一种基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锚杆或锚索支护领域，特别是指一种基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]随着巷道支护技术不断地提高与创新，锚固理论水平的不断发展，巷道锚杆或锚索支护预应力锚固技术应用技术水平也在不断地提高，现在广泛应用在隧道、建筑、矿山等诸多地下工程领域。随着经济的快速发展，社会对能源的需求量日益增加，而浅部易采资源日趋枯竭，无法满足经济发展的需要，因此矿山的规模正在不断地扩大，矿井也逐渐向深部快速推进，目前国内外矿山都在进行深部资源的开发。传统的锚杆或锚索支护技术已无法适应深部巷道稳定性控制的要求，支护体系具有高弹性能、变形量大或支护体系围岩破碎等问题;现逐渐将恒阻延长锚杆或锚索和注浆锚杆或锚索技术应用于矿井施工中，为安全、快速、经济地掘进巷道或隧道提供了一条有效途径。
[0003]恒阻延长式锚杆或锚索的恒阻延展性可以有效释放岩土工程中的集中应力，例如释放软岩大变形的软岩膨胀压力、释放冲击地压的冲击能量、释放岩爆的岩石巨大弹性能量、释放煤与瓦斯突出的弹性能和释放边坡治理工程中边坡滑移力等。涨壳注浆锚杆可以增加锚杆的锚固力，使其具备稳定锚固基点，同时注浆液体可以加固围岩裂隙使破碎锚固体围岩形成新的稳固整体围岩;调整注浆原料或时机等可以获得新的稳定支护体系。
[0004]在此【背景技术】下，研发设计出一种基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法很好地解决了上述问题，涨壳注浆锚杆支护体系即能恒阻大变形释放岩土工程中的集中应力，又能通过合适时机注浆加固使得锚杆或锚索支护体系具备稳定锚固基点和将破碎裂隙的围岩体形成新的稳固整体围岩。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法，解决了现有技术中上述的问题。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种基于内置式恒阻器的支护装置，包括:
[0008]涨壳锚头；
[0009]内置式恒阻器，与所述涨壳锚头连接，包括外壁、设置于所述外壁内的固体阻尼介质和设置于所述固体阻尼介质中的锥形活塞体；
[0010]注浆锚杆，与所述内置式恒阻器连接；
[0011]锁紧装置，与所述注浆锚杆连接。
[0012]进一步地，所述涨壳锚头包括:
[0013]锚片；
[0014]锚头体，与所述锚片滑动连接。
[0015]优选地，所述锚头体通过螺栓与所述内置式恒阻器连接。
[0016]优选地，所述内置式恒阻器通过套管与所述注浆锚杆连接。
[0017]优选地，所述套管上设有注浆孔，所述注浆孔与所述注浆锚杆连通。
[0018]优选地，所述注浆锚杆为涨壳注浆锚杆。
[0019]优选地，所述涨壳锚头设置于所述内置式恒阻器的所述外壁与所述套管之间。
[0020]进一步地，所述锁紧装置包括:
[0021 ]托盘，与所述注浆锚杆连接；
[0022]螺母，与所述注浆锚杆连接。
[0023]—种如上所述的基于内置式恒阻器的支护装置的使用方法，包括以下步骤:
[0024]在岩面钻孔；
[0025]在所述孔内安装如上所述的基于内置式恒阻器的支护装置；
[0026]打开所述涨壳锚头施加预紧力，利用涨壳锚头提供初始锚固力；
[0027]对所述内置式恒阻器施加初始拉力，所述锥形活塞体挤压所述固体阻尼介质迫使所述外壁膨胀形变，使所述外壁与所述孔内壁压紧贴实，逐渐增加拉力，使得所述注浆锚杆的锚固力达到设计要求。
[0028]进一步地，当隧道受到非自然因素导致隧道变形量超量时，所述基于内置式恒阻器的支护装置释放压力稳定后，还包括以下步骤:
[0029]释放出碎石整形隧道；
[0030]重新预紧所述注浆锚杆至合适尺寸；
[0031 ]对所述注浆锚杆进行注浆。
[0032]本发明的有益效果为:
[0033]本发明提供了一种基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法，应用于煤矿井工巷道支护、隧道支护、坝体支护、涵洞支护或边坡支护等岩土工程支护，基于内置式恒阻器的支护装置及其使用方法是将恒阻器的恒阻延展性能和注浆锚杆的注浆加固性能同时引入岩土工程支护体系，使得支护体系获得既能恒阻让压又有稳定锚固点的新型动态稳定支护体系。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的结构示意图；
[0036]图2为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的使用状态参考图；
[0037]图3为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的另一使用状态参考图；
[0038]图4为图3中A的局部放大图；
[0039]图5为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的另一使用状态参考图；
[0040]图6为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的另一使用状态参考图；
[0041]图7为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的另一结构示意图；
[0042]图8为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的涨壳锚头的结构示意图；
[0043]图9为本发明一种基于内置式恒阻器的支护装置的涨壳锚头的另一结构示意图。
[0044]图中:
[0045]1、涨壳锚头;2、外壁;3、固体阻尼介质;4、锥形活塞体;5、注浆锚杆;6、锚片；7、锚头体;8、螺栓;9、套管；10、注浆孔;11、托盘;12、螺母;13、孔;14、弹簧。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]如图1-9所示，本发明所述的一种基于内置式恒阻器的支护装置，包括:
[0048]涨壳锚头I;
[0049]内置式恒阻器，与涨壳锚头I连接，包括外壁2、设置于外壁2内的固体阻尼介质3和设置于固体阻尼介质3中的锥形活塞体4;
[0050]注浆锚杆5，与内置式恒阻器连接；
[0051]锁紧装置，与注浆锚杆5连接。
[0052]具体地，内置式恒阻器为内置膨胀式固体活塞结构，在受到初始拉力时，锥形活塞体4挤压固体阻尼介质3迫使外壁2膨胀形变，使外壁2与孔13内壁压紧贴实，逐渐增加锚固力，使得锚固力达到设计要求；内置式恒阻器设有增强初始锚固力阶段，即低恒阻力阶段，和高支护阻力让压阶段，即超高恒阻力阶段，共两个阶段，通过上述结构使得外壁2膨胀变形与孔13内壁摩擦贴实，将涨壳锚头I的单一 150kN低锚固力提高到240kN以上超高锚固力，同时此过程锥形活塞体4的锥形固体活塞结构恒阻变形提供形变恒阻力，充分释放岩爆冲击能量。
[0053]采用内置式恒阻器:1、可以将初始锚固力提高2-3倍以上;2、同时能够通过内置式恒阻器自身结构的恒阻变形，吸收冲击，例如岩爆的能量;3、在施工过程无需扩孔或增加其他辅具安装，即使出现冲击事故，例如岩爆，也可将损失降到最低。
[0054]其中，所述涨壳锚头I可以包括:
[0055]锚片6;
[0056]锚头体7，与锚片6滑动连接。
[0057]具体地，锚头体7两侧设有向外倾斜的倾斜面，锚片6可滑动地设置在倾斜面上。使用时，向孔13内推入涨壳锚头I，推入的过程锚片6与锚头体7保持相对静止；当推入预设深度时，旋转涨壳锚头I，然后向外拉锚头体7，锚片6受到孔13内壁的阻力，与锚头体7发生相对运动，同时在倾斜面的作用下，锚片6受到孔13内壁的阻力越来越大，直至达到要求。为了更容易旋转涨壳锚头I，锚片6或锚头体7的径向截面可以为变径结构，例如阿基米德螺线，其标准极坐标方程为r (Θ) = a+b (Θ)。
[0058]其中，优选地，锚片6上还设有增阻结构，例如锯齿状台阶或倒刺等。具体地，向孔13内推入涨壳锚头I时，锯齿状台阶或倒刺为顺茬，向外拉锚头体7时，锯齿状台阶或倒刺为俄茬。
[0059]其中，优选地，所述锚头体7通过螺栓8与内置式恒阻器连接。
[0060]其中，优选地，所述内置式恒阻器通过套管9与注浆锚杆5连接。
[0061]其中，优选地，所述套管9上设有注浆孔10，注浆孔10与注浆锚杆5连通。
[0062]其中，优选地，所述注浆锚杆5为涨壳注浆锚杆。
[0063]其中，所述锁紧装置可以包括:
[0064]托盘11，与注浆锚杆5连接；
[0065]螺母12，与注浆锚杆5连接。
[0066]当然，锁紧装置还可以为其它结构，例如卡环等，本发明对此不进行限定。
[0067]其中，优选地，所述涨壳锚头I设置于内置式恒阻器的外壁2与套管9之间。具体地，涨壳锚头I为空心结构，锥形活塞体4穿过涨壳锚头I，以使锥形活塞体4与注浆锚杆5连接。
[0068]另外，锚片6和锚头体7初始分开利用弹性结构打开，具体可以使用弹簧14，弹簧14的形状为U型，设置在锚片6与锚头体7之间，弹簧14的底部与锚头体7连接。在使用时，向孔13内推入涨壳锚头I时，弹簧14两侧是张开的，因此锚片6也被弹开，因为锚头体7设有倾斜面、锚片6上设有锯齿状台阶或倒刺等增阻结构，锚片6在弹簧14的弹力作用下保证一直挂壁，即挤压孔13内壁，在向后拉拔锚头体7时，销片6在弹簧14、锚头体7的倾斜面和锚片6上的锯齿状台阶或倒刺等增阻结构共同作用下，会沿锚头体7的倾斜面锁死，锚固在孔13内部。锚片6和锚头体7初始分开利用弹性结构打开，改变原有涨壳锚头I的锚头体7受拉力状态，变为受压力状态，与涨壳锚头I设置于一端相比，从结构上提高锚固力。
[0069]—种如上所述的基于内置式恒阻器的支护装置的使用方法，包括以下步骤:
[0070]在岩面钻孔13;
[0071 ]在孔13内安装如上所述的基于内置式恒阻器的支护装置；
[0072]打开涨壳锚头I施加预紧力，利用涨壳锚头I提供初始锚固力；
[0073]对内置式恒阻器施加初始拉力，锥形活塞体4挤压固体阻