锚固段高延伸率抗冲击锚杆及其锚固方法与流程

本发明属于矿用安全生产支护设备技术领域，具体涉及一种锚固段高延伸率抗冲击锚杆及其锚固方法。

背景技术

冲击地压和煤与瓦斯突出等矿井动力灾害是在采矿过程中遇到的重大灾害,由此对巷道围岩造成的冲击破坏是影响矿井安全的关键问题之一。锚杆因其安装方便、成本低廉等优点，一直以来都是矿井安全生产中广泛采用的巷道围岩支护设备。目前，锚杆支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国矿井巷道中得到大面积推广应用。

随着开采深度的逐渐增加，地质条件越来越复杂，巷道围岩也常常表现出高应力、大变形等特点，而现有的常规锚杆抗冲击性能有限，在强冲击作用下难以对围岩起到支护作用，一旦巷道围岩的变形能超过锚杆所能承受的范围，将会因为支护设备的失效而产生事故，从而对采矿安全造成严重威胁，给企业造成严重损失。在实际的工程中，锚杆常见的破坏形式主要有锚杆在滑动面处或者节理面处的剪切破坏、岩土体破坏以及锚杆的抗拉承载力不足而引起的破坏。锚杆失效的主要原因是：锚杆被拉断破坏、钢筋与灌浆体的结合面粘结破坏、灌浆体与岩土体的结合面粘结破坏以及灌浆体的破坏。常规锚杆钢筋自身的延伸率低，不能够产生大变形。当巷道发生岩爆或者遇到冲击荷载时，常规锚杆因本身无法产生大变形而不能够与围岩协调变形，这往往导致锚杆被拉断或者钢筋被拉出。总之，常规锚杆因为无法适应围岩大变形和无法吸收冲击荷载的能量而容易失效，从而导致整个支护体系失效，危及工人的安全生产。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种锚固段高延伸率抗冲击锚杆及其锚固方法，其具有不易发生变形卸载或断裂、适应变形能力强、能够持续让压、结构简单、安装方便等优点，可降低矿山深部冲击地压巷道的支护成本，可提高矿山生产工作的安全系数，克服了现有技术的缺陷，保证深部巷道围岩锚杆支护的有效性和安全性，提高对矿山深部冲击地压巷道围岩锚杆支护理论的深入研究水平，确保矿山巷道支护安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：锚固段高延伸率抗冲击锚杆，包括一个圆钢管、一个圆锥形端头、上锚杆和下锚杆，圆钢管的外圆周为圆柱形结构，圆钢管的内孔呈上端口粗、下端口细的圆锥形结构，圆锥形端头的外形呈上端粗、下端细的圆锥形结构，圆钢管的内孔锥度与圆锥形端头外圆周锥度相同，圆锥形端头伸入到圆钢管内且两者过盈配合，圆锥形端头的上端和下端均开设有上螺纹槽和下螺纹槽，上锚杆的下端伸入并螺纹连接在上螺纹槽内，下锚杆的上端伸入并螺纹连接在下螺纹槽内。

圆钢管的外圆周表面设置有若干个倒刺，每个倒刺的上端均固定连接在圆钢管的外圆周表面，每个倒刺的下端沿圆钢管的径向方向向外张开倾斜设置，所有倒刺沿圆周方向均匀布置。

圆钢管的上端外圆部螺纹连接有将圆锥形端头上端顶压接触的顶盖，圆钢管的内孔下端口的内径、顶盖的内径、上锚杆的外径和下锚杆的外径的尺寸相一致。

锚固段高延伸率抗冲击锚杆的抗冲击锚固方法，包括以下步骤：

（1）制作上锚杆、下锚杆、圆钢管和圆锥形端头；

（2）将圆锥形端头装入到圆钢管内，使圆钢管内壁与圆锥形端头的外圆周过盈配合；

（3）将上锚杆的下端伸入并螺纹连接在上螺纹槽内，将下锚杆的上端伸入并螺纹连接在下螺纹槽内；

（4）由上锚杆上端套上顶盖，将顶盖螺纹连接到圆钢管上端部；

（5）在需要加固的巷道围岩处钻锚固孔，使用锚杆机将锚固段高延伸率抗冲击锚杆打入到锚固孔内，注入锚固剂，倒刺与锚固剂紧密结合使圆钢管固定牢靠，最后安装托盘，锚固作业完成；

（6）在锚固支护过程中，巷道发生岩爆或者遇到冲击荷载的情况下，巷道围岩会产生较大变形，上锚杆和下锚杆受到较大的拉力，由于圆锥形端头上下端分别连接了上锚杆和下锚杆，因此圆锥形端头在该拉力的作用下会沿着圆钢管的圆锥形内孔滑动，致使圆钢管轴裂变形被破坏并吸收围岩产生的冲击动能，从而减弱深部围岩冲击地压所造成的伤害，能够实现高冲击倾向围岩的有效支护。

步骤（1）中上锚杆和下锚杆的长度均为1100m，在上锚杆下端、下锚杆的上下端均加工外螺纹。

步骤（1）中圆锥形端头采用一个高度为98mm、圆面直径为36mm的圆钢通过拔模加工成为一个与圆钢管的内孔相契合的圆锥体结构，然后在圆锥形端头的上端面和下端面分别加工上螺纹槽和下螺纹槽。

步骤（1）中圆钢管采用高度为100mm、圆面直径为36mm的圆钢经过拔模，在内部形成一个圆锥形结构的内孔，圆钢管的内孔上端口直径为32mm，粗、圆钢管的内孔下端口细的圆锥形结构的直径与上锚杆的外径相一致。

采用上述技术方案，本发明的工作原理如下：

本发明的目的就是在巷道发生岩爆或者遇到冲击荷载的情况下，通过圆锥形端头沿着圆钢管的圆锥形内孔滑动致使圆钢管轴裂大变形破坏，吸收围岩产生的冲击能量，同时可以使围岩产生较大变形，减小深部围岩冲击地压所造成的危害。圆钢管与圆锥形端头的配合能够以吸收冲击动能来实现高冲击倾向围岩的有效支护，最大程度的利用自身结构优势吸收和消耗大量的冲击能量，保证了锚杆体和托盘不至于在承受冲击时轻易损坏，使得整个锚杆装置能够承受更大的冲击力，自适应围岩的变形以达到锚杆有效支护的目的，完成对围岩的多重安全支护。

本发明中的圆钢管构件外表面设置有一圈倒刺，用于增大摩擦阻力，防止此圆钢管构件从锚固孔中脱落，增强锚固效果。

本发明中的顶盖起到限定圆锥形端头轴向移动，并螺纹连接与圆钢管为一体，使圆锥形端头在轴向移动时可通过顶盖带动圆钢管产生轴裂破坏。

综上所述，本发明结构简单实用、新颖独特，具有不易发生变形卸载或断裂、适应变形能力强、能够持续让压、安装方便等优点，降低了矿山深部冲击地压巷道的支护成本，提高了矿山生产工作的安全系数,克服了现有技术的缺陷，保证深部巷道围岩锚杆支护的有效性和安全性，提高对矿山深部冲击地压巷道围岩锚杆支护理论的深入研究水平，确保矿山巷道支护安全可靠。

附图说明

图1为本发明的外形立体结构图。

图2为本发明局部的轴向剖面图。

图3为本发明的圆钢管的立体结构图。

图4为本发明的圆钢管的轴向剖面图。

图5为本发明的圆锥形端头的立体结构图。

图6为本发明的圆锥形端头轴向剖面图；

图7为本发明的顶盖的立体结构图。

具体实施方式

如图1-图7所示，本发明的锚固段高延伸率抗冲击锚杆，包括一个圆钢管1、一个圆锥形端头2、上锚杆3和下锚杆4，圆钢管1的外圆周为圆柱形结构，圆钢管1的内孔呈上端口粗、下端口细的圆锥形结构，圆锥形端头2的外形呈上端粗、下端细的圆锥形结构，圆钢管1的内孔锥度与圆锥形端头2外圆周锥度相同，圆锥形端头2伸入到圆钢管1内且两者过盈配合，圆锥形端头2的上端和下端均开设有上螺纹槽5和下螺纹槽6，上锚杆3的下端伸入并螺纹连接在上螺纹槽5内，下锚杆4的上端伸入并螺纹连接在下螺纹槽6内。

圆钢管1的外圆周表面设置有若干个倒刺7，每个倒刺7的上端均固定连接在圆钢管1的外圆周表面，每个倒刺7的下端沿圆钢管1的径向方向向外张开倾斜设置，所有倒刺7沿圆周方向均匀布置。

圆钢管1的上端外圆部螺纹连接有将圆锥形端头2上端顶压接触的顶盖8，圆钢管1的内孔下端口内径、顶盖8的内径、上锚杆3的外径和下锚杆4的外径的尺寸相一致。

锚固段高延伸率抗冲击锚杆的抗冲击锚固方法，包括以下步骤：

（1）制作上锚杆3、下锚杆4、圆钢管1和圆锥形端头2；

（2）将圆锥形端头2装入到圆钢管1内，使圆钢管1内壁与圆锥形端头2的外圆周过盈配合；

（3）将上锚杆3的下端伸入并螺纹连接在上螺纹槽5内，将下锚杆4的上端伸入并螺纹连接在下螺纹槽6内；

（4）由上锚杆3上端套上顶盖8，将顶盖8螺纹连接到圆钢管1上端部；

（5）在需要加固的巷道围岩处钻锚固孔，使用锚杆机将锚固段高延伸率抗冲击锚杆打入到锚固孔内，注入锚固剂，倒刺7与锚固剂紧密结合使圆钢管1固定牢靠，最后安装托盘，锚固作业完成；

（6）在锚固支护过程中，巷道发生岩爆或者遇到冲击荷载的情况下，巷道围岩会产生较大变形，上锚杆3和下锚杆4受到较大的拉力，由于圆锥形端头2上下端分别连接了上锚杆3和下锚杆4，因此圆锥形端头2在该拉力的作用下会沿着圆钢管1的圆锥形内孔滑动，致使圆钢管1轴裂变形被破坏并吸收围岩产生的冲击动能，从而减弱深部围岩冲击地压所造成的伤害，能够实现高冲击倾向围岩的有效支护。

步骤（1）中上锚杆3和下锚杆4的长度均为1100m，在上锚杆3下端、下锚杆4的上下端均加工外螺纹。

步骤（1）中圆锥形端头2采用一个高度为98mm、圆面直径为36mm的圆钢通过拔模加工成为一个与圆钢管1的内孔相契合的圆锥体结构，然后在圆锥形端头2的上端面和下端面分别加工上螺纹槽5和下螺纹槽6。

步骤（1）中圆钢管1采用高度为100mm、圆面直径为36mm的圆钢经过拔模，在内部形成一个圆锥形结构的内孔，圆钢管1的内孔上端口直径为32mm，粗、圆钢管1的内孔下端口细的圆锥形结构的直径与上锚杆3的外径相一致。

本发明的目的就是在巷道发生岩爆或者遇到冲击荷载的情况下，通过圆锥形端头2沿着圆钢管1的圆锥形内孔滑动致使圆钢管1轴裂大变形破坏，吸收围岩产生的冲击能量，同时可以使围岩产生较大变形，减小深部围岩冲击地压所造成的危害。圆钢管1与圆锥形端头2的配合能够以吸收冲击动能来实现高冲击倾向围岩的有效支护，最大程度的利用自身结构优势吸收和消耗大量的冲击能量，保证了锚杆体和托盘不至于在承受冲击时轻易损坏，使得整个锚杆装置能够承受更大的冲击力，自适应围岩的变形以达到锚杆有效支护的目的，完成对围岩的多重安全支护。

本发明中的圆钢管1构件外表面设置有一圈倒刺7，用于增大摩擦阻力，防止此圆钢管1构件从锚固孔中脱落，增强锚固效果。

本发明中的顶盖8起到限定圆锥形端头2轴向移动，并与圆钢管1为一体，使圆锥形端头2在轴向移动时可通过顶盖8带动圆钢管1产生轴裂破坏。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。