[發明專利]一種適用高應力大變形巖體采礦用協調變形吸能錨桿

無效

• 申請號: 201010254537.2
• 申請日: 2010-08-17
• 公開（公告）號: CN101929347A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 李夕兵;馬春德;姚金蕊;趙國彥;王斌
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種采礦用錨桿，特別是涉及一種適用于高應力大變形巖體的采礦用協調變形吸能錨桿，屬于地下礦山地壓控制與巷道支護技術領域。

背景技術

錨桿支護技術至今已有一百多年的歷史，已經成為地下工程建設常用的一種較新型支護技術。錨桿支護有許多優點：能夠顯著提高巷道支護效果，增加安全度，節約鋼材，降低支護成本，減輕勞動強度，改善井下作業環境，而且維護費用低，施工輕便等。目前，在淺部地下硬巖礦山中經常采用剛性錨桿(如螺紋鋼錨桿)，用砂漿或樹脂錨固，這種錨桿剛度大，支護強度高，但延展性很小，變形能力差；對于淺部地下軟巖礦山(如埋深較小的煤礦)，目前常采用延性錨桿(如管縫式錨桿和水力膨脹式錨桿)，這類錨桿的延展性比螺紋錨桿要大得多，但是它們的承載強度卻比螺紋錨桿低很多。

隨著現代采礦業的開采深度逐漸增加，在深部資源開采的時候，由于高地應力導致的圍巖大變形，使得普通的螺紋錨桿、管縫式錨桿和水力膨脹式錨桿在支護效果上面臨著嚴重的挑戰，因為螺紋錨桿是一種剛度很大的錨桿，能提供的變形量很小，在深部巖體大變形的情況下，螺紋鋼錨桿往往會因為其本身的變形量不足而導致錨桿縮進巖體內部而發生失效破壞(俗稱“脫褲子”破壞)。同樣，管縫式錨桿等延性錨桿雖然能提供大變形，但卻無法滿足高應力下的支護強度，常因巖體內部應力過大導致斷裂破壞。因此，在針對深部高應力大變形軟巖巷道的支護問題上，我們提出設計一種既具有高強度，同時又具有大變形能力的新型錨桿的思路，要求這種錨桿應該具有和剛性螺紋錨桿一樣較高的承載能力，同時還能夠在其破壞失效前提供像管縫式錨桿一樣的較大變形能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種既具有高強度，同時又具有大變形能力的適用高應力大變形巖體采礦用協調變形吸能錨桿。

為了解決上述技術問題，本發明提供的適用高應力大變形巖體采礦用協調變形吸能錨桿，該錨桿的桿體主要由加長錨固段直桿體和吸能段彎曲桿體組成，并在靠近所述的吸能段彎曲桿體一端設有螺紋段，在所述的螺紋段上旋有緊固螺母，在所述的螺紋段上處于所述的緊固螺母與所述的吸能段彎曲桿體之間套裝有托盤。

在所述的長錨固段直桿體上設有攪拌翼。

所述的攪拌翼設在所述的長錨固段直桿體上遠離所述的吸能段彎曲桿體的端部。

所述的吸能段彎曲桿體為波浪式吸能段彎曲桿體。

所述的波浪式吸能段彎曲桿體是由直桿螺紋鋼通過熱處理的方式加工出的正弦波浪式彎曲段。

采用上述技術方案的適用高應力大變形巖體采礦用協調變形吸能錨桿，其作用機理是：安裝好之后，通過加長錨固段直桿體將錨桿一端牢固的粘貼在巷道圍巖體深部，另一端通過托盤和緊固螺母固定在巷道圍巖體的表面，并在桿體上施加一定的預應力。此時，由于預應力較小，所以產生支護力也比較小。深部軟巖巷道在高應力的作用下，圍巖向臨空面壓擠變形，此時圍巖對錨桿的作用力逐漸增大，到一定程度時，錨桿的吸能段彎曲桿體開始拉伸變長，吸收部分巖體變形能量，同時錨桿也對所支護的圍巖體施加一個反作用力來限制圍巖變形；隨著圍巖變形的進一步增加，對桿體的作用力也逐漸增大，吸能段彎曲桿體釋放出更大的變形和吸收更多的能量，同時對支護范圍內的圍巖產生更大的反作用力，限制其進一步變形；當吸能段彎曲桿體被完全拉直，此時桿體承受最大的圍巖壓力，作用相當于一個高強度的剛性錨桿。由于高應力軟巖巷道的變形特點是成巷初期來壓快、變形量大，吸能錨桿在圍巖變形初期對其變形既允許又限制，在空間和時間上與圍巖體產生協調變形，既使其內部壓力得以適度釋放(存儲于吸能段彎曲桿體內)，同時過度變形又被合理限制。在圍巖變形穩定后，該錨桿又能起到高強度剛性錨桿的作用，提供足夠的支護力。

本發明的主要優點是：(1)結構簡單，螺紋鋼材料易得，容易實現大規模批量加工；(2)采用加長樹脂錨固方式，并設計了攪拌翼，增強了樹脂藥卷的攪拌效果，錨固力大，錨固效果好；(3)該錨桿的吸能段彎曲桿體允許變形能力大，能實現錨桿與圍巖的同步協調變形，當伸長到設計變形量達到讓壓效果時，該錨桿的支護力又可急速上升，成為高強剛性錨桿，控制圍巖的進一步過度變形。該錨桿的特點決定了其能適應深部高應力大變形軟巖巷道的極端支護條件，為深部資源的安全高效開采提供保證。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖，

圖2是圖1中桿體中間部位截取的局部結構放大圖，包含部分直桿和部分彎曲桿。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。