[發明專利]一種變形吸能錨環和防止錨桿斷裂彈射的錨桿支護裝置及方法

有效

• 申請號: 201910026998.5
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109751069B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 馮曉巍;汪明坤;張農;何青源
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D20/00;G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 李悅聲

一種變形吸能錨環和防止錨桿斷裂彈射的錨桿支護裝置及方法，尤其適用于軟巖大變形巷道或需采用吸能讓壓支護的地段。將錨桿穿過開有對向孔的錨環，并通過托盤與螺母對巖體施加壓力，阻止變形。當錨桿受力增大時，錨環在對向孔方向產生變形，從而起到吸能作用。利用錨環外側對向布置的熒光帶即可觀測出錨環變形幅度，預判錨桿受力大小并對潛在部位的驟然破斷起到警示作用。在錨環變形過大或者熒光范圍過大時，將防彈射鐵絲穿過錨桿尾部兩個交叉布置的穿孔，并在鐵絲網上擰緊固定。若錨桿在任一關鍵位置破斷后，兩個交叉布置的防彈射鐵絲即可阻攔錨桿往巷道空間內的彈射，避免傷人。其結構簡單，操作方便，經濟成本低、安全可靠，效果好。

技術領域

本發明涉及一種錨桿支護裝置及方法，尤其是一種適用于軟巖大變形巷道或需采用吸能讓壓支護的地段、保護礦工安全的變形吸能錨環和防止錨桿斷裂彈射的錨桿支護裝置及方法。

背景技術

錨桿支護技術在我國煤礦支護領域起著極為重要的作用，具有明顯的經濟技術效益，因此被廣泛推廣應用。近年來，隨著煤礦開采深度的增加，在很多礦井都能夠遇到軟巖大變形巷道或者具有巖爆等沖擊傾向巷道，此類巷道原巖應力高，應力擾動復雜，且多數巷道要承受一次或者多次采掘擾動。當前多數工程傾向于采用密集支護、加長支護、超強支護等方案來應對這一問題，但是隨之而來帶來了成本升高，操作復雜，工期緩慢等一系列問題。

毋庸置疑的是，在上述工程技術背景下，錨桿支護技術仍舊具有較高的普遍適用性。為了應對并適應上述工程地質條件，近年來諸多國內外學者都提出：軟巖高應力條件下或者具有沖擊傾向的巷道支護要求支護構件具備一定的讓壓變形能力，要求支護構件能夠適應巖體的變形。例如，我國何滿潮院士所提出的恒阻大變形錨桿，還有挪威科技大學Charlie C. Li教授所提出的D型錨桿，這些錨桿在應用于軟巖高應力巷道和沖擊傾向巷道時都取得了非常理想的經濟技術效果，具有非常廣泛的影響力。

另外一方面，當錨桿受力超過自身強度時，將會發生錨桿突然斷裂現象，從而在瞬間將產生很大的沖擊力。這種沖擊力源自巖體變形能量，巖體變形將這種能量集聚于錨桿桿體上，迫使后者在桿體上承受非常高的預拉力。在斷裂的瞬間，巖體外部構件將會像“離弦的箭”或者“子彈”一樣射向巷道開放空間，對開放空間內的作業人員和設備產生巨大傷害。不管是螺母彈射還是破斷桿體彈射，都具有巨大安全隱患，我國淮南礦區、山東新汶礦區等每年由于巷道錨桿支護部件驟然彈射造成的設備損傷和人員傷亡事故時有發生。

針對上述問題，目前還沒有一套健全的科學預警系統或措施。部分煤礦采用給錨桿尾部“帶帽”或者“纏繞鐵絲”的方式來阻止潛在斷裂彈射，具有一定盲目性和不可預測性。而將所有錨桿支護系統都采用這一方式，則有些錨桿支護系統在巷道正常服役期間最終并未發生實際彈射，這樣一來會造成作業時間長，拖慢掘進速度等問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中存在的不足之處，提供一種方法簡單易操作、成本低、適應性強、能防止事故發生的變形吸能錨環和防止錨桿斷裂彈射的錨桿支護裝置及方法，尤其適用于軟巖高應力巷道或具有沖擊傾向巷道。

技術方案：本發明的變形吸能錨環和防止錨桿斷裂彈射的錨桿支護裝置，包括伸入鉆孔內并經錨固劑固定的錨桿、依次布置在孔口外露錨桿上的鐵絲網、托盤和螺母，在所述的錨桿尾部開設有兩個間隔呈十字形交叉的錨桿尾端開孔，在托盤和螺母之間設有錨環，所述錨環上開有穿套在錨桿上的對向孔，錨環與托盤和螺母的接觸端為平面，分別為錨環托盤端貼合面和錨環螺母端貼合面，錨環貼合面上下兩側的外圓弧面上分別敷設有兩條熒光帶。

所述的錨環的內徑為90-110 mm，外徑為120-140 mm，錨環沿著軸向方向的高度為30-50 mm，穿套在錨桿上的對向孔孔徑為19-23 mm，錨環的對向孔分為錨環螺母端開孔和錨環托盤端開孔，對向孔孔內均套裝有橡膠墊圈，分別為錨環螺母端開孔橡膠墊圈和錨環托盤端開孔橡膠墊圈。