一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆的制作方法

1.本发明涉及地下工程支护设备领域，具体为一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆。


背景技术：

2.岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象。岩爆具有很强的突发性、随机性和危害性。随着国民经济的高速发展,地下资源开发、地下基础建设正以前所未有的速度向深部发展。随着埋深的增加和地应力水平的增高，岩体所赋存的地质环境更为复杂，开挖（开采)诱发的岩爆灾害更加突出、严重，给深部地下工程设计、施工与生产等带来前所未有的挑战。
3.岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片，无弹射现象。严重的可测到4.6级的震级，一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡，强大的能量把岩石破坏，并将破碎岩石抛出。
4.目前，锚杆支护已经成为地下工程岩体支护的主要支护手段。如申请号为201521082078.9的中国实用新型专利公开了一种套筒式锚杆，在杆体上套有套筒，杆体沿套筒内壁自由滑动，杆体的一端与套筒的底部形成一段空隙，空隙中储存有液压剂。利用杆体与套筒被拉伸分离时产生的巨大真空使液压剂气化，从而产生巨大的拉力抵抗围岩的离层。又如申请号为202121014458.4的中国实用新型专利公开了一种自钻式预应力弹簧锚杆，主体杆的部分直径大于套管的管径，在向孔外移动的过程中，主体杆直径较大的部分会将套管膨胀撑开，使得更好的卡在孔内，防止松脱。
5.锚杆安装时，通常是在设定位置开好锚孔，然后将杆体直接插入钻孔中，因为还要灌注锚固剂，所以锚孔的孔径要大于杆体外径，这就导致了杆体与锚孔周围的间隙不均匀，进而导致锚固剂分布不均匀，使得锚固剂少的地方锚固强度减弱；另一方面，发生岩爆时，冲击力通过锚固剂传递至锚杆的杆体上，锚杆的杆体中段容易发生断裂，也是亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，该锚杆旨在解决现有锚杆没有定心结构导致锚固剂分布不均匀以及发生岩爆时如何使锚杆两端与岩石固定牢固，中间段与岩石脱离的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，包括，杆体，所述杆体外侧预留连接部；以杆体使用时位于锚孔外的一端为杆体后端，还包括，弹簧，固定套设于所述杆体的前部外侧；套管，套设于所述杆体外侧，且套管位于弹簧后端与杆体后端之间；
连接件，与所述套管固定连接，套管通过连接件与所述杆体的连接部固定连接；托盘，套设在杆体后部，托盘后侧依次设置有垫体组件和螺母，螺母与杆体尾端螺纹连接。
8.优选为，所述弹簧材料为高碳钢丝，弹簧外径小于钻孔直径2-3mm，弹簧长度为40mm-60mm。
9.优选为，所述弹簧通过至少三个连接点与杆体固定连接，三个连接点分布在弹簧的前端、中端和末端。
10.优选为，所述杆体为全螺纹等强螺纹钢锚杆杆体，具体为带有不连续外螺纹横肋的热轧钢筋。
11.优选为，所述杆体材料为热轧钢筋，其抗拉强度≥630mpa,屈服强度500mpa，断后伸长率≥16%；所述连接部为杆体外侧设置的不连续外螺纹。
12.优选为，所述套管由抗静电阻燃材料制作而成。
13.优选为，所述连接件内径大于套管外径2-3mm，通过专用工装多角度对连接件挤压变形，使套管固定在杆体上。
14.优选为，所述垫体组件包括球形垫圈和垫板，球形垫圈与所述托盘相贴，垫板设置在球形垫圈和螺母之间；所述托盘一侧内凹，另一侧外凸，托盘的内凹面朝向杆体前侧方向，球形垫圈为半球形结构，所述球形垫圈的外球面与托盘外凸面相贴。
15.优选为，所述杆体两侧分别设有辅助杆体，辅助杆体与杆体平行且结构相同，辅助杆体后端部固定设有第一套环，杆体的螺母两侧面分别固定设有第二套环，第一套环与第二套环之间固定连接有钢丝绳。
16.优选为，所述杆体和辅助杆体上设有若干短杆，短杆的轴线方向与杆体的轴线方向垂直，短杆上开设若干通孔，通孔轴线与杆体的轴线垂直，通孔、短杆及杆体三者的轴线呈xyz三轴立体直角坐标系方向分布。
17.优选为，所述短杆的高度小于弹簧外表面到杆体的距离。
18.与现有技术相比，本发明提供了一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，具备以下有益效果：1.本发明通过杆体不连续外螺纹横肋的结构，不连续的外螺纹利于增加与锚固剂的连接强度，横肋可以增加杆体轴向的抗拉强度。
19.2.本发明通过杆体前端套设并焊接有弹簧，以弹簧做为锚杆杆体的定心结构，起到在锚孔中为杆体定心的作用，令杆体周侧和锚孔内壁的间距不会有过大差异，有助于锚固剂的均匀分布，从而可以增加杆体的锚固力。
20.3.本发明通过杆体中间部位套有套管，套管靠近弹簧一端套设有连接件，连接件将套管和杆体固定为一体，杆体后端套设有托盘，托盘外侧依次套设有球形垫圈和垫板，垫板外侧的杆体上旋拧有螺母，使用时，使得杆体钻孔部分通过锚固剂固定，钻孔外部通过托盘和螺母固定，且套管将外侧的锚固剂与内侧的杆体隔离，则岩爆时套管内侧的杆体可以不受锚固剂的束缚，受到地压冲击时能够充分发挥自身塑性，令锚杆两端与岩石固定牢固，中间部分段与岩石和锚固剂脱离，可以充分发挥该段锚杆的塑性，减少杆体直接断裂的可能，也可以一定程度起到抗岩爆的效果。
21.4.本发明通过杆体两侧分别设有辅助杆体，辅助杆体外端部固定设有第一套环，
杆体螺母上下侧面分别固定设有第二套环，第一套环与第二套环之间固定连接有钢丝绳，使用时，可以在杆体两侧钻孔并固定辅助杆体，并通过钢丝绳将杆体和辅助杆体外端部固定连接，则可以增加岩石的固定面积，从而增强对岩石的固定效果。
22.5.本发明通过套管前后两侧的杆体和辅助杆体上垂直杆体设有若干短杆，短杆上嵌有若干横向的通孔，使用时，短杆和通孔可以增加杆体与锚固剂的接触面积，从而增强固定效果。
附图说明
23.图1为本发明第1实施例的主视结构示意图；图2为图1中a处的放大结构示意图；图3为图1中b处的放大结构示意图；图4为图3中连接件的左视结构示意图；图5为图1中c处的放大结构示意图；图6为本发明第2实施例的主视结构示意图；图7为图6中螺母的右视结构示意图；图8为本发明第3实施例的主视结构示意图；图9为图8中d处的放大结构示意图；图10为图9中短杆的放大结构示意图。
24.图中标示：1.杆体；2.螺母；21.第二套环；3.垫板；4.球形垫圈；5.弹簧；6.连接件；7.套管；8.托盘；81.凸台；811.剪切销安装孔；9.焊点；10.辅助杆体；101.第一套环；11.钢丝绳；12.短杆；121.通孔。
实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，
或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
实施例1
29.如图1至图5所示，一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，包括杆体1，杆体为全螺纹等强螺纹钢锚杆杆体，具体为带有不连续外螺纹横肋的热轧钢筋，杆体1任意截面均可与螺母2配合连接。杆体1前端套设并焊接有弹簧5，弹簧5具有定心作用，可以确保锚杆在锚孔中基本居中，增强与水泥或树脂锚固剂的接触面积，从而增加锚固强度。弹簧5材料为高碳钢丝，高碳钢丝直径为4.5mm，弹簧5螺距为38 mm。弹簧5外径小于钻孔直径2.5mm，弹簧长度为50mm。弹簧5通过前端、中端和末端三个焊点9与杆体1连为一体。杆体1中间部位套有套管7，套管7靠近弹簧5一端套设有连接件6，连接件6将套管7和杆体1固定为一体。
30.杆体1后端套设有托盘8，托盘8外侧依次套设有球形垫圈4和垫板3，垫板3可选用塑料垫，垫板3外侧的杆体1上旋拧有螺母2。托盘8为圆顶碗型凸起结构，承载力大，重量轻，方便安装。球形垫圈4为半球形结构，其球面朝向托盘8的外凸面，托盘8中部开设有通孔，本装置使用时，托盘8的凹面与锚孔外侧面相接处，球形垫圈4的球面抵在托盘8的通孔处，在托盘8位置不变的情况下，杆体1可以在球形垫圈4与托盘8通孔的配合下，进行小幅度的球铰转动。垫板3可在螺母2旋转时，减少球形垫圈4和螺母2之间的摩擦力。垫板3材料为抗静电、阻燃高密度聚乙烯(hdpe)。
31.杆体1材料为热轧钢筋，其抗拉强度为700mpa，屈服强度500mpa，断后伸长率为18%。
32.套管7由抗静电阻燃材料制作而成，同样可选用高密度聚乙烯材料。套管7内径大于杆体的不连续外螺纹横肋外径2.5mm。套管7的长度经过现场模拟和实验论证，在保证杆体1的锚固强度的基础上，可最大限度增加套管7长度。
33.连接件6内径大于套管外径2.5mm，通过专用工装多角度对连接件6挤压变形，使套管7固定在杆体1上。连接件6选用黄铜材料制成的圆环形箍体，通过工装同时对连接件6圆周面上均布的各个位置施加压力，压力方向朝向连接件6的中轴，以此方式在连接件6上形成圆周均布的若干个内凹结构，通过内凹结构夹紧杆体1。
34.球形垫圈4的外球面与托盘8的内锥孔挤触配合，保证钻孔轴线与岩壁垂直面小于18
°
，球型垫圈4与托盘8孔不脱离接触。托盘8外侧面边沿还固定设有凸台81（参阅图5），凸台81上垂直杆体1设有剪切销安装孔811。剪切销安装孔811用于安装锚杆剪切销，锚杆剪切销是限制锚杆和螺母之间转动的，剪切销破断力值固定，因而剪切销破断扭矩固定，通过剪切销可以控制锚杆安装扭矩，进而控制锚杆初锚力。剪切销安装孔811可以根据需要加工，不是所有托盘都有。
35.使用时，杆体1钻孔部分通过锚固剂固定，钻孔外部通过托盘8和螺母2固定；发生岩爆时，套管7可以使锚杆杆体1与锚固剂有效隔离，可在锚杆受到地压冲击时充分发挥锚杆的塑性（锚杆的延伸率）。
实施例2
36.如图6-图7所示，杆体1两侧分别设有辅助杆体10，辅助杆体10与杆体1平行且结构相同，辅助杆体10外端部固定设有第一套环101，杆体1螺母2上下侧面分别固定设有第二套环21，第一套环101与第二套环21之间固定连接有钢丝绳11。
37.使用时，在杆体1两侧钻孔并固定辅助杆体10，并通过钢丝绳11将杆体1和辅助杆体10外端部固定连接，则可以增加岩石的固定面积，从而增强对岩石的固定效果。
实施例3
38.如图8-图10所示，杆体1和辅助杆体10上垂直杆体1设有若干短杆12，短杆12上嵌有若干横向的通孔121。
39.短杆12的高度小于弹簧9钢丝外表面到杆体1的距离，保证杆体顺利插入钻孔。
40.使用时，短杆12和通孔121可以增加杆体1与锚固剂的接触面积，从而增强固定效果。
41.本发明特别适合于有大变形区域，如地震频发区、岩爆和挤压岩区域。本发明在现场使用时能够显著提高地下岩体施工的安全性能，大幅度降低使用单位的生产成本，提高生产效率。
42.本发明中使用的部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理均为本领域技术人员所熟知。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：包括，杆体，所述杆体外侧预留连接部；以杆体使用时位于锚孔外的一端为杆体后端，还包括，弹簧，固定套设于所述杆体的前部外侧；套管，套设于所述杆体外侧，且套管位于弹簧后端与杆体后端之间；连接件，与所述套管固定连接，套管通过连接件与所述杆体的连接部固定连接；托盘，套设在杆体后部，托盘后侧依次设置有垫体组件和螺母，螺母与杆体尾端螺纹连接。2.根据权利要求1所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述弹簧材料为高碳钢丝，弹簧外径小于钻孔直径2-3mm，弹簧长度为40mm-60mm。3.根据权利要求1或2所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述弹簧通过至少三个连接点与杆体固定连接，三个连接点分布在弹簧的前端、中端和末端。4.根据权利要求1-3任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述杆体材料为热轧钢筋，其抗拉强度≥630mpa,屈服强度500mpa，断后伸长率≥16%；所述连接部为杆体外侧设置的不连续外螺纹。5.根据权利要求1-4任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述套管由抗静电阻燃材料制作而成。6.根据权利要求1-5任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述连接件内径大于套管外径2-3mm，通过专用工装多角度对连接件挤压变形，使套管固定在杆体上。7.根据权利要求1-6任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述垫体组件包括球形垫圈和垫板，球形垫圈与所述托盘相贴，垫板设置在球形垫圈和螺母之间；所述托盘一侧内凹，另一侧外凸，托盘的内凹面朝向杆体前侧方向，球形垫圈为半球形结构，所述球形垫圈的外球面与托盘外凸面相贴。8.根据权利要求1-7任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述杆体两侧分别设有辅助杆体，辅助杆体与杆体平行且结构相同，辅助杆体后端部固定设有第一套环，杆体的螺母两侧面分别固定设有第二套环，第一套环与第二套环之间固定连接有钢丝绳。9.根据权利要求1-8任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述杆体和辅助杆体上设有若干短杆，短杆的轴线方向与杆体的轴线方向垂直，短杆上开设若干通孔，通孔轴线与杆体的轴线垂直，通孔、短杆及杆体三者的轴线呈xyz三轴立体直角坐标系方向分布。10.根据权利要求1-9任一所述的一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，其特征在于：所述短杆的高度小于弹簧外表面到杆体的距离。

技术总结
本发明涉及地下工程支护设备领域，尤其涉及一种抗岩爆全螺纹脱胶锚杆，包括杆体，杆体外侧预留连接部；以杆体使用时位于锚孔外的一端为杆体后端，还包括弹簧，固定套设于杆体的前部外侧；套管，套设于杆体外侧，且套管位于弹簧后端与杆体后端之间；连接件，与套管固定连接，套管通过连接件与杆体的连接部固定连接；托盘，套设在杆体后部，托盘后侧依次设置有垫体组件和螺母，螺母与杆体尾端螺纹连接。本发明的有益效果为：该锚杆旨在解决现有锚杆没有定心结构导致锚固剂分布不均匀以及发生岩爆时如何使锚杆两端与岩石固定牢固，中间段与岩石脱离的问题。它结构合理，安装简单，适于地震频发区、岩爆或挤压岩区域。岩爆或挤压岩区域。岩爆或挤压岩区域。


技术研发人员：王运来 谢新 苏飞 孙明
受保护的技术使用者：山东鑫国矿业技术开发有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/9/5