CN109538266B - 一种柔性锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性锚杆，适用于煤矿巷道支护工程领域。包括柔性锚杆体，托盘，定扭矩螺母，减摩垫圈，防扭转调心球头；柔性锚杆体包括连接套，钢绞线，限位筒，增摩丝簧，连接套与钢绞线和丝簧通过挤压的方式实现可靠固定，限位筒套装在连接套上；预紧时托盘通过限位柱与岩体表面卡住防止旋转，防扭转调心球头通过第一凸起实现与托盘之间周向限位，通过第二凸起实现与柔性锚杆体之间周向限位，进而防止预紧时锚杆体随螺母旋转。其不受巷道高度限制，有效增强支护效果，特有的防扭转结构解决了柔性锚杆预紧时的杆体扭转问题，提高了预紧力，锚杆通过螺旋预紧提高了施工速度，支护效率高。

Description

一种柔性锚杆

技术领域

本发明涉及一种柔性锚杆，尤其适用于一种煤矿巷道支护工程领域使用的柔性锚杆。

背景技术

现在我国煤矿巷道已经普遍使用锚杆支护技术，起初最先在围岩比较稳定的岩巷中使用，后来通过提高锚杆材料的刚度和强度，使得锚杆支护技术能够适应松软破碎围岩巷道、采动影响巷道等各种恶劣条件的巷道。锚杆支护主要是利用锚杆打入巷道围岩预设的钻孔当中，将浅部破碎的围岩体与深部稳定岩体结合到一起，达到控制巷道变形和实现巷道安全稳定的目的。

在锚杆支护系统中锚杆至关重要，使得锚杆的种类也是众多。随着巷道条件的复杂性，小孔径树脂锚固预应力锚索也研制出来应用到煤矿现场，总之，锚杆锚索形式的多样性才适应我国煤矿复杂的现场条件。然而，由于巷道高度的限制，使得锚杆长度只能维持在2m左右，锚杆锚固区厚度也只能2m，已不适应当前巷道复杂地质条件。虽然锚索可以实现足够长，但是相比锚杆，锚索安装工序相对复杂，需要后期再用泵体进行张拉，制约了煤巷的掘进速度，同时，锚索长度越长，需要的预紧力越大，现场并不能施加足够大的预紧力，有限的预紧力并不能对锚索锚固区进行有效的加固，巷道变形不能得到较好的控制。因此，急需开发一种可弯曲并且可实现快速安装的锚杆。

发明内容

技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种杆体可以弯曲以适应复杂地质环境，无需泵体进行张拉，安装快速，支护效果好的柔性锚杆。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的柔性锚杆，它包括柔性锚杆体、托盘、定扭矩螺母、减摩垫圈和防扭转调心球头，其中托盘设置在柔性锚杆体尾部，定扭矩螺母固定托盘，托盘与定扭矩螺母之间设有减摩垫圈和防扭转调心球头；

所述柔性锚杆体包括钢绞线，钢绞线尾端设置在连接套中，所述连接套包括尾端和头端，尾端和头端之间的过渡段设有环形结构的凸台，凸台上设有限位筒，凸台朝向头端的面为垂直端面，凸台朝向尾端的面为锥形面，尾端的外圆柱面上有螺纹，尾端设置有对称布置的沿连接套轴向设置的矩形槽，头端设有与钢绞线连接的内圆柱孔，所述钢绞线插入连接套的圆柱孔内，内圆柱孔孔底设有环形槽，钢绞线与圆柱孔之间设置有增摩丝簧，通过挤压连接套头端外圆柱面的方式实现钢绞线与连接套之间的紧固。

所述限位筒包括限位筒锥形筒体，限位筒锥形筒体包括一大一小两个开口，限位筒锥形筒体上的大开口上设有翻边、小开口上设有环形卡口，环形卡口的内径小于凸台的外径0.5～2mm，限位筒由连接套尾端套入，环形卡口变形并且越过凸台的锥形端面卡在凸台的垂直端面上，限位筒为硬塑料材料构成。

所述托盘包括托盘体和止动柱，托盘体由外形为圆形的翻边部和拱部组成，拱部的中心设有锥形孔，锥形孔的大端朝向拱部的顶端，且锥形孔的锥形面上设置有沿圆周均匀分布的多道沟槽，沟槽的数目为4～8个，止动柱通过焊接或者过盈连接与翻边部固定。

所述防扭转调心球头包括弧面和平面，其中弧面包括多个锥形面，每两个锥形面之间设有一道凸起Ⅰ，锥形面的半径与所述锥形孔的半径相同，凸起Ⅰ的宽度和高度小于沟槽，凸起Ⅰ的数量与沟槽的数量相同，柔性锚杆预紧时，凸起Ⅰ嵌入沟槽确保防扭转球头与托盘之间的圆周方向固定，防扭转调心球头中心设置圆孔，圆孔中设置对侧分布的凸起Ⅱ，凸起Ⅱ的截面为矩形结构，凸起Ⅱ宽度较矩形槽的宽度小0.5～1mm，凸起Ⅱ的高度较矩形槽的宽度小0.5～1mm，凸起Ⅱ嵌入矩形槽中限制柔性锚杆体扭转。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)钢绞线构成的锚杆体便于弯曲，解决了锚杆长度受制于巷道高度的问题，随着煤炭开始深度的不断增加，需要构建厚层锚固岩梁，需要高强度长锚杆才能控制巷道的变形，柔性锚杆破断载荷和长度都比普通锚杆高2倍，可以有效适应复杂的矿井环境；

(2)柔性锚杆杆体与连接套挤压连接，两部分连接处强度可以达到杆体强度的95％及以上，能够满足现场复杂环境的要求；

(3)柔性锚杆通过定扭矩螺母预紧安装，无需使用泵体张拉，较钢绞线的锁具张拉安装方式，定扭矩螺母式可以实现快速安装，大幅提高锚杆支护速度，进而提高巷道的推进速度，有效提高工作效率，同时无需携带泵体也节省了设备搬运消耗的人力；

(4)柔性锚杆中限位筒可以准确定位锚杆的安装位置，即使锚杆孔深过大，利用限位筒约束在岩体外侧，也能确保柔性锚杆连接套的安装长度，不会导致柔性锚杆失效，可靠性高，同时有助于保证统一的锚杆外露长度，实现煤矿锚杆支护的质量标准化；

(5)柔性锚杆中托盘、调心球头和连接套利用沟槽和凸台的结构解决了锚杆钻机预紧时柔性锚杆跟随螺母转动的棘手问题，加上减摩垫圈的作用，使得柔性锚杆可以施加较大的预紧力，实现更大的锚杆预紧力，更好地约束巷道的变形。

附图说明

图1是本发明柔性锚杆体的剖视图。

图2是本发明柔性锚杆体的局部放大剖视图。

图3是本发明柔性锚杆体的连接套剖视图。

图4是本发明柔性锚杆体的连接套外形示意图。

图5是本发明限位筒的剖视图。

图6是本发明柔性锚杆未预紧状态的示意图。

图7是本发明柔性锚杆预紧后的剖视图。

图8是本发明岩体施工的锚杆孔示意图。

图9是本发明托盘的示意图。

图10是本发明防扭调心球头的示意图。

图11是本发明定扭矩螺母的示意图。

图中：A、岩体；A1、岩体临空面；A2、大孔段；A3小孔段；B、柔性锚杆体；B1、钢绞线，B2、增摩丝簧，B3、限位筒，B3a、翻边，B3b、环形卡口，B3c、限位筒锥形筒体，B4、连接套，B4a、尾端，B4b、头端，B4c、圆柱孔，B4d、环形槽，B4e、凸台，B4f、矩形槽，C、托盘，C1、托盘体，C1a、锥形孔，C1b、翻边部，C1c、拱部，C1d、沟槽，C2、止动柱；D、定扭矩螺母；D1、螺母体，D2、定扭矩挡板，E、减摩垫圈，F、防扭调心球头，F1、锥形面，F2、凸起Ⅰ，F3、凸起Ⅱ，F4、圆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步的描述：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种柔性锚杆，它包括柔性锚杆体B、托盘C、定扭矩螺母D、减摩垫圈E和防扭转调心球头F，其中托盘C设置在柔性锚杆体B尾部，定扭矩螺母D固定托盘C，托盘C与定扭矩螺母D之间设有减摩垫圈E和防扭转调心球头F；

所述柔性锚杆体B包括钢绞线B1，钢绞线B1尾端设置在连接套B4中，所述连接套B4包括尾端B4a和头端B4b，尾端B4a和头端B4b之间的过渡段设有环形结构的凸台B4e，凸台B4e上设有限位筒B3，凸台B4e朝向头端B4b的面为垂直端面，凸台B4e朝向尾端B4a的面为锥形面，尾端B4a的外圆柱面上有螺纹，尾端B4a设置有对称布置的沿连接套B4轴向设置的矩形槽B4f，头端B4b设有与钢绞线B1连接的内圆柱孔B4c，内圆柱孔B4c内壁设有螺纹、孔底设有环形槽B4d，所述钢绞线B1插入连接套B4的圆柱孔B4c内，钢绞线B1与圆柱孔B4c之间设置增摩丝簧B2，通过挤压连接套B4头端B4b外圆柱面的方式实现钢绞线B1与连接套B4之间的紧固。

如图5所示，所述限位筒B3包括限位筒锥形筒体B3c，限位筒锥形筒体B3c包括一大一小两个开口，限位筒锥形筒体B3c上的大开口上设有翻边B3a、小开口上设有环形卡口B3b，环形卡口B3b的内径小于凸台B4e的外径0.5～2mm，限位筒B3由连接套B4尾端B4a套入，环形卡口B3b变形并且越过凸台B4e的锥形端面卡在凸台B4e的垂直端面上，限位筒B3为硬塑料材料构成。

如图9所示，所述托盘C包括托盘体C1和止动柱C2，托盘体C1由外形为圆形的翻边部C1b和拱部C1c组成，拱部C1c的中心设有锥形孔C1a，锥形孔C1a的大端朝向拱部C1c的顶端，且锥形孔C1c的锥形面上设置有沿圆周均匀分布的多道沟槽C1d，沟槽C1d的数目为4～8个，止动柱C2通过焊接或者过盈连接与翻边部C1b固定。

如图10所示，所述防扭转调心球头F包括弧面和平面，其中弧面包括多个锥形面F1，每两个锥形面F1之间设有一道凸起ⅠF2，锥形面F1的半径与所述锥形孔C1a的半径相同，凸起ⅠF2的宽度和高度小于沟槽C1d，凸起ⅠF2的数量与沟槽C1d的数量相同，柔性锚杆预紧时，凸起ⅠF2嵌入沟槽C1d确保防扭转球头F与托盘C之间的圆周方向固定，防扭转调心球头F中心设置圆孔F4，圆孔中设置对侧分布的凸起ⅡF3，凸起ⅡF3的截面为矩形结构，凸起ⅡF3宽度较矩形槽B4f的宽度小0.5～1mm，凸起ⅡF3的高度较矩形槽B4f的宽度小0.5～1mm，凸起ⅡF3嵌入矩形槽B4f中限制柔性锚杆体B扭转。

如图11所示，所述定扭矩螺母D包括螺母体D1和定扭矩挡板D2

如图6和图7所示，一种柔性锚杆施工方法，其步骤如下：

步骤a、在岩体A中施工阶梯锚杆孔，其中靠近开挖面A1的阶梯锚杆孔为大孔段A2，其余的阶梯锚杆孔为小孔段A3，大孔段A2的直径大于头端B4b挤压后的直径4～10mm，大孔段A2的深度满足柔性锚杆体B插入锚杆孔后限位筒B3的翻边紧密贴合开挖面A1；

步骤b、将锚固剂放入锚杆阶梯孔中，将柔性锚杆体B顶住锚固剂，利用柔性锚杆体B前部将锚固剂推入锚杆阶梯孔孔底，利用锚杆钻机旋转定扭矩螺母D进而带动柔性锚杆体B和防扭调心球头F一起旋转，旋转的同时通过锚杆钻机推进柔性锚杆将锚固剂搅拌均匀，旋转、推进，直至限位筒B3的翻边紧密贴合临开挖面A1后锚杆钻机停止旋转，停留30秒等待锚固剂凝固；

步骤c：启动锚杆钻机带动定扭矩螺母D旋转并破坏定扭矩螺母D的定扭矩结构，使定扭矩螺母D沿连接套B4继续旋入并压紧减摩垫圈E、防扭转调心球头F、托盘C，使得托盘C上的止动柱C2卡到开挖面A1阻止托盘C旋转，此时调心球头F上的凸起ⅠF2与托盘C上的沟槽C1d卡住，进而防止防扭调心球头F发生旋转，防扭调心球头F通过凸起ⅡF3限制连接套B4的旋转进而限制柔性锚杆体B的旋转，使得锚杆钻机施加预紧力时柔性锚杆体B不发生转动，预紧力为60～100kN。

步骤d：退下锚杆钻机，重复步骤a～c施工下一根柔性锚杆。

Claims (2)

1.一种柔性锚杆，其特征在于：它包括柔性锚杆体（B）、托盘（C）、定扭矩螺母（D）、减摩垫圈（E）和防扭转调心球头（F），其中托盘（C）设置在柔性锚杆体（B）尾部，定扭矩螺母（D）固定托盘（C），托盘（C）与定扭矩螺母（D）之间设有减摩垫圈（E）和防扭转调心球头（F）；

所述柔性锚杆体（B）包括钢绞线（B1），钢绞线（B1）尾端设置在连接套（B4）中，所述连接套（B4）包括尾端（B4a）和头端（B4b），尾端（B4a）和头端（B4b）之间的过渡段设有环形结构的凸台（B4e），凸台（B4e）上设有限位筒（B3），凸台（B4e）朝向头端（B4b）的面为垂直端面，凸台（B4e）朝向尾端（B4a）的面为锥形面，尾端（B4a）的外圆柱面上有螺纹，尾端（B4a）设置有对称布置的沿连接套（B4）轴向设置的矩形槽（B4f），头端（B4b）设有与钢绞线（B1）连接的内圆柱孔（B4c），内圆柱孔（B4c）孔底设有环形槽（B4d），所述钢绞线（B1）插入连接套（B4）的圆柱孔（B4c）内，钢绞线（B1）与圆柱孔（B4c）之间设置增摩丝簧（B2），通过挤压连接套（B4）头端（B4b）外圆柱面的方式实现钢绞线（B1）与连接套（B4）之间的紧固；

所述托盘（C）包括托盘体（C1）和止动柱（C2），托盘体（C1）由外形为圆形的翻边部（C1b）和拱部（C1c）组成，拱部（C1c）的中心设有锥形孔（C1a），锥形孔（C1a）的大端朝向拱部（C1c）的顶端，且锥形孔（C1a）的锥形面上设置有沿圆周均匀分布的多道沟槽（C1d），沟槽（C1d）的数目为4~8个，止动柱（C2）通过焊接或者过盈连接与翻边部（C1b）固定；

所述防扭转调心球头（F）包括弧面和平面，其中弧面包括多个锥形面（F1），每两个锥形面（F1）之间设有一道凸起Ⅰ（F2），锥形面（F1）的半径与所述锥形孔（C1a）的半径相同，凸起Ⅰ（F2）的宽度和高度小于沟槽（C1d），凸起Ⅰ（F2）的数量与沟槽（C1d）的数量相同，柔性锚杆预紧时，凸起Ⅰ（F2）嵌入沟槽（C1d）确防扭转调心球头（F）与托盘（C）之间的圆周方向固定，防扭转调心球头（F）中心设置圆孔（F4），圆孔中设置对侧分布的凸起Ⅱ（F3），凸起Ⅱ（F3）的截面为矩形结构，凸起Ⅱ（F3）宽度较矩形槽（B4f）的宽度小0.5~1mm，凸起Ⅱ（F3）的高度较矩形槽（B4f）的宽度小0.5~1mm，凸起Ⅱ（F3）嵌入矩形槽（B4f）中限制柔性锚杆体（B）扭转；

所述定扭矩螺母（D）包括螺母体（D1）和定扭矩挡板（D2）。

2.根据权利要求1所述的柔性锚杆，其特征在于：所述限位筒（B3）包括限位筒锥形筒体（B3c），限位筒锥形筒体（B3c）包括一大一小两个开口，限位筒锥形筒体（B3c）上的大开口上设有翻边（B3a）、小开口上设有环形卡口（B3b），环形卡口（B3b）的内径小于凸台（B4e）的外径0.5~2mm，限位筒（B3）由连接套（B4）尾端（B4a）套入，环形卡口（B3b）变形并且越过凸台（B4e）的锥形端面卡在凸台（B4e）的垂直端面上，限位筒（B3）为硬塑料材料构成。