底板和右基座的底板分别与其筒体焊接即可。即，本发明的金属锚杆的让压基座制作材料易于获取，制作方法简单、材料的加工量小、制作成本低廉。

为更好地理解本发明，下面简要介绍具有让压功能的金属锚杆的使用方法。

上述的具有让压功能的金属锚杆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将各部件组装到位；

第二步，待在所需锚固的岩体上钻孔、锚杆本体安装就位后，拧紧紧固螺母，直至达到所需的预应力，即可。