一种管式垫板及使用该管式垫板的锚杆组件的制作方法

1.本实用新型属于岩土支护技术领域，特别涉及一种管式垫板及使用该管式垫板的锚杆组件。


背景技术：

2.在围岩区域进行施工中，需要采用锚杆组件对围岩进行支护。现有技术中，一般采用垫板配合锚杆；安装时，将锚杆插入对应的岩孔中，然后将垫板套设在锚杆靠近岩孔入口的一端，再使用螺母等锁紧件与锚杆螺纹连接，从而将垫板顶压在岩孔入口区域的围岩外表面上。垫板由于呈板状结构，自身结构强度高，因此其轴向让压能力较弱，并且不具备对岩孔的径向支护能力，容易导致在岩土大变形或高地应力区域导致的拉力作用下致使锚杆变形甚至断裂，使得刚性支护和锚固作用失效。此外，现有技术中，一般能实现对较大轴向让压量的结构一般为嵌入岩孔内部的套管结构，此类套管结构与垫板为分体式设置，不仅导致零件数量增加，并且套管结构对岩孔的径向支护能力较弱，不能兼具对岩孔较强的径向和轴向支护能力。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提出一种管式垫板及使用该管式垫板的锚杆组件，以解决现有技术的不足。
4.本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的管式垫板，管式垫板管呈中空管状结构，管式垫板的后端向外扩径并形成与岩孔入口挡止配合的挡止段，挡止段的外壁具有与岩孔入口处的内壁配合的斜面，管式垫板的前端径向向内收缩形成一收口段，挡止段与收口段之间的管式垫板为径向支护段，径向支护段的外径大于岩孔的内径，径向支护段强装于岩孔的内部，从而使管式垫板的径向支护段对岩孔起到径向支护作用，管式垫板上开设有弹簧缝槽，弹簧缝槽沿前后方向延伸，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处。有益效果是：管式垫板用于替代现有技术中的垫板，并在现有垫板的功能基础之上，具备了径向支护能力，且能配合锚杆组件的其它零件实现轴向让压能力。由于管式垫板一体成型，结构强度高，生产成本较低，利于高效率的批量生产，管式垫板安装在对应的岩孔中后与岩孔的内壁为紧配合，能对岩孔进行较强的径向支护。
5.进一步的，弹簧缝槽的两端分别具有一个圆孔，圆孔的直径大于弹簧缝槽的直线孔段的宽度。
6.普通锚杆组件，包括母芯、锚杆以及上述的管式垫板，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，母芯螺纹连接于锚杆上，锚杆的前端锚固于岩孔底部，锚杆在靠近岩孔入口处套设有所述管式垫板，母芯顶推所述管式垫板的挡止段的内壁，以将管式垫板封堵在岩孔的入口内部处，且母芯与挡止段的内壁沿前后方向挡止配合，母芯不能进入径向支护段内部。有益效果是：将管式垫板与母芯、锚杆配合，母芯的外径应明显大于径向支护段内径，母芯无法进
入径向支护段内，也无法在径向支护段中轴向滑移摩擦，因此能实现普通锚杆组件的作用，但与现有垫板形状仅为方形板状的结构相比，其能额外实现对岩孔的径向支护效果，且零件数量并没有增加。
7.进一步的，母芯为球形开槽螺母，球形开槽螺母的前端呈球面状结构，球形开槽螺母的前端沿环向开设有一个或多个轴向劈槽，轴向劈槽将球形开槽螺母的前端分割为若干个弧面部；球形开槽螺母的中部沿环向设置有一个或多个轴向延伸的排气槽，排气槽设于母芯的外周面，且轴向劈槽与对应排气槽的前端连通，球形开槽螺母的后端与锚杆螺纹配合的六角螺母。
8.让压锚杆组件，包括母芯、锚杆以及管式垫板，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，锚杆的前端锚固于岩孔底部，锚杆在靠近岩孔入口处套设有所述管式垫板，管式垫板的后端向外扩径并形成与岩孔入口挡止配合的挡止段，管式垫板的前端径向向内收缩形成一收口段，挡止段与收口段之间的管式垫板为径向支护段，母芯的外径大于径向支护段的内径，母芯与锚杆螺纹连接并向岩孔内部方向顶推管式垫板的挡止段内壁，以将管式垫板锁紧并封堵在岩孔的入口内部处，径向支护段的外径大于岩孔的内径，径向支护段强装于岩孔内部，从而使径向支护段对岩孔起到径向支护作用；管式垫板上开设有弹簧缝槽，弹簧缝槽沿前后方向延伸，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处；母芯在让压过程中与径向支护段的内壁在前后方向上摩擦滑移配合以实现轴向让压，且母芯在轴向让压时将所述径向支护段径向撑开，以增强管式垫板对岩孔的径向支护力。有益效果是：将管式垫板与母芯、锚杆配合，母芯的外径应略大于径向支护段内径，母芯能进入径向支护段内，进而能在径向支护段中轴向滑移摩擦，因此能实现径向支护和轴向让压作用。
9.进一步的，母芯为球形开槽螺母，球形开槽螺母的前端呈球面状结构，球形开槽螺母的前端沿环向开设有一个或多个轴向劈槽，轴向劈槽将球形开槽螺母的前端分割为若干个弧面部；球形开槽螺母的中部沿环向设置有一个或多个轴向延伸的排气槽，排气槽设于母芯的外周面，且轴向劈槽与对应排气槽的前端连通，球形开槽螺母的后端与锚杆螺纹配合的六角螺母，六角螺母的外径小于球形开槽螺母中部的外径。
10.径向预应力锚杆组件，包括母芯、锚杆以及管式垫板，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，锚杆在靠近岩孔入口处套设有管式垫板，管式垫板管呈中空管状结构，管式垫板的后端向外扩径并形成与岩孔入口挡止配合的挡止段，挡止段的外壁具有与岩孔入口处的内壁配合的斜面，管式垫板的前端径向向内收缩形成一收口段，挡止段与收口段之间的管式垫板为径向支护段，径向支护段的外径大于岩孔的内径，径向支护段强装于岩孔的内部，从而使径向支护段对岩孔起到径向支护作用，管式垫板上开设有弹簧缝槽，弹簧缝槽沿前后方向延伸，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处；
11.锚杆上还套装有限位螺母，限位螺母与锚杆螺纹连接，所述限位螺母设于管式垫板的前端；旋转母芯以使母芯朝岩孔内部方向顶推挡止段的内壁，进而将管式垫板顶紧并封堵在岩孔的入口内部处；母芯通过与挡止段的内壁顶推配合以使所述弹簧缝槽张开，即弹簧缝槽的直线孔段的宽度变大，进而增强管式垫板的挡止段对岩孔入口处的径向支护力度；母芯与挡止段在朝岩孔内部方向为挡止配合，母芯不能进入径向支护端内。
12.有益效果是：此种方案中，锚杆的前端可以不锚固在岩孔底部，即不通过常规的机械锚固件或树脂锚固件与岩孔固定，适用于塌孔场景，锚杆前端不设置锚固件，能实现径向
支护效果，同时属于径向预应力锚杆组件领域，能在径向上对岩孔施加一定的预应力。
13.进一步的，母芯为球形开槽螺母，球形开槽螺母的前端呈与挡止端内壁顶推配合的球面状结构，球形开槽螺母的前端沿环向开设有一个或多个轴向劈槽，轴向劈槽将球形开槽螺母的前端分割为若干个弧面部；球形开槽螺母的中部沿环向设置有一个或多个轴向延伸的排气槽，排气槽设于母芯的外周面，且轴向劈槽与对应排气槽的前端连通，球形开槽螺母的后端与锚杆螺纹配合的六角螺母，六角螺母的外径小于球形开槽螺母中部的外径。
14.双向预应力锚杆组件，包括母芯、锚杆以及管式垫板，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，锚杆的前端锚固于岩孔底部，锚杆在靠近岩孔入口处套设有管式垫板，管式垫板管呈中空管状结构，管式垫板的后端向外扩径并形成与岩孔入口挡止配合的挡止段，挡止段的外壁具有与岩孔入口处的内壁配合的斜面，管式垫板的前端径向向内收缩形成一收口段，挡止段与收口段之间的管式垫板为径向支护段，径向支护段的外径大于岩孔的内径，径向支护段强装于岩孔的内部，从而使径向支护段对岩孔起到径向支护作用，管式垫板上开设有弹簧缝槽，弹簧缝槽沿前后方向延伸，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处；
15.旋转母芯以使母芯朝岩孔内部方向顶推挡止段的内壁，进而将管式垫板顶紧并封堵在岩孔的入口内部处；母芯通过与挡止段的内壁顶推配合以使弹簧缝槽张开，进而使管式垫板的挡止段径向扩张以增强对岩孔入口的径向支护力度，母芯与挡止段在朝岩孔内部方向为挡止配合，母芯不能进入径向支护端内。
16.有益效果是：本方案为双向预应力锚杆组件，锚杆的前端与岩孔底部需要通过锚固件进行相对固定，同时，旋转母芯对管式垫板施加预应力，提高管式垫板的径向支护能力，母芯外径明显大于径向支护端内径，且无法进入径向支护端内部，能通过母芯与管式垫板轴向上的挡止配合，提供较强的轴向预应力。
17.进一步的，母芯为球形开槽螺母，球形开槽螺母的前端呈与挡止端内壁顶推配合的球面状结构，球形开槽螺母的前端沿环向开设有一个或多个轴向劈槽，轴向劈槽将球形开槽螺母的前端分割为若干个弧面部；球形开槽螺母的中部沿环向设置有一个或多个轴向延伸的排气槽，排气槽设于母芯的外周面，且轴向劈槽与对应排气槽的前端连通，球形开槽螺母的后端与锚杆螺纹配合的六角螺母，六角螺母的外径小于球形开槽螺母中部的外径。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
19.图1是本实用新型中让压锚杆组件的剖面结构示意图。
20.图2是让压锚杆组件轴向让压后的状态示意图。
21.图3是本实用新型中管式垫板的外观示意图。
22.图4是本实用新型中母芯结构示意图。
23.图5是本实用新型中径向预应力锚杆组件的剖面示意图。
24.图6是本实用新型中双向预应力锚杆组件的剖面示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型技术方案作进一步的详细说明。
26.管式垫板的实施例：
27.如图3，管式垫板管呈中空管状结构，整个管式垫板2为一体成型金属管式结构，结构强度高。管式垫板的后端向外扩径并形成与岩孔入口挡止配合的挡止段21，挡止段的外壁具有与岩孔入口处的内壁配合的斜面211，管式垫板的前端径向向内收缩形成一收口段22，挡止段与收口段之间的管式垫板为径向支护段23，径向支护段的外径大于岩孔4的内径，径向支护段强装于岩孔的内部，从而使管式垫板的径向支护段对岩孔起到径向支护作用，管式垫板上开设有弹簧缝槽24，弹簧缝槽沿前后方向延伸，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处；即弹簧缝槽24的两端分别距离管式垫板的对应端部具有一定的距离。收口段22外径略小于岩孔内径，可利于管式垫板2顺利打入岩孔4内部。
28.弹簧缝槽24在管式垫板2的周向上可以设置一个或间隔均布设置两个或两个以上，但其设置数量不应过多，应保证管式垫板2自身的结构强度。弹簧缝槽24的作用是使管式垫板2具有径向弹性收缩和径向弹性扩张的能力，使所述管式垫板2成为弹性管结构。实际使用时，岩孔开设的直径略小于管式垫板2的径向支护段23的外径，管式垫板2是以强装的方式打入岩孔内，由于存在弹簧缝槽，则在强装时所述管式垫板具备径向向内收缩的能力，从而能够装入岩孔内；插装到位后(如图1所示的状态)，弹簧缝槽具备恢复弹性变形的径向扩张力，径向扩张复位力能使管式垫板2与岩孔的内壁形成紧配合，实现对岩孔的径向支护效果，并在管式垫板与岩孔存在轴向相对位移时，二者形成轴向摩擦配合的关系。
29.作为优选，弹簧缝槽24的两端分别具有一个圆孔241，圆孔的直径大于弹簧缝槽24的宽度，从而可有效避免弹簧缝槽24的直线孔段242在受母芯的径向压迫作用下发生开裂。
30.本实施例中的管式垫板能配合母芯、锚杆组成各类锚杆组件(如普通锚杆组件、让压锚杆组件、径向预应力锚杆组件、双向预应力锚杆组件)，从而实现多种功能，适应各种围岩区域；以下对各种锚杆组件进行详细说明。
31.让压锚杆组件的实施例：
32.如图1至图4，让压锚杆组件包括锚杆1、管式垫板2和母芯3，本实施例中，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，以锚杆的轴向延伸方向为前后方向，为中空锚杆时配合注浆机可实现注浆功能。
33.锚杆1的前端通过机械锚固件或树脂锚固件和围岩固化在一起，在锚杆1上靠近岩孔4的入口处套设所述管式垫板2，管式垫板2呈中空管状结构，管式垫板2的后端向外扩径并形成与岩孔入口轴向挡止配合的挡止段21，管式垫板2的前端径向向内收缩形成一收口段22，收口段22可利于管式垫板2顺利打入岩孔4内部，挡止段与收口段之间的管式垫板部分为径向支护段23，整个管式垫板2为一体成型金属管式结构，结构强度高。锚杆1为带外螺纹的钢筋，母芯3为金属短管结构，金属短管结构内壁设有与外螺纹配合的内螺纹。母芯3与锚杆1螺纹连接后，将管式垫板2轴向向前顶推以封堵于岩孔的入口处。母芯3的外径略大于径向支护段23的内径，以便于母芯3能以滑移摩擦形式进入径向支护段23内进而起到轴向让压作用。
34.作为一种可行的实施例，管式垫板2的长度是母芯长度的5倍以上，从而能实现围
岩较大变形时的轴向让压功能，具备较大轴向让压量，但管式垫板2的设置长度不限于此。
35.进一步的，管式垫板2上开设有弹簧缝槽24，弹簧缝槽24沿前后方向延伸，弹簧缝槽24的两端分别距离管式垫板的对应端部具有一定的距离。例如本实施例中，弹簧缝槽的一端位于挡止段，另一端位于径向支护段与收口段的衔接处，弹簧缝槽24在管式垫板2的周向上可以间隔均布设置一个以上，但其设置数量不应过多，应保证管式垫板2自身的结构强度。弹簧缝槽24的作用是使管式垫板2具有径向弹性收缩和径向弹性扩张的能力，使所述管式垫板2成为弹性管结构。实际使用时，岩孔开设的直径略小于管式垫板2的径向支护段23的外径，因此，管式垫板2是以强装的方式打入岩孔内，由于存在弹簧缝槽，则在强装时所述管式垫板具备径向向内收缩的能力，从而能够装入岩孔内；插装到位后(如图1所示的状态)，弹簧缝槽具备恢复弹性变形的径向扩张力，径向扩张复位力能使管式垫板2与岩孔的内壁形成紧配合，实现对岩孔的径向支护效果，并在管式垫板与岩孔存在轴向相对位移时，二者形成轴向摩擦配合的关系。
36.弹簧缝槽24的两端分别具有一个圆孔241，圆孔的直径大于弹簧缝槽24的宽度，从而可有效避免弹簧缝槽24的直线孔段242在受母芯的径向挤压作用下发生开裂。
37.结合图4，母芯3为球形开槽螺母，球形开槽螺母的前端呈球面状结构，母芯的前端为最大外径处，母芯的前端呈球面状结构的外径较径向支护段内径大2-6mm，以便于母芯在外力作用下能滑移进入径向支护段。球形开槽螺母的中部沿环向设置有多个轴向延伸的排气槽31，且排气槽31贯通开设于母芯的外周面，球形开槽螺母的后端为带有内螺纹的六角螺母32，以便于母芯与锚杆的旋拧连接。球形开槽螺母前端具有与管式垫板2内壁顶压配合的弧面部33，弧面部在让压滑移时可减少对管式垫板2的损伤，球形开槽螺母的前端沿环向均布开设多个轴向劈槽34，轴向劈槽34与对应排气槽31的前端连通，轴向劈槽34及对应的排气槽31能与管式垫板2的内壁之间形成通向外界的排气通道，从而在注浆时起到溢浆排气作用。作为优选，六角螺母32的外径略小于母芯3中部的外径，使得六角螺母的前端面不会在轴向上堵住排气槽的后端入口。
38.母芯的中部及母芯的六角螺母的内壁均可设置与锚杆配合的内螺纹，以提高母芯3与锚杆1的连接强度；母芯前端的弧面部的内壁与锚杆1之间具有较小间隙。本实施例中，轴向劈槽在周向上均布设有四个，轴向劈槽使母芯前端的球面状结构被均分为四个弧面部，对应的，排气槽均布设有四个；但本实用新型对其数量此不作限制。
39.工作时，按照图1所示的状态安装于高地应力或软岩区域的岩孔内，并使锚杆前端与岩孔的孔底进行锚固，当围岩受各种因素发生大变形时，锚杆受向岩孔内部方向的作用力，锚杆带动母芯相对于管式垫板朝岩孔内部移动，以实现让压。让压过程中，母芯与径向支护段的内壁形成轴向摩擦，由于存在弹簧缝槽，利于管式垫板径向扩张变形，母芯与径向支护段相对滑移以实现恒阻让压的效果；同时径向扩张后的管式垫板与岩孔内壁进一步挤压接触，实现更强的径向支护效果，并提供与母芯间较强的轴向摩擦力，以实现稳定的轴向让压。当母芯在径向支护段中滑移至收口段时，收口段与母芯的前端在向前方向上挡止配合，防止母芯继续滑移，最终形成如图2所示的状态。锚杆让压滑移完成后可以进行注浆，待浆液填满岩孔后凝固，完成锚杆的安装。
40.双向预应力锚杆组件的实施例：
41.如图6，本实施例与让压锚杆组件的实施例相比，其区别在于：母芯的前端外径较
径向支护段的内径大10mm以上，母芯无法进入径向支护段中，但安装时应施加一定的预应力，使母芯能将挡止段处的弹簧缝槽撑开，从而增强管式垫板对岩孔的径向支护效果。
42.径向预应力锚杆的实施例：
43.如图5，本实施例与让压锚杆组件的实施例相比，其区别点在于：(1)母芯的前端外径较径向支护段的内径大10mm以上，母芯无法进入径向支护段中，但安装时施加一定的预应力，使母芯能将挡止段处的弹簧缝槽撑开，从而增强管式垫板对岩孔的径向支护效果。但母芯结构与让压锚杆组件中的母芯一致，不再赘述。(2)锚杆的前端可以不设置锚固件，锚杆前端不与岩孔底部锚固，即本实施例的锚杆组件能适应岩孔的底部塌孔的场景，塌孔时锚杆前端插入岩孔底部大致位置处即可，无需锚固。(3)锚杆上还套装有限位螺母5，限位螺母5与锚杆1螺纹连接，所述限位螺母5设于管式垫板2的前端。安装时，旋转母芯以使母芯朝岩孔内部方向顶推挡止段的内壁，进而将管式垫板顶紧并封堵在岩孔的入口内部处；施加预应力，使母芯通过与挡止段的内壁顶推配合将弹簧缝槽撑开，管式垫板径向扩张，进而增强管式垫板对岩孔的径向支护力度；限位螺母与管式垫板前端抵接，用于防止锚杆相对于管式垫板向后移动，确保旋转母芯时能将管式垫板的挡止段处进行径向撑开，加强径向支护效果，适应锚杆前端无需与岩孔底部锚固的场景。
44.普通锚杆的实施例：
45.普通锚杆组件包括母芯、锚杆以及管式垫板，管式垫板为上述管式垫板实施例中所述的管式垫板，母芯的结构同让压锚杆组件实施例中的母芯，锚杆为中空锚杆或实心锚杆，母芯螺纹连接于锚杆上，锚杆的前端锚固于岩孔底部，锚杆在靠近岩孔入口处套设有所述管式垫板，母芯顶推管式垫板的挡止段的内壁，以将管式垫板封堵在岩孔的入口内部处，且母芯与挡止段的内壁沿前后方向挡止配合。母芯的外径应明显大于径向支护段内径(即母芯的前端外径较径向支护段的内径大10mm以上)，围岩变形时母芯无法进入径向支护段内，也无法在径向支护段中轴向滑移摩擦，因此能实现普通锚杆组件的作用，但与现有技术相比，其能额外实现径向支护效果，且零件数量并没有增加。本实施例中，旋转母芯时无需施加预应力。
46.此外，上述各实施例中，普通锚杆组件、双向预应力锚杆组件、径向预应力锚杆组件也有让压功能，但轴向让压量较小，此轴向让压量由挡止段外壁的斜面与岩孔配合实现，斜面能与岩孔入口处挤压配合实现较小的轴向让压。
47.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，未详述之处均为现有技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。