一种伞状簧片结构锚杆锚头装置及其使用方法与流程

本发明涉及到采矿工程和岩土工程领域，是一种伞状簧片结构锚杆锚头装置。

背景技术：

自上世纪90年代以来，锚杆支护以其显著的技术和经济优越性已成为煤矿巷道支护的重要支护形式之一。有关专家和学者对锚杆支护理论、施工机具、设计与监测方法及监测仪器等方面进行了深入系统的研究，取得了大量有价值的成果，在现场实现了成功应用。但是由于多种因素的影响，锚杆支护系统失效的情况仍时有发生，大致可归结为四类：托盘失效、锚杆杆体拉断、黏结破坏和钻孔围岩破坏失效。

锚固系统失效是煤巷锚杆支护的瓶颈，特别是在软弱破碎围岩条件下，由于松软煤层煤体强度低、结构松散，在进行正常锚固时，造成锚杆锚固力较低；锚固系统失效概率较大，锚固剂与围岩接触面间黏结破坏是其主要失效形式之一。在松软煤岩体中，钻孔围岩强度较低，抗压强度约在1mpa左右，在进行钻孔或扩孔时，如果采用湿式作业，由于钻杆的震动及水流冲刷下会导致锚杆孔直径比设计的钻孔直径大，从而造成钻孔直径、锚杆直径、和树脂药卷直径“三径”不匹配，再加上锚固剂本身有时被挤压变形。因此锚杆安装时，锚杆搅拌不到锚固剂或者锚固剂搅拌不均匀，从而易造成锚杆的锚固效果差或出现失锚的情况。无法实现锚杆的高预应力可靠锚固，成为制约松软强流变煤(岩)体中锚网支护技术使用的关键。因此提高锚杆锚固质量，真正发挥锚杆锚固作用对于发挥锚杆的承载能力、有效控制巷道围岩变形非常重要，同时有利于降低巷道支护成本。

技术实现要素：

为解决由于“三径”不匹配导致的钻孔内锚固剂搅拌不均匀，不能充满内锚固头区域的钻孔，锚固剂与锚杆和孔壁黏结不密实，锚杆有效锚固长度减少，锚固效果差、质量不可靠的问题，本发明提供了一种伞状簧片结构锚杆锚头装置其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种伞状簧片结构锚杆锚头装置，包括一个空心圆管，所述空心圆管的一端设置有内螺纹，另一端设置有伞状簧片结构，伞状簧片结构由若干根与空心圆管一体式连接的簧片组成，簧片的自由端朝着空心圆管的中心轴的外向撑开。

所述簧片为八个，且尺寸相同。

所述空心圆管和簧片均为金属材质。

所述伞状簧片结构锚杆锚头装置的总长度为100～120mm；空心圆管的内螺纹长度为30～50mm；空心圆管的壁厚为4～6mm。

所述伞状簧片结构的若干个簧片与空心圆管的中心轴的夹角相同。

所述伞状簧片结构的若干个簧片的自由端所组成的最大圆形直径比锚杆孔直径大4～6mm。

一种伞状簧片结构锚杆锚头装置的使用方法，其步骤是：锚杆孔钻好后，安装锚杆之前，先将伞状簧片结构锚头装置安装在锚杆内端头，且伞状簧片结构朝向锚杆尾部；然后通过锚杆钻机将带有伞状簧片结构锚头装置的锚杆安装在锚杆孔中。

所述锚杆内端头设置有与伞状簧片结构锚头装置的空心圆管的内螺纹相匹配的外螺纹，伞状簧片结构锚头装置通过螺纹安装在锚杆内端头。

有益效果：本发明有以下优点：

1、锚头装置由金属空心圆管加工而成，结构简单，便于使用；

2、利用现有设备即可完成对锚杆杆体和锚头装置的螺纹丝口加工和圆管壁的切割。将伞状簧片结构锚头装置安装在锚杆杆体后，利用现有的锚杆钻机即可完成锚杆的安装。加工锚头装置的材料易获得，价格便宜；施工简单，劳动强度低；

3、本锚头装置属于扩大头型端锚和树脂混合锚固，锚固力由锚头装置与锚杆杆体共同承担。簧片作为伞状簧片结构锚头装置的关键部分，简单可靠，在锚杆旋转过程中依靠自身弹力即可撑向钻孔孔壁，改善锚杆的锚固效果。经多次测定，装有伞状簧片结构锚头装置的锚杆能在300牛米预紧力矩作用下，可靠锚固在钻孔内而不出现失锚现象；

4、与普通锚杆相比，伞状簧片结构锚头装置可以更均匀地搅拌锚固剂，使锚固剂更密实地充满内锚固头钻孔区域，提高锚杆的锚固性能。尤其对于松软破碎煤岩体，提升幅度较大，充分发挥锚杆的锚固作用，减小巷道支护成本。

附图说明

图1是本发明的伞状簧片结构锚杆锚头装置的结构示意图；

图2为本发明的伞状簧片结构锚头装置侧视图；

图3是施工完成图；

图中：1—空心圆管，2—簧片，3—树脂锚固剂，4—锚杆杆体，5—螺母，6—锚杆托盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1和2所示为一种伞状簧片结构锚杆锚头装置，包括一个空心圆管1，所述空心圆管1的一端设置有内螺纹，另一端设置有伞状簧片结构，伞状簧片结构由八根与空心圆管1一体式连接的簧片2组成，簧片2的自由端朝着空心圆管1的中心轴的外向撑开。伞状簧片结构的若干个簧片2与空心圆管1的中心轴的夹角相同，即每个簧片2想外撑开的程度相同。

空心圆管1和簧片2均为金属材质。

空心圆管1的内螺纹规格要与锚杆内端头的外螺纹规格相匹配，同时锚杆内端头也加工与锚头装置内螺纹相匹配的外螺纹，用于与伞状簧片结构锚头装置相连接；伞状簧片结构锚头装置的总长度l2一般取100～120mm；空心圆管内螺纹长度要与锚杆内端头的外螺纹长度一致，l1取30～50mm；空心圆管内、外径分别为d1、d2，d1与锚杆外锚固段丝口配套的螺母内径一致，空心圆管外径d2比内径d1大4～6mm，即空心圆管的壁厚为4～6mm；例如空心圆管内径为18mm时，外径d2取22～24mm。

制作本发明的伞状簧片结构锚杆锚头装置时，取一金属空心圆管，在一端加工出内螺纹，将金属空心圆管除内螺纹段外其余部分沿圆管轴向切成八等份，切口宽度为2～3mm，并将切开的圆管壁向外撑开，撑开后的圆管壁构成的最大圆形直径d3比锚杆孔直径大4～6mm。已有的研究结果表明，对于螺纹钢锚杆，钻孔直径和杆体直径之差应控制在4～10mm之间才能保证锚固效果，尤以6～8mm为最佳(同时考虑锚固效果与施工难易程度)。以钻孔直径为φ28mm的锚杆孔为例，较为合适的锚杆直径应为φ20～φ22mm，故d3应控制在32～34mm之间。

如图3所示，本发明的伞状簧片结构锚杆锚头装置的使用方法如下：

锚杆孔钻好后，安装锚杆之前，先将伞状簧片结构锚头装置安装在锚杆内端头，且伞状簧片结构朝向锚杆尾部；然后将带有伞状簧片结构锚头装置的锚杆推入锚杆孔中，当伞状簧片结构锚头装置在钻孔内单纯推进时，由于钻孔直径的限制和簧片的弹性使伞状簧片结构均贴紧钻孔孔壁，待锚杆将锚固剂缓慢推入眼底后，将锚杆钻机与锚杆连接，开动锚杆钻机，边搅拌树脂边将锚杆推至孔底，在搅拌树脂过程中伞状簧片结构锚头装置上的簧片会将树脂锚固剂3搅拌得更均匀，充满锚杆内锚固头整个钻孔区域，此时簧片依靠自身弹性会张开，撑向钻孔孔壁，提供可靠的锚固效果。等树脂锚固剂凝固后，安装锚杆托盘6、拧紧螺母5，进行锚杆预紧，使其达到要求的锚杆预紧力。锚杆安装后的效果如图2所示。

本发明的伞状簧片结构锚杆锚头装置既能在松软破碎煤(岩)体中，提高锚杆的锚固性能，又能解决在强流变煤(岩)体中锚杆失锚率高，难以锚固的技术难题。本发明的锚头装置为流变煤(岩)体中提高锚杆安装时的预紧力创造条件，还能使锚固剂搅拌均匀并完全充满锚固区域；它既能起到锚杆及时主动支护的作用，又能提高锚杆在流变煤(岩)体中的锚固力，防止锚杆锚固失效，从而减少巷道支护成本，最大限度地发挥锚杆锚固性能，为有效控制流变煤(岩)体变形提供较好的技术保障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。