一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统及使用方法与流程

本发明涉及支护设备，尤其是提供了一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统及使用方法。

背景技术：

1、随着地下工程深度不断增大，深部地下工程具有高地压、高地温、高水压和动载扰动频发的特点。恒阻大变形锚杆或锚索由于其高支护阻力、高让变能力的优势，被广泛应用于深部地下工程。恒阻大变形锚杆或锚索可以较好的适应于深部地下工程的准静态大变形工况，但是现有技术难以应对深部矿井频发的强动载扰动。

2、目前广泛应用的恒阻大变形锚杆或锚索主要是通过不可逆的塑性形变或滑动来实现恒阻大变形要求。当恒阻大变形锚杆或锚索处于恒阻状态时，围岩发生动载扰动，尽管围岩表层与锚杆同时受动载影响且变形总量相同，但围岩变形由可恢复的弹性变形与不可恢复的塑性变形共同组成，而恒阻大变形锚杆或锚索仅存在不可恢复的塑性变形。当动载扰动结束后，围岩变形中弹性变形部分恢复，导致围岩表层与恒阻大变形锚杆或锚索之间存在变形差。围岩越完整，动载扰动越强烈，相应的变形差越大。此变形差使恒阻锚杆或锚索张弛度降低，动载扰动后，恒阻大变形锚杆或锚索对围岩的支护阻力降低。在高地压作用下，围岩进一步变形恶化。总之，动载扰动导致的恒阻大变形锚杆或锚索支护阻力急降会加剧围岩变形，对围岩变形控制产生不利影响。深部地下工程动载扰动频繁发生，在此循环动载扰动作用下，进一步降低了恒阻大变形锚杆或锚索的支护效果。

3、针对恒阻大变形锚杆或锚索在动载扰动后支护阻力降低、支护效果恶化，无法有效发挥自己恒阻的问题，为了使恒阻大变形锚杆或锚索在频繁的动载扰动下保持恒阻、避免明显的支护阻力降低，从而保证支护效果。另外，由于深部地下工程动载扰动频率高，且具有不可预测性，所以需要在动载扰动后自动进行锚杆张拉。由于地下工程中恒阻大变形锚杆或锚索使用数量大，保阻装置的成本控制要求高；井下空间有限，锚杆外漏段不宜过长，对保阻装置的体积限制要求高。为此需要对恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统做进一步的改进。

技术实现思路

1、由于恒阻大变形锚杆或锚索在动载扰动后，相对围岩产生更大的不可逆的拉伸变形，导致恒阻大变形锚杆或锚索支护阻力降低，使其对围岩支护强度降低，加剧了围岩变形；为了保证锚杆锚索不受动载扰动破坏，且在动载扰动后及时发挥作用，使恒阻大变形锚杆或锚索保持阻力恒定，本发明提供了一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统及使用方法，具体技术方案如下。

2、一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，包括中空液压油缸、单向进液阀、安全阀、液体流量开关和液压泵站，所述中空液压油缸布置于恒阻大变形锚杆或锚索的锁具螺母与托盘之间，液压泵站通过高压油管向中空液压油缸内泵压，单向进液阀设置在高压油管上，中空液压油缸与液压泵站之间的回流高压油管上设置有安全阀和液体流量开关；所述锚杆或锚索施加预紧力后，通过液压泵站控制中空液压油缸动作至恒阻状态，开启液压泵站自动控制。

3、优选的是，液压泵站分别连接多个中空液压油缸。

4、还优选的是，应用于深部巷道围岩变形控制中，当围岩发生动载扰动时，维持锚杆或锚索的恒定阻力值。

5、还优选的是，中空液压油缸的额定承载能力等于锚杆或锚索的恒定阻力值。

6、还优选的是，安全阀的开启压力大于中空液压油缸内部的最大液压，安全阀的开启压力根据中空液压油缸的参数、锚杆或锚索的参数确定。

7、还优选的是，液压泵站根据中空液压油缸的压力大小控制启停工作。

8、一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统的使用方法，利用上述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，该方法包括：

9、s1.中空液压油缸安装于托盘和锁具螺母之间，连接液压泵站和中空液压油缸；

10、s2.锚杆或锚索锚固后施加预紧力；

11、s3.启动液压泵站，向中空液压油缸泵送液压油，至中空液压油缸伸至额定承载压力，锚杆或锚索进入恒阻状态；

12、s4.液压泵站自动控制中空液压油缸。

13、进一步优选的是，锚杆或锚索收到围岩动载扰动时，轴向受力增大，中空液压油缸的载荷超过其额定载荷，中空液压油缸内的液压油超过安全阀的开启压力后，中空液压油缸受压收缩；液压泵站自动启动并持续向中空液压油缸泵送液压油；动载扰动结束后中空液压油缸内的压力减小，安全阀关闭，向中空液压油缸泵送液压油，锚杆或锚索再次进入恒阻状态。

14、进一步优选的是，恒阻状态下，安全阀关闭，单向进液阀和安全阀配合在中空液压油缸内形成封闭保压区域。

15、进一步优选的是，安全阀和液压泵站联动，安全阀开启后液压泵站启动，并向中空液压油缸泵送液压油。

16、本发明提供的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统及使用方法有益效果包括：

17、(1)恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统在安装启动后，中空液压油缸主动对恒阻大变形锚杆或锚索进行张拉，使恒阻大变形锚杆或锚索快速进入恒阻状态，提高了支护强度。

18、(2)当动载扰动时，恒阻大变形锚杆或锚索自动保阻系统中安全阀及时开启，此时中空液压油缸压缩，吸收大部分扰动变形，减小恒阻大变形锚杆或锚索与围岩之间的变形差，降低恒阻大变形锚杆或锚索的支护阻力。

19、(3)动载扰动后，恒阻大变形锚杆或锚索自动保阻系统继续工作，使中空液压油缸伸张，对恒阻大变形锚杆或锚索进行张拉，使其快速恢复恒阻状态，提高了恒阻大变形锚杆或锚索的支护效果。

20、(4)该系统采用分体式设计，其中空液压油缸体积小，不会明显增大恒阻大变形锚杆或锚索外漏段长度，从而降低对地下空间的占用。

21、(5)该系统在使用时可根据大流量安全阀的开启与关闭自行判定液压泵站启动关闭，无需人工操作，可以很好的应对深部地下工程随机频发的动载扰动。该系统的一台液压泵站可以为多个中空液压油缸泵压，极大的降低单条恒阻大变形锚杆或锚索的保阻成本。

技术特征：

1.一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，包括中空液压油缸、单向进液阀、安全阀、液体流量开关和液压泵站，所述中空液压油缸布置于恒阻大变形锚杆或锚索的锁具螺母与托盘之间，液压泵站通过高压油管向中空液压油缸内泵压，单向进液阀设置在高压油管上，中空液压油缸与液压泵站之间的回流高压油管上设置有安全阀和液体流量开关；所述锚杆或锚索施加预紧力后，通过液压泵站控制中空液压油缸动作至恒阻状态，开启液压泵站自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，所述液压泵站分别连接多个中空液压油缸。

3.根据权利要求1或2所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，应用于深部巷道围岩变形控制中，当围岩发生动载扰动时，维持锚杆或锚索的恒定阻力值。

4.根据权利要求1或2所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，所述中空液压油缸的额定承载能力等于锚杆或锚索的恒定阻力值。

5.根据权利要求1或2所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，所述安全阀的开启压力大于中空液压油缸内部的最大液压，安全阀的开启压力根据中空液压油缸的参数、锚杆或锚索的参数确定。

6.根据权利要求1或2所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，其特征在于，所述液压泵站根据中空液压油缸的压力大小控制启停工作。

7.一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统的使用方法，利用权利要求1至6任一项所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统，该方法包括：

8.根据权利要求7所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统的使用方法，其特征在于，所述锚杆或锚索收到围岩动载扰动时，轴向受力增大，中空液压油缸的载荷超过其额定载荷，中空液压油缸内的液压油超过安全阀的开启压力后，中空液压油缸受压收缩；液压泵站自动启动并持续向中空液压油缸泵送液压油；动载扰动结束后中空液压油缸内的压力减小，安全阀关闭，向中空液压油缸泵送液压油，锚杆或锚索再次进入恒阻状态。

9.根据权利要求8所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统的使用方法，其特征在于，所述恒阻状态下，安全阀关闭，单向进液阀和安全阀配合在中空液压油缸内形成封闭保压区域。

10.根据权利要求8所述的一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统的使用方法，其特征在于，所述安全阀和液压泵站联动，安全阀开启后液压泵站启动，并向中空液压油缸泵送液压油。

技术总结
本发明提供了一种恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动自动保阻系统及使用方法，涉及支护设备技术领域。该系统包括中空液压油缸、单向进液阀、安全阀、液体流量开关和液压泵站，其中中空液压油缸布置于恒阻大变形锚杆或锚索锁具螺母与托盘之间，液压泵站向中空液压油缸内泵压，直至达到最大伸缩行程，主动控制时可主动张拉恒阻大变形锚杆或锚索，使其快速进入恒阻状态；自动控制时，可在动载扰动时，及时减小中空液压油缸伸缩行程，吸收部分变形，动载扰动后及时增大中空液压油缸行程，张拉恒阻大变形锚杆或锚索，使其恢复恒阻状态。本发明有效抑制恒阻大变形锚杆或锚索动载扰动后支护阻力降低，提高了恒阻大变形锚杆或锚索的支护效果。

技术研发人员：李国锋,栾恒杰,谢华东,陈永强,冯冉,蒋宇静,宁尚格,张孙豪,王宪来,李鑫鹏,宗宪生
受保护的技术使用者：兖矿能源集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17