專利名稱：一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)工程巖體進(jìn)行支護(hù)的裝置，具體涉及由約束環(huán)與彈性體等組成的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置。
背景技術(shù)：
隨著礦山建設(shè)的發(fā)展，錨桿(索)支護(hù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的支護(hù)形式已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。但由于地下巖體條件的復(fù)雜性，特別是在深部軟巖巷道和承受沖擊荷載條件下，由于圍巖變形和沖擊荷載的影響，使錨桿桿體產(chǎn)生過(guò)大的拉應(yīng)力和變形，并過(guò)早進(jìn)入屈服狀態(tài)甚至斷裂，極大的影響了錨桿工作的安全性。采用強(qiáng)力支護(hù)有時(shí)并不能達(dá)到巷道圍巖穩(wěn)定的目的，反而由于強(qiáng)力支護(hù)的成本過(guò)高而造成材料的浪費(fèi)。根據(jù)新的支護(hù)理論，允許圍巖產(chǎn)生一定的變形，釋放部分變形能成為支護(hù)系統(tǒng)在此條件下應(yīng)具有的功能。因此進(jìn)一步研究上述條件下的錨桿(索)支護(hù)特征，成為當(dāng)前巷道圍巖支護(hù)領(lǐng)域的重要內(nèi)容之一?！0003]圍巖的穩(wěn)定，是圍巖與支護(hù)共同作用所控制的，因此，要在充分發(fā)揮圍巖自身的強(qiáng)度與自身承載力的基礎(chǔ)上，選擇合理類型的支護(hù)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形的有效控制。對(duì)于具有大變形及承受沖擊荷載的巷道圍巖，一方面，允許圍巖有適度的變形位移，以釋放支護(hù)初期圍巖過(guò)大的變形能量，調(diào)整和減小圍巖對(duì)支護(hù)體壓力，又不因過(guò)大的位移而導(dǎo)致圍巖的失穩(wěn)破壞。另一方面，隨著開采深度的不斷增大，沖擊地壓和采動(dòng)壓力對(duì)錨桿或錨索支護(hù)體造成的破壞已引起采礦工作者的高度重視。沖擊地壓和采動(dòng)壓力可在瞬間產(chǎn)生很高的動(dòng)壓力，一旦作用在錨桿或錨索支護(hù)體上就會(huì)產(chǎn)生破壞斷裂，巖爆的發(fā)生就是這種現(xiàn)象。讓壓減震技術(shù)的應(yīng)用可滿足具有大變形及受沖擊荷載巷道的支護(hù)要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，材料來(lái)源廣泛，能夠適應(yīng)一定的圍巖變形的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣解決的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置由約束環(huán)、彈性體及環(huán)形墊片組成。所述錨桿體或錨索一端通過(guò)錨固劑與圍巖固定連接為一個(gè)整體，本實(shí)用新型的特殊之處在于所述錨桿體或錨索另一端通過(guò)螺母依次分別與碟形托盤、環(huán)式讓壓減震裝置固定連接。所述約束環(huán)為金屬材料制成，其高度35 mm 45mm，內(nèi)徑根據(jù)實(shí)際讓壓距離的大小選擇，壁厚為3 mm 5mm。所述彈性體為特制工程塑料或橡膠，其高度為30 mm 40mm，內(nèi)徑與錨桿體直徑相等，外徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等；所述環(huán)形墊片為金屬材料或剛性材質(zhì)制成,其厚度3 mm 5mm,內(nèi)徑與錨桿體直徑相等，外徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，材料來(lái)源廣泛，使支護(hù)體能夠適應(yīng)一定的圍巖變形的特點(diǎn)，對(duì)高應(yīng)力大變形的軟巖巷道以及承受沖擊荷載的巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，使得圍巖變形得到有效控制的同時(shí)，保證錨桿或錨索桿體不因拉應(yīng)力過(guò)大而及早屈服甚至破斷。通過(guò)所提供的變形空間，滿足了大變形及受沖擊荷載作用下的巷道支護(hù)要求，不僅提高了錨桿或錨索的安全性能，避免了錨桿或錨索軸向應(yīng)力過(guò)大被拉斷的問(wèn)題；而且避免了有害變形的出現(xiàn)，使得圍巖變形得到有效控制，同時(shí)提高了支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。廣泛用于冶金，煤礦，水利，鐵路，國(guó)防，地鐵，公路等行業(yè)的地下工程。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I約束環(huán)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的1-1剖視主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I在軸向壓力作用下的荷載變形曲線圖；圖5為圖I另一組在軸向壓力作用下的荷載變形曲線圖；圖6為圖I約束環(huán)壁厚為3mm的變形曲線圖；圖7為圖I約束環(huán)壁厚為4. 5mm的重復(fù)荷載作用下的恢復(fù)力曲線圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明參照?qǐng)DI、圖2、圖3所示，一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置由約束環(huán)、彈性體、環(huán)形墊片組成，所述錨桿體或錨索4 一端通過(guò)錨固劑5與圍巖6固定連接為一個(gè)整體，所述錨桿體或錨索4另一端通過(guò)螺母8依次分別與碟形托盤7、一環(huán)形墊片3、約束環(huán)I、彈性體2、另一環(huán)形墊片9固定連接。所述約束環(huán)為金屬材料制成，其高度35 mm 45mm，內(nèi)徑根據(jù)實(shí)際讓壓距離的大小選擇，壁厚3 mm 5mm。所述彈性體為特制工程塑料或橡膠，其高度為30 mm 40mm，內(nèi)徑與錨桿體直徑相等，外徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等；所述環(huán)形墊片為金屬材料或剛性材質(zhì)制成,其厚度3 mm 5mm,內(nèi)徑與錨桿體直徑相等，外徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等。所述錨固劑為快硬水泥卷或環(huán)氧樹脂卷。所述彈性體2置于約束環(huán)I內(nèi)，兩個(gè)環(huán)形墊片3、9置于約束環(huán)I兩端，由此組成讓壓裝置的整體結(jié)構(gòu)。約束環(huán)I兩端分別與螺母8和碟形托盤7相接，碟形托盤7與圍巖相接形成統(tǒng)一的整體。在正常工作狀態(tài)下，其變形機(jī)理如下所述當(dāng)圍巖產(chǎn)生形變時(shí)，圍巖變形壓力首先作用于碟形托盤，碟形托盤向圍巖擴(kuò)容的方向移動(dòng)，并且推動(dòng)約束環(huán)I及約束環(huán)I內(nèi)的彈性體2共同朝著圍巖擴(kuò)容方向移動(dòng)。由于螺母8起到阻擋的作用，限制了碟形托盤7及約束環(huán)I內(nèi)兩個(gè)環(huán)形墊片3、9和彈性體2的滑移過(guò)程，此時(shí)，螺母8與碟形托盤7之間的壓力便作用在約束環(huán)I內(nèi)兩端的兩個(gè)環(huán)形墊片
3、9上，并通過(guò)兩個(gè)環(huán)形墊片3、9最終把圍巖壓力作用在彈性體2上。彈性體2在外力作用下產(chǎn)生變形，從而達(dá)到了讓壓減震的目的。由于約束環(huán)I的約束作用，其變形并不是任意發(fā)展，而是根據(jù)約束環(huán)I壁厚及高度的不同，把變形控制在一定的所需范圍之內(nèi)。由此達(dá)到控制圍巖變形量的目的，并實(shí)現(xiàn)了圍巖與支護(hù)的變形協(xié)調(diào)，控制了圍巖有害變形的產(chǎn)生，避免了錨桿或錨索桿體因圍巖變形壓力過(guò)大而被拉斷的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖穩(wěn)定的目的。在圍巖產(chǎn)生形變時(shí)，只有釋放一部分變形能量，才能及時(shí)減小由于圍巖變形作用在錨桿或錨索桿體過(guò)大的應(yīng)力，從而減少或避免了錨桿或錨索桿體因應(yīng)力過(guò)大而及早進(jìn)入屈服階段甚至破壞的問(wèn)題，使其工作在允許的荷載范圍之內(nèi)。本裝置的荷載與變形特性一、裝置讓壓特性分析對(duì)于裝置，一旦彈性體2材料確定后，其主要受力特性取決于約束環(huán)I壁厚及高度的大小。本裝置包含兩個(gè)主要的參數(shù)I)讓壓點(diǎn)，即裝置的起始讓壓荷載。讓壓點(diǎn)的大小應(yīng)確保錨桿或錨索在工作過(guò)程中所承受的荷載總小于桿體的屈服強(qiáng)度或工作在彈性范圍內(nèi)，以保證錨桿或錨索桿體不發(fā) 生屈服破壞。2)最大讓壓距離，即裝置所允許的最大變形。本裝置的最大讓壓距離取決于約束環(huán)I的高度，可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行設(shè)計(jì)選取。下面分別就三組約束環(huán)壁厚不同的裝置的受力特性加以闡述。圖4、5、6分別所示約束環(huán)壁厚為4. 5mm、3. 8mm>3mm的本裝置荷載作用下的變形曲線。在試驗(yàn)起始時(shí)，先施加20KN預(yù)緊力。如圖4、5、6所示，兩條曲線分別代表約束環(huán)I高度不同的裝置的變形曲線。其中一條為約束環(huán)I高為35_的裝置變形曲線；另一條為約束環(huán)I高度為45mm的裝置的變形曲線。圖4所示為一組約束環(huán)壁厚為4. 5mm的本裝置荷載作用下的變形曲線。在20 160KN的荷載范圍內(nèi)，變形與荷載成比例增加，當(dāng)加載到160KN時(shí)，達(dá)到比例極限。在此階段，裝置的變形量為O 2_。在工程實(shí)際中，錨桿或錨索桿體的延伸率為1%左右，一般錨桿的長(zhǎng)度為2 3m，其允許的延伸量即為2 3mm。因此，在此彈性變形階段，裝置的變形量確保了錨桿桿體不發(fā)生變形，避免了桿體因拉應(yīng)力過(guò)大而及早屈服。當(dāng)荷載超過(guò)160KN時(shí)，裝置開始產(chǎn)生塑性變形。在此階段，荷載增加變的很小，裝置的變形量迅速加大。在此塑性屈服階段，裝置產(chǎn)生的變形主要是適應(yīng)圍巖變形。由于裝置釋放圍巖的部分變形，從而減小了圍巖變形作用在錨桿或錨索的荷載，使得錨桿或錨索桿體繼續(xù)工作在允許的荷載范圍之內(nèi)。圖5所示為一組約束環(huán)壁厚為3. 8mm的本裝置荷載作用下的變形曲線。在20 90KN的荷載范圍內(nèi)，約束環(huán)產(chǎn)生彈性變形。在此階段，隨著軸向壓力增加，裝置的變形量相應(yīng)成比例增加，在達(dá)到比例極限時(shí)，變形量為2mm，同樣，此彈性變形階段，裝置的變形確保了錨桿桿體不發(fā)生形變，避免了錨桿或錨索桿體的應(yīng)力增大。當(dāng)軸向壓力達(dá)到90KN時(shí)，約束環(huán)變形達(dá)到彈性極限。此后，隨著軸向壓力的小幅增加，約束環(huán)發(fā)生屈服產(chǎn)生較大的變形，在此屈服階段，約束環(huán)外擴(kuò)明顯，變形量顯著增加，同時(shí)，裝置軸向變形也急劇增加，與圍巖達(dá)到變形協(xié)調(diào)。確保了支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。在此組約束環(huán)壁厚一定的試驗(yàn)下，當(dāng)壓力達(dá)到160KN時(shí)，變形材料形變量為11mm。圖6所示為一組約束環(huán)壁厚為3mm的本裝置荷載作用下的變形曲線。在20 60KNCN 202718693 U
書
明
說(shuō)
4/4頁(yè)
的荷載范圍內(nèi)，變形與荷載成比例増加，當(dāng)加載到60KN時(shí)，達(dá)到比例極限。在此階段，裝置的變形量為O 1mm。在此彈性變形階段，裝置的變形量確保了錨桿桿體不發(fā)生變形，避免了桿體因拉應(yīng)カ過(guò)大而及早屈服。當(dāng)荷載超過(guò)60KN時(shí)，裝置開始產(chǎn)生塑性變形。在此階段，隨著荷載的增加，裝置的變形量迅速加大。在此塑性屈服階段，裝置產(chǎn)生的變形主要是適應(yīng)圍巖變形。由于裝置釋放圍巖的部分變形，從而減小了圍巖變形作用在錨桿或錨索的荷載，使得錨桿或錨索桿體繼續(xù)工作在允許的荷載范圍之內(nèi)?！ねㄟ^(guò)三組試驗(yàn)的對(duì)比，可以看出，對(duì)于壁厚相同的約束環(huán)，在相同的荷載作用下，約束環(huán)高度大的，產(chǎn)生的形變相對(duì)較大。因此，對(duì)于不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的錨桿或錨索支護(hù)，以及適應(yīng)不同的圍巖變形量，可以根據(jù)約束環(huán)的壁厚及高度來(lái)確定實(shí)際所需的裝置尺寸。同時(shí)可以得出如下結(jié)論I)不同壁厚的約束環(huán)，其裝置讓壓點(diǎn)不同，隨著壁厚的増加，讓壓點(diǎn)也相應(yīng)增加。2)約束環(huán)壁厚相同而高度不同，其裝置的最大讓壓距離不同，在相同條件下，約束環(huán)高度大的，其裝置最大讓壓距離較大。ニ、本裝置減震特性分析由于普通錨桿或錨索不完全具備讓壓減震功能，導(dǎo)致錨桿或錨索支護(hù)系統(tǒng)在沖擊地壓和采動(dòng)壓力作用下，錨桿或錨索桿體因瞬間應(yīng)カ超過(guò)其極限強(qiáng)度而被拉斷。當(dāng)錨桿或錨索支護(hù)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置讓壓減震裝置，使得錨桿或錨索在達(dá)到屈服強(qiáng)度前，能夠保持較高的支護(hù)應(yīng)カ并主動(dòng)讓壓。在外部沖擊荷載作用下，巷道圍巖發(fā)生變形與破壞，具有讓壓減震裝置的錨桿或錨索支護(hù)系統(tǒng)，能夠允許圍巖產(chǎn)生一定的形變，使得沖擊荷載的大部分能量被瞬間消散。從而減小了沖擊荷載作用在錨桿或錨索桿體上的軸向拉力，保證了錨桿或錨索桿體工作在允許的荷載范圍之內(nèi)而不發(fā)生屈服甚至破斷。如圖7所示為約束環(huán)壁厚為4. 5mm的本裝置在重復(fù)荷載作用下的恢復(fù)カ曲線。從圖4中可知，裝置在本組條件下，約束環(huán)的弾性極限為160KN。所以在進(jìn)行加載時(shí)，毎次荷載均加到160KN。從圖7中可以看到，在對(duì)裝置進(jìn)行加載后卸載，通過(guò)10次以上重復(fù)加卸載的作用，毎次卸載后彈性材料的變形均能恢復(fù)到起始狀態(tài)，說(shuō)明本裝置在弾性范圍內(nèi)，能很好的適應(yīng)沖擊荷載作用下的變形。使得支護(hù)系統(tǒng)在沖擊荷載作用下，產(chǎn)生主動(dòng)讓壓減震的同時(shí)，適應(yīng)圍巖應(yīng)力重分布，更好的實(shí)現(xiàn)共同承載的作用。不僅避免錨桿或錨索因應(yīng)カ過(guò)大而破斷的問(wèn)題，同時(shí)也更加有利于巷道圍巖的整體穩(wěn)定。上述試驗(yàn)研究表明，對(duì)于高應(yīng)カ大變形及受沖擊荷載作用的巷道，由于圍巖的變形性質(zhì)，普通錨桿或錨索難以達(dá)到良好的支護(hù)效果，但采用具有讓壓減震裝置的錨桿或錨索支護(hù)，便可以實(shí)現(xiàn)在允許圍巖產(chǎn)生一定形變的情況下，支護(hù)系統(tǒng)仍能工作在允許的荷載范圍內(nèi)。這樣，既確保了圍巖變形得到有效控制，又避免了錨桿或錨索因承受過(guò)大的拉應(yīng)カ而破斷。不僅提高了錨桿或錨索支護(hù)的安全性，同時(shí)也確保了巷道圍巖的穩(wěn)定。通過(guò)上述分析可以看出，本實(shí)用新型讓壓減震裝置，較好得解決了高應(yīng)カ大變形及沖擊荷載作用下巷道圍巖支護(hù)中錨桿或錨索的破斷問(wèn)題，并使得圍巖變形得到有效控制。必將會(huì)使得錨桿或錨索支護(hù)得到更加廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置，該讓壓減震裝置由錨桿體或錨索、錨固劑、碟形托盤、約束環(huán)、螺母、環(huán)形墊片等組成，所述錨桿體或錨索(4) 一端通過(guò)錨固劑(5)與圍巖(6)固定連接為一個(gè)整體，其特征在于所述錨桿體或錨索(4)另一端通過(guò)螺母(8)依次分別與碟形托盤(7)、一環(huán)形墊片(3)、約束環(huán)(I)、彈性體(2)、另一環(huán)形墊片(9)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置，其特征在于所述約束環(huán)為金屬材料制成，其高度35 mm 45mm，內(nèi)徑根據(jù)實(shí)際讓壓距離的大小選擇，壁厚 3 mm Smnin
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置，其特征在于所述彈性體為特制工程塑料或橡膠，其高度為30 mm 40mm，內(nèi)徑與錨桿體直徑相等，外徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置，其特征在于所述環(huán)形墊片為金屬材料或剛性材質(zhì)制成，其厚度3 mm 5mm,內(nèi)徑與錨桿體直徑相等,夕卜徑與約束環(huán)內(nèi)徑相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了由約束環(huán)與彈性體等組成的一種用于錨桿或錨索支護(hù)的環(huán)式讓壓減震裝置。錨桿體或錨索一端通過(guò)錨固劑與圍巖固定連接為一個(gè)整體，所述錨桿體或錨索另一端通過(guò)螺母依次分別與碟形托盤、環(huán)式讓壓減震裝置固定連接。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低，材料來(lái)源廣泛，使支護(hù)體能夠適應(yīng)一定的圍巖變形的特點(diǎn)，對(duì)高應(yīng)力大變形的軟巖巷道以及承受沖擊荷載的巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，不因拉應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生屈服甚至破斷。通過(guò)所提供的變形空間，提高了錨桿或錨索的安全性能，避免了錨桿或錨索軸向應(yīng)力過(guò)大被拉斷及有害變形的出現(xiàn)，圍巖變形得到有效控制，提高支護(hù)的整體穩(wěn)定性。廣泛用于冶金，煤礦，水利，鐵路，國(guó)防等行業(yè)的地下工程。
文檔編號(hào)E21D21/00GK202718693SQ201220436650
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者陳新年, 奚家米, 張琨, 張志梁, 王愛輝, 郭穎 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)