[发明专利]一种高强度金属粗尾让压锚杆

说明书

技术领域

本发明涉及应用在高地应力的深井、受动压影响较大的巷道或支护较困难的软岩等大变形巷道的锚杆，尤其涉及一种高强度金属粗尾让压锚杆。

背景技术

在我国，金属锚杆结构设计还不够合理，实践表明，在巷道围岩变形较大时，大多数锚杆均在锚杆尾部产生断裂。为了解决这一问题，国内锚杆制造经历了锚尾螺纹加工由车丝改滚丝的过程，后来还对锚尾采取了热处理等措施，以提高锚尾强度，防止发生破断。国内有学者专家进行过研究，锚尾经过热处理强化后，其屈服载荷和极限载荷均可提高30%以上。虽然锚尾强度有所提高，但仍低于锚杆杆体强度。

现今，由于我国煤炭资源的不断减少，开采深度逐渐增大，加上大量软岩巷道的存在，给国内巷道支护又提出了新的挑战。现有锚杆仍存在一些问题，主要表现为：①锚杆强度较低。在软岩巷道支护中，强度是锚杆让压的前提。如果锚杆强度较低，锚杆会随着围岩的变形很快被拉断，而让压装置还来不及起到“让”的作用。因此，锚杆具备一定的强度是关键。②锚杆让压设计不合理。国内起初生产的让压结构复杂，加工不便且成本高。合理的让压装置应该结构简单，在保证巷道支护安全的前提下尽可能地减少成本，同时能保证锚杆支护系统在整个使用期间不失效。

对于这类巷道而言，只依靠普通锚杆本身的支护能力，已经很难控制住围岩的变形，还必须充分发挥巷道围岩自身的承载能力。因此，对于大变形的复杂难支护巷道，国内有专家进行了系统深入的研究，认为支护系统必须具有让压性，巷道围岩变形包括一部分不可控制的变形，但支护系统的让压必须是控制让压，而不是自由让压，以“让”去部分变形。

CN101498223A公开了一种玻璃钢锚杆，其具有较粗的锚尾，使锚尾强度有所加强。但由于材料的限制，玻璃钢无法进行墩粗等机械工艺，其锚尾必然是经过车削加工或锚尾锚头非一体成型技术制成，在这种情况下，虽然保证了锚尾的强度，但锚尾和锚头的连接处会产生应力集中，严重影响锚杆的锚固强度，同时由于玻璃钢较难进行热处理，仅仅加粗也很难起到需要的加强效果。

发明内容

为了克服普通锚杆杆体材料的不足之处，解决锚杆锚尾破断问题，同时为适应深井、软岩及受动压影响明显的大变形巷道的需要，本发明提出了一种新型的锚杆形式，即高强度金属粗尾让压锚杆。该锚杆一方面可以提高锚尾强度，最大限度地发挥自身的抗破断能力，另一方面可以在高应力作用下体现自身的让压功能，从而有效地保证巷道支护安全。

本发明解决大变形巷道支护问题采用的高强度金属粗尾让压锚杆具体形式为：锚杆体材料选用高强度螺纹钢制成。锚杆杆体可据需要加工不同的外观形式，锚杆尾部需进行墩粗处理，再对锚杆尾部进行滚丝加工，要求锚杆尾部螺纹直径大于杆体直径4~5mm。杆体与锚杆尾部为同一材质，且二者之间为整体式连接而非焊接方式，这样可以大大提高锚杆延伸率，且可有效防止锚尾破断。此外，在锚杆的螺母与托盘之间还需安装一个特制的让压管，同时配合使用两个刚性垫圈和一个树脂垫圈，能使锚杆在高地应力下有效发挥自身的让压功能，以维护巷道稳定。

本发明的具体技术方案为：

一种高强度金属粗尾让压锚杆，包括锚杆体、托盘、让压管和螺母，所述锚杆体由高强度圆柱螺纹钢一体成型，包括头部、杆体和尾部，所述尾部经过墩粗和滚丝处理，其表面具有螺纹且螺纹直径大于所述杆体的直径4~5mm；在所述尾部经过墩粗和滚丝处理后，仅对所述尾部进行高温热处理，使所述尾部的强度大于所述杆体的强度；所述托盘、让压管和螺母顺次套置在所述尾部上，所述让压管的长度为30~40mm，所述托盘和所述让压管之间设置有刚性垫圈，所述螺母和所述让压管之间设置有刚性垫圈和树脂垫圈，所述树脂垫圈靠近所述螺母一侧设置。

优选所述让压管为两头细中间粗的鼓形管状结构。

优选所述锚杆尾部先墩粗再滚丝处理，尾部在滚丝处理之前其直径即大于所述杆体直径4~5mm。

与己有技术相比，本发明有益效果体现在：

（1）本发明锚杆材料选用了高强度螺纹钢，其抗拉强度较高，锚杆能沿全长或分段发挥其内在性能。因杆体与粗尾为同一材质且为整体式连接，其延伸率可以得到明显提高。

（2）本发明要求锚杆尾部的螺纹直径大于锚杆杆体直径，经墩粗处理和高温热处理后的粗尾部分的屈服载荷和极限载荷都得到明显提高，同时不经过机械和加热处理的头部保留了较好的韧性和延展性，在保证锚固强度的前提下可有效地防止锚尾破段。