锚索与金属支架联合互补支护装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种井巷工程用锚索与金属支架联合互补支护装置及方法，适用于井巷工程中软岩巷道、难支护巷道等采用锚索与金属支架支护时联合互补加固使用。
【背景技术】
[0002]金属支架架棚支护适用范围广泛，尤其适用于修复巷道、破碎围岩巷道、钻孔钻进率低的巷道，但是金属支架全段基本等强，支护时支架各段弯矩不同，存在弯矩明显较大的几个截面，这个就是金属支架支护时的薄弱截面，在最大弯矩处进行]补强可以明显降低最大弯矩显著提高支架承载能力。
[0003]现有的对金属支架进行薄弱位置进行补强的方式基本都是通过外置短工字钢、短U型钢、在中间打孔，通过锚索补强，这种方式起到了一定的效果。但是外置的短工字钢或短U型钢不仅占用巷道断面而且与锚索的承载力不匹配，锚索的支护能力没有有效发挥的条件下短梁就发生屈服弯曲，失去补强作用；部分采取给锚索施加低预紧力的方式，此时短工字钢、U型钢给予支架的补强作用有限，使得补强效果大大降低，一旦金属支架变形，补强的短工字钢就会很快屈服弯曲，这样锚索、金属支架、短工字钢之间承载力无法实现有效匹配。特别的，锚索只用来通过短梁给予支架弱截面补强、没有直接加固围岩的作用，所以锚索的利用效率大大降低。这就导致锚索、金属支架无法发挥各自支护优势来维护巷道稳定。
[0004]金属梁的抗弯曲能力远小于抗拉能力，所以研发出抗拉的棚索联合装置、且锚索可直接加固围岩，实现金属支架与锚索的优势互补的前提下，最大限度的发挥各自支护效果O
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种锚索与金属支架联合互补支护装置和方法，把锚索与金属支架有机联合到一起，实现锚索与金属支架既相互独立、又相互联合，取长补短、最大限度发挥金属支架与锚索的各自支护优势。
[0006]解决上述问题的技术方案是:一种锚索与金属支架联合互补支护装置，包括对设于围岩外部的金属网起到支承作用的U形金属支架，U形金属支架的开口扣合在金属网上；所述U形金属支架的外部顺次设有U形金属支架短梁以及金属支架转荷梁，两相邻的金属支架之间设有锚索，锚索的一端位于围岩内，另一端位于围岩外部且顺次安装有托盘、锚索转荷梁和锚具，所述金属支架转荷梁与锚索转荷梁之间连接有斜拉杆，在金属网的安装面形成连续的V形锚固系统。
[0007]所述锚索的外端位于金属网内，所述托盘安装于围岩上。
[0008]所述金属网与围岩之间设有充填物，锚索的外端延伸至金属网的外部，所述托盘安装在金属网上。
[0009]所述金属网的外部设有喷浆层，所述托盘安装在喷浆层上。
[0010]所述锚索转荷梁为长方形结构，其中间设有锚索安装孔，两侧对称设有拉杆孔I。
[0011]所述锚索安装孔为直通孔。
[0012]所述拉杆孔I的底端向外倾斜至锚索转荷梁的边缘，形成斜通孔。
[0013]所述金属支架转荷梁的截面为中间设有凹槽的台阶状，凹槽与金属支架短梁的底面吻合嵌装，两侧边设有拉杆孔II。
[0014]所述拉杆孔II顶端向外倾斜至金属支架转荷梁的边缘，形成斜通孔。
[0015]所述斜拉杆由双头螺母和两段分别与双头螺母两端螺纹连接的拉杆本体组成，拉杆本体的端部设有能够使其与拉杆孔稳固连接的固定连接部件；所述双头螺母两端的螺纹反方向设置，连接于同一螺母上的两段拉杆本体的外螺纹也反方向设置，与双头螺母的螺纹相适应。
[0016]所述固定连接部件为直径大于拉杆孔的球形端头、挂钩或者与拉杆本体螺纹连接的限位螺母。
[0017]所述的金属支架短梁长度为0.2m~0.4m。
[0018]所述锚索可以用锚杆代替。
[0019]—种锚索与金属支架联合互补支护方法，具体步骤为:1)在相邻金属支架薄弱截面部位的中间区域打锚索钻孔；2)将锚索安装在锚索钻孔内，在锚索的外端顺序安装锚索、托盘、锚索转荷梁和锚具，并施加预紧力100KN~150KN ;3)用双头螺母连接拉杆本体组成斜拉杆，用斜拉杆连接金属支架转荷梁和锚索转荷梁；4)在金属网壁后填充充填物并压紧实后，给双头螺母施加预紧力50KN~80KN，完成锚索与金属支架的联合互补支护。
[0020]本发明的的有益效果是:(1)本发明实现了锚索与金属支架联合方法上的突破，即通过抗拉构件而不是抗弯构件来达到锚索与金属支架联合互补，这样不仅节省材料且不占用巷道有效空间，显著提高补强能力，而且抗拉构件通过调节预紧力可以方便的调整锚索与金属支架之间的互补程度，抗拉构件本身也具备一定的变形能力、这一点显著优于抗弯构件，因为抗弯构件只要发生较小的弯曲变形即发生显著的屈服进而导致抗弯能力显著降低。
[0021](2)本发明实现了锚索与金属支架联合支护原理上的突破:锚索与金属支架既相互独立支护围岩又能直接联合互补。通过本发明专利，锚索实现了两个作用:一是锚索通过托盘直接加固围岩，这样做一方面充分发挥了锚索的直接主动支护围岩的作用，另一方面锚索通过托盘直接加固的围岩区域会降低该区域的围岩载荷对支架弱截面的破坏作用这间接提高了支架承载能力；二是通过抗拉组件直接补强金属支架薄弱部位，显著增大金属支架整体承载能力。通过本发明专利，金属支架也实现了两个作用:一是支架独立支撑围岩；二是通过抗拉组件与支架相联接显著增大锚索支护面积。真正实现了金属支架与锚索相互独立的同时又各自取长补短、优势加强、缺陷互补，达到两者有机联合互补，最终实现支护效果最大化。
[0022](3)本发明的装置加工方便、使用方法简单、效率高、效果好，可以使用在架棚支护的任何巷道，比如回采巷道、准备巷道、开拓巷道，软岩巷道、修复巷道等等，如果用在回采巷道还可以回收再利用。本发明的装置具备十分广泛的适用性和使用价值。
【附图说明】
[0023]图1为本发明装置在新掘巷道中的初始安装使用图。
[0024]图2为本发明装置在新掘巷道中初始安装后进行壁后背帮充填后的示意图。
[0025]图3为本发明装置在金属支架壁后已经背帮充填的巷道中的安装使用图。
[0026]图4为本发明装置在架棚支护且已经表面喷浆凝固的巷道中安装使用图。
[0027]图5为所述拉杆与双头螺母结构示意图。
[0028]图6为所述锚索转荷梁的主视图。
[0029]图7为所述锚索转荷梁A-A剖面图。
[0030]图8为所述金属支架转荷梁主视图。
[0031]图9为所述金属支架转荷梁B-B剖面图。
[0032]图中标记如下，1.围岩，2.锚索，3-托盘，4.锚索转荷梁，4a.拉杆孔I，4b_锚索安装孔，5.销具，6.斜拉杆，6a.拉杆本体，6b.双头螺母，7.金属支架，8.金属支架短梁，9.金属支架转荷梁，9a.拉杆孔II，9b.凹槽，10.金属网，11.喷浆层，12.充填物。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细说明。以下实施例用来说明本发明但是并不能限制本发明的范围。
[0034]在附图中，一种锚索与金属支架联合互补支护装置，包括对设于围岩I外部的金属网10起10到支承作用的U形金属支架7，U形金属支架7的开口扣合在金属网10上；所述U形金属支架7的外部顺次设有U形金属支架短梁8以及金属支架转荷梁9，两相邻的金属支架7之间设有锚索2，锚索2的一端位于围岩I内，另一端位于围岩I外部且顺次安装有托盘3、锚索转荷梁4和锚具5，所述金属支架转荷梁9与锚索转荷梁4之间连接有斜拉杆6，在金属网10的安装面形成连续的V形锚固系统。
[0035]所述锚索2的外端位于金属网10内，所述托盘3安装于围岩I上。
[0036]所述金属网10与围岩I之间设有充填物12，锚索2的外端延伸至金属网10的外部，所述托盘3安装在金属网10上。
[0037]所述金属网10的外部设有喷浆层11，所述托盘3安装在喷浆层11上。<