一种基于负泊松比结构的锚杆系统

本发明属于锚杆，具体涉及一种基于负泊松比结构的锚杆系统。

背景技术：

1、我国煤矿主要利用地下开采的方式，需要在井下掘进大量巷道，巷道内部需要进行支护来减少围岩的移动，保障巷道内部的安全。锚杆支护是巷道支护中最经济、最有效的支护技术，锚杆支护显著提高了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强度，因此，锚杆被广泛运用于巷道支护领域。

2、锚杆在深入巷道壁后，锚杆会受到巷道围岩的作用，使其处于受拉状态，导致锚杆受拉变细，直至破断失效，这就大大减弱了锚杆的锚固力，严重影响着开采的安全。现有的普通锚杆通常采用为一根完整的锚杆，在某些情况下，普通锚杆长度明显不足，若将普通锚杆加长则会受到井下空间的限制，现有技术中也有通过接头等进行加长的超长锚杆，但接头一般采用接箍等形式通过螺纹实现锚杆的加长，加长后的锚杆实质上仍然为一个整体，在受力时实质上仍然为整根锚杆受力，锚杆的抗变形能力和缓冲能力仍然仅取决于其自身的材料和尺寸，因而其对围岩变形的适用能力较差。

3、有鉴于此，需要对现有技术进行进一步改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种基于负泊松比结构的锚杆系统，目的是为了提高锚杆的抗变形和缓冲能力，以解决现有锚杆针对围岩变形适用能力差的问题。

2、为了实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其包括第一锚杆，所述第一锚杆包括第一锚杆杆体、弹性结构和固定环，所述第一锚杆杆体包括杆身、套设在杆身上的负泊松比结构层和套设在负泊松比结构层上的套筒，其中，套筒的一端向内凹陷并直接套接在杆身上，由此形成对负泊松比结构层的一端端部的轴向限位，套筒的另一端为敞口设置且通过固定环与杆身相固定，由此形成对负泊松比结构层的另一端端部的轴向限位，所述弹性结构套设在杆身上并在套筒外部抵接在套筒的所述向内凹陷的一端，所述弹性结构设置在用于布设所述锚杆系统的钻孔的孔口位置处。

4、优选的，所述弹性结构包括弹性件、第一托盘、第二托盘和螺杆，第一托盘位于靠近负泊松比结构层的一侧，第二托盘位于远离负泊松比结构层的一侧，第一托盘和第二托盘的中心均开设有与杆身相匹配的通孔，在通孔的外侧均呈圆周阵列的方式布置有多个螺杆孔，螺杆滑动穿设在第一托盘和第二托盘的螺杆孔内，且螺杆的靠近第二托盘的一端设置有螺帽以限制第二托盘从螺杆上脱出，螺杆的靠近第一托盘的一端在穿过第一托盘后固定至巷道的墙体中；所述弹性件设置在第一托盘和第二托盘之间；初始时，弹性件处于压缩状态。

5、优选的，在位于固定环一端的杆身上还套接有固定套，套筒套设在固定套外，固定环套设在套筒外，固定环包括套环和凸台，凸台沿着套环的圆周间隔均匀分布在套环上，凸台上设置有沿着径向方向的螺孔，固定套上设置有对应的螺孔，套筒上设置有与上述螺孔相对应的沿轴向方向设置的开口槽，套筒、固定套和固定环通过对应设置的上述螺孔、开口槽实现固定连接。较佳的，固定套与杆身之间通过螺纹连接，这样，在固定套围绕杆身旋转时，固定套能够沿着杆身在轴向方向上移动，因而能够实现对负泊松比结构层的另一端端部的轴向限位。

6、进一步优选的，还包括第二锚杆，其包括第二锚杆杆体和连接套，连接套通过第一锚杆上的固定环与第一锚杆相连接，其中，连接套具有与第一锚杆相适配的内腔，在内腔的内壁设置有多个间隔设置的连接槽，连接槽包括第一槽腔和第二槽腔，第一槽腔沿着内腔的周向设置，第二槽腔沿着第二锚杆的轴向方向设置（两槽形成类似于l形的结构），所述连接槽与固定环上的凸台相适配，使得，当第一锚杆与第二锚杆相连接时，凸台先沿着第二槽腔滑动进入内腔，然后通过转动第一锚杆使凸台沿着第一槽腔移动，实现第一锚杆与第二锚杆在轴向方向的卡定。

7、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

8、提出了一种全新的锚杆系统，其包括带有负泊松比结构层的第一锚杆和带有连接套的第二锚杆，第一锚杆与第二锚杆之间通过连接套上的连接槽实现卡接，在锚杆受拉时，负泊松比结构层能够径向膨胀，对于变形后的岩体依然可以起到良好的锚固效果，同时具有较好的缓冲作用，而由于分体式设置，锚杆的整体长度得到加长，其抗变形能力等得到了大大的提高。

技术特征：

1.一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其包括第一锚杆，所述第一锚杆包括第一锚杆杆体（1）、弹性结构（2）和固定环（3），其特征在于，所述第一锚杆杆体（1）包括杆身（10）、套设在杆身（10）上的负泊松比结构层（9）和套设在负泊松比结构层（9）上的套筒（8），其中，套筒（8）的一端向内凹陷并直接套接在杆身（10）上，由此形成对负泊松比结构层（9）的一端端部的轴向限位，套筒（8）的另一端为敞口设置且通过固定环（3）与杆身（10）相固定，由此形成对负泊松比结构层（9）的另一端端部的轴向限位，所述弹性结构（2）套设在杆身（10）上并在套筒（8）外部抵接在套筒（8）的所述向内凹陷的一端，所述弹性结构（2）设置在用于布设所述锚杆系统的钻孔的孔口位置处。

2.如权利要求1所述的一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其特征在于，所述弹性结构（2）包括弹性件（4）、第一托盘（5）、第二托盘（6）和螺杆（7），第一托盘（5）位于靠近负泊松比结构层（9）的一侧，第二托盘（6）位于远离负泊松比结构层（9）的一侧，第一托盘（5）和第二托盘（6）的中心均开设有与杆身（10）相匹配的通孔，在通孔的外侧均呈圆周阵列的方式布置有多个螺杆孔，螺杆（7）滑动穿设在第一托盘（5）和第二托盘（6）的螺杆孔内，且螺杆（7）的靠近第二托盘（6）的一端设置有螺帽以限制第二托盘（6）从螺杆（7）上脱出，螺杆（7）的靠近第一托盘（5）的一端在穿过第一托盘（5）后固定至巷道的墙体中；所述弹性件（4）设置在第一托盘（5）和第二托盘（6）之间；初始时，弹性件（4）处于压缩状态。

3.如权利要求2所述的一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其特征在于，在位于固定环（3）一端的杆身（10）上还套接有固定套（11），套筒（8）套设在固定套（11）外，固定环（3）套设在套筒（8）外，固定环（3）包括套环（31）和凸台（32），凸台（32）沿着套环（31）的圆周间隔均匀分布在套环（31）上，凸台（32）上设置有沿着径向方向的螺孔，固定套（11）上设置有与之对应的螺孔，套筒（8）上设置有与上述螺孔相对应的沿轴向方向设置的开口槽，套筒（8）、固定套（11）和固定环（3）通过对应设置的上述螺孔、开口槽实现固定连接。

4.如权利要求3所述的一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其特征在于，固定套（11）与杆身（10）之间通过螺纹连接，在固定套（11）围绕杆身（10）旋转时，固定套（11）能够沿着杆身（10）在轴向方向上移动，由此实现对负泊松比结构层（9）的另一端端部的轴向限位。

5.如权利要求1-3中任一项所述的一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其特征在于，所述锚杆系统还包括第二锚杆，所述第二锚杆包括第二锚杆杆体（12）和连接套（13），连接套（13）通过第一锚杆上的固定环（3）与第一锚杆相连接，其中，连接套（13）具有与第一锚杆相适配的内腔，在内腔的内壁设置有多个间隔设置的连接槽（15），连接槽（15）包括第一槽腔（151）和第二槽腔（152），第一槽腔（151）沿着内腔的周向设置，第二槽腔（152）沿着第二锚杆的轴向方向设置，所述连接槽（15）与固定环（3）上的凸台（32）相适配，使得，当第一锚杆与第二锚杆相连接时，凸台（32）先沿着第二槽腔（152）滑动进入内腔，然后通过转动第一锚杆使凸台（32）沿着第一槽腔（151）移动，由此实现第一锚杆与第二锚杆在轴向方向的卡定。

6.如权利要求5所述的一种基于负泊松比结构的锚杆系统，其特征在于，连接套（13）的外壁上还设置有沿着第二锚杆的轴向方向设置的灌浆槽（14），灌浆槽（14）与连接槽（15）的第二槽腔（152）在圆周上相错开。

技术总结
本发明提供了一种基于负泊松比结构的锚杆系统，属于锚杆技术领域，其通过分段式设置两段锚杆结构，其中，第一锚杆上设置有负泊松比结构层，锚杆靠近钻孔孔口位置设置有弹性结构，通过这样的设置，锚杆的长度得到了加长，同时，在围岩发生变形后，依然可以起到良好的锚固效果，弹性结构具有较好的抗变形能力，同时具有较好的缓冲作用。

技术研发人员：李学龙,陈绍杰,周建,李志深,王永,王涛,张建,李小双,李明泽,冯帆,杜兆文,耿学生,高振亮,张新元,王维斌
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15