[发明专利]桁架锚索弧形连接锁紧器

说明书

一、技术领域：

矿业工程中的巷道支护

              土木工程中的隧道支护

二、背景技术：

目前，桁架锚索系统越来越多的应用到矿山的巷道支护中，其优 越性主要表现在：

①桁架锚索系统能在水平和铅垂方向同时提供有效支护力，有效 降低巷道中部区域煤岩体最大拉应力，提高煤岩体的强度和抗变形破 坏性能。桁架锚索抗剪性能强、作用范围大，斜穿过煤帮上方附近顶 板最大剪应力区，能有效控制顶板剪切破坏。

②桁架锚索系统钢绞线与顶板成线接触，钢绞线上的载荷能连续 传递且能方便地施加很高的预拉力，支护作用范围大，松散破碎顶板 受力状态好。

③桁架锚索锚固点位于巷道两肩窝深部不易破坏的三向受压岩 体，不易受顶板离层和变形的影响，为桁架锚索系统发挥高锚固力提 供了可靠稳固的承载基础。在顶板弯曲和下沉过程中，桁架结构的两 帮锚固点内移，受力增加较慢，支护结构不易失效，其闭锁结构可以 控制顶板进一步变形和防止恶性冒顶事故。

④全面系统地研究大采高复合泥岩顶板切眼围岩及其维护特点、 支护方案合理选择、高预应力桁架锚索结构、大采高切眼支护机理和 参数设计及现场实施流程。

研发的高预应力桁架锚索系统核心部件——新型弧形连接锁紧 器集成了桁架系统的连接和锁紧功能，并解决了高水平预紧力的张拉 难题。

三.发明内容：

(1)技术方案：

首先考虑到连接锁紧器的受力，通过有限元分析可以看出，图1 的宽度最小的部位即中性竖轴所受应力最大的地方，中间厚度越大越 安全，可是要考虑到桁架连接器轻巧便利，两者要兼顾，所以连接器 外弧线设计成是以260mm为半径，圆心在弧线外画出的。通过有限元 分析确定外形尺寸见附图说明。

其次且从力学角度考虑，设计连接锁紧器如图1的点2与点3间 线段的中点与点8和点9间线段中点连线正好过两中性轴交点，两锚 索通过连接锁紧器连接后避免出现扭矩。若出现扭矩的话连接器将由 剪切面直至破坏。

如图的点4、5之间和点10、11为锚索出口，其尺寸设计主要是根 据锚索和锁具的尺寸来决定，防止压力大时，锚索与锁具的滑移；如 图2，3所示的点13、14和点15、16所围成的小圆半径是根据如何更好 的将锚索锚固在连接器内部设定，点4、5和点10、11所围成的大圆半 径尺寸是根据锚具的尺寸和张拉千斤顶施加的预应力来确定。

(2)优点或积极效果：

①是能在巷道顶板的水平和铅垂方向同时提供挤压应力的主动 支护结构，从而使得锚固区内的煤岩体处于铅直挤压和水平挤压状 态。桁架系统与顶板线或面接触，作用范围大，松散破碎顶板受力状 态好。即使在顶板出现离层时，也能保证巷道的安全使用，特别是在 巷道顶板破碎的情况下，效果更加明显。弧形连接锁紧器有效地解决 了高水平预紧力的张拉难题。

②是有利于提高成巷速度及采掘接替，消除安全隐患、保障施工 安全。实验前该巷道采用型钢棚式支护时月进78m，而采用预应力桁 架锚索联合支护(试验)后，月进115m。

③是减轻了工人的劳动强度，提高了支护安全性和掘进效率。由 于锚杆、锚索等单体构件远较工字钢金属构件轻，高预应力桁架锚索 联合控顶技术消除了工人搬运工字钢金属构件及支设工字钢棚式支 架的繁重体力劳动，极大地改善了工人的劳动条件。

④是在大断面切眼采用预应力桁架锚索联合支护，可简化切眼设 备的安装工序、改善安装施工条件，明显提高综放工作面设备的安装 速度并使工作面提前投入生产。有利于充分发挥综放工作面设备的效 能、增加工作面产值，避免采掘分散及减小辅助生产设备及人员，实 现矿井合理集中生产和高产高效开采。

四.附图说明：