專利名稱：增阻讓壓的大變形錨桿及其加工方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及礦山工程支護用的錨桿，尤其涉及煤礦巷道圍巖大變形支護用的錨桿。
背景技術(shù)：
在我國西部，煤礦巷道常處于巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖的地層中，這些巖石的微觀結(jié)構(gòu)為“細顆粒+泥質(zhì)膠結(jié)物”，易受水的侵蝕且膠結(jié)強度低。此時地壓的絕對值可能不顯著，但與巖石的強度尤其是含水狀態(tài)下的巖石強度相比則相對較高，巷道圍巖極易發(fā)生大變形或碎裂；裂隙增多又使圍巖的透水性增強，進而更易受水的弱化。因此，在泥巖或砂質(zhì)泥巖中開拓的巷道易發(fā)生持續(xù)時間較長、總量較大的收斂變形。在我國東部，多數(shù)礦井進入了深部開采，即使巖石條件較好，高地壓也會促使巷道圍巖產(chǎn)生較大的變形。因此，這兩種開采條件均出現(xiàn)了巷道圍巖發(fā)生過大變形的現(xiàn)象，引發(fā)錨桿錨索拉斷、噴層破裂等問題。為解決上述變形控制問題，目前的支護方法是對圍巖實施“二次支護”或“先讓后抗”的支護方式。即前期采用錨桿、錨索等柔性支護，允許圍巖有一定的變形，待圍巖變形速率變緩，再實施不易變形且能增加抗力的襯砌等剛性支護。但這樣的支護方法成本較高，僅適合重要的硐室、巷道。目前，大量的支護方式通常采用錨網(wǎng)噴方式。由于圍巖變形和控制的雙重要求，如采用錨網(wǎng)噴方式就需要一種既能產(chǎn)生足夠的變形又能始終具備足夠抗力的可變形錨桿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種能夠伸長較大距離同時阻力可平穩(wěn)增大的可變形錨桿，稱為增阻讓壓的大變形錨桿。該錨桿用在錨網(wǎng)噴支護方式中，來解決圍巖大變形巷道的支護難題。增阻讓壓的大變形錨桿構(gòu)造是，它是由錨固桿段、自由桿段和讓壓套筒三部分所組成；錨固桿段和讓壓套筒連接結(jié)構(gòu)是，讓壓套筒的前端加工有內(nèi)螺紋，錨固桿段通過該螺紋連接在讓壓套筒前端；自由桿段和讓壓套筒連接結(jié)構(gòu)是，在讓壓套筒靠近前端的筒體兩側(cè)軸向上設有對稱的條孔，自由桿段的前端兩側(cè)各焊接一個滑移鍵，自由桿段的前端插入讓壓套筒中，并使滑移鍵嵌入條孔中，自由桿段的后端從讓壓套筒的后端伸出，且后端部加工有用于安裝螺母的螺紋；另外，在讓壓套筒兩側(cè)與條孔一致的軸向上設有斷續(xù)的開縫，條孔與開縫之間的無縫段稱為第一增阻段，之后的開縫之間的無縫段依次為第二增阻段、第三增阻段，依次類推；且增阻段的長度從第一段開始至后要逐漸加長。例如，依次為2cm、 3cm、4cm、5cm........這種增阻讓壓的大變形錨桿的工作原理如下圍巖變形使錨桿受拉增大到一定程度時，首先自由桿段上的滑移鍵剪切開第一增阻段，擠進第一段開縫中，促使縫隙擴張、讓壓套筒變粗，與孔壁產(chǎn)生約束力，同時滑移鍵持續(xù)受開縫的夾持和摩擦，也產(chǎn)生恒定的阻力；隨著圍巖的繼續(xù)變形，滑移鍵又不斷的剪切下一個增阻段，由于增阻段逐漸增長，所以邊讓壓阻力又逐漸變大?？傊奇I在開縫內(nèi)發(fā)生擠壓、摩擦，在增阻段部分發(fā)生剪切，通過這兩種作用得到了平穩(wěn)遞增的阻力，錨桿的讓抗結(jié)合最終使圍巖釋放一定變形后達到穩(wěn)定，錨桿亦不因承載過高而破壞。本發(fā)明的增阻讓壓的大變形錨桿具備以下優(yōu)點(1)調(diào)節(jié)開縫的長度可以改變允許圍巖變形的距離，調(diào)節(jié)增阻段的長度可以改變阻力的高低，所以它能適應各種程度的巷道變形。(2)多種方式產(chǎn)生阻力，包括套筒自身的夾持、增阻段的阻擋、巖石孔壁的約束。(3)套筒使桿體保持在鉆孔正中，錨固材料均勻分布于桿體周圍，因此錨固效果更好。(4)發(fā)生伸長的套筒位于鉆孔內(nèi)，不影響巷道表面噴層和管線的施工。


圖1為本發(fā)明增阻讓壓的大變形錨桿的簡圖。圖2為本發(fā)明讓壓套筒的主視圖；圖3為本發(fā)明自由桿段的主視圖；圖4為本發(fā)明自由桿段的側(cè)視圖。圖例說明1-樹脂藥卷錨固端，2-錨固桿段，3-讓壓套筒，4-自由桿段，5-托盤， 6-螺母，7-條孔，8-開縫，9-第一增阻段，10-滑移鍵，11-內(nèi)螺紋，12-讓壓套筒后端，13-外螺紋。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明增阻讓壓的大變形錨桿構(gòu)造是，它是由錨固桿段2、自由桿段4 和讓壓套筒3三部分所組成；錨固桿段2的前端為樹脂藥卷錨固端1，自由桿段4的尾端設有托盤5和螺母6 ；錨固桿段2和讓壓套筒3連接結(jié)構(gòu)是，讓壓套筒3的前端加工有內(nèi)螺紋 11，錨固桿段2通過該螺紋連接在讓壓套筒3前端；自由桿段4和讓壓套筒3連接結(jié)構(gòu)是， 在讓壓套筒3靠近前端的筒體兩側(cè)軸向上設有對稱的條孔7，自由桿段4的前端兩側(cè)各焊接一個滑移鍵10，自由桿段4的前端插入讓壓套筒3中，并使滑移鍵10嵌入條孔7中，自由桿段4的后端從讓壓套筒3后端12伸出，且后端部加工有用于安裝螺母的外螺紋13 ；另外，在讓壓套筒3兩側(cè)與條孔7 —致的軸向上設有斷續(xù)的開縫8，條孔7與開縫8之間的無縫段稱為第一增阻段9，之后開縫之間的無縫段依次為第二增阻段、第三增阻段，類推；且增阻段的長度從第一段開始至后要逐漸加長。例如，依次為2Cm、3Cm、4Cm、5Cm........增阻讓壓的大變形錨桿設計、制作要求如下(1)筒體的外徑與錨固鉆孔的直徑相匹配，內(nèi)徑與兩桿段的直徑相匹配；(2)錨固桿段2，讓壓套筒3，自由桿段4的抗拉強度應基本一致；(3)讓壓套筒3與錨固桿段2連接強度、滑移鍵10的抗剪強度均不得低于桿體抗拉強度，但增阻段的抗剪強度略低于桿體抗拉強度；(4)開縫8和增阻段的長度按圍巖變形允許范圍而定。以初始長度2. 2m、可延伸500mm的一種增阻讓壓的大變形錨桿為例，舉例說明尺寸圖1中固定桿段2為長1. 2m、直徑20mm的實心螺紋鋼桿體，一端加工IOcm長的外螺紋，與讓壓套筒3內(nèi)螺紋11匹配；圖1中自由桿段4為長lm、直徑18mm的實心桿體，一端焊接滑移鍵10，一端有外螺紋13 ；圖3中自由桿段4端部的滑移鍵10的尺寸為長100mm、寬6mm、高6mm ；圖2中讓壓套筒3為長90cm、內(nèi)徑18mm、外徑30mm的鋼筒，兩端15cm長度完全焊接，一端加工有長IOcm的內(nèi)螺紋11，套筒壁上條孔7長lOcmm、寬6mm，套筒壁上的開縫8與焊縫交替設置，焊縫形成增阻段，每個開縫8的長為6cm，寬為1 2mm，增阻段長度依次為 2cm、3cm、4cm、5cm、6cm0下面列舉一種制作安裝方法(1)將一段鋼筒沿縱長平分成兩半，作為讓壓套筒3的基本件；(2)在兩個半筒的開縫處分別切削出半個條孔7的形狀；(3)在自由桿段4 一端加工外用于安裝螺母的外螺紋13，另一端兩側(cè)焊接滑移鍵 10 ；(4)將自由桿段4的前端置于兩半讓壓套筒3的基體內(nèi)，滑移鍵10置于條孔7處， 兩半讓壓套筒3的基本件對齊后進行間斷焊接，除兩端段焊死外其余焊接為間斷的增阻段，每個增阻段的長度要符合設計要求；焊接后成為整體的讓壓套筒3 ；(5)在讓壓套筒3靠近條孔7的一端加工內(nèi)螺紋11，在錨固桿段2 —端加工與套筒內(nèi)螺紋11相配合的外螺紋，將錨固桿段2螺紋連接在讓壓套筒3上，形成增阻讓壓的大變形錨桿；(6)安裝時先將樹脂藥卷裝入圍巖鉆孔底部，再將增阻讓壓的大變形錨桿放入圍巖鉆孔中，攪拌樹脂藥卷，凝固后形成樹脂藥卷錨固端1，再安裝托盤5、擰緊螺母6。
權(quán)利要求
1.一種增阻讓壓的大變形錨桿，其特征在于，它是由錨固桿段、自由桿段和讓壓套筒三部分所組成；錨固桿段和讓壓套筒連接結(jié)構(gòu)是，讓壓套筒的前端加工有內(nèi)螺紋，錨固桿段通過該螺紋連接在讓壓套筒前端；自由桿段和讓壓套筒連接結(jié)構(gòu)是，在讓壓套筒靠近前端的筒體兩側(cè)軸向上設有對稱的條孔，自由桿段的前端兩側(cè)各焊接一個滑移鍵，自由桿段的前端插入讓壓套筒中，并使滑移鍵嵌入條孔中，自由桿段的后端從讓壓套筒的后端伸出，且后端部加工有用于安裝螺母的螺紋；另外，在讓壓套筒兩側(cè)與條孔一致的軸向上設有斷續(xù)的開縫，條孔與開縫之間的無縫段稱為第一增阻段，之后的開縫之間的無縫段依次為第二增阻段、第三增阻段，依次類推；且增阻段的長度從第一段開始至后要逐漸加長。
2.一種如權(quán)利要求1所述的增阻讓壓的大變形錨桿的加工方法，其特征在于，步驟如下第一步將一段鋼筒沿縱長平分成兩半，作為讓壓套筒(3)的基本件；第二步在兩個半筒的開縫處分別切削出半個條孔(7)的形狀；第三步在自由桿段(4) 一端加工外用于安裝螺母的外螺紋(13)，另一端兩側(cè)焊接滑移鍵(10)；第四步將自由桿段的前端置于兩半讓壓套筒(3)的基體內(nèi)，滑移鍵(10)置于條孔(7)處，兩半讓壓套筒( 的基本件對齊后進行間斷焊接，除兩端段焊死外其余焊接為間斷的增阻段，每個增阻段的長度要符合設計要求；焊接后成為整體的讓壓套筒(3)；第五步在讓壓套筒C3)靠近條孔(7)的一端加工內(nèi)螺紋(11)，在錨固桿段( 一端加工與套筒內(nèi)螺紋(11)相配合的外螺紋，將錨固桿段( 螺紋連接在讓壓套筒C3)上，形成增阻讓壓的大變形錨桿；第六步安裝時先將樹脂藥卷裝入圍巖鉆孔底部，再將增阻讓壓的大變形錨桿放入圍巖鉆孔中，攪拌樹脂藥卷，凝固后形成樹脂藥卷錨固端(1)，再安裝托盤( 和擰緊螺母(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增阻讓壓的大變形錨桿及其加工方法，它是由錨固桿段、自由桿段和讓壓套筒三部分所組成；錨固桿段連接在讓壓套筒前端；在讓壓套筒上設有對稱的條孔，自由桿段的前端兩側(cè)各焊接一個滑移鍵，自由桿段的前端插入讓壓套筒中，并使滑移鍵嵌入條孔中，自由桿段的后端從讓壓套筒的后端伸出；在讓壓套筒兩側(cè)與條孔一致的軸向上設有斷續(xù)的開縫，條孔與開縫之間的無縫段稱為第一增阻段，之后的無縫段依次為第二增阻段、第三增阻段，依次類推；且增阻段的長度從第一段開始至后要逐漸加長。本發(fā)明即能夠伸長較大距離同時阻力可平穩(wěn)增大，用在錨網(wǎng)噴支護方式中，來解決圍巖大變形巷道的支護難題。
文檔編號E21D21/00GK102562109SQ20121002163
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月15日
發(fā)明者安其忠, 張海東, 李廷春, 馬旭強, 高翔 申請人:山東科技大學