CN116427977A - 一种双管膨胀挤压式让压锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双管膨胀挤压式让压锚杆，属于锚固支护领域。包括锚固段、自由段和让压构件，所述的让压构件由膨胀管、挤压管、空心锥体、连接构件和受力管组合而成，受力管端部通过螺纹与自由段杆体连接，所述自由段杆体末端为扩大径的锚头，锚头外径有一圈排浆孔，锚杆体为中空结构，可进行加压注浆，浆体由锚头处排浆孔流出。让压构件通过空心锥体对内外双管壁的挤压，产生较大的摩擦阻力，在提供连续恒定阻力的同时，杆体向前运动，实现让压目的。本发明构造简单，连接处均为螺纹连接，施工方便，能够提供连续恒定的阻力，结构稳定可靠，满足现场快速施工要求。

Description

一种双管膨胀挤压式让压锚杆

技术领域

本发明属于锚固支护领域，特别是涉及一种双管膨胀挤压式让压锚杆。

背景技术

锚杆支护技术是一种将锚杆埋入岩土体内一定深度，用以提高岩土体强度并维护其稳定性的工程技术手段。锚杆支护的加固机理可划分为悬吊、组合梁、加固增强、内压、岩壳、支撑和销钉作用。1872年英国北威尔士一家采石场是目前已知的最早应用锚杆支护技术的实例，锚杆支护成本低、作用快、支护效果好，在采矿、交通、水利、市政工程及其他地下工程领域得到了广泛应用。

工程实践表明，传统的锚杆失效行为通常有以下几种表现形式：一是由于变形能力较小而导致的锚杆体拉断、剪断；二是锚杆与锚固剂拉脱；三是锚固体与围岩脱离，还有外锚托盘及螺母破坏等。在软岩、深埋流变岩体及深埋冲击地压、岩爆作用区范围内的支护工程中，上述失效行为表现得更加显著，由此引发的冒顶、冲击灾害等事故给工程带来了巨大的经济损失。为了解决传统锚杆的上述失效问题，学者们设计了能够适应围岩大变形且可持续提供支护抗力的新型锚杆，即让压锚杆。

让压锚杆，又称为可延伸锚杆、释压锚杆、能量吸收锚杆和应力释放锚杆等，此类锚杆的杆体自身强度较高并具有较大的伸长率，伴随着围岩的变形，让压锚杆具有滑移或延伸特性，同时具有快速的外荷载响应能力。因上述特性，让压锚杆可有效解决软弱围岩、深埋流变岩体和岩爆作用区的支护防灾问题，提出后受到了广泛关注。

近些年，随着矿山技术不断发展，开采力度不断加强，井下深度不断加大，巷道中的岩层受到不同力度冲击而产生较大变形。当围岩出现大变形时，由于延伸率低，传统锚杆难以满足现代矿山对支护围岩的要求。为适应岩层大变形，人们要提高锚索的延伸率和锚杆的负载范围，这是巷道围岩大变形支护的关键。开发一种可以增加锚杆的延伸率和锚杆承受能力的让压锚杆，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种双管膨胀挤压式让压锚杆，利用空心锥体与管体的直径差，在空心锥体受力移动时挤压管壁产生巨大摩擦阻力，抵消围岩变形产生的能量的同时，锚杆产生大变形，解决了传统锚杆(索)延伸率低，提供阻力不恒定的问题，本发明在现有技术基础上，增加一个挤压管，实现锥体同时对双套管的挤压，使让压结构更加稳定，同时本发明通过中空锚杆体注浆，使锚杆内外形成一层保护层，大大延长锚杆使用寿命，提高了锚杆的稳定性。

本发明采用的技术方案如下：

一种双管膨胀挤压式让压锚杆，包括锚固段、自由段和让压构件，其特征在于：所述让压构件包括膨胀管，挤压管，空心锥体，受力管，连接构件；膨胀管、挤压管均通过端部螺纹与连接构件进行连接，膨胀管内壁直径大于挤压管外壁直径，两管之间存在空隙且两管处于同一轴线上；膨胀管包括膨胀段，待膨胀段，外尾端卡，挤压管包括挤压段，待挤压段，内尾端卡；连接构件一端为空心螺纹杆，一端为类空心圆柱，类空心圆柱外圈壁带有螺纹，与膨胀管端部螺纹适配，内圈壁带有螺纹，与挤压管端部螺纹适配，用于连接并固定让压构件；空心锥体中部为空心圆台，空心圆台空心部分为倒圆台，空心锥体一端为连接螺纹，用于连接受力管，另一端为空心圆柱，作为空心锥体的主要受力部分，主要用于对管壁的挤压变形；空心锥体、受力管连接组合成整体，受力管外壁直径小于待膨胀段内壁直径，受力管内壁直径大于待挤压段外壁直径，保证受力管在膨胀管与挤压管形成的间隙中自由滑动，空心锥体端部空心圆柱直径等于膨胀段直径，大于待膨胀段直径，空心锥体端部空心直径等于挤压段直径，小于待挤压段直径，使空心锥体与管体产生直径差；将空心锥体、受力管连接后放置膨胀管空心内部，挤压管放置在空心锥体、受力管空心内部，受力管通过螺纹与自由段杆体连接；当岩体发生变形时，锚杆杆体受到轴向拉力，受力杆将力传递到空心锥体上，使空心锥体产生向前的运动趋势，由于空心锥体前方的待膨胀段内壁直径小于空心锥体端部空心圆柱直径，当空心锥体经过待膨胀段时，膨胀管内壁受到挤压，管体膨胀，管体直径增大，空心锥体向前移动，锚杆产生大变形，同时消耗外部围岩变形所释放的能量，同理，当空心锥体经过待挤压段时，挤压管外壁受到空心锥体挤压，管体压缩，管体直径减小，空心锥体向前移动，锚杆产生大变形，同时消耗外部围岩变形所释放的能量；所述自由段杆体末端为扩大径的锚头，锚头外径有一圈排浆孔，锚杆体为中空结构，可进行加压注浆；锚尾部分包括垫板，紧固螺栓，楔形止浆板；垫板、楔形止浆板中间有预留孔，可穿过连接构件一端的空心螺纹杆，并通过紧固螺栓固定，楔形止浆板在注浆时避免浆液流出锚孔。

进一步地，所述膨胀管，挤压管长度相同，膨胀管内壁及挤压管外壁设置微小螺纹或凸起增加摩擦力。

进一步地，所述空心锥体端部空心圆柱外壁直径大于膨胀管待膨胀段内壁直径1-3mm，空心圆柱内壁直径小于挤压管待挤压段外壁直径1-3mm。

进一步地，所述外尾端卡管壁向内逐渐加厚，直至最小内壁半径与受力管外壁半径相同，并保持此壁厚沿轴向延长20mm-40mm，内尾端卡管壁向外逐渐加厚，直至最大外壁半径与受力管内壁半径相同，并保持此壁厚沿轴向延长20mm-40mm，防止空心锥体被拉出让压构件导致锚杆失效，同时防止外部水进入让压构件内部。

进一步地，所述排浆孔直径为20-30mm，扩大径锚头一周排浆孔数量为5-8个。

进一步地，所述锚杆杆体均为中空管体，可从注浆口注浆，浆体从排浆孔流出。

进一步地，所述空心锥体、受力管通过螺纹连接，也可进行焊接，或工厂一体化成型。

本发明的有益效果：

本发明的效果和优点是构造简单，连接处均为螺纹连接，施工方便，能够提供连续恒定的阻力，区别于现有技术中锥体对单个套管的挤压，本发明在现有技术基础上，增加一个套管，实现锥体同时对双套管的挤压，使让压结构更加稳定，并且挤压双套管时所产生的阻力更强，可适应多种复杂地质条件，锚杆整体为中空结构，可进行压力注浆，减少施工步骤，加快施工速度，锚杆内外浆体形成保护层，大大延长锚杆使用寿命，结构稳定可靠，满足现场快速施工要求。

附图说明

图1为本发明一种双管膨胀挤压式让压锚杆结构示意图。

图2为锚杆让压变形后结构示意图；

图3为图1中1-1剖面图；

图4为让压构件外形示意图；

图5为空心锥体与受力管连接示意图；

图6为空心锥体外形示意图；

图7为空心锥体分解示意图。

图中，1为注浆口；2为紧固螺母；3为垫板；4为楔形止浆塞；5为膨胀管；5-1为膨胀段；5-2为待膨胀段；5-3为外尾端卡；6为连接构件；6-1为空心螺纹杆；6-2为外壁螺纹；6-3为内壁螺纹；7为空心锥体；7-1为连接螺纹；7-2为空心圆台；7-3为空心圆柱；7-4为空心直径；8为受力管；9为挤压管；9-1为挤压段；9-2为待挤压段；9-3为内尾端卡；10为空心管道；11为自由段杆体；12为排浆口；13为扩大径锚头；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

实施例：

如图1-图2所示，一种双管膨胀挤压式让压锚杆，包括锚固段、自由段和让压构件，其特征在于：让压构件包括膨胀管(5)，挤压管(9)，空心锥体(7)，受力管(8)，连接构件(6)；膨胀管(5)包括膨胀段(5-1)，待膨胀段(5-2)，外尾端卡(5-3)；挤压管(9)包括挤压段(9-1)，待挤压段(9-2)，内尾端卡(9-3)；膨胀管(5)、挤压管(9)均通过端部螺纹与连接构件(6)连接，膨胀管(5)内壁直径大于挤压管(9)外壁直径，两管之间存在空隙且两管处于同一轴线上；所述连接构件(6)一端为空心螺纹杆(6-1)，一端为类空心圆柱，类空心圆柱外圈壁(6-2)带有螺纹，与膨胀管(5)端部螺纹适配，内圈壁(6-3)带有螺纹，与挤压管(9)端部螺纹适配，用于连接并固定让压构件；空心锥体(7)端部空心圆柱(7-3)直径等于膨胀段(5-1)内壁直径，大于待膨胀段(5-2)内壁直径，空心锥体端部空心直径等于挤压段(9-1)外壁直径，小于待挤压段(9-2)外壁直径，使空心锥体(7)与管体产生直径差，并且膨胀段(5-2)内壁及挤压段(9-2)外壁设置微小螺纹或凸起增加摩擦力；所述外尾端卡(5-3)管壁向内逐渐加厚，使外尾端卡(5-3)内壁最小半径与受力管(8)外壁半径相同，内尾端卡(9-3)管壁向外逐渐加厚，使内尾端卡(9-3)外壁最大半径与受力管(8)内壁半径相同，防止空心锥体被拉出让压构件导致锚杆失效，同时防止外部水进入让压构件内部；将空心锥体(7)、受力管(8)连接后放置膨胀管(5)空心内部，挤压管(9)放置在空心锥体(7)、受力管(8)空心内部，受力管(8)通过螺纹与自由段杆体(11)连接；所述自由段杆体(11)末端为扩大径的锚头(13)，锚头外径有一圈排浆孔(12)，锚杆体为中空结构，可进行加压注浆；锚尾部分包括垫板(3)，紧固螺栓(2)，楔形止浆板(4)；垫板(3)、楔形止浆板(4)中间有预留孔，可穿过连接构件(6)一端的空心螺纹杆(6-1)，并通过紧固螺栓(2)固定；

所述楔形止浆板(4)在注浆时避免浆液流出锚孔。

如图3所示，受力管(8)外壁直径小于膨胀管(5)内壁直径，受力管(8)内壁直径大于挤压管(9)外壁直径，保证受力管(8)在膨胀管(5)与挤压管(9)形成的间隙中自由滑动，同时在注浆时，浆体从注浆口(1)注入，经过空心管道(10)从排浆孔(12)流出。

如图4-7所示，空心锥体(7)中部为空心圆台(7-3)，空心圆台(7-3)空心部分为倒圆台，空心锥体(7)一端为连接螺纹(7-1)，用于连接受力管，另一端为空心圆柱(7-3)，作为空心锥体(7)的主要受力部分，主要用于对管壁的挤压变形；当岩体发生变形时，锚杆杆体受到轴向拉力，受力杆将力传递到空心锥体(7)上，使空心锥体(7)产生向前的运动趋势，由于空心锥体(7)前方的待膨胀段(5-2)内壁直径小于空心锥体(7)底部最大处直径，当空心锥体(7)经过待膨胀段(5-2)时，待膨胀段(5-2)内壁受到挤压，管体膨胀，管体直径增大，空心锥体(7)向前移动，锚杆产生大变形，同时消耗外部围岩变形所释放的能量，同理，当空心锥体(7)经过待挤压段(9-2)时，挤压管(9)外壁受到空心锥体(7)挤压，管体压缩，管体直径减小，空心锥体(7)向前移动，锚杆产生大变形，同时消耗外部围岩变形所释放的能量。

下面结合具体施工过程进行本发明说明：在点位处用钻机进行钻孔，钻孔直径略大于扩大径锚头(13)的直径，达到预定深度后退出钻机，更换钻头进行复钻，复钻直径略大于让压构件膨胀管(5)直径，复钻深度为让压构件所在深度，即外尾端卡(5-3)所在位置，将钻机移除，用风机进行清孔处理，检测锚孔深度及宽度是否满足要求。

将挤压管(9)穿过空心锥体(7)，与连接构件(6)通过螺纹连接，将受力管(8)沿内尾端卡(9-3)端穿过挤压管(9)，通过螺纹将受力管(8)与连接构件(6)连接，最后将膨胀管(5)穿过受力管(8)，通过膨胀段(5-1)端部的螺纹与连接构件(6)连接，让压构件组装完成。

将自由段杆体(11)末端与扩大径锚头(13)连接，受力管(8)与自由段杆体(11)通过螺纹连接，锚杆主体部分组装完成。

将锚杆扩大径锚头(13)一端沿锚孔缓慢送入，到达锚孔底部后检测锚杆位置是否符合要求，将楔形止浆板(4)穿过空心螺纹杆(6-1)并固定，将垫板(3)固定相应位置，通过注浆机沿注浆口(1)进行注浆，经过空心管道(10)从排浆孔(12)流出，直至充满锚孔。

注浆完成3-7天后，检测是否达到预定锚固强度，达到预定强度后，进行预应力张拉，由紧固螺母(2)进行固定。

Claims (9)

1.一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：包括锚固段、自由段和让压构件，所述让压构件包括膨胀管(5)、挤压管(9)、空心锥体(7)、受力管(8)及连接构件(6)；膨胀管(5)、挤压管(9)均通过端部螺纹与连接构件(6)连接，膨胀管(5)内壁直径大于挤压管(9)外壁直径，两管之间存在空隙且两管处于同一轴线上；受力管(8)外壁直径小于待膨胀段(5-2)内壁直径，受力管(8)内壁直径大于待挤压段(9-2)外壁直径；空心锥体(7)端部空心圆柱(7-3)外壁直径等于膨胀段(5-1)内壁直径，大于待膨胀段(5-2)内壁直径，空心锥体(7)端部空心直径(7-4)等于挤压段(9-1)外壁直径，小于待挤压段(9-2)外壁直径；空心锥体(7)、受力管(8)通过螺纹连接组合成整体，空心锥体(7)放置在膨胀段(5-1)与挤压段(9-1)之间的空隙中，受力管(8)放置在待膨胀段(5-2)与待挤压段(9-2)之间的空隙中，受力管(8)一端穿过外尾端卡(5-3)与内尾端卡(9-3)形成的空隙，通过端部螺纹与自由段杆体(11)连接，自由段杆体(11)末端为扩大径的锚头(13)，锚头外径有一圈排浆孔(12)，锚杆杆体为中空结构，以进行加压注浆；锚尾部分包括垫板(3)、紧固螺栓(2)、楔形止浆板(4)，垫板(3)、楔形止浆板(4)中间有预留孔，用以穿过连接构件(6)一端的空心螺纹杆(6-1)。

2.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述膨胀管(5)，挤压管(9)长度相同，膨胀管(5)内壁及挤压管(9)外壁设置微小螺纹或凸起增加摩擦力。

3.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述膨胀管(5)为管状结构，通过模具一体化成型，包括膨胀段(5-1)，待膨胀段(5-2)，外尾端卡(5-3)，膨胀段(5-1)端部内壁设置螺纹，与连接构件(6)进行连接，膨胀段(5-1)、待膨胀段(5-2)管壁壁厚相同，且膨胀段(5-1)管壁直径大于待膨胀段(5-2)管壁直径，膨胀管(5)管壁壁厚从外尾端卡(5-3)开始向内逐渐加厚，直至最小内壁半径与受力管(8)外壁半径相同，并保持此壁厚沿轴向延长20mm-40mm。

4.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述挤压管(9)为管状结构，通过模具一体化成型，包括挤压段(9-1)，待挤压段(9-2)，内尾端卡(9-3)，挤压段(9-1)端部外壁设置螺纹，与连接构件(6)进行连接，挤压段(9-1)、待挤压段(9-2)管壁壁厚相同，且挤压段(9-1)管壁直径小于待挤压段(9-2)管壁直径，挤压管(9)管壁壁厚从内尾端卡(9-3)开始向外逐渐加厚，直至最大外壁半径与受力管(8)内壁半径相同，并保持此壁厚沿轴向延长20mm-40mm。

5.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述连接构件(6)一端为空心螺纹杆(6-1)，与紧固螺栓(2)连接，另一端为类空心圆柱，类空心圆柱外圈壁带有螺纹(6-2)，与膨胀管(5)端部螺纹适配并连接，类空心圆柱内圈壁带有螺纹(6-3)，与挤压管(9)端部螺纹适配并连接。

6.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述空心锥体(7)为模具一体化成型，中部为空心圆台(7-3)，空心圆台(7-3)空心部分为倒圆台，空心锥体(7)一端为连接螺纹(7-1)，与受力管(8)进行连接，另一端为空心圆柱(7-3)，空心圆柱(7-3)内部为空心直径(7-4)；空心圆柱(7-3)外壁直径大于待膨胀段(5-2)内壁直径1-3mm，空心圆柱(7-3)内壁直径小于待挤压管(9-2)外壁直径1-3mm。

7.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述排浆孔(12)直径为20-30mm，扩大径锚头(13)一周排浆孔数量为5-8个。

8.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述锚杆杆体均为中空管体，可从注浆口(1)注浆，浆体从排浆孔(12)流出。

9.如权利要求1所述一种双管膨胀挤压式让压锚杆，其特征在于：所述空心锥体(7)、受力管(8)通过端部螺纹连接，也可进行焊接，或工厂一体化成型。

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