一种自适应释能锚杆的制作方法

文档序号:15578850发布日期:2018-09-29 06:17

本发明属于土木工程的防护设施,具体涉及一种锚杆,应用于隧道和巷道灾害防护,或应用于边坡支护等工程。



背景技术:

煤炭资源开采逐渐向深部发展,随着开挖深度的增加,地质条件不断恶化,巷道围岩常常表现出岩爆、冒顶和片帮等大变形的特点,其破坏程度也愈加严重。因此,今后在工程建设的过程中,会遇到越来越多的深埋巷道或者大断面隧道开挖的工程难题。

锚杆支护是深埋巷道和大断面隧道的主要支护形式,具有最大限度地保持围岩稳定性和完整性,以及具有施工效率高和成本低等优点。

随着隧道开挖深度增加,开挖断面加大,围岩变形增大,传统锚杆的缺点逐渐显现。其主要缺点在于:传统锚杆的延伸率较低,无法有效地释放围岩变形产生的能量,当围岩发生较大变形时,锚杆本身不能适应围岩的大变形而被拉断从而导致锚杆支护体系失效。

中国专利文献CN104612730A于2015年5月13日公开了一种大变形自适应锚杆,它包括有锚杆,锚杆端部平直固定有高强度弹簧,高强度弹簧的另一端平直固定有尾杆, 高强度弹簧的外围装有套管,靠近锚杆的套管端口内设有橡皮圈封盖,在尾杆的端部带有钢板托盘和螺母,螺母压住钢板托盘紧贴围岩壁。该锚杆能够自适应围岩产生的大变形,对隧道岩爆、煤矿冲击地压等突发灾害能够起到有效的缓冲和治理作用。但是,该专利存在弹簧强度低、支护力小而易被拉断的缺点,从而导致整个支护体系失效。支护体系一旦失效将会带来不可估量的经济损伤,甚至导致重大伤亡事件的发生,影响煤矿的安全生产,或者其他工程的正常施工。



技术实现要素:

针对现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题就是提供一种自适应释能锚杆,它能增大延伸率,有效地释放围岩变形产生的能量以适应巷道围岩大变形的场所。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的,它包括T型锚杆、压缩剪切环和套筒,所述套筒底部固定有焊块,焊块上有锚杆孔,套筒内装有压缩剪切环,锚杆杆体穿过压缩剪切环中心孔从焊块的锚杆孔伸出套筒,锚杆前端的圆台面压在压缩剪切环的顶端环片上,伸出套筒的锚杆尾部装配有紧贴围岩壁的挡板和螺母,螺母与锚杆为螺纹配合,螺母压住挡板。

本发明的工作原理如下:当围岩发生小变形时,套筒外壁螺纹和浆体的咬合能分担锚杆拉力达到支护效果;当围岩发生较大变形时,一组压缩剪切环被锚杆尾端压缩剪切而发生断裂破坏,锚杆尾端进而向下一组压缩剪切环移动,锚杆长度增大,适应围岩的变形,释放围岩变形产生的能量,直到套筒内所有的压缩剪切环均被剪坏为止。

该锚杆通过压缩剪切环的断裂破坏而被拉长,能提供恒定的约束力,以适应围岩的变形,释放围岩变形产生的能量,从而使围岩锚杆支护体系达到新的平衡,确保锚杆不至于被突然拉断而瞬间失效,因此本发明增大了延伸率,有效地释放围岩变形产生的能量,具有良好的支护作用,长时间稳定围岩。

附图说明

本发明的附图说明如下:

图1为本发明的结构示意图;

图2为压缩剪切环的环片结构图;

图3为本发明受力后的最终剪切破坏图;

图4为本发明进行室内静力拉伸实验得到的位移-承载力关系图。

图中:1.螺母;2.挡板;3.焊块;4.套筒;5.压缩剪切环;6.锚杆;7.螺纹杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:

如图1所示,本发明包括T型锚杆6、压缩剪切环5和套筒4,所述套筒4底部设有焊块3,焊块3上有锚杆孔,套筒4内装有压缩剪切环5,锚杆6杆体穿过压缩剪切环5中心孔从焊块3的锚杆孔伸出套筒,锚杆前端的圆台面压在压缩剪切环5的顶端环片上,伸出套筒的锚杆尾部装配有紧贴围岩壁的挡板2和螺母1,螺母1与锚杆6为螺纹配合,螺母1压住挡板2。

套筒4顶口部还焊接有螺纹杆7,套筒4外壁设置有螺纹。当锚杆注浆后,能确保锚杆和浆体充分咬合,提供锚固力。为了确保足够的伸长量,套筒4的优选长度宜为600mm—1100 mm。

压缩剪切环的材料为较高强度的可压缩材料,这样有利于提供较大的支护力。压缩剪切环5由一叠环片组成,如铸铁环片;如图2所示,a环片开有中心孔。环片材料具有压缩变形大、为锚杆的拉力提供传递条件以及控制和调节锚杆的变形等特点。当环片底面固定,用实心体在环片顶面沿中心孔挤压,实心体的直径大于环片的中心孔径、小于环片外径,此时环片受力产生压缩剪切效应:一方面环片被压缩变形、厚度变薄;另一方面,在极限受力情况下,截面被剪切破坏,得到如图2中的b薄片。本发明锚杆的拉长量就是环片压缩量与环片剪切量的总和。

当围岩产生大变形时,巷道围岩释放变形能,使巷道围岩的变形超过传统锚杆所能承受的范围,从而导致传统锚杆失效。如图3所示,本发明锚杆前端的圆台面通过对压缩剪切环5的压缩和剪切,逐级剪切破坏环片,从而释放围岩变形产生的能量,使该锚杆适应围岩的变形,围岩与锚杆达到新的平衡状态。

如图4所示,在压缩初期,拉力与锚杆伸长量成线性关系,在拉力达到一定值后,锚杆稳定地伸长。通过试验,套筒4的长度为400mm,锚杆最终的伸长量超过250mm,该自适应释能锚杆的伸长量超过50%。本发明的这种特性解决了现有锚杆大变形而被拉断的问题,具有很强的应用价值。

本发明变形由三部分组成:1、锚杆6的杆体被拉长;2、压缩剪切环5被压缩;3、压缩剪切环5受到锚杆杆体尾端的压剪作用,从而导致部分压缩剪切环断裂破坏。压缩剪切环5采用较高强度的压缩材料制作。实验开始阶段,各个压缩剪切环5被压紧,相应的接触面被压实;随着拉力的增大,靠近锚杆杆体尾端的压缩剪切环5同时发生压缩和剪切作用;随着拉力的进一步增加,靠近锚杆杆体尾端的压缩剪切环断裂破坏,锚杆伸长,同时释放围岩变形产生的能量;随着拉力的再次增加,剩余的压缩剪切环继续发挥压剪作用,锚杆也进一步伸长和释放围岩变形产生的能量。

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