[发明专利]一种冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置及方法

说明书

本发明提供了一种冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置及方法，吸能装置包括：闭孔套筒、碟式缓冲环、多孔台型托盘、金属垫圈、锁具。所述闭孔套筒由刚性骨架和独立胞孔组成，碟式缓冲环嵌固在闭孔套筒内部，并与贯穿的锚杆组合成一体。锚杆尾部锁具与锚杆通过螺纹连接，并压住多孔台型托盘及金属垫圈。当巷道围岩发生变形时，闭孔套筒和多孔台型托盘具有优良的吸能抗冲击性；锚杆轴向受拉力增加，碟式缓冲环与锚杆相互作用，产生摩擦阻力，碟面角位置对闭孔套筒加以横向压力，使其发生微小膨胀变形，提高围岩与锚固装置间摩擦力。本发明充分发挥锚固装置对冲击巷道的层叠增阻加固作用，吸收并耗散冲击能量，达到安全支护目的。

【技术领域】

本发明涉及地质勘测设备技术领域，尤其涉及一种冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置及方法。

【背景技术】

随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，巷道围岩力学环境日趋复杂，围岩产生大变形、大范围破坏的现象愈加普遍，当冲击荷载超过支护体所能承受的范围时，将导致锚杆破坏失效，造成严重的失稳破坏事故。

传统的锚杆支护尾部段最容易发生破断，一旦达到破断载荷,则会引起杆体断裂而失去支护作用，不能抗冲击；或者一旦位移过大,锚杆的锚固力将由最大值下降到很小甚至丧失锚固力，导致围岩失稳破坏。因此需要使杆体既始终保持满足设计要求的足够大的锚固力不发生断裂破坏,又要使锚杆适应较大的位移而保持其锚固力。

多孔钢作为一种新型结构和功能材料，具有良好的缓冲、吸能性能和良好的结构特征、力学性能。利用碟式缓冲环、锚杆及闭孔套筒相互作用协调，层叠增阻变形，提高锚固力，达到缓冲支护冲击巷道的作用。

因此，有必要研究多孔钢、冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置及方法，充分发挥锚固装置对冲击巷道的层叠增阻加固作用，吸收并耗散冲击能量，达到安全支护目的。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种冲击巷道多孔钢层叠增阻变形吸能装置，所述吸能装置包括：

锚杆，用于冲击巷道；

闭孔套筒，用于提供锚杆穿设空间和增阻压密吸能；

多孔台型托盘，由所述多孔钢制成，用于承载闭孔套筒和增阻压密吸能；

若干碟式缓冲环，所述若干碟式缓冲环设置在闭孔套筒内，用于阻碍锚杆在冲击巷道方向的轴向拉力。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述闭孔套筒和多孔台型托盘均由多孔钢制成，所述多孔钢包括钢体和若干独立球形胞孔，所述若干独立球形胞孔位于钢体内，独立球形胞孔之间由壁膜隔开，独立球形胞孔之间互不连通。。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述独立球形胞孔的直径为0.1mm～1mm之间，闭孔套筒和多孔台型托盘中胞孔体积占比约15％-20％，且任意两个球形胞孔之间独立分布。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钢体由碳素钢制成。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述若干碟式缓冲环垂直于锚杆设置在闭孔套筒内，所述碟式缓冲环在竖直方向上叠加平行设置，每个碟式缓冲环均包括碟底和碟边，所述碟边设置在碟底周侧，所述碟边与闭孔套筒通过浇筑固定连接，碟底与锚杆固定连接，所述碟底和碟边相交处形成碟面角α，该角度为30°-60°。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述闭孔套筒为具有一腔体的钢性骨架，所述钢性骨架周侧为封闭状态，所述钢性骨架上下两侧均设有通孔，所述通孔处设置有螺纹，所述锚杆与闭孔套筒在通孔处通过螺纹连接，所述若干碟式缓冲环设置在腔体内。