[发明专利]可变形的岩石锚杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对易缓慢变形或突然爆裂的岩石进行加强的锚杆。锚杆在地下挖掘工作中是用于岩石加强的最常用的措施。世界上每年需要消耗数百万的岩石锚杆。对岩石锚杆的基本要求是，所述岩石锚杆不仅必须能够承受重载荷，而且必须能够在所述锚杆失效前承受一定的伸长量。在高应力岩体中，所述岩石会以弱岩石内的较大变形的形式或以硬岩石内的岩爆形式对挖掘工作形成反应。在这些情形下，需要变形承受式(或吸收能量式)锚杆以实现良好的岩石加强效果。特别是在采矿工业中，因为采矿作业越来越深入地下，岩石变形和岩爆的问题更趋严重，因此对变形承受式锚杆的需求比其它岩石学科更为强烈。 

背景技术

Ferguson在WO99/61749“Rock bolt and method of forming a rock bolt”中描述了通过使钢杆的一部分发生塑性变形来形成锯齿状凹口，该锯齿状凹口形成搅拌叶部分，其中，通过在所述钢杆上施加偏心的剪切力来产生所述变形，以形成如本发明的图8中所示的按原图绘制的搅拌叶。Ferguson的岩石锚杆的目的在于，通过所述搅拌叶来加强搅拌，并且通过所述搅拌叶的剪切成形来使得所述锚杆不会沿着该锚杆的轴向方向或侧向方向发生塑性变形。Ferguson提出了一种安装的能够扩张的壳体，该壳体包括径向作用楔，该径向作用楔用于与所述搅拌叶相互作用以使得所述壳体扩张，从而将所述锚杆相对于所述锚杆孔的壁锁紧。此外，Ferguson还提出沿着所述锚杆的长度形成多个搅拌叶部分。Ferguson的搅拌叶的显著缺点在于，这种包括通过施加偏心的剪切力而使锚杆的一部分变形的制造方法，使得所述搅拌叶部分 成为锚杆强度最弱的点，从而导致锚杆不能提供令人满意的锚固效果。 

此外，同样属于Ferguson的美国专利申请US2005/0158127A1“Yieldingstrata bolt”中描述了一种具有预应力筋的岩石锚杆，所述预应力筋可以通过滑动穿过锚固体而屈服，而不是通过该预应力筋本身材料的屈服而屈服，以此控制内部布置有该锚杆的不稳固的岩石的运动。所述预应力筋本身可以由金属线束或金属杆构成，并设置有外套管以作为相对于灌浆滑动的装置。参见本申请的图9，通过灌浆灌固的所述锚固体由两个对称的锚固体部分形成，该两个对称的锚固体部分夹紧在所述预应力筋上。US2005/0158127的一个缺点在于，仅是所述应力件(即预应力筋)变形，并且该应力件与所述锚杆的直杆部分相比强度不够，从而所述锚杆在所述锚固体处易于破裂，特别是在所述应力件是由实心杆体制成的情形下更是如此。US2005/0158127的另一个缺点在于形成有效的岩石锚杆所需要的构件的绝对数量。 

德国专利DE 35 04 543限定了一种锚杆，该锚杆用于插入并通过灌浆灌固或粘结在地下洞穴中的钻孔内。所述锚杆具有锚杆杆体和带螺母的单端螺纹部分，所述锚杆杆体包括用于与岩石连接的具有成型表面的部分，所述单端螺纹部分与所述杆体本身形成为一体或焊接于所述杆体。所述锚杆具有固定的、一体的或焊接的锚板，该锚板设置在所述外部螺纹部分与所述锚杆杆体的位于钻孔内部局部位置上的成型部分之间，因而不能对位于所述钻孔内的锚杆杆体进行预张紧。所述锚杆杆体的表面成型是通过沿具有圆形横截面的初始光滑的杆体的纵向方向将杆体表面成形为波浪形状而形成的。DE 3504 543的锚杆杆体具有用于设置在钻孔内的三个连续的部分：所述锚杆杆体的光滑的无突起的中间部分、波浪形部分以及过渡部分，该过渡部分从所述光滑的中间部分的两端过渡到波浪形部分，所述过渡部分沿远离所述光滑的中间部分的方向具有逐渐增大的波形幅度。所述光滑的中间部分用于承受岩石变形后所引起的纵向力，但因为不能对所述钻孔内的岩石锚杆进行预张 紧，因此不能防止初始岩石变形。 

下面阐述要解决的问题。 

根据锚固机理，所有的锚固装置分为三类：(a)机械锚杆；(b)完全灌浆固定式锚杆以及(c)摩擦式锚杆。 

(a)：传统的机械锚杆在开口孔内是两点锚固。这些锚杆在较大岩石变形的情形下是不可靠的。 

(b)：完全灌浆固定式锚杆主要指通过水泥或环氧树脂灌固在所述钻孔内的钢筋锚杆。钢筋锚杆由钢筋制成，所述钢筋的圆柱面上具有棱纹。这种类型的锚杆硬度较高，在失效之前仅能承受少量变形。钢筋锚杆在高应力岩体中失效的情形经常可以观测到(见参考引用文献：Li，2006a)。