[发明专利]可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及矿山锚杆支护领域，尤其涉及一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法。

背景技术

随着国民经济的发展，国家能源需求量日益增多，浅部煤炭资源的日益枯竭迫使煤炭开采转入深部。在深部高地应力、高地温、高岩溶水压力与强采动影响条件下，巷道支护面临诸多新的挑战。锚杆在矿山支护系统中占有重要的地位，为了满足各种实际需求，锚杆性能、工艺也在不断的更新换代，锚杆类型也是层出不穷，比如用于矿山井巷工程中锚杆包括普通的圆钢锚杆、麻花锚杆、带肋螺纹钢锚杆、无纵筋全螺纹锚杆、屈服锚杆、玻璃钢锚杆、木锚杆、竹锚杆等。

锚杆通过施加预紧力，对围岩产生径向约束，能够有效改善围岩的应力重分布条件，提高峰后围岩的自承能力；尤其是处于深部破碎围岩的巷道，在“三高一扰动”影响因素下，对锚杆预紧力提出了更高的支护要求。以目前深部巷道支护常用的端部车丝和端部滚丝的螺纹钢锚杆与无纵筋全螺纹锚杆为例，在锚杆安装及使用过程中，还存在以下问题，亟待解决：

1）目前井下多是通过扭矩扳手或风动扳手的方式对锚杆施加预紧力，但该种方式预紧力施加量程较低，且存在扭矩转化系数无法定量的问题；

2）在现有锚杆支护条件下，当巷道处于较碎裂围岩之中时，如何在巷道顶板离层或片帮后进行后期预紧力的二次施加，目前尚无完全合适的解决办法；

3）在预紧力施加过程中，无纵筋全螺纹锚杆的扭矩转化系数低、螺纹间距大且易变形，退锚困难，预紧力很难达到设计要求；

4）端部车丝的螺纹钢锚杆会造成端部锚杆杆体强度降低，不满足支护要求，端部滚丝的螺纹钢锚杆则造价高，两者都存在预紧力施加无法定量问题；该类锚杆端部车（滚）丝长度一般在100mm～120mm，预紧力二次施加空间小，不适用于后期需要扩帮或者围岩破碎的复修巷道等；

5）根据深部巷道顶板、两帮的受力变形特点及对锚杆预紧力的支护要求，目前顶板多采用端部滚丝的螺纹钢锚杆，两帮多采用无纵筋全螺纹锚杆，但该种方式却存在支护工艺繁琐、工人劳动强度大、巷道掘进速度慢等问题。

一旦锚杆预紧力施加不足，则无法对围岩产生有效约束，极易造成围岩变形加大甚至失控，增加巷道的潜在安全风险。因此，本发明针对现有矿山锚杆支护中所面临的几个问题，旨在提出一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有矿山全螺纹锚杆预紧力施加过程中出现的扭矩转化系数低、螺纹易变形而退锚困难、预紧力施加值低且无法定量、片帮后预紧力二次施加困难、施工工艺复杂、劳动强度大等问题，提出一种可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置及操作方法，充分发挥矿山锚杆支护潜力，保证煤矿安全高效开采。

为实现上述目的，本设计采用如下技术方案：

可自动退锚的全螺纹锚杆预紧力施加装置，包括前置横梁、后置横梁和实现对锚杆的夹紧与松开的退锚装置，所述的前置横梁和后置横梁均与两个液压可缩式油缸支柱相连，且前置横梁中间设有一个锥形螺母，所述的锥形螺母的端部设有一个与退锚装置活动配合的套管；所述的前置横梁与锚杆的托盘贴合，为反力支撑，通过两个液压可缩式油缸支柱对锚杆提供拉拔力；后置横梁与退锚装置相配合；所述的后置横梁的中间与退锚装置相配合，所述的可伸缩式油缸支柱有风动油压泵驱动，风动油压泵的输出端连接一个控制器。

所述的前置横梁中心开有锥形圆孔，锥形圆孔的锥形面角度与锥形螺母外表面角度相一致；锥形螺母安装于前置圆盘锥形圆孔内，锥形螺母中间开孔部分与锚杆螺母尺寸一致，预紧力施加时，锥形螺母套在锚杆螺帽上面；锥形螺母端部中心位置安装有T形套管。

所述的退锚装置包括一个锁套，所述的锁套的外圈安装于后置横梁的中间位置，所述的锁套内圈上面为锥形，下面为柱形，且在内圈锥形部分安装一个与其紧密贴合的锁片，所述的锁片的后端安装有一个锥形套筒，所述的锥形套筒与一个后置弹簧相连。当打开油缸出油管时，液压可缩支柱前端前置横梁与后置横梁闭合，锁片在前置横梁中间位置T形套管推动作用下下移并保持张开状态，此时可方便的穿过锚杆，若此时打开油缸进油管，则前置横梁与后置横梁张开，T形套管上移，锁片在高强弹簧作用下可自动夹紧锚杆，待锚杆张拉完毕拧紧螺母后，打开油缸出油管，前置横梁与后置横梁之间再次闭合，锁片张开，可实现锚杆自动退锚，不会发生因锚杆端部变形无法退锚的情形。

所述的锁片其外形从上到下依次是柱体I、锥体和柱体II，且内部为空心柱体；且柱体I的直径与锁套前端开孔内径一致，柱体II的半径比柱体I大，比椎体的最大半径小。