[发明专利]一种弯曲式动静组合锚杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬脆围岩巷道的支护设备，特别是涉及一种防治岩爆灾害的可伸长锚杆，属于岩土工程锚固领域。

背景技术

深部地下工程中坚硬岩石在开挖卸荷作用下常发生剥落、层裂、片帮和岩爆等脆性破坏现象。硬岩本身坚硬致密的特点，导致其破坏的原因涉及岩石动力学与岩石静力学两方面的范畴，如岩爆可以是承受高应力的硬岩体在较小外界动力扰动下诱发的(见左宇军等著《受静载作用的岩石动态断裂的突变模型》煤炭学报2004年第6期)。硬岩洞室发生岩爆时的动应力很大，一般会达到或超过支护构件的屈服强度，如果支护系统没有让压和屈服性质，就不可避免发生破坏，锚杆能有效调控围岩的自承载能力，因此硬岩支护系统亦采用可伸长锚杆提供一定变形以容纳岩爆破坏引起的强制大变形。

可伸长锚杆按工作原理归纳为杆体可伸长和结构元件滑动可伸长两大类，为实现锚杆的伸长通常采用端头锚固的方式，即锚头与孔底岩体固结而锚杆尾用托盘预紧。目前可伸长锚杆主要是针对大变形软岩提出的，采用端头锚固，如专利号88204483.4公开的蛇形可伸长锚杆、专利号93203496.9公开的锯齿形涨壳式让压锚杆、专利号201020632589.4公开的锚杆尾套有一段涨管和增阻管的可伸长锚杆等；这些锚杆通常适用于软岩变形连续而保持围岩完整性的特点，但硬岩巷道在较高地应力作用下常发生表面岩体层裂剥离(如锦屏二级水电站深埋引水隧道大理围岩)，导致锚杆托盘悬空，此时端头锚固的锚杆将失去加固围岩的作用，从而进一步诱发该锚杆支护区域的围岩发生破坏。可见，硬岩条件下的可伸长锚杆采用端头锚固时，往往起不到锚固的效果。

为解决硬岩巷道的支护问题，在应对岩爆灾害方面提出了些抗岩爆的可伸长锚杆，如专利号201020602613.X公开了一种延-弹性抗岩爆锚杆，虽然杆体设置了波形段和刚性弹簧，但仍是端头锚固；专利号201020684957.X公开了一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，虽然能实现全长锚固，可克服壁面岩体层裂剥离的影响，但水胀式锚杆承载能力低，较高地应力时不适用，同时刚性弹簧仅是对巷道表面延展的改进，在全长锚固下的变形能力是很弱的。岩爆支护技术与常规支护是不同的，岩爆条件下的支护结构不仅要能经受住静态条件下的高应力荷载的作用，还要抵御外界施工过程中或之后所受爆破振动、机械振动、地震及相邻岩爆产生的应力波作用。高明仕等人在文《冲击矿压巷道围岩控制的强弱强力学模型及其应用分析》(岩土力学2008年第2期)指出应力波冲击诱发岩爆与巷道围岩结构有密切联系，同时有研究表明在围岩破裂软化区和弹性区交界处易产生应力波边界效应而诱发岩爆，因此，锚杆性能还须适应硬脆围岩内部扰动的特点。由上可见，现有硬岩条件下可伸长锚杆静承载能力低，并且不能满足硬脆围岩巷道壁面层裂和围岩内部动力扰动的破坏特点。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种克服硬脆围岩巷道壁面层裂和内部围岩动力扰动的破坏影响而保持承压、持续让压变形能力的动静组合锚杆。

对于高地应力硬岩巷道，尤其在有岩爆倾向性条件下，一种理想的锚杆应当是既能在其破坏失效前提供像管缝式锚杆一样的大变形能力，以提供围岩破坏扩容碎胀的空间，又能提供较高的承载能力，具有和普通螺纹锚杆一样高的强度，同时采用适应围岩内部动力扰动的锚固方式，符合这些条件的锚杆即称为动静组合锚杆。

为了解决上述技术问题，本发明的弯曲式动静组合锚杆提出的解决方案为，一种弯曲式动静组合锚杆，由锚尾直杆段、中部弯曲段和锚头直杆段组成，配以托盘和螺母，其中：

锚尾直杆段和锚头直杆段采用锚固剂与孔壁围岩粘结锚固；

中部弯曲段不与孔壁围岩粘结，受力后可自由变形伸长；并通过紧固螺母安设托盘能形成一定预应力。

进一步的，可将中部弯曲段布置在围岩内部破裂软化区和弹性区边界附近。如此则能形成更好的克服该区域的应力波扰动。

进一步的，锚头直杆锚固段选用快速树脂锚固剂，锚尾直杆锚固段选用慢速树脂锚固剂，中部弯曲段2内可装入树脂胶泥以隔离两个锚固段。

进一步的，锚杆杆体采用螺纹钢等高强度材料；杆体弯曲段采用无损成形处理。

采用上述技术方案的弯曲式动静组合锚杆，锚杆采用高强度材料能提供很高的静承载能力，杆体可变形的弯曲段能有效调控围岩的自承载能力，以适应围岩内部破坏所需要的补偿空间，杆尾锚固可避免端头锚固时围岩表面易失效的问题，确保硬岩锚杆支护系统在发生岩爆等灾害时屈服变形并仍保持一定的抗力，在性能上具有抗静、动荷载作用的能力。