[发明专利]一种受控应变型预警锚杆

说明书

本发明涉及锚杆技术领域，尤其是一种受控应变型预警锚杆。锚杆前端插入钻孔底部，钻孔底部装设有填充物，锚杆尾部嵌入应变预警组件，应变预警组件末端通过紧固螺杆与紧固托板连接，通过紧固装置固定。通过内置的弹性构件，使新型锚杆具有应变功能。若被锚固岩体出现变形（开裂），释放压力到一定值时，锚杆能够及时定量化量度出岩体所释放的压力值（并产生相应的应变），从而为准确分析、研究被支护岩体变形及受力情况提供重要的科学依据。与此同时，根据事先设定的锚杆弹性构件应变值的阈值，被锚固岩体发生的较大变形（开裂）可以激发其内置的光学构件，进而实现安全预警。

技术领域

本发明涉及锚杆技术领域，尤其是一种受控应变型预警锚杆。

背景技术

锚杆支护是岩土工程中最常见的支护方式。关于锚杆的作用机理，国内外做了大量的研究工作，并取得较好的成果。在理论上，针对锚固体与岩土体界面力学本构关系，分别建立了岩土体弹塑性模型，探讨了锚固体的锚固机理；采用分离式模型建立了基于混凝土基质的锚杆二界面分布函数理论；采用分段线性函数模式来表征锚固体与岩土体界面三个阶段的剪应力-剪切位移关系，描述锚杆界面的黏结-软化-滑移特性；采用更为简化的两个阶段的界面本构模型，对锚杆的松动破坏进行了分析；采用理想的弹塑性模型作为锚固体与岩土体界面的荷载传递模型，研究了土-锚相互作用机理及锚杆临界锚固长度。这些研究促使锚杆的应用趋于成熟。

锚杆支护方式尽管有很长的应用历史，但也面临着需要不断改进的实践挑战。由于受二次应力场的影响，岩体容易出现局部的应力集中，导致被锚固岩体开裂、松脱甚至崩塌。传统的锚杆一般多为刚性均质金属杆件，因而个别承载锚杆很有可能因负荷过大而失效——全长滑移、杆体被拉长（局部杆径缩小）甚至折断等，因此造成较大的安全隐患。

针对上述传统刚性锚杆容易受到破坏的不足，目前已经研发出了“让压锚杆”“释能锚杆”等新型锚杆。其中，让压锚杆一般采用在锚杆垫板或螺母处添加弹簧垫圈的办法，当锚杆受压时，通过弹簧垫圈的压缩来实现让压（也相当于释能作用）。此类按照“以弱克刚”的原则，研发新型锚杆代表了重要的研究和改进方向。

由于支护现场条件非常复杂，特别是井巷工程中，经常遇到因空间过高或其他阻隔影响，使得在支护后不能够方便地用肉眼观察锚杆变化的情况，致使上述的隐患难以被及时发现并消除，导致支护岩体冒落事件仍时有发生。因此，针对锚杆支护效果后期的持续跟踪监测，也是需要给予关注的重要管理内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种受控应变型预警锚杆，经过优化设计，集释能、应力量度与安全报警等功能于一体，有效地解决了锚杆受力破坏和针对支护岩体开裂冒落隐患监测的难题。相较于一般释能型锚杆，实现了新的提升和改进，将对该领域的科研进展起到积极的推动作用。

本发明的技术方案为：一种受控应变型预警锚杆，包括钻孔2、填充物1、锚杆5、压帽3、紧固托板4、应变预警组件61、紧固装置13，其中钻孔2底部装设有填充物1，锚杆5前端插入钻孔2底部，锚杆5尾部嵌入应变预警组件61，应变预警组件61末端与紧固托板4连接，通过紧固装置13固定。

所述应变预警组件61包括钢制套管6、弹簧7、压帽3、触点、警示灯12、警示灯电源11，其中锚杆5尾部有外螺纹，钢制套管6一端开口，另一端为开有圆孔的钢板，圆孔内有内螺纹，与锚杆5尾部的外螺纹口径一致，两者通过螺纹进行连接；锚杆5尾部中央钻凿有内螺纹的孔，弹簧7两端均有外螺纹的连接头，其中一端连接头与锚杆5尾部中央的孔通过螺纹连接，另外一端连接头与紧固螺杆14中央带有内螺纹的孔通过螺纹连接；紧固螺杆14为具有一定长度的杆件，杆体表面有通体外螺纹，穿过紧固托板4中央的圆孔，其中一端与带有内螺纹的压帽3通过螺纹连接，另外一端外露于钻孔2孔口，通过带有内螺纹的紧固装置13以螺纹连接，并将紧固螺杆14逐渐向孔外拉伸，使孔内的弹簧7处于受拉状态。钢制套管6上设置触点A、压帽3上设置触点B，触点A与触点B通过线缆连接警示灯12，警示灯12与警示灯电源11连接。