一種焊接式動靜組合錨杆的製作方法

2023-12-10 05:49:26

專利名稱：一種焊接式動靜組合錨杆的製作方法
技術領域：
一種焊接式動靜組合錨杆技術領域[0001]本實用新型涉及一種硬脆圍巖巷道的支護設備，特別是涉及一種防治巖爆災害的可伸長錨杆，屬於巖土工程錨固領域。
背景技術：
[0002]深部地下工程中堅硬巖石在開挖卸荷作用下常發生剝落、層裂、片幫和巖爆等脆性破壞現象。硬巖本身堅硬緻密的特點，導致其破壞的原因涉及巖石動力學與巖石靜力學兩方面的範疇，如巖爆可以是承受高應力的硬巖體在較小外界動力擾動下誘發的(見左宇軍等著《受靜載作用的巖石動態斷裂的突變模型》煤炭學報2004年第6期)。硬巖洞室發生巖爆時的動應力很大，一般會達到或超過支護構件的屈服強度，如果支護系統沒有讓壓和屈服性質，就不可避免發生破壞，錨杆能有效調控圍巖的自承載能力，因此硬巖支護系統亦採用可伸長錨杆提供一定變形以容納巖爆破壞引起的強制大變形。[0003]可伸長錨杆按工作原理歸納為杆體可伸長和結構元件滑動可伸長兩大類，如專利號93203496. 9公開的鋸齒形漲殼式讓壓錨杆、專利號201020632589. 4公開的錨杆尾套有一段漲管和增阻管的可伸長錨杆等屬於結構元件滑動類，專利號88204483. 4公開的蛇形可伸長錨杆、專利號87211250公開的H型杆體可拉伸錨杆等屬杆體可伸長類。目前可伸長錨杆主要是針對大變形軟巖提出的，為實現錨杆的伸長通常採用端頭錨固的方式，即錨頭與孔底巖體固結而錨杆尾用託盤預緊，這些錨杆通常適用於軟巖變形連續而保持圍巖完整性的特點，但硬巖巷道在較高地應力作用下常發生表面巖體層裂剝離(如錦屏二級水電站深埋引水隧道大理圍巖)，導致錨杆託盤懸空，此時端頭錨固的錨杆將失去加固圍巖的作用，從而進一步誘發該錨杆支護區域的圍巖發生破壞。可見，硬巖條件下的可伸長錨杆採用端頭錨固時，往往起不到錨固的效果。[0004]為解決硬巖巷道的支護問題，在應對巖爆災害方面提出了些抗巖爆的可伸長錨杆，如專利號201020602613. X公開了一種延-彈性抗巖爆錨杆，雖然杆體設置了波形段和剛性彈簧，但仍是端頭錨固；專利號201020684957. X公開了一種水脹式彈性抗巖爆錨杆， 雖然能實現全長錨固，可克服壁面巖體層裂剝離的影響，但水脹式錨杆承載能力低，較高地應力時不適用，同時剛性彈簧僅是對巷道表面延展的改進，在全長錨固下的變形能力是很弱的。巖爆支護技術與常規支護是不同的，巖爆條件下的支護結構不僅要能經受住靜態條件下的高應力荷載的作用，還要抵禦外界施工過程中或之後所受爆破振動、機械振動、地震及相鄰巖爆產生的應力波作用。高明仕等人在文《衝擊礦壓巷道圍巖控制的強弱強力學模型及其應用分析》(巖土力學2008年第2期)指出應力波衝擊誘發巖爆與巷道圍巖結構有密切聯繫，同時有研究表明在圍巖破裂軟化區和彈性區交界處易產生應力波邊界效應而誘發巖爆，因此，錨杆性能還須適應硬脆圍巖內部擾動的特點。由上可見，現有硬巖條件下的可伸長錨杆靜承載能力低，並且不能滿足硬脆圍巖巷道壁面層裂和圍巖內部動力擾動的破壞特點。實用新型內容[0005]本實用新型所要解決的問題是提供一種克服硬脆圍巖巷道壁面層裂和內部圍巖動力擾動的破壞影響而保持承壓、持續讓壓變形能力的動靜組合錨杆。[0006]對於高地應力硬巖巷道，尤其在有巖爆傾向性條件下，一種理想的錨杆應當是既能在其破壞失效前提供像管縫式錨杆一樣的大變形能力，以提供圍巖破壞擴容碎脹的空間，又能提供較高的承載能力，具有和普通螺紋錨杆一樣高的強度，同時採用適應圍巖內部動力擾動的錨固方式，符合這些條件的錨杆即稱為動靜組合錨杆。[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型的焊接式動靜組合錨杆提出的解決方案為， 一種焊接式動靜組合錨杆，錨杆杆體由錨杆尾段及錨桿頭段和延伸率大於30%的錨杆中段焊接而成，其中錨杆尾段和錨桿頭段採用錨固劑與孔壁圍巖粘結錨固；錨杆中段不與孔壁圍巖粘結，受力後可自由變形伸長；錨杆尾段配有緊固螺母並安設有託盤。[0008]進一步的，可將錨杆中段布置在圍巖內部破裂軟化區和彈性區邊界附近，該邊界可由測試確定。將錨杆中段設置在該邊界附近，可以更好的克服應力波的擾動。[0009]進一步的，錨桿頭段選用快速樹脂錨固劑與圍巖粘結，錨杆尾段選用慢速樹脂錨固劑與圍巖粘結，錨杆中段內可裝入樹脂膠泥以隔離錨杆尾段及錨桿頭段。快速樹脂錨固劑可以更好的預緊螺母，而錨杆尾段的慢速樹脂錨固劑則可更好的鞏固螺母的預緊。[0010]進一步的，錨杆尾段和錨桿頭段均採用高強度螺紋鋼材料杆體，錨杆中段採用大延伸率的圓鋼。採用這種材料製作的錨杆，其承載負荷能力更強。[0011]採用上述技術方案的焊接式動靜組合錨杆，錨杆錨固段採用高強度螺紋鋼材料能提供很高的靜承載能力，杆體可變形的焊接段能有效調控圍巖的自承載能力，以適應圍巖內部破壞所需要的補償空間，杆尾錨固可避免端頭錨固時圍巖表面易失效的問題，確保硬巖錨杆支護系統在發生巖爆等災害時屈服變形並仍保持一定的抗力，在性能上具有抗靜、 動荷載作用的能力。[0012]綜上所述，本實用新型是一種適應較高地應力條件下完整硬脆圍巖破壞特點，能抵禦硬巖巷道所受的靜、動荷載作用，實現防控硬巖巷道破壞的針對性強、製作加工簡單、 操作簡便的動靜組合錨杆。


[0013]圖1是本實用新型實施例1的中等巖爆焊接式動靜組合錨杆示意圖。[0014]圖2是本實用新型實施例2的弱巖爆焊接式動靜組合錨杆示意圖。
具體實施方式
[0015]以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。[0016]本實用新型提供的焊接式動靜組合錨杆，錨杆採用高強度螺紋鋼材料杆體和延伸率大於30%的圓鋼材料杆體焊接製成，可適應較高地應力條件下完整硬脆圍巖破壞特點， 能抵禦硬巖巷道所受的靜、動荷載作用。[0017]實施例1 參見圖1所示，中等巖爆硬巖巷道圍巖在地應力作用下，會形成破裂軟化區6和彈性區7，破裂軟化區6的範圍可採用鬆動圈測試設備測定；根據測定的圍巖破壞分區深度，按錨固設計規範選用高強度螺紋鋼和大延伸率的圓鋼分別加工錨杆，錨杆中段2採用大延伸率的圓鋼，其長度滿足超出破裂軟化區6和彈性區7邊界兩端各一定距離，並按圍巖允許的適宜變形量進行設計；對於中等巖爆條件，要求較高的支護承載強度，因此錨杆尾段1和錨桿頭段3均採用高強度螺紋鋼，製作時保證錨杆尾段1和錨桿頭段3有足夠長度用於錨固圍巖；整根錨杆製作需經過兩次焊接，有兩處焊接縫8 ；採用樹脂錨固卷劑，預留圓鋼錨杆中段2不錨固，其餘部分的錨杆體採用全長錨固，具體操作如下首先要根據孔徑和杆徑選擇合適直徑和長度的樹脂錨固劑用於錨杆兩端的錨固，錨杆中段2內可裝入合適長度的無固化劑樹脂膠泥加以隔離兩個錨固段的作用，兩錨固段的樹脂錨固劑在凝固速度有不同，桿頭錨固段選用快速樹脂錨固劑3a，杆尾錨固段選用慢速樹脂錨固劑Ia ；安裝時將快速樹脂錨固劑3a放置在鑽孔裡端，樹脂膠泥加在鑽孔中部，慢速樹脂錨固劑Ia放置在鑽孔外端，整根錨杆在安裝機具的帶動下自鑽孔口向裡開始邊旋轉邊推進，將整根錨杆推進到鑽孔底部以後，鑽孔內的樹脂錨固劑充分混合後發生化學反應開始凝固粘結；快速樹脂錨固劑3a到達凝固時間後，開始上緊固螺母5和託盤4對錨杆進行預緊，慢速樹脂錨固劑Ia到達凝固時間後，可實現錨杆尾段1的錨固。[0018]實施例2 參見圖2所示，弱巖爆硬巖巷道圍巖在地應力作用下，亦會形成破裂軟化區6和彈性區7，破裂軟化區6的範圍可採用鬆動圈測試設備測定；根據測定的圍巖破壞分區深度，按錨固設計規範選用高強度螺紋鋼和大延伸率的圓鋼分別加工錨杆，錨杆中段2 採用大延伸率的圓鋼，其長度滿足超出破裂軟化區6和彈性區7邊界兩端各一定距離，並按圍巖允許的適宜變形量進行設計；對於弱巖爆條件，要求的支護承載強度不高，因此錨杆尾段1採用高強度螺紋鋼，而錨桿頭段3仍採用大延伸率的圓鋼，製作時保證錨杆尾段1和錨桿頭段3有足夠長度用於錨固圍巖；錨杆中段2和錨桿頭段3的材料相同，因此二者可一體成形，整根錨杆製作僅需經過一次焊接，有一處焊接縫8 ；採用樹脂錨固卷劑，預留圓鋼錨杆中段2不錨固，其餘部分的錨杆體採用全長錨固，具體操作步驟與實施例1相同。[0019]本實用新型是一種焊接式動靜組合錨杆，該錨杆能抵禦硬巖巷道所受的靜、動荷載作用，適應較高地應力條件下完整硬脆圍巖破壞特點，能有效調控圍巖的自承載能力，在發生圍巖層裂、巖爆等災害時屈服變形讓壓並仍保持一定的抗力，實現對硬脆圍巖巷道有效的支護。[0020]以上是本實用新型的兩種優選例，但並非代表本實用新型的全部內容，在本實用新型精神範圍內所做的一切等同變換和更改，都將在本實用新型保護範圍以內。權利要求1.一種焊接式動靜組合錨杆，其特徵在於錨杆杆體由錨杆尾段(1)及錨桿頭段(3) 和延伸率大於30%的錨杆中段(2)焊接而成，其中錨杆尾段(1)和錨桿頭段( 採用錨固劑與孔壁圍巖粘結錨固； 錨杆中段(2)不與孔壁圍巖粘結，受力後可自由變形伸長； 錨杆尾段(1)配有緊固螺母(5)並安設有託盤G)。
2.根據權利要求1所述的焊接式動靜組合錨杆，其特徵在於錨杆中段( 布置在圍巖內部破裂軟化區(6)和彈性區(7)邊界附近。
3.根據權利要求1或2所述的焊接式動靜組合錨杆，其特徵在於錨桿頭段C3)選用快速樹脂錨固劑(3a)與圍巖粘結，錨杆尾段(1)選用慢速樹脂錨固劑(Ia)與圍巖粘結，錨杆中段O)內裝入樹脂膠泥Oa)以隔離錨杆尾段(1)及錨桿頭段(3)。
4.根據權利要求1或2所述的焊接式動靜組合錨杆，其特徵在於錨杆尾段(1)和錨桿頭段(3)均採用高強度螺紋鋼材料杆體，錨杆中段(2)採用大延伸率的圓鋼。
專利摘要本實用新型公開了一種焊接式動靜組合錨杆，錨杆採用高強度螺紋鋼材料杆體和延伸率大於30％的圓鋼材料杆體焊接製成，圓鋼材料杆體在整根錨杆的中部，此段不與圍巖粘結錨固，其餘部分的錨杆體採用螺紋鋼材料製成並全長錨固，圓鋼段可做為提供變形能力的可伸長構件，並安設在圍巖破裂軟化區和彈性區邊界附近，從而能給應力波邊界效應區的圍巖提供一定擴容變形的補償空間；錨杆杆尾粘結錨固，可以適應硬巖巷道壁面的層裂剝離破壞，並且能對軟化區破裂的圍巖提供補強的作用。本實用新型能適應較高地應力條件下完整硬脆圍巖破壞特點，能抵禦硬巖巷道所受的靜、動荷載作用，實現防控硬巖巷道破壞，具有針對性強、製作加工簡單、操作簡便的優點。
文檔編號E21D21/00GK202280468SQ20112041743
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者彭雲, 李夕兵, 王斌, 趙伏軍, 陳玲, 龍專 申請人:湖南科技大學