[发明专利]一种大变形自适应锚杆

说明书

技术领域

本发明属于巷道和隧道灾害防护设施，具体涉及一种大变形自适应锚杆。

背景技术

当前，开采矿产资源的深度不断增加，如徐州张小楼矿开采的深度已达1300米。地下深部能源和矿产资源的安全开发关系到国民经济持续发展和国家能源战略安全的重大问题。另外，为了解决山区交通难的问题，建设公路、铁路的隧道日益增多。因此在工程建设的过程中，会遇到越来越多的深部巷道和隧道的工程难题。

随着采矿深度的不断增加以及深埋公路、铁路隧道的大量建设，洞室围岩在高地应力的条件下常常表现出大变形的特点，具体表现为软岩大变形、岩爆大变形、瓦斯突出大变形、冲击地压导致的大变形等。在公路铁路隧道、煤矿巷道支护中，锚杆是应用最广、用量最多的支护结构。然而现有的锚杆具有延伸率低，不能适应巷道围岩大变形的缺点。当围岩出现较大变形时，由于初期变形较大，巷道围岩的变形超过锚杆所能承受的范围，导致锚杆与注浆体之间的粘结力和摩擦力大幅度减小，甚至消失，最终导致锚杆等支护结构失效，进而造成巷道冒顶、塌方甚至大型岩爆等工程事故。另外，发生地震时，巷道或隧道的围岩会产生剧烈运动，围岩与锚杆间之间的相对位移较大，从而使围岩与锚杆间的摩擦力进一步削弱或消退，锚杆不能保持正常的防护功能。

目前巷道和隧道工程中的锚杆无法在围岩产生大变形的情况下正常工作。如遇到岩爆或者冲击地压等情况时，会产生突发性的事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种大变形自适应锚杆，它能够实现对深埋巷道和隧道可能发生大变形的情况，提供一种安全有效的锚杆支护。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有锚杆，锚杆端部平直固定有高强度弹簧，高强度弹簧的另一端平直固定有尾杆，高强度弹簧的外围装有套管，靠近锚杆的套管端口内设有橡皮圈封盖，在尾杆的端部带有钢板托盘和螺母，螺母压住钢板托盘紧贴围岩壁。

本发明通过锚杆上固定高强度弹簧的伸缩特性，能够自适应围岩的大变形，并且对突发灾害起到缓冲的作用。另外，在地震荷载作用下，巷道或隧道的围岩剧烈运动时，本发明的锚杆跟随围岩在一定范围内随围岩运动，减少了围岩与锚杆间摩擦力的削弱或消退，使锚杆能够继续工作，并且能够起到良好的减震效果。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：锚杆能够自适应围岩产生的大变形，对隧道岩爆、煤矿冲击地压等突发灾害能够起到有效的缓冲和治理作用。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图。

图中：1. 尾杆；2. 螺母；3. 钢板托盘；4. 套管；5. 高强度弹簧；6. 锚杆；7. 橡皮圈封盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括有锚杆6，锚杆6端部平直固定有高强度弹簧5，高强度弹簧5的另一端平直固定有尾杆1，高强度弹簧5的外围装有套管4，靠近锚杆6的套管端口内设有橡皮圈封盖7，在尾杆1的端部带有钢板托盘3和螺母2，螺母2压住钢板托盘3紧贴围岩壁。

安装本发明锚杆时，应先调节螺母2，使本发明的高强度弹簧5处于受拉状态。在围岩无大变形的情况下，本发明与传统锚杆的工作原理一致，即依靠锚杆6与灌浆体间的粘接力和摩擦力，高强度弹簧5起到传递拉力的作用。

当围岩产生大变形时，如强烈的岩爆等，钢板托盘3受到围岩外推力大于本发明锚杆与围岩间的静止摩擦力，高强度弹簧5产生拉伸变形，以适应围岩的变形。根据弹簧拉力的计算公式                                                ，其中为弹簧产生的拉力，为弹簧刚度，为弹簧拉伸的长度，故弹簧的拉力值与弹簧伸长的长度成正比。当围岩发生大变形，使高强度弹簧5拉伸量变大，高强度弹簧5产生更大的拉力作用。因此，本发明锚杆不仅能够适应围岩的大变形，而且能够产生更大的拉力来约束围岩变形。

在高强度弹簧5产生的拉力作用下，围岩有变形复原的趋势。高强度弹簧5拉伸量变小，本发明锚杆也能够适应围岩的恢复变形。

套管4贯套在高强度弹簧5外围，套管4在靠近尾杆1的端口是全开口的，以供高强度弹簧5自由伸缩；套管4靠近锚杆6的端口是半封闭的，并且设有橡皮圈封盖7以阻止注浆体进入套管4而干扰高强度弹簧5的正常工作, 套管4长度为0.5～1.0米。

锚杆6和尾杆1的端部与高强度弹簧5固定连接的结构是，锚杆6和尾杆1端部的锥形头插入高强度弹簧5的弹簧圈内，锚杆6和尾杆1的杆体上钻有通孔，高强度弹簧5端部的钢丝预留端插入杆体通孔中，穿过通孔的钢丝缠绕在杆体上，杆体通孔空隙处填满熔化后的金属体。所述高强度弹簧5可选用高强度钢琴线或SUS304、SUS305高强度不锈钢丝线制作的弹簧。