[go: up one dir, main page]

CN110578542A - 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法 - Google Patents

一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110578542A
CN110578542A CN201910885804.7A CN201910885804A CN110578542A CN 110578542 A CN110578542 A CN 110578542A CN 201910885804 A CN201910885804 A CN 201910885804A CN 110578542 A CN110578542 A CN 110578542A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bolt
rock
sleeve
bolt body
nodal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910885804.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110578542B (zh
Inventor
孟波
靖洪文
杨圣奇
齐燕军
王迎超
黄彦华
方尧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201910885804.7A priority Critical patent/CN110578542B/zh
Publication of CN110578542A publication Critical patent/CN110578542A/zh
Priority to CA3163844A priority patent/CA3163844A1/en
Priority to PCT/CN2020/113350 priority patent/WO2021052192A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110578542B publication Critical patent/CN110578542B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/003—Machines for drilling anchor holes and setting anchor bolts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E21D20/025—Grouting with organic components, e.g. resin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Road Signs Or Road Markings (AREA)
  • Refuge Islands, Traffic Blockers, Or Guard Fence (AREA)
  • Piles And Underground Anchors (AREA)

Abstract

一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法，适用于煤矿井下使用。包括节状锚杆杆体、锚杆尾部锁具、传力托盘和套筒，所述节状锚杆杆体上间隔设有凸起，节状锚杆杆体的尾端设有螺纹，螺纹上顺序设有传力托盘和锚杆尾部锁具，节状锚杆杆体外设有套筒，所述套筒为轴向设有贯通缝的金属管，金属管外侧设有细螺纹，金属管内部设有与节状锚杆杆体上凸起相匹配的内凹结构。其高锚固力、高预紧力、局部破断不影响整体锚固效果优点，可有效避免目前普通锚杆锚固条件苛刻、局部破断容易整体失效、允许变形量小、无法适应高应力、大变形、强冲击动压、岩石破碎工程环境等问题。

Description

一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法
技术领域
本发明涉及一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法，尤其适用于煤矿井下巷道使用的高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法。
背景技术
锚杆是采矿工程、水电工程、边坡工程以及地下工程领域重要的支护材料。目前，锚杆锚固力产生的方式主要有三种：通过树脂锚固剂的化学粘结作用、倒楔结构拉伸膨胀作用或者摩擦作用产生，常见的锚杆主要有树脂锚固螺纹钢锚杆、圆钢麻花头锚杆、机械式倒楔锚杆、涨壳锚杆、玻璃钢锚杆等。主要存在以下缺点：
树脂药卷锚固锚杆对孔壁岩石类型、钻孔条件以及安装施工要求较高，若钻孔内岩石软弱、破碎，或者含有水、泥等杂物，将直接影响树脂药卷锚固效果，另外，如果锚杆安装时树脂药卷搅拌不均匀，也会影响杆体与孔壁之间的粘结效果；
机械倒楔式锚杆对孔壁岩石类型、钻孔孔壁完整性要求较高，若钻孔岩石软弱或者锚固点位置孔壁不完整，那么机械倒楔式锚杆将安装失败，无法产生锚固力。
不论是端锚树脂药卷锚杆还是机械倒楔式锚杆，如果杆体、托盘、螺栓有一个失效，则整个锚杆会整体失效，失去对地下空间岩石的支护作用。
不论是树脂药卷锚杆还是机械倒楔式锚杆，允许变形量均仅为杆体的延伸率，无法满足高应力冲击地压巷道的大变形、抗冲击要求。
涨壳式锚杆虽能通过杆体与孔壁的摩擦提供锚固力，达到全长锚固和适应大变形的效果，但锚固力较低，也无法提供高预紧力。
树脂药卷锚杆和机械倒楔锚杆均通过螺栓紧固获得预紧力，这使锚杆同时受到拉、压、扭、剪复杂应力作用，承载能力大大降低。
发明内容
技术问题：针对现有技术的不足之处，提供一种适应高应力、大变形、强冲击动压、岩石破碎工程环境，具有高锚固力、高预紧力、局部破断不影响整体锚固效果的高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的高应力冲击地压巷道锚杆，包括节状锚杆杆体、锚杆尾部锁具、传力托盘和套筒；
所述节状锚杆杆体上间隔设有凸起，节状锚杆杆体的尾端设有螺纹，螺纹上顺序设有传力托盘和锚杆尾部锁具，节状锚杆杆体外设有套筒，所述套筒为轴向设有贯通缝的金属管，金属管外侧设有细螺纹，金属管内部设有与节状锚杆杆体上凸起相匹配的内凹结构。
所述节状锚杆杆体上间隔设有凸起为球状凸起或者纺锤状凸起。
所述套筒为一整根将节状锚杆杆体包裹住的开有贯通缝的金属管，或者为多根将节状锚杆杆体包裹住的开有贯通缝的金属管。
所述开有贯通缝的金属管构成的套筒在锚杆端部三分之一长度范围内为一整根，剩余三分之二锚杆长度为多根将节状锚杆杆体包裹住的开有贯通缝的短金属管，所述开有贯通缝的短金属管包括短金属管Ⅰ和短金属管Ⅱ两种结构，使用时间隔布置搭配使用，开有贯通缝的短金属管的整体长度为节状锚杆杆体两个相邻凸起的1.5倍长度，当节状锚杆杆体出现破断后，岩体内部残余的部分继续发挥锚固起作用，锚杆杆体在外部破断后，与钻孔岩体紧密贴合的短金属管会随岩体一起向钻孔外部运动，而短金属管内的杆体不动，此时金属管内匹配的内凹结构与断裂部分的凸起重新形成锚固点。
所述锚杆尾部锁具包括锚杆锁具套筒和锚杆锁具楔体，所述锚杆锁具套筒内表面设置为倾斜面，锚杆锁具楔体为表面有摩擦纹路的楔体，楔体有3片构成，锚杆锁具楔体刚度大于节状锚杆杆体刚度。
一种高应力冲击地压巷道锚杆的设计方法，其步骤为：
a1通过常规直接剪切试验测试获得树脂药卷的内聚力c1和树脂药卷的内摩擦角φ1，以及锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角c2和锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角φ2，并将岩石和树脂药卷二者抗剪切强度最小的内聚力和内摩擦角分别作为极限法向力计算公式中的c和φ；
a2根据锚杆设计锚固力F以及交替设置的短金属管Ⅰ和短金属管Ⅱ与树脂药卷接触面积S，计算获得锚杆极限法向力σn＝(F/S-c)/tan(φ)，其中S＝π*D*L，L为接触长度，D为套环外径；计算获得锚杆杆体最细处直径其中σy为杆体抗拉屈服强度；
a3利用公式：dn＝σn(k1+k2)/(k1*k2)计算获得锚杆滑移极限法向变形dn，式中：k1为树脂药卷压缩刚度，k2为孔壁岩石压缩刚度，二者均通过压缩试验获得；
a4确定冲击地压发生时瞬间位移量作为开有贯通缝的短金属管内部斜面水平投影长度到转平段距离Lp；
a5根据公式α＝atan(dn/Lp)计算获得开有贯通缝的短金属管内部斜面与水平方向夹角，记为凸起起伏角α；
a6利用凸起起伏角α、锚杆杆体直径Db和竹节峰值之间的距离设计出节状锚杆杆体的每个凸起的尺寸，然后根据节状锚杆杆体每个两个凸起之间的尺寸确定节状锚杆杆体具体的凸起数量，并在节状锚杆杆体尾部设置锚杆锁具即完成整个锚杆的设计。
一种高应力冲击地压巷道锚杆的工作方法，其步骤为：
b1在巷道壁上施工钻孔，将树脂药卷放入钻孔中，使用锚杆钻机将树脂药卷、套有套筒的节状锚杆杆体推入孔底，并在推入孔底的过程中搅拌破碎树脂药卷，待树脂药卷凝固后，通过张拉机具向钻孔孔底方向顶住锚杆尾部锁具，通过传力托盘向钻孔孔底方向推挤锚杆锁具套筒，同时向钻孔孔外方向张拉节状锚杆杆体直至达到预紧力后停止，利用锚杆锁具楔体锁紧节状锚杆杆体，实现无扭矩安装；
b2在高水平静态压力作用下，节状锚杆杆体在拉力作用下发生沿套筒内部斜面滑移以适应由于围岩大变形巷道整体变形，此时节状锚杆杆体将套筒撑开，套筒挤压钻孔中树脂药卷环形空间，使其与钻孔孔壁的贴合更为紧密，有效提高整体锚固力；
b3当锚杆承受来自于垂直于锚杆平面上的任何方向高速冲击动压时，节状锚杆杆体在冲击力的作用下快速与套筒摩擦滑移，当二者相对位移超过节状锚杆杆体的一个凸起的长度时，节状锚杆杆体上的凸起会自然滑入下一个套筒的梭形凹槽内，再次沿套筒内部斜面滑移，这会有效避免锚杆在冲击地压灾害发生时杆体的破断和失效。
当冲击动压过高导致节状锚杆杆体在某个部位被拉断时，由于巷道壁围岩的变形与深度成反比，钻孔浅部靠近巷道壁的位置比钻孔深部围岩变形大，因此由于断口附近的套管与围岩是紧密接触的，围岩会继续向巷道自由面运动，也会带动与之紧密结合的套管一起向外运动，而深部围岩中构成的内锚固点是不动的，那么残留在围岩内部的节状锚杆杆体是不动的，而断口附近的套管会随围岩一起向外移动，因此套筒内部斜面会与节状锚杆杆体的凸起摩擦接触，再次被涨开形成外锚固点，这样外锚固点和内锚固点之间的岩体就继续被残余节状锚杆杆体约束。
有益效果：
通过树脂药卷的化学粘结作用于节状锚杆杆体和套环的物理涨壳作用相结合，适用于孔壁不规则不利于机械锚固的情况，适用于孔壁潮湿树脂锚固剂化学粘结作用不好的情况；
由于节状锚杆杆体在高水平静态压力作用下，节状锚杆杆体在拉力作用下发生沿套筒内部斜面滑移以适应围岩大变形，同时节状锚杆杆体将套筒撑开，套筒挤压树脂药卷环形空间，使其与钻孔孔壁的贴合更为紧密，锚固力更高，当承受高速冲击动压时，节状锚杆杆体快速与套筒摩擦滑移，当二者相对位移超过一个梭形凸起的长度时，节状锚杆杆体上的凸起会自然滑入下一个套筒的凹槽内，再次沿套筒内部斜面滑移，这会有效避免节状锚杆杆体在冲击地压灾害发生时杆体的破断和失效；
由于节状锚杆杆体上设有多个凸起，因此当锚杆某个位置发生破断后，其他位置节状锚杆杆体上的凸起仍然能够起到锚固作用，常见的钻孔外锚杆托盘位置杆体拉断后，普通锚杆会整体失效；
围岩与套环通过树脂药卷粘结，因此围岩与套环会同步运动，由于节状锚杆杆体沿杆体两个方向上均存在起伏，且当节状锚杆杆体与套筒运动方向相反时，套筒与节状锚杆杆体之间的斜面角度远大于顺向，可以快速锁定节状锚杆杆体，会与套环内壁接触，将其膨胀开，重新压紧孔壁产生锚固力，因此不论锚杆断成几段，其锚固力均不会丧失；
由于不使用螺栓，使用张拉预紧锚杆，因此锚杆托盘位置杆体仅单纯承受张拉载荷，而不像使用螺栓时同时承受拉、压、扭的作用，而导致过早失效。锚杆杆体与锁具相对运动时，由于楔体的嵌固作用，会将锚杆杆体与锁具挤压摩擦，在高摩擦力下锚杆与锁具被锁定；
在锚杆杆体与套环发生相对滑动，超过1个凸起长度时杆体上的凸起会自然滑入下一个套筒的梭形凹槽内，发出撞击声，因此可以通过这个撞击声反映巷道大变形及锚杆受力状态；
锚杆杆体的起伏高度设计综合考虑了锚杆锚固力、围岩变形模量、树脂药卷变形模量、套筒变形模量等因素，对不同特性围岩的适应性更好；
具有高锚固力、高预紧力、局部破断不影响整体锚固效果优点，可有效避免目前普通锚杆锚固条件苛刻、局部破断容易失效、允许变形量小、无法适应高应力、大变形、强冲击动压、岩石破碎工程环境等问题。
附图说明
图1是本发明高应力冲击地压巷道锚杆的结构示意图；
图2(a)是本发明高应力冲击地压巷道锚杆尾部锁具的正视图；
图2(b)是本发明高应力冲击地压巷道锚杆尾部锁具的剖面图；
图3是本发明高应力冲击地压巷道锚杆使用中的结构示意图；
图4(a)为本发明短金属管Ⅰ的结构示意图；
图4(b)为本发明短金属管Ⅱ的结构示意图；
图5为本发明高应力冲击地压巷道锚杆使用中锚杆体断裂后继续起作用的结构示意图；
图6为本发明高应力冲击地压巷道锚杆最上面一根断裂锚杆仍然起作用的结构示意图。
图中：1-节锚杆杆体；21-锚杆锁具套筒；22-锚杆锁具楔体；3-传力托盘；4-套筒，41-短金属管Ⅰ，42-短金属管Ⅱ
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：
如图1所示，本发明的高应力冲击地压巷道锚杆，包括节状锚杆杆体1、锚杆尾部锁具、传力托盘3和套筒4；
所述节状锚杆杆体1上间隔设有凸起，凸起为球状凸起或者纺锤状凸起；节状锚杆杆体1的尾端设有螺纹，螺纹上顺序设有传力托盘3和锚杆尾部锁具，节状锚杆杆体1外设有套筒4，所述套筒4为轴向设有贯通缝的金属管，金属管外侧设有细螺纹，金属管内部设有与节状锚杆杆体1上凸起相匹配的内凹结构，其中套筒4为一整根将节状锚杆杆体1包裹住的开有贯通缝的金属管，或者为多根将节状锚杆杆体1包裹住的开有贯通缝的金属管；所述多根开有贯通缝的金属管构成的套筒4在锚杆端部三分之一长度范围内为一整根，剩余三分之二锚杆长度为多根将节状锚杆杆体1包裹住的开有贯通缝的短金属管，如图4(a)和图4(b)所示，开有贯通缝的短金属管包括短金属管Ⅰ41和短金属管Ⅱ42两种结构，使用时间隔布置搭配使用，开有贯通缝的短金属管的整体长度为节状锚杆杆体1两个相邻凸起的1.5倍长度，当节状锚杆杆体1出现破断后，岩体内部残余的部分继续发挥锚固起作用，锚杆杆体在外部破断后，与钻孔岩体紧密贴合的短金属管会随岩体一起向钻孔外部运动，而短金属管内的杆体不动，此时金属管内匹配的内凹结构与断裂部分的凸起重新形成锚固点。
如图2(a)和图2(b)所示，锚杆尾部锁具包括锚杆锁具套筒21和锚杆锁具楔体22，所述锚杆锁具套筒21内表面设置为倾斜面，锚杆锁具楔体22为表面有摩擦纹路的楔体，楔体有3片构成，锚杆锁具楔体22刚度大于节状锚杆杆体1刚度。
一种使用权利要求1所述的高应力冲击地压巷道锚杆的设计方法，其步骤为：
a1首先通过常规直接剪切试验测试获得树脂药卷的内聚力c1和树脂药卷的内摩擦角φ1，以及锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角c2和锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角φ2，并将岩石和树脂药卷二者抗剪切强度最小的内聚力和内摩擦角分别作为极限法向力计算公式中的c和φ；
a2根据锚杆设计锚固力F以及交替设置的短金属管Ⅰ41和短金属管Ⅱ42与树脂药卷接触面积S，计算获得锚杆极限法向力σn＝(F/S-c)/tan(φ)，其中S＝π*D*L，L为接触长度，D为套环外径；计算获得锚杆杆体最细处直径其中σy为杆体抗拉屈服强度；
a3利用公式：dn＝σn(k1+k2)/(k1*k2)计算获得锚杆滑移极限法向变形dn，式中：k1为树脂药卷压缩刚度，k2为孔壁岩石压缩刚度，二者均通过压缩试验获得；
a4确定冲击地压发生时瞬间位移量作为开有贯通缝的短金属管内部斜面水平投影长度到转平段距离Lp；
a5根据公式α＝atan(dn/Lp)计算获得开有贯通缝的短金属管内部斜面与水平方向夹角，记为凸起起伏角α；
a6利用凸起起伏角α、锚杆杆体直径Db和竹节峰值之间的距离设计出节状锚杆杆体1的每个凸起的尺寸，然后根据节状锚杆杆体1每个两个凸起之间的尺寸确定节状锚杆杆体1具体的凸起数量，并在节状锚杆杆体1尾部设置锚杆锁具即完成整个锚杆的设计。
如图3和图5所示，一种使用权利要求1所述高应力冲击地压巷道锚杆的工作方法，其步骤为：
b1在巷道壁上施工钻孔，将树脂药卷放入钻孔中，使用锚杆钻机将树脂药卷、套有套筒4的节状锚杆杆体1推入孔底，并在推入孔底的过程中搅拌破碎树脂药卷，待树脂药卷凝固后，通过张拉机具向钻孔孔底方向顶住锚杆尾部锁具，通过传力托盘(3)向钻孔孔底方向推挤锚杆锁具套筒21，同时向钻孔孔外方向张拉节状锚杆杆体1直至达到预紧力后停止，利用锚杆锁具楔体22锁紧节状锚杆杆体1，实现无扭矩安装；
b2在高水平静态压力作用下，节状锚杆杆体1在拉力作用下发生沿套筒4内部斜面滑移以适应由于围岩大变形巷道整体变形，此时节状锚杆杆体1将套筒4撑开，套筒4挤压钻孔中树脂药卷环形空间，使其与钻孔孔壁的贴合更为紧密，有效提高整体锚固力；
b3当锚杆承受来自于垂直于锚杆平面上的任何方向高速冲击动压时，节状锚杆杆体1在冲击力的作用下快速与套筒4摩擦滑移，当二者相对位移超过节状锚杆杆体1的一个凸起的长度时，节状锚杆杆体1上的凸起会自然滑入下一个套筒4的梭形凹槽内，再次沿套筒内部斜面滑移，这会有效避免锚杆在冲击地压灾害发生时杆体的破断和失效。
如图6所示，当冲击动压过高导致节状锚杆杆体1在某个部位被拉断时，由于巷道壁围岩的变形与深度成反比，钻孔浅部靠近巷道壁的位置比钻孔深部围岩变形大，因此由于断口附近的套管4与围岩是紧密接触的，围岩会继续向巷道自由面运动，也会带动与之紧密结合的套管4一起向外运动，而深部围岩中构成的内锚固点是不动的，那么残留在围岩内部的节状锚杆杆体1是不动的，而断口附近的套管4会随围岩一起向外移动，因此套筒4内部斜面会与节状锚杆杆体1的凸起摩擦接触，再次被涨开形成外锚固点，这样外锚固点和内锚固点之间的岩体就继续被残余节状锚杆杆体1约束。

Claims (8)

1.一种高应力冲击地压巷道锚杆，其特征在于：它包括节状锚杆杆体(1)、锚杆尾部锁具、传力托盘(3)和套筒(4)；
所述节状锚杆杆体(1)上间隔设有凸起，节状锚杆杆体(1)的尾端设有螺纹，螺纹上顺序设有传力托盘(3)和锚杆尾部锁具，节状锚杆杆体(1)外设有套筒(4)，所述套筒(4)为轴向设有贯通缝的金属管，金属管外侧设有细螺纹，金属管内部设有与节状锚杆杆体(1)上凸起相匹配的内凹结构。
2.根据权利要求1所述的高应力冲击地压巷道锚杆，其特征在于：所述节状锚杆杆体(1)上间隔设有凸起为球状凸起或纺锤状凸起。
3.根据权利要求1所述的高应力冲击地压巷道锚杆，其特征在于：所述套筒(4)为一整根将节状锚杆杆体(1)包裹住的开有贯通缝的金属管，或者为多根将节状锚杆杆体(1)包裹住的开有贯通缝的金属管。
4.根据权利要求3所述的高应力冲击地压巷道锚杆，其特征在于：所述开有贯通缝的金属管构成的套筒(4)在锚杆端部三分之一长度范围内为一整根，剩余三分之二锚杆长度为多根将节状锚杆杆体(1)包裹住的开有贯通缝的短金属管，所述开有贯通缝的短金属管包括短金属管Ⅰ(41)和短金属管Ⅱ(42)两种结构，使用时间隔布置搭配使用，开有贯通缝的短金属管的整体长度为节状锚杆杆体(1)两个相邻凸起的1.5倍长度，当节状锚杆杆体(1)出现破断后，岩体内部残余的部分继续发挥锚固起作用，锚杆杆体在外部破断后，与钻孔岩体紧密贴合的短金属管会随岩体一起向钻孔外部运动，而短金属管内的杆体不动，此时金属管内匹配的内凹结构与断裂部分的凸起重新形成锚固点。
5.根据权利要求1所述的高应力冲击地压巷道锚杆，其特征在于：所述锚杆尾部锁具包括锚杆锁具套筒(21)和锚杆锁具楔体(22)，所述锚杆锁具套筒(21)内表面设置为倾斜面，锚杆锁具楔体(22)为表面有摩擦纹路的楔体，楔体有3片构成，锚杆锁具楔体(22)刚度大于节状锚杆杆体(1)刚度。
6.一种使用权利要求1所述的高应力冲击地压巷道锚杆的设计方法，其特征在于步骤为：
a1 首先通过常规直接剪切试验测试获得树脂药卷的内聚力c1和树脂药卷的内摩擦角φ1，以及锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角c2和锚固钻孔孔壁岩石内摩擦角φ2，并将岩石和树脂药卷二者抗剪切强度最小的内聚力和内摩擦角分别作为极限法向力计算公式中的c和φ；
a2 根据锚杆设计锚固力F以及交替设置的短金属管Ⅰ(41)和短金属管Ⅱ(42)与树脂药卷接触面积S，计算获得锚杆极限法向力σn＝(F/S-c)/tan(φ)，其中S＝π*D*L，L为接触长度，D为套环外径；计算获得锚杆杆体最细处直径其中σy为杆体抗拉屈服强度；
a3 利用公式：dn＝σn(k1+k2)/(k1*k2)计算获得锚杆滑移极限法向变形dn，式中：k1为树脂药卷压缩刚度，k2为孔壁岩石压缩刚度，二者均通过压缩试验获得；
a4 确定冲击地压发生时瞬间位移量作为开有贯通缝的短金属管内部斜面水平投影长度到转平段距离Lp；
a5 根据公式α＝atan(dn/Lp)计算获得开有贯通缝的短金属管内部斜面与水平方向夹角，记为凸起起伏角α；
a6 利用凸起起伏角α、锚杆杆体直径Db和竹节峰值之间的距离设计出节状锚杆杆体(1)的每个凸起的尺寸，然后根据节状锚杆杆体(1)每个两个凸起之间的尺寸确定节状锚杆杆体(1)具体的凸起数量，并在节状锚杆杆体(1)尾部设置锚杆锁具即完成整个锚杆的设计。
7.一种使用权利要求1所述高应力冲击地压巷道锚杆的工作方法，其特征在于步骤为：
b1 在巷道壁上施工钻孔，将树脂药卷放入钻孔中，使用锚杆钻机将树脂药卷、套有套筒(4)的节状锚杆杆体(1)推入孔底，并在推入孔底的过程中搅拌破碎树脂药卷，待树脂药卷凝固后，通过张拉机具向钻孔孔底方向顶住锚杆尾部锁具，通过传力托盘(3)向钻孔孔底方向推挤锚杆锁具套筒(21)，同时向钻孔孔外方向张拉节状锚杆杆体(1)直至达到预紧力后停止，利用锚杆锁具楔体(22)锁紧节状锚杆杆体(1)，实现无扭矩安装；
b2 在高水平静态压力作用下，节状锚杆杆体(1)在拉力作用下发生沿套筒(4)内部斜面滑移以适应由于围岩大变形巷道整体变形，此时节状锚杆杆体(1)将套筒(4)撑开，套筒(4)挤压钻孔中树脂药卷环形空间，使其与钻孔孔壁的贴合更为紧密，有效提高整体锚固力；
b3 当锚杆承受来自于垂直于锚杆平面上的任何方向高速冲击动压时，节状锚杆杆体(1)在冲击力的作用下快速与套筒(4)摩擦滑移，当二者相对位移超过节状锚杆杆体(1)的一个凸起的长度时，节状锚杆杆体(1)上的凸起会自然滑入下一个套筒(4)的梭形凹槽内，再次沿套筒内部斜面滑移，这会有效避免锚杆在冲击地压灾害发生时杆体的破断和失效。
8.根据权利要求7所述的高应力冲击地压巷道锚杆的工作方法，其特征在于：当冲击动压过高导致节状锚杆杆体(1)在某个部位被拉断时，由于巷道壁围岩的变形与深度成反比，钻孔浅部靠近巷道壁的位置比钻孔深部围岩变形大，因此由于断口附近的套管(4)与围岩是紧密接触的，围岩会继续向巷道自由面运动，也会带动与之紧密结合的套管(4)一起向外运动，而深部围岩中构成的内锚固点是不动的，那么残留在围岩内部的节状锚杆杆体(1)是不动的，而断口附近的套管(4)会随围岩一起向外移动，因此套筒(4)内部斜面会与节状锚杆杆体(1)的凸起摩擦接触，再次被涨开形成外锚固点，这样外锚固点和内锚固点之间的岩体就继续被残余节状锚杆杆体(1)约束。
CN201910885804.7A 2019-09-19 2019-09-19 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法 Active CN110578542B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910885804.7A CN110578542B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法
CA3163844A CA3163844A1 (en) 2019-09-19 2020-09-04 High stress rock burst roadway bolt, design method and working method
PCT/CN2020/113350 WO2021052192A1 (zh) 2019-09-19 2020-09-04 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910885804.7A CN110578542B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110578542A true CN110578542A (zh) 2019-12-17
CN110578542B CN110578542B (zh) 2020-09-08

Family

ID=68811481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910885804.7A Active CN110578542B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN110578542B (zh)
CA (1) CA3163844A1 (zh)
WO (1) WO2021052192A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111931309A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 长江水利委员会长江科学院 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法
WO2021052192A1 (zh) * 2019-09-19 2021-03-25 孟波 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法
CN112922652A (zh) * 2021-03-01 2021-06-08 华能煤炭技术研究有限公司 一种分级抗拉锚杆及支护系统
CN113294185A (zh) * 2021-06-10 2021-08-24 山东科技大学 一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法
CN113503168A (zh) * 2021-06-21 2021-10-15 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 高烈度地震活动断层区域的盾构隧道纵向接头结构
CN116006230A (zh) * 2023-01-13 2023-04-25 东莞粤惠建筑科技有限公司 一种锚固剂填充设备
CN116241300A (zh) * 2023-03-09 2023-06-09 中铁西北科学研究院有限公司 一种可控制膨胀岩隧道底鼓变形的预应力自平衡锚固系统

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114607428B (zh) * 2022-03-08 2024-06-11 长江水利委员会长江科学院 一种用于软岩加固的内锚式可伸缩锚杆及应用方法
CN115324047A (zh) * 2022-05-06 2022-11-11 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种沿径向多区段弹性锚固的岩体控制装置
CN115405345A (zh) * 2022-06-30 2022-11-29 辽宁工程技术大学 一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置
CN119221971B (zh) * 2024-11-29 2025-04-08 邯郸市中富工矿配件有限公司 一种锚杆拉拔测试装置及管缝式锚杆

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2057459U (zh) * 1989-04-27 1990-05-23 中国矿业大学 可拉伸锚杆
DE29521197U1 (de) * 1995-10-24 1996-10-02 Dyckerhoff & Widmann AG, 81902 München Ankerelement für einen temporären Verpreßanker
CN102094662A (zh) * 2011-03-15 2011-06-15 北京科技大学 一种摩擦套筒式大变形锚杆
CN102691514A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 中铁西南科学研究院有限公司 多级分段免注浆自胀紧式锚固锚杆
CN203393706U (zh) * 2013-07-26 2014-01-15 乐清市路桥工程有限公司 一种自锁型抗拔锚杆
CN104018863A (zh) * 2014-05-16 2014-09-03 山东科技大学 一种多段膨胀让压预应力注浆锚杆及其使用方法
CN204827498U (zh) * 2015-08-03 2015-12-02 山东科技大学 一种防冲击预应力锚索
CN205330701U (zh) * 2015-12-16 2016-06-22 湖南科技大学 一种可延伸吸能锚固装置
CN105781598A (zh) * 2016-03-15 2016-07-20 中国矿业大学(北京) 一种可伸长锚杆
CN205669312U (zh) * 2016-05-21 2016-11-02 枣庄联德建筑材料有限公司 一种用于复合外模板保温体系的锚固钉
US20170218164A1 (en) * 2014-03-04 2017-08-03 Korec S.R.L. Thermochemical process for recovering fiberglass reinforced plastics waste matter
CN108343458A (zh) * 2018-05-16 2018-07-31 山东科技大学 全长粘结大变形让压锚杆及其施工方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203515628U (zh) * 2013-10-08 2014-04-02 尤洛卡矿业安全工程股份有限公司 一种摩擦式恒阻大变形锚杆
CN103643977B (zh) * 2013-11-21 2015-08-19 中国矿业大学 一种全锚分区让压注浆锚杆及其使用方法
KR101726497B1 (ko) * 2015-05-23 2017-04-26 박문경 쏘일 네일링 제거식 와이어 고정장치
CN205277465U (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 山东科技大学 一种大变形抗剪锚杆
CN206246140U (zh) * 2016-12-06 2017-06-13 山东科技大学 一种恒阻让压组合锚杆
CN208502817U (zh) * 2018-07-11 2019-02-15 四川大航建设工程有限公司 一种锚喷支护体系用锚杆
CN110578542B (zh) * 2019-09-19 2020-09-08 中国矿业大学 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2057459U (zh) * 1989-04-27 1990-05-23 中国矿业大学 可拉伸锚杆
DE29521197U1 (de) * 1995-10-24 1996-10-02 Dyckerhoff & Widmann AG, 81902 München Ankerelement für einen temporären Verpreßanker
CN102094662A (zh) * 2011-03-15 2011-06-15 北京科技大学 一种摩擦套筒式大变形锚杆
CN102691514A (zh) * 2012-06-07 2012-09-26 中铁西南科学研究院有限公司 多级分段免注浆自胀紧式锚固锚杆
CN203393706U (zh) * 2013-07-26 2014-01-15 乐清市路桥工程有限公司 一种自锁型抗拔锚杆
US20170218164A1 (en) * 2014-03-04 2017-08-03 Korec S.R.L. Thermochemical process for recovering fiberglass reinforced plastics waste matter
CN104018863A (zh) * 2014-05-16 2014-09-03 山东科技大学 一种多段膨胀让压预应力注浆锚杆及其使用方法
CN204827498U (zh) * 2015-08-03 2015-12-02 山东科技大学 一种防冲击预应力锚索
CN205330701U (zh) * 2015-12-16 2016-06-22 湖南科技大学 一种可延伸吸能锚固装置
CN105781598A (zh) * 2016-03-15 2016-07-20 中国矿业大学(北京) 一种可伸长锚杆
CN205669312U (zh) * 2016-05-21 2016-11-02 枣庄联德建筑材料有限公司 一种用于复合外模板保温体系的锚固钉
CN108343458A (zh) * 2018-05-16 2018-07-31 山东科技大学 全长粘结大变形让压锚杆及其施工方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021052192A1 (zh) * 2019-09-19 2021-03-25 孟波 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法
CN111931309A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 长江水利委员会长江科学院 一种锚杆/锚索结构拉伸硬化软化断裂模拟的方法
CN112922652A (zh) * 2021-03-01 2021-06-08 华能煤炭技术研究有限公司 一种分级抗拉锚杆及支护系统
CN113294185A (zh) * 2021-06-10 2021-08-24 山东科技大学 一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法
CN113503168A (zh) * 2021-06-21 2021-10-15 上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 高烈度地震活动断层区域的盾构隧道纵向接头结构
CN116006230A (zh) * 2023-01-13 2023-04-25 东莞粤惠建筑科技有限公司 一种锚固剂填充设备
CN116241300A (zh) * 2023-03-09 2023-06-09 中铁西北科学研究院有限公司 一种可控制膨胀岩隧道底鼓变形的预应力自平衡锚固系统
CN116241300B (zh) * 2023-03-09 2023-09-19 中铁西北科学研究院有限公司 一种可控制膨胀岩隧道底鼓变形的预应力自平衡锚固系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021052192A1 (zh) 2021-03-25
CN110578542B (zh) 2020-09-08
CA3163844A1 (en) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110578542B (zh) 一种高应力冲击地压巷道锚杆、设计方法和工作方法
US11268383B2 (en) Type of energy-absorbing rock bolt device with umbrella-shaped structure
WO2017190397A1 (zh) 一种分段式模块化抗大变形和抗冲击组合锚杆及其组装方法
CN204357467U (zh) 可伸缩内注式二次锚固型锚杆
CN109306697A (zh) 一种梭形收缩式锚杆结构及其使用方法
CN112177648B (zh) 一种新型抗剪切大变形吸能锚杆
CN110621848A (zh) 摩擦岩石锚杆
CN202431287U (zh) 一种复合可伸缩锚杆
CN101892848A (zh) 一种盾构隧道管片衬砌抗震型纵向接头
CN106089273A (zh) 一种用于深部分区破裂巷道支护的多点让压注浆锚杆
CN103758550A (zh) 一种液胀式让压抗震抗高地温锚杆
CN202055842U (zh) 一种隧道钢拱架与锁脚锚管连接方式
CN205445644U (zh) 一种内穿超长套式管缝锚杆
CN205277465U (zh) 一种大变形抗剪锚杆
CN205876365U (zh) 一种用于深部分区破裂巷道支护的多点让压注浆锚杆
CN110206021B (zh) 一种快速锚固应急桥拉索的预应力轻型桩及施工方法
CN107191211B (zh) 用于锚固破碎顶板煤体的叉形锚杆及其安装方法
CN114320410A (zh) 一种深部巷道抗拔注浆锚杆
RU2592083C2 (ru) Расширяемый анкерный болт
CN114320408A (zh) 一种分段组装式钻锚一体化注浆锚杆
CN103603684B (zh) 一种大变形预应力锚杆
CN117307219A (zh) 一种多维施压锚固支护结构的使用方法
CN114411775B (zh) 一种抗震锚索与边坡加固方法
CN107725088B (zh) 一种抗岩爆和大变形翼式劈裂型吸能锚杆及结构
CN203655326U (zh) 一种液胀式让压抗震抗高地温锚杆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant