[发明专利]一种三级直径匹配锚杆及其支护方法

说明书

技术领域

本发明涉及锚杆支护工程技术领域中用于巷道的锚杆及支护方法，特别是一种用于巷道支护的三级直径匹配锚杆及其支护方法。

背景技术

随着锚杆支护技术的发展，锚杆支护在采矿工程中的应用越来越广泛，巷道围岩控制效果显著改善。但随着矿产资源的开采，生产地质条件日益复杂，巷道变形控制难度加大，致使锚杆出现大量破断。工程实践表明，锚杆破断位置多数发生在安装螺母的锚尾螺纹段或杆体前半段，其中一个重要原因是在外荷载作用下锚杆受力不均匀，锚尾螺纹段、自由段和外锚固段（靠近孔口的锚固段）极易发生应力集中，而现有锚杆的锚尾螺纹段直径比杆体稍小或者锚杆直径全长相同，致使应力集中部位极易破断，同时存在支护参数设计不合理、锚固剂锚固不实等问题，严重影响了锚杆承载性能有效发挥。

发明内容

本发明为解决现有锚杆支护存在的问题，提出一种三级直径匹配锚杆及其支护方法，可有效减少现有锚杆支护因受力不均而出现的破断问题，从而提高锚杆支护的可靠性。

本发明三级直径匹配锚杆的技术方案是：

该三级直径匹配锚杆，包括内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段等直径不同的三个分段，由内锚固段向锚尾螺纹段逐级加粗。

所述内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段，相邻分段的直径级差可在1~6mm范围内选取。

进一步，所述内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段三个分段，相邻分段的直径级差一般为2mm。

所述内锚固段长度可在总锚固长度的2/3~1/2范围内选取，外锚固段的长度则对应在总锚固长度的1/3~1/2范围内选取。

进一步，所述内锚固段长度为总锚固长度的2/3，外锚固段长度为总锚固长度的1/3。

所述内锚固段、外锚固段为左旋无纵筋螺纹，锚尾螺纹段为滚丝加工的精细螺纹，自由段为圆钢或左旋无纵筋螺纹钢。

所述锚杆全长呈一整体，相邻分段的连接处设有避免出现台阶而产生应力集中的过渡圆角。

本发明的锚杆支护方法包括以下步骤：

（1）加工锚杆：按照设计确定的三级直径匹配锚杆的材质以及内锚固段、外锚固段+自由段、锚尾螺纹段等三个分段的直径、长度、螺纹规格等参数，加工制造三级直径匹配锚杆；

（2）钻孔：按照钻孔设计位置、角度、长度、孔径，采用锚杆钻机在巷道围岩中钻孔；

（3）安装锚杆：利用锚杆将设计长度的树脂锚固剂依次顶推至钻孔孔底；采用钻机配合搅拌器搅拌锚固剂，待锚固剂固化后，安装托盘和螺母，并施加设计预紧扭矩，完成锚杆安装；

（4）支护质量检测与监测：采用检测仪器和监测仪器，检测锚杆锚固质量，监测锚杆支护效果；

（5）支护参数修正：评价锚固质量和支护效果，及时修正锚杆的三级直径匹配参数和锚固参数。

本发明的有益效果：现有锚杆在外荷载作用下受力不均匀，锚尾螺纹段、自由段和外锚固段（靠近孔口的锚固段）等部位极易发生应力集中而破断。本发明通过改进锚杆直径匹配结构，优化了锚杆承载特性，提高了锚尾螺纹段、自由段和外锚固段等易破断部位的抗拉和抗剪强度，并采取适当的加工措施和支护方法，有效减少了现有锚杆因受力不均而出现的锚尾和杆体破断问题，提高了锚杆支护的可靠性。

附图说明

图1为三级直径匹配锚杆支护结构示意图；

图中，1、内锚固段，2、外锚固段+自由段，3、锚尾螺纹段，4、外锚固段，5、自由段，6、锚固剂，7、相邻分段的连接处，8、锚杆，9、托盘，10、螺母，11、围岩。

具体实施方式

由图1所示，本发明锚杆由内锚固段1、“外锚固段4和自由段5”组成的分段2、锚尾螺纹段3等三个分段组成，且由内锚固段向锚尾螺纹段，锚杆直径逐级加粗。内锚固段1和外锚固段4均由锚固剂6与围岩11锚固在一起。

具体实现过程为：

（1）加工锚杆：按照设计确定的锚杆材质以及内锚固段1、（外锚固段和自由段）2、锚尾螺纹段3三个分段的直径、长度、螺纹规格等参数，加工制造三级直径匹配锚杆；