一種四維支護(hù)大變形錨桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大變形錨桿，具體是一種適用于巖土工程、煤礦井下、隧道工程等使用錨桿支護(hù)的四維支護(hù)大變形錨桿，屬于圍巖支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]由于巷道周圍不同深度巖體的自身特性及所處應(yīng)力環(huán)境的不同，受地質(zhì)周期運(yùn)動、地下水壓等因素影響，圍巖容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形，為防止因圍巖變形致使錨桿松動或斷裂進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)失效、坍塌引發(fā)事故，通常需要在巷道中設(shè)置支護(hù)設(shè)備。
[0003]深部巷道或深埋隧道圍巖潛在變形能很大，特別是針對煤礦開采，隨著開采深度的增加，深部采場、巷道和硐室的圍巖呈現(xiàn)出應(yīng)力高、溫度高、地下水水壓高、擾動強(qiáng)度高、沖擊危險(xiǎn)高、蠕變明顯、變形大等特點(diǎn)，僅僅依靠普通或支架本身的支護(hù)能力，很難控制圍巖的劇烈變形，造成巷道和硐室支護(hù)困難。
[0004]目前，高應(yīng)力區(qū)域的巷道和硐室支護(hù)主要采用錨網(wǎng)索支護(hù)，即在圍巖上打錨索孔，將多股鋼絞線繞成一股錨索，錨索尾部套設(shè)護(hù)孔碗鎖，錨索與護(hù)孔碗鎖伸入錨索孔內(nèi)，錨索前部與巖層錨固，錨索尾部拆散成多股鋼絞線，鋼絞線彎曲從護(hù)孔碗鎖伸出向各方向延伸綁縛在圍巖壁上，圍巖上密布錨索的鋼絞線相互連接，形成錨網(wǎng)索對圍巖進(jìn)行支護(hù)。
[0005]這種現(xiàn)有的錨網(wǎng)索支護(hù)還存在以下缺陷:
1、錨索前部與巖層直接錨固，在圍巖變形向巷道內(nèi)方向擠壓的過程中，錨索不具有讓壓功能，承受軸向拉力，當(dāng)圍巖變形過大，錨索會因受力過大斷裂，這片區(qū)域就會存在安全隱患；
2、鋼絞線需要緊貼圍巖才能給圍巖足夠的預(yù)緊力，現(xiàn)有技術(shù)中鋼絞線與錨索是一體結(jié)構(gòu)，鋼絞線必須彎曲才能與圍巖接觸，由于鋼絞線韌性不足，鋼絞線彎曲角度只能限制在55°以下，造成鋼絞線與圍巖貼合不緊密，降低錨索對圍巖的預(yù)緊力，當(dāng)鋼絞線彎曲角度超過55°時(shí)，一旦圍巖變形，鋼絞線受力就極易斷裂；
3、鋼絞線由錨索尾部拆散而成，錨索直徑有限，因此一股錨索至多拆散的鋼絞線數(shù)量為8根左右，限制了鋼絞線數(shù)量，也就限制了錨網(wǎng)索的支護(hù)密度，影響整體支護(hù)質(zhì)量。
[0006]4、采用錨索的錨網(wǎng)索支護(hù)，成本較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明提供一種四維支護(hù)大變形錨桿，成本較小，可以實(shí)現(xiàn)在圍巖變形過大時(shí)避免因受力過大斷裂造成支護(hù)失效的現(xiàn)象，且鋼絞線能夠與圍巖緊密貼合、不易斷裂，鋼絞線數(shù)量能夠自由設(shè)置，提高錨網(wǎng)索的整體支護(hù)質(zhì)量。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本四維支護(hù)大變形錨桿包括錨桿、恒阻讓壓機(jī)構(gòu)、錨桿托盤、錨桿鎖具、鋼絞線連接座和鋼絞線；
所述的錨桿的前端穿入恒阻讓壓機(jī)構(gòu)內(nèi)，恒阻讓壓機(jī)構(gòu)內(nèi)孔與錨桿尺寸配合；
所述的錨桿托盤呈喇叭型套結(jié)構(gòu)，其小口端嵌入巷道圍巖內(nèi)并套裝在錨桿的后部、且小口端頂部設(shè)有定位臺階，大口端前端頂靠在巷道圍巖的外巖壁上，錨桿托盤大口端與小口端內(nèi)壁之間設(shè)有圓弧形過渡段；
所述的錨桿鎖具套裝在錨桿的后部、頂靠在錨桿托盤的小口端頂部的定位臺階上； 所述的鋼絞線連接座與錨桿的后端連接，多股鋼絞線通過鋼絞線連接座與錨桿連接。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的恒阻讓壓機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有具有負(fù)泊松比的異形環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的錨桿鎖具包括錨環(huán)和夾片，錨環(huán)是環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中間的通孔為錐形孔，其外徑尺寸小于錨桿托盤定位臺階的外形尺寸；夾片設(shè)置為多片，其外壁弧度尺寸與錨環(huán)的錐形孔的錐度配合、內(nèi)壁弧度尺寸與錨桿的外徑尺寸配合，夾片設(shè)置在錨環(huán)的錐形孔內(nèi)壁與錨桿桿體之間。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的夾片后端與鋼絞線連接座前端面之間設(shè)置彈簧，彈簧內(nèi)圈內(nèi)徑尺寸與錨桿后端的外徑尺寸配合，內(nèi)圈外徑尺寸與錨環(huán)錐形孔的大孔直徑尺寸配合。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的鋼絞線連接座與錨桿的后端通過螺紋連接，鋼絞線連接座的前部設(shè)有凹形容納腔、后部設(shè)有軸向鉸接機(jī)構(gòu)，所述的彈簧設(shè)置在凹形容納腔內(nèi)，凹形容納腔的前后深度尺寸大于彈簧完全壓縮后的前后長度尺寸；所述的鋼絞線的一端與軸向鉸接機(jī)構(gòu)固定連接。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的錨桿是多段式結(jié)構(gòu)，通過連接機(jī)構(gòu)互相連接。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的錨桿前端設(shè)有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述的恒阻讓壓機(jī)構(gòu)內(nèi)孔的異形環(huán)結(jié)構(gòu)上還設(shè)有與錨桿前端的外螺紋結(jié)構(gòu)配合的內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的錨桿后端部中心設(shè)置有用于無損檢測儀的傳感器。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案，所述的鋼絞線連接座上設(shè)置用于無損檢測儀的傳感器。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本四維支護(hù)大變形錨桿由于設(shè)置有呈喇叭型套結(jié)構(gòu)的錨桿托盤，錨桿托盤小口端嵌入巷道圍巖內(nèi)，大口端前端頂靠在巷道圍巖的巖壁上，且大口端與小口端內(nèi)壁之間設(shè)有圓弧形過渡段，因此鋼絞線在朝不同方向與相鄰的其他錨桿的鋼絞線通過恒壓鎖具連接實(shí)現(xiàn)四維支護(hù)時(shí)，鋼絞線可通過壓靠在錨桿托盤的圓弧形過渡段上實(shí)現(xiàn)與圍巖最大限度緊密貼合，避免了鋼絞線因彎曲角過大易斷裂的問題；由于設(shè)置有恒阻讓壓機(jī)構(gòu)，因此在錨桿會受到過大的軸向拉力而在恒阻讓壓機(jī)構(gòu)內(nèi)軸向外移，通過恒阻讓壓機(jī)構(gòu)的讓壓作用，當(dāng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)時(shí)，錨桿停止外移，同時(shí)其預(yù)緊力保持不變，避免錨桿因受力過大斷裂造成安全隱患；由于多股鋼絞線通過鋼絞線連接座與錨桿連接，鋼絞線的數(shù)量設(shè)置與鋼絞線連接座的面積有關(guān)，鋼絞線連接座可根據(jù)需要設(shè)置，不受其他條件約束，可以根據(jù)需要加大錨網(wǎng)索支護(hù)密度，提高支護(hù)質(zhì)量；由于采用錨桿代替錨索支護(hù)，因此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本大幅度降低。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明正常支護(hù)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的恒阻讓壓機(jī)構(gòu)讓壓后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、銷桿，11、連接機(jī)構(gòu)，2、恒阻讓壓機(jī)構(gòu)，3、銷桿托盤，4、銷桿鎖具，41、銷環(huán)，42、夾片，5、鋼絞線連接座，51、彈簧，52、凹形容納腔，53、軸向鉸接機(jī)構(gòu)，6、鋼絞線，7、巷道圍巖，8、錨固劑。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1、圖2所示，本四維支護(hù)大變形錨桿包括錨桿1、恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2、錨桿托盤
3、錨桿鎖具4、鋼絞線連接座5和鋼絞線6 (以下描述以錨桿I插入錨桿安裝孔的一端為前方)。
[0022]所述的錨桿I的前端穿入恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)，恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)孔與錨桿I尺寸配合。
[0023]所述的錨桿托盤3呈喇叭型套結(jié)構(gòu)，其小口端嵌入巷道圍巖7內(nèi)并套裝在錨桿I的后部、且小口端頂部設(shè)有定位臺階，大口端前端頂靠在巷道圍巖7的外巖壁上，錨桿托盤3大口端與小口端內(nèi)壁之間設(shè)有圓弧形過渡段。
[0024]所述的錨桿鎖具4套裝在錨桿I的后部、頂靠在錨桿托盤3的小口端頂部的定位臺階上。
[0025]所述的鋼絞線連接座5與錨桿I的后端連接，多股鋼絞線6通過鋼絞線連接座5與銷桿I連接。
[0026]本四維支護(hù)大變形錨桿在正常支護(hù)使用時(shí)，首先使用錨桿鉆機(jī)在巷道圍巖7上鉆錨桿安裝孔，并清理孔內(nèi)殘余的水與礦渣，鋪網(wǎng)、上鋼筋梁等護(hù)表工作完成后，先在錨桿安裝孔中注入錨固劑8，然后將安裝有設(shè)定好阻力值的恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2的錨桿I前端插入錨桿安裝孔內(nèi)，在錨桿I后端依次套入錨桿托盤3和錨桿鎖具4，然后開動錨桿鉆機(jī)帶動攪拌器旋轉(zhuǎn)，攪拌器帶動錨桿I攪拌錨固劑8至規(guī)定時(shí)間，錨固劑8即均勻填充于巖縫內(nèi)，推入錨桿托盤3和錨桿鎖具4并使錨桿托盤3的小口端嵌入錨桿安裝孔內(nèi)，待錨固劑8達(dá)到凝固時(shí)間后，緊固錨桿鎖具4實(shí)現(xiàn)給錨桿I施加預(yù)緊力，最后安裝鋼絞線連接座5和鋼絞線6即可，鋼絞線6可以朝不同方向與相鄰的其他錨桿的鋼絞線6通過恒壓鎖具連接實(shí)現(xiàn)四維支護(hù)，如圖1、圖2所示，鋼絞線6壓靠在錨桿托盤3的圓弧形過渡段上實(shí)現(xiàn)鋼絞線與圍巖緊密貼合。
[0027]當(dāng)圍巖變形過大時(shí)，巷道圍巖7向外擠壓，錨桿I會受到過大的軸向拉力而在恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)軸向方向上有向外移動的趨勢，當(dāng)錨桿I受到的軸向拉力大于恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2設(shè)定的阻力值時(shí)，錨桿I在恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)軸向滑動外移，當(dāng)錨桿I受到的軸向拉力等于恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2設(shè)定的阻力值時(shí)，即達(dá)到新的平衡點(diǎn)時(shí)，錨桿I停止滑動外移，同時(shí)其預(yù)緊力保持不變，鋼絞線6在恒壓鎖具的作用下保持不變的預(yù)緊力。
[0028]所述的恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)孔可以采用凸起式結(jié)構(gòu)與錨桿I配合，也可以采用具有負(fù)泊松比的異形環(huán)結(jié)構(gòu)與錨桿I配合，或者采用其他方式的讓壓結(jié)構(gòu)與錨桿I配合，由于采用第二種方案時(shí)當(dāng)錨桿I受到圍巖變形過大的軸向拉力在恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2內(nèi)軸向外移時(shí)，恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2的徑向尺寸會變大來抵抗軸向拉力，直至達(dá)到新的平衡點(diǎn)，即在讓壓后錨桿I的預(yù)緊力始終保持不變的前提下恒阻讓壓機(jī)構(gòu)2膨脹，支護(hù)效果更好，因此優(yōu)選第二種方案，即，作為