一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆

本发明涉及矿山巷道及岩土工程支护，尤其涉及一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆。

背景技术：

1、在采矿、土木、隧道等地下工程中，锚杆支护因为结构简单、施工方便、成本低廉，并可对岩体进行加固，充分发挥岩土体的自稳能力，有效控制其变形，防止岩土体坍塌破坏，以维护工程稳定，故而被广泛应用，并已成为岩土工程领域的主要支护方式。

2、然而随着深部工程建设和资源开采深度的不断发展，工程活动所面临的地质条件和应力环境愈发复杂，在深部高地应力与特殊地质构造等不利条件下，易出现围岩大变形、岩爆等工程灾害现象，现已成为深部工程亟待解决的重大问题之一。但一方面，传统技术中的锚杆大多为刚性锚杆，变形能力小，当围岩发生较大变形时，锚杆往往不能与围岩同步变形，而出现破断失效，难以保证围岩的稳定；另一方面，研究人员需实时有效监测围岩的变形量以及锚杆应力，便于对围岩大变形及岩爆等工程危害进行分级预测并提出预警。

3、因此，鉴于以上问题，在深部工程建设和资源开采中，需要一种锚杆支护构件，既具备适应大变形的能力和高锚固力，以控制岩体大变形和动力冲击灾害，又能监测围岩变形量及锚杆应力，对隧道、巷道等工程建设中围岩内部中长期受力变形机制、变形破坏特征的研究具有重要意义的锚杆。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，包括自由段锚杆和锚固段锚杆，所述自由段锚杆和锚固段锚杆内端分别穿入第一增阻吸能元件内并通过变形监测元件连接，位于所述第一增阻吸能元件内的所述锚固段锚杆上设置有螺母，位于所述第一增阻吸能元件内的所述自由段锚杆上套有蘑菇头螺母，所述蘑菇头螺母滑动连接于所述第一增阻吸能元件内壁，所述自由段锚杆外端通过第一连接螺母连接有托盘，所述第一增阻吸能元件内设有第二增阻吸能元件，所述第二增阻吸能元件套于所述自由段锚杆，所述锚固段锚杆外端由内向外依次套有第二锚固元件、第二连接螺母、第一锚固元件。

4、所述第一增阻吸能元件为一端设有敞口且另一端设有中心圆孔的套筒，所述套筒的内径从敞口端到圆孔端逐渐减小，圆环板套接于所述圆孔端，所述圆环板中部设有中心孔供所述自由段锚杆穿过，圆环封盖焊接于所述敞口端的边缘处，所述圆环封盖中部设有通孔供所述锚固段锚杆穿过，所述第二增阻吸能元件安装于所述套筒内且靠近所述圆孔端，所述第二增阻吸能元件最小内径略小于所述自由段锚杆的最大外径，所述第二增阻吸能元件的最大外径略小于所述套筒的最小内径。

5、进一步地，所述第二增阻吸能元件为高强截锥螺旋弹簧或高强截锥涡卷弹簧。

6、进一步地，所述变形监测元件包括两个监测弹簧和拉力传感器；所述监测弹簧的内端均与所述拉力传感器连接，所述监测弹簧的外端分别与所述自由段锚杆和锚固段锚杆固定连接。

7、进一步地，所述拉力传感器上设有无线模块，用于反馈围岩变形量。

8、进一步地，所述第一级锚固元件为涨壳锚头、快速树脂药卷或速凝水泥药卷。

9、进一步地，所述第二级锚固元件为中空锚固药卷。

10、进一步地，所述蘑菇头螺母大径段与所述第一增阻吸能元件内壁紧密贴合。

11、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

12、通过第一、二级锚固元件的及时锚固、锚固段杆体与吸能元件配合可适应多种恶劣工况条件支护需求；本发明的第一、二级增阻吸能元件可在保证高锚固力的同时，可实现结构的分级增阻变形，可避免单个增阻元件超出预设阻力而失效，同时大幅度提高锚杆的变形能力，以适应高应力条件下岩体的大变形、岩爆等灾害；本发明的变形检测元件可实时监测围岩的变形量，从而预测围岩的变形变化规律并对工程灾害提出预警。本发明还具有结构简单、使用方便、价格低廉的特点，杆体采用传统螺纹钢制备，即可实现大变形、高工作阻力、可监测围岩变形的目标，更利于在实际工程中推广采用。基于上述理由本发明可在矿山巷道及岩土工程支护等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，包括自由段锚杆和锚固段锚杆，所述自由段锚杆和锚固段锚杆内端分别穿入第一增阻吸能元件内并通过变形监测元件连接，位于所述第一增阻吸能元件内的所述锚固段锚杆上设置有螺母，位于所述第一增阻吸能元件内的所述自由段锚杆上套有蘑菇头螺母，所述蘑菇头螺母滑动连接于所述第一增阻吸能元件内壁，所述自由段锚杆外端通过第一连接螺母连接有托盘，所述第一增阻吸能元件内设有第二增阻吸能元件，所述第二增阻吸能元件套于所述自由段锚杆，所述锚固段锚杆外端由内向外依次套有第二锚固元件、第二连接螺母、第一锚固元件。

2.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述第一增阻吸能元件为一端设有敞口且另一端设有中心圆孔的套筒，所述套筒的内径从敞口端到圆孔端逐渐减小，圆环板套接于所述圆孔端，所述圆环板中部设有中心孔供所述自由段锚杆穿过，圆环封盖焊接于所述敞口端的边缘处，所述圆环封盖中部设有通孔供所述锚固段锚杆穿过，所述第二增阻吸能元件安装于所述套筒内且靠近所述圆孔端，所述第二增阻吸能元件最小内径略小于所述自由段锚杆的最大外径，所述第二增阻吸能元件的最大外径略小于所述套筒的最小内径。

3.根据权利要求2所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述第二增阻吸能元件为高强截锥螺旋弹簧或高强截锥涡卷弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述变形监测元件包括两个监测弹簧和拉力传感器；所述监测弹簧的内端均与所述拉力传感器连接，所述监测弹簧的外端分别与所述自由段锚杆和锚固段锚杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述拉力传感器上设有无线模块，用于反馈围岩变形量。

6.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述第一级锚固元件为涨壳锚头、快速树脂药卷或速凝水泥药卷。

7.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述第二级锚固元件为中空锚固药卷。

8.根据权利要求1所述的一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，其特征在于，所述蘑菇头螺母大径段与所述第一增阻吸能元件内壁紧密贴合。

技术总结
本发明提供一种可监测围岩变形的增阻吸能锚杆，包括自由段锚杆和锚固段锚杆，自由段锚杆和锚固段锚杆内端分别穿入第一增阻吸能元件内并通过变形监测元件连接，位于第一增阻吸能元件内的锚固段锚杆上设置有螺母，位于第一增阻吸能元件内的自由段锚杆上套有蘑菇头螺母，蘑菇头螺母滑动连接于第一增阻吸能元件内壁，自由段锚杆外端通过第一连接螺母连接有托盘，第一增阻吸能元件内设有第二增阻吸能元件，锚固段锚杆外端由内向外依次套有第二锚固元件、第二连接螺母、第一锚固元件，本发明可适应多种恶劣工况条件支护需求且实现结构的分级增阻变形，可避免单个增阻元件超出预设阻力而失效，以适应高应力条件下岩体的大变形、岩爆等灾害。

技术研发人员：王者超,孙大为,刘克奇,乔丽苹,员鹤飞,罗洪林,秦镭镭,马广原,单百贺
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8