[实用新型]胀套式锚杆

说明书

本实用新型属于矿山及隧道工程支护用的机械膨胀摩擦式锚杆。

目前国内外在矿山及隧道工程支护中普遍采用树脂或水泥锚固剂锚杆，这类锚杆的锚固力是靠药卷的粘结力将杆体固结在钻孔内，固结力的大小与药卷的搅拌时间（或泡水时间）密切相关，施工质量难以准确掌握，有效率仅为60～75％，从而存在不安全隐患。

现有技术公开的各种机械膨胀摩擦式锚杆尚存在下面不足之处：

1）在松软的岩体或煤体中锚固力小，一般为3～4吨，达不到支护要求。因这类锚杆结构是在锚杆杆体端头另装一块锥体块，如三棱台或锥锚或锥柄，锥体块由于加工工艺限制，无法制得过长，故锚固后锥体块与膨胀体、膨胀体与钻孔壁接触长度短，往往是点接触，不能满足一般煤矿巷道围岩硬度系数f为1～7的锚固力要求。

2）延伸率小，对巷道围岩的适应性差。如果巷道围岩位移量大，则锚杆的轴向力就会增加很快，使锚杆过早地从其薄弱环节破坏。如最常见的破坏形式是杆体外端螺纹处被拉断或托板被破坏。

3）结构及制作工艺复杂，成本高。如锚杆端头装的锥体块与锚杆的杆体不是整体，用螺纹联接；锥体块加工工艺复杂，不能作得太长；上锥台面常出现凸边，在使用中易发生楔片或胀管或胀筒无法胀开，从而锚固力达不到施工质量要求。

4）安装工艺复杂，安装施工锚固力不易保证。因锚杆杆体与锥体块用螺纹联接，安装使用增加一个薄弱环节，安装时必须在孔外端旋转杆体，旋转杆体后，多片楔片易搞乱，尤其当孔径较大时，分离的多片楔片最易转到一侧，无法实现锚固等敝病。

从以上可见，现有技术机械膨胀摩擦式锚杆，由于结构上存在问题，制作工艺复杂，锚固的胀固体与孔壁的接触面小，锚固力和延伸率小，安装不便，施工质量难以保证，不能满足煤矿回采巷道的锚固要求。

本实用新型发明的目的，为了克服现有锚杆的不足之处，提出一种新型的胀套式锚杆，从结构上实现锚固力大、延伸量长、制作简单、安装方便、施工质量易保证的机构摩擦自锁的胀套式锚杆，适用煤矿回采巷道的锚固要求。

本实用新型胀套式锚杆的技术方案如下：

图1为本实用新型胀套式锚杆结构示意图；

图2为本实用新型胀套式锚杆c－c剖面图；

图3为本实用新型胀套式锚杆受力关系示意图；

图4、图5为本实用新型胀套式锚杆预应力垫片主、俯视图；

图6为本实用新型胀套式锚杆实施例锚杆力学特性曲线图。

下面结合附图和实施例详细描述胀套式锚杆组成、结构特征及工作原理。

本实用新型胀套式锚杆如图1、2所示，由杆体（1）、胀套（2）、导向片（3）、捆丝（4）、卡圈（5）、弹簧（6）、挡圈（7）、托板（8）、预应力垫片（9）、螺母（10）等组成，其结构特征是：

1.杆体（1）为整根杆体，杆体上端部为对称斜面的扁形锥体，锥面的倾斜角为α，杆体上端部设有导向片（3），导向片（3）使胀套（2）与杆体（1）不发生相对转动。

杆体（1）的下端尾部带螺纹，用螺母（10）将托板（8）定位，在托板（8）与螺母（10）之间垫预应力垫片（9），挡圈（7）焊接固定在杆体（1）上。

2.胀套（2）如图1、2所示，由二块半园柱套组成，套在杆体上端部扁形锥体上。胀套（2）上部用捆丝（4）捆住，下部用卡圈（5）卡紧。胀套（2）内壁为园锥面，锥面β角与杆体上端部的扁形锥面的倾斜角α相匹配。胀套（2）外壁为带锯齿状的园柱体。

3.杆体上端锥面的倾斜角α大小应满足胀套（2）外壁对孔壁（11）的锚固力自锁要求，即应满足如下公式：

μ₂≥ (tg(α)+μ₁)/(1-μ₁.tg(α))

其中：μ1－－为胀套（2）内壁与杆体（1）的摩擦系数；

μ2－－为胀套（2）外壁与钻孔壁（11）的摩擦系数；

α－－为杆体（1）锥面的倾斜角。

图3是本胀套式锚杆受力关系示意图，图中：

F－－为杆体（1）向下的拉拔力；

F₁－－为杆体（1）的上端部锥面对胀套（2）内壁的正压力；

f₁－－为杆体（1）的上端部锥面与胀套（2）内壁的摩擦力；

F₁′－－为F₁对杆体（1）上端部锥面的反作用力；

f₁′－－为f₁对杆体（1）上端部锥面的反作用力；