CN210858767U - 一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，包括杆体、恒阻装置、球形承载板、调整垫和螺母；所述杆体外表面设有螺纹结构；所述恒阻装置呈筒状，所述恒阻装置与所述杆体螺纹连接，套设在所述杆体的一端部；所述球形承载板包括平板部和位于所述平板部中心的球形凸起部，所述球形承载板穿过承载板通孔套设在所述恒阻装置上；所述螺母套设在所述恒阻装置的端部；所述调整垫套设在所述恒阻装置上，位于所述球形承载板和所述螺母之间。该装置通过在承载板和螺母之间设置调整垫，使三者接触部位形成铰连接，实现自动调心，钻孔斜度自适应，将预紧力均匀的施加到球形承载板上，有效地发挥恒阻锚杆的优良特性，结构简单，制作施工方便。

Description

一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆

技术领域

本实用新型属于锚杆支护技术领域，具体涉及一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆。

背景技术

2011年深部国家重点实验室何满潮院士团队研发了一种具有高恒阻、大延伸率、吸能强，且在结构上呈现负泊松比效应的恒阻锚杆，该恒阻锚杆在实验室内进行了一系列静力学试验和动力学试验，并成功的运用到很多矿山巷道、边坡、隧道等需要进行大变形控制、监测、预警的领域。

基于恒阻锚杆在大变形支护中高恒阻，大延伸率、吸能强的优良特性，目前探索开发出全新的采煤工艺—“110工法”和“N00工法”及应用于集边坡控制、加固、监测、预警于一体的滑坡牛顿力远程监测系统。目前，全国已有500多个煤矿基于采用“110工法”，有效的解决了煤炭工业长期面临的“安全、资源回收和开采成本”三个突出问题。

由于该恒阻锚杆的优良的大变形特性，特别是针对于软岩的大变形控制效果显著，应用领域也越来越广。但是现场地质环境复杂多样，钻孔的倾斜程度变化范围大，致使施工过程中存在钻孔外端墙面与钻孔轴线不垂直，施加预紧力时轴力方向发生偏移，导致恒阻锚杆的大变形特性部分失效，使得工程加固和控制等效果衰减。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，以解决目前传统恒阻大变形锚杆在煤井巷道，隧道以及边坡现场的安装应用中存在钻孔外端墙面与钻孔轴线不垂直，导致传统恒阻大变形锚杆无法施加预期的恒阻与应力的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，所述恒阻锚杆包括杆体、恒阻装置、球形承载板、调整垫和螺母；

所述杆体外表面设有螺纹结构；

所述恒阻装置呈筒状，所述恒阻装置内表面为螺纹结构，所述恒阻装置与所述杆体螺纹连接，套设在所述杆体的一端部；

所述球形承载板包括平板部和位于所述平板部中心的球形凸起部，所述球形凸起部中心设有承载板通孔，所述球形承载板穿过所述承载板通孔套设在所述恒阻装置上；所述球形凸起部的壁厚均匀；

所述恒阻装置设置有外螺纹，所述螺母的螺纹与所述恒阻装置的外螺纹配合，所述螺母设置在所述恒阻装置的端部，位于所述球形承载板上方；

所述调整垫套设在所述恒阻装置上，位于所述球形承载板和所述螺母之间，所述调整垫的一端面处设有第一凹型球面，所述第一凹型球面与所述球形承载板的球形凸起部接触契合。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述螺母为球面螺母。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述调整垫另一端面处设有第二凹型球面，所述第二凹型球面与所述球面螺母的球形部位接触契合。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述第一凹型球面的球面曲率与所述球形承载板的球形凸起部的球面曲率相同。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述第二凹型球面的球面曲率与所述球面螺母的球形部的球面曲率相同。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，设于所述调整垫上的所述第一凹型球面的口径大于所述第二凹型球面的口径。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述调整垫的材质为金属材料。

在如上所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，优选，所述球形承载板的平板部为正方形。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆可以实现自动调心，通过在承载板和螺母之间设置双球面调整垫，使三者接触部位形成铰连接，可以避免在施工过程中钻孔外端墙面与钻孔轴线不垂直情况下，承载板受力不均导致的恒阻锚杆恒阻特性部分失效的问题；该装置可以实现钻孔斜度自适应，将预紧力均匀的施加到球形承载板上进而传递到支护管片上；该装置能够应用到水利、交通、矿山、国防和工民建等应用领域的巷道、边坡、隧道等岩体的支护，有效地发挥恒阻锚杆高恒阻，大延伸率、吸能强的优良特性；结构简单，制作施工方便，适宜于现场加工。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型实施例的恒阻锚杆的安装结构示意图；

图2为图1中的A-A向在球面承载板与锚杆杆体非垂直状态下的剖视图；

图3为图1的球面螺母的结构示意图；

图4为图1的调整垫的立体结构示意图；

图5为图4的纵向剖视图；

图6为图1的球形承载板的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的管片结构示意图；

图8为本实用新型实施例的管片上安装恒阻锚杆后的结构示意图；

图9为本实用新型实施例的恒阻锚杆应用在隧道中的结构示意图。

图中：1、恒阻锚杆；11、球面螺母；12、调整垫；121、第一凹型球面；122、第二凹型球面；13、球形承载板；14、杆体；15、恒阻装置；2、管片；3、安装槽；4、隧道。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图9所示，根据本实用新型的实施例，本实用新型提供了一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，本实用新型的恒阻锚杆可以应用到巷道、边坡、隧道等岩体的支护领域，涉及水利、交通、矿山、国防和工民建等应用领域。在如图9所示的隧道4施工过程中，在施工过程中使用的管片2是由混凝土预制厂批量预制定做，管片2上设置有安装槽3，本实用新型的具体实施例中，安装槽3为正方形，其边长为220mm，安装槽3用于放置恒阻锚杆1的球形承载板13，安装槽3中心设有通孔，穿过该通孔的恒阻锚杆1对管片2施加预紧力将管片2固定在设计位置。

恒阻锚杆1包括杆体14、恒阻装置15、球形承载板13、调整垫12和螺母。

杆体14外表面设有螺纹结构。

恒阻装置15呈筒状，恒阻装置15内表面为螺纹结构，恒阻装置15与杆体14螺纹连接，套设在杆体14的一端部。

球形承载板13包括平板部和位于平板部中心的球形凸起部，球形凸起部中心设有承载板通孔，球形凸起部的壁厚均匀；球形承载板13穿过承载板通孔套设在恒阻装置15上。优选地，球形承载板13与管片2上的安装槽3大小尺寸一致。安装槽3对球形承载板13起到限位作用，保证在安装过程中的固定。

优选地，球形承载板13的平板部为正方形，正方形平板部的下端面为平整面，球形承载板13穿过恒阻装置15和杆体14后放置在安装槽3中，球形承载板13的平板部下端面与安装槽3的槽面平整接触，可以实现杆体14施加预紧力后，安装槽3的槽面均匀受力，保证管片2与隧道4原生面接触受力均衡。

螺母套设在恒阻装置15的端部，位于球形承载板13上方；优选地，螺母为球面螺母11。

调整垫12中心设有调整垫通孔，穿过调整垫通孔调整垫12套设在恒阻装置15上，调整垫12设于球形承载板13和螺母之间。优选地，调整垫12的两个端面处分别设有第一凹型球面121和第二凹型球面122；第一凹型球面121与球形承载板13的球形凸起部接触契合；第二凹型球面122与球面螺母11的球形部位接触契合。进一步优选，第一凹型球面121的球面曲率与球形承载板13的球形凸起部的球面曲率相同。第二凹型球面122的球面曲率与球面螺母11的球形部的球面曲率相同。

调整垫12的材质为金属材料，优选的调整垫12的材质为Q235钢。

调整垫12为双球面调整垫12，如图4和图5中所示，设于调整垫12上的第一凹型球面121的口径大于第二凹型球面122的口径，即第一凹型球面121的尺寸较大，第二凹型球面122的尺寸较小，第一凹型球面121的球面曲率与球形承载板13的球形凸起部的凸出球面曲率一致，保证调整垫12与球形承载板13接触处为面接触形成铰连接的接触契合，这样确保无论调整垫12中心、球形承载板13中心是否位于杆体14的轴线上，都可以通过球形承载板13将预紧力均匀施加在管片2上。

优选地，球面螺母11的一端保持常规螺母的形状，另一端为球面状，球面状的球面曲率与调整垫12的第二凹型球面122的球面曲率一致，保证球面螺母11与调整垫12形成面接触的铰连接接触契合。

球面螺母11、双球面调整垫12和球形承载板13三者之间接触部位均设置成铰连接的接触契合，确保了恒阻大变形锚杆在施工过程中钻孔外端墙面与钻孔轴线不垂直情况下，球形承载板13受力均匀，有效发挥恒阻锚杆1大延伸率，吸能强的优良特性。

在现场施工时，由于现场钻孔施工环境复杂多变，施工工人钻孔施工水平参差不齐，钻机本身的系统误差等综合因素，致使钻孔外端墙面，即管片2上的安装槽3的槽底面与钻孔轴线不垂直，杆体14所受轴力与管片2上安装槽3的槽底面不垂直，球形载板受力不均，发生变形，恒阻锚杆1的轴力发生偏转，恒阻锚杆1的恒阻特性发生部分失效。而采用本实用新型的自调心恒阻大变形锚杆代替传统的恒阻大变形锚杆，管片2通过自调心恒阻大变形锚杆施加预紧力加以固定，此时，无论锚杆轴向与安装槽3的槽底面是否垂直，都可以保证安装槽3与球形承载板13平整接触，安装槽3均匀受力，锚杆轴力表现为直线，从而保证自调心恒阻大变形锚杆施工现场应用达到室内试验标准，充分发挥其高恒阻，大延伸率、吸能强等力学特性。

在对本实用新型的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆1进行安装施工时，具体按照如下步骤进行安装操作：

步骤一、采用传统钻孔施工工艺，依据隧道4(巷道、边坡)设计方案与施工要求，进行钻孔作业，成孔标准要满足孔径和孔深的具体要求；

步骤二、钻孔施工完成，在钻孔内装入预制规格的杆体14，采用树脂药卷或者水泥泥浆对杆体14锚固段进行锚固；与此同时进行隧道4中管片2的安装拼接工作，管片2安装依据设计要求，选用规定规格的管片2安装在设计位置；管片2安装过程中，保证安装槽3上的通孔与钻孔位置一致，管片2套设在杆体14外部，且管片2与管片2的间距符合规范要求；

步骤三、将恒阻装置15通过管片2上的通孔套设在杆体14上，球形承载板13安装在恒阻装置15上，并将球形承载板13的平板部先行穿过恒阻装置15，然后将其放置在安装槽3中；

步骤四、然后将调整垫12的第一凹型球面121朝下穿过恒阻装置15，到达与球形承载板13接触位置；

步骤五、再将球面螺母11的球面端朝下安装在恒阻装置15上，到达与调整垫12接触位置。

零部件安装完成后的结构如图1所示，本实用新型的自调心恒阻大变形锚杆可以在球形承载板13与锚杆杆体14非垂直的情况下，进行预紧力的施加和大变形的控制，并实现吸能作用，如图2中所示；通过旋紧球面螺母11，施加预紧力，一个钻孔斜度自适应的自调心恒阻大变形锚杆安装完毕。

综上所述，本实用新型的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆可以实现自动调心，通过在承载板和螺母之间设置双球面调整垫，使三者接触部位形成铰连接，可以避免在施工过程中钻孔外端墙面与钻孔轴线不垂直情况下，承载板受力不均导致的恒阻锚杆恒阻特性部分失效的问题；该装置可以实现钻孔斜度自适应，将预紧力均匀的施加到球形承载板上进而传递到支护管片上；该装置能够应用到水利、交通、矿山、国防和工民建等应用领域的巷道、边坡、隧道等岩体的支护，有效地发挥恒阻锚杆高恒阻，大延伸率、吸能强的优良特性；结构简单，制作施工方便，适宜于现场加工。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述恒阻锚杆包括杆体、恒阻装置、球形承载板、调整垫和螺母；

所述杆体外表面设有螺纹结构；

所述恒阻装置呈筒状，所述恒阻装置内表面为螺纹结构，所述恒阻装置与所述杆体螺纹连接，套设在所述杆体的一端部；

所述球形承载板包括平板部和位于所述平板部中心的球形凸起部，所述球形凸起部中心设有承载板通孔，所述球形承载板穿过所述承载板通孔套设在所述恒阻装置上；所述球形凸起部的壁厚均匀；

所述恒阻装置设置有外螺纹，所述螺母的螺纹与所述恒阻装置的外螺纹配合，所述螺母设置在所述恒阻装置的端部，位于所述球形承载板上方；

所述调整垫套设在所述恒阻装置上，位于所述球形承载板和所述螺母之间，所述调整垫的一端面处设有第一凹型球面，所述第一凹型球面与所述球形承载板的球形凸起部接触契合。

2.如权利要求1所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述螺母为球面螺母。

3.如权利要求2所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述调整垫另一端面处设有第二凹型球面，所述第二凹型球面与所述球面螺母的球形部位接触契合。

4.如权利要求3所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述第一凹型球面的球面曲率与所述球形承载板的球形凸起部的球面曲率相同。

5.如权利要求3或4所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述第二凹型球面的球面曲率与所述球面螺母的球形部的球面曲率相同。

6.如权利要求5所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，设于所述调整垫上的所述第一凹型球面的口径大于所述第二凹型球面的口径。

7.如权利要求1所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述调整垫的材质为金属材料。

8.如权利要求1所述的钻孔斜度自适应的恒阻锚杆，其特征在于，所述球形承载板的平板部为正方形。

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