[发明专利]一种防脱锚大变形锚杆及锚固方法

说明书

本发明公开了一种防脱锚大变形锚杆，包括膨胀锚固头以及带动膨胀锚固头膨胀的驱动机构，驱动机构包括锚杆主体、拉杆、第一支撑杆和第二支撑杆，膨胀锚固头套设在锚杆主体前端外，拉杆设置在锚杆主体中且两端从锚杆主体中穿出，膨胀锚固头与锚杆主体之间铰接连接有第一支撑杆，膨胀锚固头与拉杆前端之间铰接连接有第二支撑杆，锚杆主体的尾端设有托盘和第一锁紧螺母，拉杆尾端设有第二锁紧螺母。本发明通过锚杆主体和拉杆的带动膨胀锚固头挤压锚固，在围岩变形的过程中通过第一支撑杆和第二支撑杆的转动在实现锚杆让压的同时增加锚固端的挤压力，使得在一定范围内，围岩变形越大，膨胀锚固头锚固力越强，锚固的越稳定，实现了对矿山压力的利用。

技术领域

本发明属于岩体锚固技术领域，尤其涉及一种防脱锚大变形锚杆及锚固方法。

背景技术

向地球深部进军已成为全球科学家的共识，锚杆作为地下空间工程支护的关键依托，其重要性随着岩石工程深度的增加愈加凸显。深部岩石工程处于“三高一扰动”的环境中，锚杆在高应力及频繁的开采扰动情况下，经常发生脱锚或断锚的事故，造成巷道、隧洞无预警垮塌、锚杆飞射等，导致大量人员财产损失，随着工程深度的增加这些事故呈现增加的趋势制约了深部岩石工程的发展。锚固端岩石的强度及完整性是影响锚端脱锚的重要原因，锚固端岩体微观力学性质的变化能够反映岩石宏观的力学性质。

参见图1和图2，裂隙的扩展与串接是岩石破坏的根本原因，而裂隙扩展的难易受制于裂隙的断裂强度因子K_Id与断裂韧度K_Ic的影响具体表现为：当岩石的断裂韧度K_Ic较小，裂隙的断裂强度因子K_Id升高时，裂隙的扩展受到促进，使得动载产生的入射能或者静压能更多的用于该区域的裂隙的扩展；而当断裂韧度K_Ic升高，裂隙的断裂强度因子K_Id降低时，裂隙的扩展受到抑制，岩石发生破坏的难度增加，有利于保持岩石的完整性。当前的锚杆大都通过锚固剂使得锚杆与锚固端岩体锚固，在锚杆施加预应力过程中，锚固端的岩体整体受到拉应力。设压应力为正时，σ_l为负值，由公式(1)～(5)可知，锚固端岩石的断裂韧度降低，裂隙的强度因子增加，这就说明拉应力的存在使得受拉伸应力影响的区域的裂隙扩展变得更加容易，在岩石受到动力扰动或者较大静压时，锚固端岩体容易破坏，引起脱锚。

K_IC＝ξ(σ_c+σ₁) (1)

τ_eff＝τ+μ|σ'_n| (5)

为改善这种状况，当前普遍使用胀壳式锚杆，也就是通过锚固端塑料或者其他材料的膨胀实现锚固。但是，由于围岩支护的主体是围岩本身，锚杆支护的作用在于增强围岩在变形破坏过程中支护的能力，尤其是对于变形比较大的软弱或者中硬岩体，锚杆的变形让压能力以及在变形后的锚固强度对于地下岩石空间支护尤为重要。但是当前该锚杆是通过锚杆主体的变形实现让压，使得锚杆的杆体强度逐渐降低，不利于围岩的稳定。同时在锚杆变形过程中锚端强度在应力调整过程中逐渐降低，导致锚杆脱锚的现象。此外，虽然注浆锚杆已经被使用，但是在锚杆注浆过程中经常发生堵孔及注浆不充分的现象。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种支护效果好的防脱锚大变形锚杆及锚固方法。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种防脱锚大变形锚杆，包括膨胀锚固头以及带动膨胀锚固头径向膨胀或收紧的驱动机构，所述驱动机构包括锚杆主体、拉杆、第一支撑杆和第二支撑杆；

所述膨胀锚固头套设在所述锚杆主体前端外，所述拉杆设置在所述锚杆主体中且两端从所述锚杆主体中穿出；