[发明专利]让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法

说明书

本发明公开了一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法，该锚杆包括预紧螺母、减摩垫圈、加载垫圈、防冲构件、托盘和锚杆杆体。防冲构件包括菱形蜂窝结构Ⅰ、新型蜂窝结构和菱形蜂窝结构Ⅱ，并被套筒包裹，套筒中注有剪切增稠液。锚杆杆体的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘、菱形蜂窝结构Ⅱ、新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构Ⅰ并伸出加载垫圈，预紧螺母旋入锚杆杆体。当遭受冲击时，剪切增稠液瞬间变硬吸收能量，为芯层提供支撑，冲击消失后，剪切增稠液恢复原状，降低较弱冲击力对锚杆造成的疲劳损伤；当冲击能量较大时，除剪切增稠液变硬吸收能量外，新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ通过塑性变形吸收能量。

技术领域

本发明涉及矿井及地下空间冲击灾害防治领域，具体涉及一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法。

背景技术

近年来，我国浅部煤炭资源日益减少，煤炭开采逐步由浅部煤层转向深部煤层。深部煤层受“三高一扰动”的影响，巷道面临冲击地压、围岩大变形破坏等灾害事故的风险日益增大。与此同时，随着我国经济社会的发展，基础建设力度逐年增大，山岭隧道、引水隧洞、轨道交通等地下工程也存在岩爆现象频发的问题。因此，这就对矿山及地下工程的支护体系提出了更高的要求。现阶段，锚杆支护是矿山及地下工程支护系统的重要组成部分，但现场实践中发现，强冲击下发生的围岩大变形会造成锚杆的断裂和损坏，严重影响整体支护体系的支护性能，极大制约了矿山与地下空间的安全高效生产。研究发现，托盘有利于增强锚杆的锚固力，但在受到冲击地压等强烈冲击时，传统的托盘不具备吸能防冲的能力，难以满足日渐复杂的工程现状；为保障矿山及地下空间的施工安全，亟需加强锚杆配套防冲构件的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种让抗一体吸能防冲锚杆及其抗冲击方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，让抗一体吸能防冲锚杆，包括预紧螺母、减摩垫圈、加载垫圈、防冲构件、托盘和锚杆杆体。

所述防冲构件包括菱形蜂窝结构Ⅰ、新型蜂窝结构和菱形蜂窝结构Ⅱ，新型蜂窝结构粘合在菱形蜂窝结构Ⅰ和菱形蜂窝结构Ⅱ之间，新型蜂窝结构内部密封，菱形蜂窝结构Ⅱ背离新型蜂窝结构的一侧安装有托盘。

所述菱形蜂窝结构Ⅰ背离新型蜂窝结构的一侧安装有加载垫圈，锚杆杆体的一端锚固在巷道围岩内，另一端依次穿过托盘、菱形蜂窝结构Ⅱ、新型蜂窝结构、菱形蜂窝结构Ⅰ并伸出加载垫圈，预紧螺母旋入锚杆杆体的伸出端。

所述托盘与巷道围岩抵紧，减摩垫圈设置在预紧螺母与加载垫圈之间。

所述菱形蜂窝结构Ⅰ包括菱形蜂窝结构芯层Ⅰ以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅰ上的上面板Ⅰ和下面板Ⅰ，上面板Ⅰ与新型蜂窝结构接触，下面板Ⅰ与加载垫圈接触。

所述菱形蜂窝结构芯层Ⅰ包括相互连接的若干单胞结构。

所述菱形蜂窝结构Ⅱ包括菱形蜂窝结构芯层Ⅱ以及连接在菱形蜂窝结构芯层Ⅱ上的上面板Ⅱ和下面板Ⅱ，下面板Ⅱ与新型蜂窝结构接触，上面板Ⅱ与托盘接触。

所述菱形蜂窝结构芯层Ⅱ包括相互连接的若干单胞结构。

所述防冲构件上套设有套筒，套筒由具有韧性的塑料制成，套筒的一端与上面板Ⅱ齐平且与上面板Ⅱ密封连接，套筒的另一端与下面板Ⅰ齐平且与下面板Ⅰ密封连接。

所述套筒内注入剪切增稠液，剪切增稠液填充到菱形蜂窝结构芯层Ⅰ和菱形蜂窝结构芯层Ⅱ的单胞结构内。

进一步，所述新型蜂窝结构由金属3D打印而成，打印完成后进行热处理。

所述新型蜂窝结构的长度方向与锚杆杆体的长度方向一致，新型蜂窝结构包括若干圆筒Ⅰ、若干圆筒Ⅱ和若干连接柱，圆筒Ⅰ、圆筒Ⅱ和连接柱的长度方向均与新型蜂窝结构的长度方向一致，圆筒Ⅰ的直径小于圆筒Ⅱ的直径，连接柱的横截面呈十字形。