[发明专利]位移释放式锚头装置

说明书

技术领域

本发明是涉及到地下开挖工程的巷道结构支护的锚头装置，特别是在地应力影响比较大、采动应力较大的深部巷道的支护结构的锚头装置。

背景技术

目前，在巷道支护的锚固头普遍采用传统的锚固装置，根据锚杆类型与锚固方式，它是由在锚杆外露的长度为0.15m；锚索外露长度是考虑到托板、锚具和张拉机具的要求，锚索外露长度一般控制0.3m左右。对于锚杆的尾部杆体进行螺纹调质处理，选用固态淬火亚稳态相强化的方式，回火时不能超过5000℃，在200-3000℃之间，这样就能使尾部螺纹与尾杆具有相同的承载力。目前普遍采用的扭矩螺母是有钢片充填式、树脂充填式和销钉式，钢片式和树脂式的原理是将厚螺母的一端去掉部分螺纹，放入一定厚度的钢片，然后用压力机压出若干齿，封住钢片，钢片需要一定的推力才能顶出。井下使用时，将托板和螺母套在杆体上，由螺母、连接套与钻机连接，杆体搅拌树脂药卷。等树脂药卷固化后，开动钻机顶出钢片，用钻机拧紧螺母，实现一体化安装。销钉式螺母分为内销式和外销式，内销式是在杆体尾部与螺母上都钻孔，穿过销钉并铆紧，销钉需要一定的扭矩才能剪断，以此实现一体化安装；外销钉式螺母一端安装一定尺寸和强度的销钉，达到一定推力，销钉被顶出。锚杆托板的作用有两方面：一是通过螺母施加扭矩，压紧托板给锚杆提供预紧力，并使预紧力扩散，扩大锚杆作用范围；二是围岩变形后载荷作用于托板，通过托板将载荷传递给锚杆杆体，增大锚杆工作阻力，进而控制围岩变形。要求托板满足下列要求：一是托板的承载力应与杆体相互配，托板的过大变形与破坏都会导致锚杆支护能力大大降低，甚至整个锚杆失效；二是托板应有一定的变形能力，当载荷较大时可压缩、让压，不致脆裂、失效；三是托板应有一定的面积，有利于锚杆预紧力的扩散；托板应有一定的调心能力，尽量避免锚杆受偏载而降低支护能力。目前，锚杆普遍采用高强度螺纹钢和预应力锚索。

但是，对于现有的锚杆-锚索支护体系存在的问题是，目前煤矿巷道的服务年限是10-30年左右，采用的支护设计期限是中短期的，采用的大多数是主动支护，或者是主动-被动支护相结合的体系。在地应力影响较大的巷道，由岩石和支护结构组成的共同体，即主动支护不能完全阻止松动圈的扩散，只是减缓松动图的扩展速度，在松动图扩展到锚杆-岩体共同体失效之前，能够满足巷道服务年限的要求。国内外锚杆支护设计方法分为三类：工程类比法、理论计算法和数值模拟法。

对于复杂的地质情况、地应力影响较大的巷道，应该对三种方法采用不同结合的相互验证，不能根据一种方法来决定设计方案，因为构造应力场伴随地质构造的存在，可能发生新构造应力场不断改变的情况，没有两条巷道的地质与生产条件完全相同，同一条巷道不同地段的地质条件也不相同，直接工程类比法实用的基础是两条巷道的地质条件和生产条件相似，不能存在较大的差异。因此，不论从地质构造、整个结构体系受力和传力过程、采动影响、锚杆和锚索技术和工艺等各因素研究，都要做细，做全，这样才能真正做到准确无误。才能做到安全生产、提高经济效益的目标。

发明内容

现有技术中，巷道多数沿煤层底板掘进的，巷道支护结构是采用锚喷、锚杆与锚索。这种结构在使用一段时间后，就会在顶煤中发育着各种层理、横向裂隙、纵向、斜交节理与裂隙，浅部的媒体比较破碎，一些部位还会出现明显的离层。

为了解决上述问题，本发明采用了应变释放式锚头来应对锚杆在径向变形、裂隙不断产生、扩展的情况。

一种位移释放式锚头装置，包括锚杆，松动圈，紧固螺母，其特征在于，还包括设置在松动圈与紧固螺母之间的应力释放装置，和设置在应力释放装置外围的保护装置，所述的应力释放装置其在轴向的抗压强度要小于锚杆的轴向抗压强度。

进一步，所述的应力释放装置为位移应力释放装置。

进一步，所述的位移应力释放装置为中空应力释放装置。

进一步，所述的中空应力释放装置为带沿碗状构件，构件的顶部中间位置开有圆形孔，圆孔孔径应略大于锚杆直径；使用时两个碗状带外沿的构件为一组，两个构件一正一反碗口相对的扣在一起，也就是构件的外沿部分相接触，然后套在锚杆的一端。

进一步，碗中空应力释放装置材质为强度韧塑性较好的材料。

进一步，中空应力释放装置的材料为低碳钢。

进一步，所述的中空应力释放装置为长方形中空体或球形中空体。

进一步，所述的保护装置为无缝钢管制成保护位移释放装置，该装置可保护应力释放装置在使用时不受到径向力的影响。