一种三级直径匹配锚杆及其支护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锚杆支护工程技术领域中用于巷道的锚杆及支护方法，特别是一种用于巷道支护的三级直径匹配锚杆及其支护方法。
【背景技术】
[0002]随着锚杆支护技术的发展，锚杆支护在采矿工程中的应用越来越广泛，巷道围岩控制效果显著改善。但随着矿产资源的开采，生产地质条件日益复杂，巷道变形控制难度加大，致使锚杆出现大量破断。工程实践表明，锚杆破断位置多数发生在安装螺母的锚尾螺纹段或杆体前半段，其中一个重要原因是在外荷载作用下锚杆受力不均匀，锚尾螺纹段、自由段和外锚固段(靠近孔口的锚固段)极易发生应力集中，而现有锚杆的锚尾螺纹段直径比杆体稍小或者锚杆直径全长相同，致使应力集中部位极易破断，同时存在支护参数设计不合理、锚固剂锚固不实等问题，严重影响了锚杆承载性能有效发挥。
【发明内容】
[0003]本发明为解决现有锚杆支护存在的问题，提出一种三级直径匹配锚杆及其支护方法，可有效减少现有锚杆支护因受力不均而出现的破断问题，从而提高锚杆支护的可靠性。
[0004]本发明三级直径匹配锚杆的技术方案是:
该三级直径匹配锚杆，包括内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段等直径不同的三个分段，由内锚固段向锚尾螺纹段逐级加粗。
[0005]所述内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段，相邻分段的直径级差可在I?6mm范围内选取。
[0006]进一步，所述内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段，相邻分段的直径级差一般为2mm。
[0007]所述内锚固段长度可在总锚固长度的2/3?1/2范围内选取，外锚固段的长度则对应在总锚固长度的1/3?1/2范围内选取。
[0008]进一步，所述内锚固段长度为总锚固长度的2/3，外锚固段长度为总锚固长度的I/3。
[0009]所述内锚固段、外锚固段为左旋无纵筋螺纹，锚尾螺纹段为滚丝加工的精细螺纹，自由段为圆钢或左旋无纵筋螺纹钢。
[0010]所述锚杆全长呈一整体，相邻分段的连接处设有避免出现台阶而产生应力集中的过渡圆角。
[0011 ]本发明的锚杆支护方法包括以下步骤:
(1)加工锚杆:按照设计确定的三级直径匹配锚杆的材质以及内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段等三个分段的直径、长度、螺纹规格等参数，加工制造三级直径匹配锚杆；
(2)钻孔:按照钻孔设计位置、角度、长度、孔径，采用锚杆钻机在巷道围岩中钻孔；
(3)安装锚杆:利用锚杆将设计长度的树脂锚固剂依次顶推至钻孔孔底;采用钻机配合搅拌器搅拌锚固剂，待锚固剂固化后，安装托盘和螺母，并施加设计预紧扭矩，完成锚杆安装；
(4)支护质量检测与监测:采用检测仪器和监测仪器，检测锚杆锚固质量，监测锚杆支护效果；
(5)支护参数修正:评价锚固质量和支护效果，及时修正锚杆的三级直径匹配参数和锚固参数。
[0012]本发明的有益效果:现有锚杆在外荷载作用下受力不均匀，锚尾螺纹段、自由段和外锚固段(靠近孔口的锚固段)等部位极易发生应力集中而破断。本发明通过改进锚杆直径匹配结构，优化了锚杆承载特性，提高了锚尾螺纹段、自由段和外锚固段等易破断部位的抗拉和抗剪强度，并采取适当的加工措施和支护方法，有效减少了现有锚杆因受力不均而出现的锚尾和杆体破断问题，提高了锚杆支护的可靠性。
【附图说明】
[0013]图1为三级直径匹配锚杆支护结构示意图；
图中，1、内锚固段，2、外锚固段+自由段，3、锚尾螺纹段，4、外锚固段，5、自由段，6、锚固剂，7、相邻分段的连接处，8、锚杆，9、托盘，1、螺母，11、围岩。
【具体实施方式】
[0014]由图1所示，本发明锚杆由内锚固段1、“外锚固段4和自由段5”组成的分段2、锚尾螺纹段3等三个分段组成，且由内锚固段向锚尾螺纹段，锚杆直径逐级加粗。内锚固段I和外锚固段4均由锚固剂6与围岩11锚固在一起。
[0015]具体实现过程为:
(I)加工锚杆:按照设计确定的锚杆材质以及内锚固段1、(外锚固段和自由段)2、锚尾螺纹段3三个分段的直径、长度、螺纹规格等参数，加工制造三级直径匹配锚杆；
按照内锚固段1、(外锚固段+自由段)2、锚尾螺纹段3三个分段设计的直径与长度，压乳三个分段:内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段的直径是依次加粗的，相邻分段的直径级差一般为2mm，如三个分段直径可取为18mm、20mm、22mm;相邻分段的直径级差亦可在I?6mm范围内来选取，如工程条件相对复杂，锚杆破断问题严重时，相邻分段直径级差可取4?6_;工程条件简单时，相邻分段直径级差则可取I?3_;
一般情况下，内锚固段I长度为总锚固长度的2/3，外锚固段4长度为总锚固长度的1/3;但是在巷道围岩支护难度较大时，内锚固段I长度可在总锚固长度的2/3?1/2范围内选取，外锚固段4的长度则可在对应总锚固长度的1/3?1/2范围内选取；
内锚固段1、外锚固段4加工成左旋无纵筋螺纹钢，锚尾螺纹段3通过滚丝加工成精细螺纹，自由段5为圆钢或加工成左旋无纵筋螺纹钢；
锚杆全长呈一整体，相邻分段的连接处7进行圆滑过渡处理，例如设置过渡圆角，以避免锚杆工作过程中出现应力集中。
[0016](2)钻孔:按照钻孔设计位置、角度、长度、孔径，采用锚杆钻机在巷道围岩11中钻孔；按照钻孔直径和锚杆直径的合理匹配关系，钻孔直径一般应比锚杆自由段直径大6?10mm。例如，煤矿销杆直径一般为18?24mm，钻孔直径可取28mm或32_。
[0017](3)锚杆安装:利用锚杆8将设计长度的树脂锚固剂6依次顶推至钻孔孔底，锚固剂直径一般比钻孔直径小4?8mm，如在煤矿支护工程中，钻孔直径一般为28mm或32mm，锚固剂直径一般为23mm或28mm;采用钻机配合搅拌器，利用锚杆8搅拌锚固剂6，待锚固剂6凝固后，安装托盘9和螺母1，并施加设计预紧扭矩，完成锚杆安装。
[0018](4)支护质量检测与监测:采用拉拔仪检测锚杆锚固力，采用扭矩扳手检测锚杆预紧扭矩，并对围岩位移、围岩应力及锚杆受力情况进行监测，并依据检测和监测结果，对锚杆支护参数的合理性进行评价。
[0019](5)支护参数修正:依据锚杆支护参数合理性评价结果，及时修正锚杆的三级直径匹配参数和锚固参数，提高锚杆锚固可靠性，最大限度地发挥锚杆自身的承载性能。
【主权项】
1.一种三级直径匹配锚杆，其特征在于，该锚杆包括三个直径不同的分段，分别为内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段，且由内锚固段向外锚固段+自由段以及锚尾螺纹段，锚杆直径逐级加粗。2.如权利要求1所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述内锚固段、外锚固段+自由段和锚尾螺纹段，相邻分段的直径级差在I?6mm范围内选取。3.如权利要求2所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述内锚固段、外锚固段+自由段和锚尾螺纹段，相邻分段的直径级差为2mm。4.如权利要求1所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述内锚固段长度在总锚固长度的2/3?1/2范围内选取，外锚固段的长度则对应在总锚固长度的1/3?1/2范围内选取。5.如权利要求4所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述内锚固段长度为总锚固长度的2/3，外锚固段长度为总锚固长度的1/3。6.如权利要求1任一所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述内锚固段、外锚固段为左旋无纵筋螺纹，锚尾螺纹段为滚丝加工的精细螺纹，自由段为圆钢或左旋无纵筋螺纹钢。7.如权利要求1所述的三级直径匹配锚杆，其特征在于，所述锚杆全长呈一整体，相邻分段的连接处设有避免出现台阶而产生应力集中的过渡圆角。8.—种如权利要求1所述的三级直径匹配锚杆的支护方法，其特征在于，其方法的步骤如下: (1)加工锚杆:按照设计确定的三级直径匹配锚杆的材质以及内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段的直径、长度、螺纹规格参数，加工制造三级直径匹配锚杆； (2)钻孔:按照钻孔设计位置、角度、长度、孔径，采用锚杆钻机在巷道围岩中钻孔； (3)锚杆安装:利用锚杆将设计长度的树脂锚固剂依次顶推至钻孔孔底;采用钻机配合搅拌器搅拌锚固剂，待锚固剂凝固后，安装托盘和螺母，并施加设计预紧扭矩，完成锚杆安装； (4)支护质量检测与监测:采用检测仪器和监测仪器，检测锚杆锚固质量，监测锚杆支护效果； (5)支护参数修正:评价锚固质量和支护效果，及时修正锚杆的三级直径匹配参数和锚固参数。9.如权利要求8所述的三级直径匹配锚杆的支护方法，其特征在于，所述步骤⑴中内锚固段、外锚固段+自由段和锚尾螺纹段，相邻分段的直径级差在I?6mm范围内选取。10.如权利要求8所述的三级直径匹配锚杆的支护方法，其特征在于，所述步骤⑴中内锚固段长度在总锚固长度的2/3?1/2范围内选取，外锚固段的长度则对应在总锚固长度的1/3?1/2范围内选取。
【专利摘要】本发明公开了一种三级直径匹配锚杆，包括内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个直径不同分段，直径逐级加粗，相邻段直径级差2mm；内锚固段、外锚固段为左旋无纵筋螺纹，锚尾螺纹段为滚丝加工精细螺纹；采用树脂锚固剂锚固，内锚固段为总锚固长度的2/3，外锚固段为总锚固长度的1/3；锚杆全长呈一整体，相邻分段连接处设有过渡圆角。其锚杆支护方法步骤为：锚杆加工、钻孔、锚杆安装、支护质量检测与监测、支护参数修正。本发明通过改进锚杆直径匹配结构，优化锚杆承载特性，提高了锚杆易破断部位的抗拉和抗剪强度，并采取适当加工措施和支护方法，有效减少了现有锚杆因受力不均出现锚尾和杆体破断问题，提高了锚杆支护的可靠性。
【IPC分类】E21D20/00, E21D20/02, E21D21/00
【公开号】CN105626113
【申请号】CN201610075648
【发明人】肖同强, 王猛, 李海洋, 李怀珍, 许磊, 刘闯
【申请人】河南理工大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月3日