具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法与流程

本发明涉及地下工程锚杆支护装置领域，特别是一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，地下矿井、地铁、水电硐室等地下空间工程修建越来越多，开采深度不断增加，更多的地下硐室处于高地应力、软岩等恶劣地质条件下，硐室围岩常常表现出大变形的特点，随之面临的支护问题也越来越突出。在地下工程支护过程中，锚杆是应用最广、用量最多的支护材料，但是现有的传统锚杆延伸率较低，不能适应巷道围岩的大变形特征；在围岩冲击荷载作用下，传统锚杆吸能防冲性能较差，难以保证支护作用下围岩的稳定性。除此之外，处于巷道围岩内部的锚杆受力状态又不能直观的表现出来，而现有的锚杆受力电子、液压量测系统因成本较高且操作复杂而无法广泛使用，导致大量的非专业测读人员、尤其是文化程度较低的普通工人难以判断锚杆的受力情况，从而不能预判巷道围岩的潜在危险，进而无法排查巷道围岩存在的安全事故隐患。

如中国专利201610256081.0公开了一种增阻让压锚杆由杆体和让压构件两部分组成，通过杆体与让压构件的套接处设有若干级插销以限定杆体的位移。当锚杆轴向拉力达到设计值时，插销可被逐级剪断，从而使得杆体与让压构件可相对滑动设定的位移。此发明虽然可以通过增大插销的抗剪能力来对围岩提供逐级增大的工作阻力，但是不能体现围岩内部锚杆的受力情况，插销在逐级剪断的同时锚杆对围岩的支护作用会失效，围岩会产生相对滑移，惯性作用有可能带来安全隐患。

如中国专利201611155226.4公开了一种实时监测让压量的让压锚杆，包括主杆体、主锚体、弹簧和拉绳等；主杆体的前端设置有主锚体，主锚体插置在主杆体前端的插接腔室内，主锚体与主杆体之间通过弹簧连接，所主锚体上设置有拉绳，拉绳的一端伸出主杆体且与位移读数单元连接，位移读数单元用于显示拉绳的位移量。此发明结构紧凑、设计巧妙，但是锚杆的让压受力合理性稍待考量；在工程现场复杂的地质条件下测定锚杆实际受力情况时，插接腔会受到挤压破坏从而限制拉绳的移动，理论与实际偏差较大，成本较高，限制了其大规模使用。

因此，目前亟待发明一种既能让压吸能，又能通过外部量测装置直观表现内部受力情况的新型锚杆托盘装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，以解决现有锚杆存在的延伸率底、吸能防冲性能较差、不能直观展现内部受力情况现且不具备警示功能的问题，从而有效控制巷道围岩的稳定性，预判巷道围岩的潜在危险，警示安全事故隐患。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，其特征在于：由让压吸能系统和受力警示系统构成。

进一步的，所述的让压吸能系统由上托盘、变截面让压柱和下托盘构成。所述的上托盘的上平面受锚固螺母的锚固，其底面四个弧形槽分别与变截面让压柱接触；所述的变截面让压柱共四条，沿上下托盘竖向中心轴环形阵列分布，相对于中心轴呈倾斜状态，其底部焊接于下托盘上，顶部嵌入上托盘的弧形槽内；所述的下托盘的底平面贴附于围岩上，其上平面焊有变截面让压柱。

进一步的，所述的上托盘为圆形高强钢板，中心成孔用于贯套锚杆，厚度为18mm，其顶面为水平面，底面开有四个弧形槽，其弧形槽沿上托盘的中心轴呈环形阵列分布。

进一步的，所述的变截面让压柱为特制高强钢筋，具有一定的弯度，其曲率自下至上逐渐增大；底部变截面让压柱直径为12mm，顶部变截面让压柱直径缩小至10mm，其底部倾斜牢固焊接在下托盘表面，顶部做了圆滑处理嵌入上托盘的弧形槽内。在锚杆受力时，变截面让压柱顶端沿弧形槽滑动，倾斜量增大，上下两托盘接近，进而起到让压吸能的作用。随着锚杆拉拔力的增大，变截面让压柱变形也愈大，但由于底部杆体直径较大，因此抗荷载强度不会弱化，且不同截面和三维空间形态的钢筋可实现不同的让压模式。

进一步的，所述的下托盘为圆形高强钢板，中心成孔用于贯套锚杆，厚度为15mm，其上平面与底平面均为水平面。

进一步的，所述的弧形槽的开槽横截面形状为半圆形，直径约12mm；弧形槽的开槽长度为40-60mm。此开槽形状有助于变截面让压柱顶部圆头在槽内滑动，减小摩擦，实现让压的目的，且不同的开槽长度和开槽方向可实现不同的让压模式。

进一步的，所述的受力警示系统由受力警示标尺和警示指针构成。所述的受力警示标尺安装在某一弧形槽上方的上托盘表面，其长度和弧形槽的长度相同。所述的警示指针安装在上托盘下方，始端套在锚杆上，末端指向受力警示标尺。

进一步的，所述的受力警示标尺带有底色，沿变截面让压柱滑动的方向颜色由浅至深分区设置，弧形槽长度的50%以内其底色为绿色，50%-80%为黄色，80%以上为红色。

进一步的，所述的警示指针为“l”形细钢条，长边方向带有大小两个圆环，其分别贯套在锚杆和某一变截面让压柱顶部，短边方向指向受力警示标尺。在锚杆受到拉拔力时，变截面让压柱顶端沿弧形槽发生滑动，进而连动警示指针使其沿上托盘边缘处的受力警示标尺发生转动。

本发明一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，按照设计要求在指定位置将拟让压的锚杆锚固在围岩中后，可按以下步骤使用：

（1）安装焊有按照设计要求设计的变截面让压柱的下托盘，其底面贴附于围岩体外表面；

（2）将警示指针的大小圆环分别套在锚杆和某一变截面让压柱顶部上；

（3）安装带有受力警示标尺的上托盘，其将变截面让压柱的顶端分别嵌入上托盘底部的弧形槽内，并置于弧形槽内的初始位置处，使警示指针指向受力警示标尺的初始位置；

（4）将锚固螺母锚固在锚杆顶端，固定上托盘；

（5）在使用过程中，锚杆受力，变截面让压柱因受到挤压而继续发生倾斜变形，其顶端沿弧形槽滑动，进而连动警示指针发生转动，转动至受力警示标尺某一位置时所对应的底色即代表锚杆当前的受力状态，可以判断锚杆受力的安全储备情况；若变截面让压柱滑动至弧形槽的末端，警示指针不能继续转动，且变截面让压柱弯曲变形较大时，警示锚杆所承受的荷载已接近于极限荷载。

本发明一种受力直观可读的锚杆让压装置及使用方法，其优点为：

（1）采用变截面让压柱，成本低廉，并起到了让压的目的，有效解决了现有锚杆延伸率低，从而不能适应巷道围岩的大变形特征的问题；

（2）采用直观可读的受力警示标尺，不含任何电式应变片、电路和液压系统，能在各种复杂环境下使用；

（3）利用变截面让压柱的变形特性，将锚杆受力状态与变截面让压柱的变形量联系起来，通过观察即可快速、直观的判断锚杆的受力状态，提供了一种适用于工程现场的锚杆支护作用快速评估方法；

（4）不同的工程地质条件，可设置不同的变截面让压柱，根据其协调变形可实现不同的让压模式，从而适应于多种工程类型。

附图说明

图1和图2为本发明不同视角的示意图。

图例说明：1-上托盘；2-变截面让压柱；3-下托盘；4-弧形槽；5-受力警示标尺；6-警示指针；7-锚固螺母；8-锚杆。

具体实施方式

本发明提供一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，其特征在于：由让压吸能系统和受力警示系统构成。

进一步的，所述的让压吸能系统由上托盘1、变截面让压柱2和下托盘3构成。所述的上托盘1的上平面受锚固螺母7的锚固，其底面四个弧形槽4分别与变截面让压柱2接触；所述的变截面让压柱2共四条，沿上下托盘竖向中心轴环形阵列分布，相对于中心轴呈倾斜状态，其底部焊接于下托盘3上，顶部嵌入上托盘1的弧形槽4内；所述的下托盘3的底平面贴附于围岩上，其上平面焊有变截面让压柱2。

进一步的，所述的上托盘1为圆形高强钢板，中心成孔用于贯套锚杆8，厚度为18mm，其顶面为水平面，底面开有四个弧形槽4，其弧形槽4沿上托盘1的中心轴呈环形阵列分布。

进一步的，所述的变截面让压柱2为特制高强钢筋，具有一定的弯度，其曲率自下至上逐渐增大；底部变截面让压柱2直径为12mm，顶部变截面让压柱2直径缩短至10mm，其底部倾斜牢固焊接在下托盘3表面，顶部做了圆滑处理嵌入上托盘1的弧形槽4内。在锚杆8受到拉拔力时，变截面让压柱2顶端沿弧形槽4滑动，倾斜量增大，上下两托盘接近，进而起到让压吸能的作用。随着锚杆8拉拔力的增大，变截面让压柱2变形也愈大，但由于底部杆体直径较大，因此抗荷载强度不会弱化，且不同截面和三维空间形态的钢筋可实现不同的让压模式。

进一步的，所述的下托盘3为圆形高强钢板，中心成孔用于贯套锚杆8，厚度为15mm，其上平面与底平面均为水平面。

进一步的，所述的弧形槽4的开槽横截面形状为半圆形，直径约12mm；弧形槽4开槽长度为40-60mm。此开槽形状有助于变截面让压柱2顶部圆头在槽内滑动，减小摩擦，实现让压的目的，且不同的开槽长度和开槽方向可实现不同的让压模式。

进一步的，所述的受力警示系统由受力警示标尺5和警示指针6构成。所述的受力警示标尺5安装在某一弧形槽4上方的上托盘1表面，其长度和弧形槽4的长度相同。所述的警示指针6安装在上托盘1下方，始端套在锚杆8上，末端指向受力警示标尺5。

进一步的，所述的受力警示标尺5带有底色，沿变截面让压柱2滑动的方向颜色由浅至深分区设置，弧形槽4长度的50%以内其底色为绿色，50%-80%为黄色，80%以上为红色。

进一步的，所述的警示指针6为“l”形细钢条，长边方向带有大小两个圆环，其分别贯套在锚杆8和某一变截面让压柱2顶部，短边方向指向受力警示标尺5。在锚杆8受到拉拔力时，变截面让压柱2顶端沿弧形槽4发生滑动，进而连动警示指针6使其沿上托盘1边缘处的受力警示标尺5发生转动。

本发明一种具有警示功能的让压锚杆托盘及使用方法，按照设计要求在指定位置将拟让压的锚杆8锚固在围岩中后，可按以下步骤使用：

（1）安装焊有按照设计要求设计的变截面让压柱2的下托盘3，其底面贴附于围岩体外表面；

（2）将警示指针6的大小圆环分别套在锚杆8和某一变截面让压柱2顶部上；

（3）安装带有受力警示标尺5的上托盘1，其将变截面让压柱2的顶端分别嵌入上托盘1底部的弧形槽4内，并置于弧形槽4内的初始位置处，使警示指针6指向受力警示标尺5的初始位置；

（4）将锚固螺母7锚固在锚杆8顶端，固定上托盘1；

（5）在使用过程中，锚杆8受力，变截面让压柱2因受到挤压而继续发生倾斜变形，其顶端沿弧形槽4滑动，进而使警示指针6发生转动，转动至受力警示标尺5某一位置时所对应的底色即代表锚杆8当前的受力状态，可以判断锚杆8受力的安全储备情况；若变截面让压柱2滑动至弧形槽4的末端，警示指针6不能继续转动，且变截面让压柱2弯曲变形较大时，警示锚杆8所承受的荷载已接近于极限荷载。