[发明专利]一种锚杆高预应力施加装置及使用方法

说明书

本发明提供一种锚杆高预应力施加装置及使用方法，属于围岩支护技术领域。该装置包括液压油高压注油系统、锚杆拉拔系统、高扭矩施加系统、液压油泄压系统，液压油高压注油系统、锚杆拉拔系统、高扭矩施加系统、液压油泄压系统安装在基座上。基座采用高强度钢材料制成。该装置通过高油压作用，既能对锚杆施加高预应力，又可对锚杆螺母施加高扭矩预紧，重构围岩受力状态，将开挖后的二向应力改变为三向应力，达到提高围岩性能、改善松散结构、强化弱层的目的，实现井下复杂松散破碎围岩的快速加固，增强软破岩体抵抗变形的能力。

技术领域

本发明涉及围岩支护技术领域，特别是指一种锚杆高预应力施加装置及使用方法。

背景技术

锚杆支护是井下巷道、路桥隧道、及地下岩体工程等使用最为广泛的一种支护方式，常用的有管缝锚杆、注浆锚杆、树脂锚杆等。锚杆支护技术也由早期的被动支护，逐步发展到现在丰富的支护体系，包括全长锚固支护、长锚杆支护、高预应力主动支护等。支护作用也由早期的悬吊作用，发展成具备组合梁、组合拱以及减跨等支护作用。目前，应用最为广泛的为树脂锚杆支护，主要是利用树脂的胶结作用将锚杆固定在钻孔中底部，并在锚杆外露一端增加螺母和垫板，通过一定扭矩使锚杆形成一定预应力，使复杂松软破碎围岩转化为高强度的围岩应力拱，提高围岩的应力强度，改善围岩结构，达到支护围岩的目的，保障巷道的长期稳定性。

因此，要想提高锚杆支护体系内围岩的综合承载和抵抗变形的能力，必须对锚杆拉拔力、预紧力等提出很高的要求，即在锚杆支护初期就形成较强的锚固力(预紧力)。但是，现有的锚杆施工和安装技术，锚杆依然发挥的是被动支护作用，由于无法实现高预应力，锚杆的主动支护作用难以实现，具体存在的问题如下：(1)锚杆安装过程中，预紧力的实现常采用支护工人进行手动预紧，对锚杆的预应力施加情况较为随意，且人工使用扳手达到的扭矩范围为100N·M～200N·M；(2)虽然有锚杆钻机可以进行锚杆安装及预紧，但是钻机扭矩较低，最高为150N·M，不足以提供足够的预紧扭矩，造成锚杆预应力不足，围岩强度提升有限；(3)现有高预应力施加设备在锚杆中应用较少，多在锚索支护中使用，且设备笨重、体型大、施工复杂，不适宜锚杆的快速安装预紧；(4)单纯依靠提高扭矩增加预应力时，扭矩与预应力的关系受施工情况影响较大；(5)单独采用高拉拔力达到与预应力施加时，螺母拧紧难度大，预紧力小，易发生预应力衰减。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锚杆高预应力施加装置及使用方法，该装置可以快速且同时施加高预应力及高扭矩的锚杆预应力，并根据巷道围岩对围压的需求给出相应的液压、扭矩和预应力的对应关系，指导预应力锚杆施工，最后形成锚杆预应力施加装置。

该装置包括液压油高压注油系统、锚杆拉拔系统、高扭矩施加系统和液压油泄压系统，高压注油系统、锚杆拉拔系统、高扭矩施加系统和液压油泄压系统安装在基座上，其中，高压注油系统包括液压油入口和高压油槽，锚杆拉拔系统包括锚杆应力拉拔套筒和锚杆应力传动套筒，高扭矩施加系统包括锚杆预紧螺母、液压扭矩自行扳手、扭矩转盘和旋转液压臂，液压油泄压系统包括液压油出口和泄压油槽；锚杆应力传动套筒内嵌在基座里，用来传递高压液压油所产生的推动力，将推动力传递给锚杆应力拉拔套筒，在推动力的作用下拉拔锚杆产生预应力。锚杆应力传动套筒上方接触锚杆应力拉拔套筒，锚杆应力拉拔套筒内放置树脂锚杆，树脂锚杆下部插入锚杆预紧螺母中，锚杆预紧螺母外部设置扭矩转盘，扭矩转盘外部设置油腔，油腔外部连接高压油槽和泄压油槽，基座一侧开口设置液压油入口和液压油出口。

其中，扭矩转盘上均匀布置液压扭矩自行扳手，液压扭矩自行扳手连接锚杆预紧螺母。

扭矩转盘上均匀插入八支旋转液压臂，旋转液压臂能够伸缩。

扭矩转盘内为六边形，用以匹配锚杆预紧螺母。

基座由高强度钢材料制成，密封性好。

该装置整体为上窄下宽的圆环型柱体。

使用该装置的方法，包括步骤如下：