一种基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法

本发明涉及一种应力预警型锚杆及其使用方法，具体为一种基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，属于锚杆。

背景技术：

1、锚杆是煤矿巷道、隧道、边坡等岩土工程支护体系的核心受力构件，其应力状态直接决定围岩稳定性与工程运营安全。随着深部资源开采、复杂地质条件地下工程建设规模持续扩大，锚杆因应力超限进入塑性变形、突发破断引发的冒顶、垮塌事故频发，具备高可靠性、强环境适应性的锚杆应力超限预警技术，已成为岩土工程支护安全领域的核心刚需。

2、当前锚杆应力监测技术存在显著短板：传统锚杆无主动预警能力，破断前无直观提示，隐患隐蔽性极强；主流监测方案依赖应变片、光纤、振弦式传感器，存在供电布线复杂、造价高昂、易受井下潮湿、电磁干扰、注浆包裹损坏等问题，难以在恶劣工况下长期稳定服役，且无法实现无源、可视化的实时预警。经研究表明：锚杆杆体在受力增大、屈服前、塑性变形阶段会因材料内摩擦、晶格滑移产生明显温度升高，应力越接近极限，温升越显著。目前尚无利用该物理现象实现应力预警的锚杆结构。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，以解决现有技术中提到的问题。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法。

3、包括围岩和杆体机构，其特征在于：所述杆体机构设置在围岩的内部，所述杆体机构包括锚杆体、固定托盘和螺母一；

4、所述锚杆体的表面设置有导热机构和预警机构，所述导热机构包括导热传导层和导热条；

5、所述预警机构包括温度触发环。

6、优选地，所述锚杆体插接在围岩开设的锚孔内部，所述锚杆体与围岩之间的缝隙填充有速凝锚固剂，通过速凝锚固剂，将锚杆体固定在围岩的锚孔内部，提高了锚杆体与围岩固定连接的稳定性。

7、优选地，所述固定托盘套设在锚杆体的表面，且固定托盘的一侧面与围岩的表面相互抵触，通过固定托盘，对锚杆体插入锚孔的深度进行限位，提高了锚杆体插入深度的准确性。

8、优选地，所述锚杆体的表面螺纹连接有螺母二，所述螺母一与锚杆体螺纹连接，且固定托盘的两侧面分别与螺母一和螺母二相互抵触，通过螺母一和螺母二，将固定托盘固定在锚杆体的表面，提高了固定托盘和锚杆体固定连接的稳定性。

9、优选地，所述导热传导层固定在锚杆体表面，且导热传导层与锚杆体之间填充有导热硅脂，所述锚杆体的表面开设有导热凹槽，且导热条固定在导热凹槽的内部，通过导热硅脂，对导热传导层与锚杆体之间的缝隙进行填充，避免了锚杆体的热量传递给导热传导层的时候能量削减，提高了热量传导的稳定性。

10、优选地，所述温度触发环卡接在导热传导层的外露端，且温度触发环与导热传导层之间填充有导热硅脂，所述温度触发环的外部固定连接有保护罩，且保护罩的内圈与导热传导层相互抵触，通过保护罩，对温度触发环提供保护，降低了外界环境对温度触发环的干扰，使温度触发环具备防水、防尘、抗震动的特性，能够在井下潮湿多尘、电磁干扰等恶劣环境中长期稳定服役。

11、优选地，所述温度触发环采用不可逆温变材料，具体为示温涂料、温变变色层或热敏熔融层以及高导热无间隙填充介质中的一种或多种组合，通过不可逆温变材料，温度达到触发阈值后立即变为红色，且变色状态永久保持，具备不可逆性，便于现场人工巡检快速识别，也可实现预警信息的事后追溯。

12、优选地，所述温度触发环的初始颜色为白或者灰色，且温度触发环会随着温度升高到55℃±5℃变为红色，通过观察温度触发环颜色，在温度触发环白或者灰色的时候，锚杆体运行正常，在温度触发环变为红色后，锚杆体出现异常，需要紧急排除危险意外。

13、优选地，所述锚杆体应力达到设计极限荷载的85%、屈服强度的80%～90%，处于锚杆弹性变形末期、塑性变形初期的安全临界状态，杆体温度会到达55℃±5℃，在锚杆体到达设计荷载的时候，锚杆受力增大产生弹性变形，进而进入塑性变形阶段并出现温度突增。

14、优选地，所述锚杆体温度＜45℃时，锚杆应力正常，无需预警；45℃≤温度＜55℃时，锚杆应力接近预警值；温度≥55℃时，达到应力预警阈值，通过观察温度触发环颜色，及时触发警报，锚杆应力正常，无需预警；锚杆应力接近预警值，需加强现场观测频率；达到应力预警阈值，立即触发报警并采取补强措施。

15、基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆的使用方法，包括以下步骤,

16、s1、锚杆体在围岩钻孔，将锚杆体插入锚孔内部，向锚孔内部灌注速凝锚固剂，将锚杆体固定在围岩的锚孔内部；

17、s2、螺母一和螺母二将固定托盘固定在锚杆体的表面；

18、s3、温度通过导热传导层和导热条，传导给温度触发环，观察温度触发环的颜色变化。

19、本发明提供了一种基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，其具备的有益效果如下：

20、该基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，通过螺母一，将固定托盘固定在锚杆体的表面，通过固定托盘，对锚杆体进行限位，提高了锚杆体固定在围岩内部的稳定性，通过导热传导层和导热条，将锚杆体应变产生的热量快速传导出去，降低热量传递的时候产生衰减，提高预警机构接收热量的准确性，通过观察温度触发环的颜色变化，快速判断锚杆体情况，提高锚杆体使用的安全性，在锚杆体达到应力预警阈值，及时触发报警并采取补强措施，提高锚杆使用的安全性和稳定性。

21、该基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，通过速凝锚固剂，将锚杆体固定在围岩的锚孔内部，提高了锚杆体与围岩固定连接的稳定性，通过固定托盘，对锚杆体插入锚孔的深度进行限位，提高了锚杆体插入深度的准确性，通过螺母一和螺母二，将固定托盘固定在锚杆体的表面，提高了固定托盘和锚杆体固定连接的稳定性，通过导热硅脂，对导热传导层与锚杆体之间的缝隙进行填充，避免了锚杆体的热量传递给导热传导层的时候能量削减，提高了热量传导的稳定性，通过导热凹槽对导热条进行固定，通过导热条提高了锚杆体热量传导的效率，通过保护罩，对温度触发环提供保护，降低了外界环境对温度触发环的干扰，使温度触发环具备防水、防尘、抗震动的特性，能够在井下潮湿多尘、电磁干扰等恶劣环境中长期稳定服役，提高了温度触发环使用的安全性和稳定性。

22、该基于受力过程温度突增的应力预警型锚杆及其使用方法，通过导热硅脂，提高了温度触发环与导热传导层热传导的稳定性，通过不可逆温变材料，温度达到触发阈值后立即变为红色，且变色状态永久保持，具备不可逆性，便于现场人工巡检快速识别，也可实现预警信息的事后追溯，通过观察温度触发环颜色，在温度触发环白或者灰色的时候，锚杆体运行正常，在温度触发环变为红色后，锚杆体出现异常，需要紧急排除危险意外，在锚杆体到达设计荷载的时候，锚杆受力增大产生弹性变形，进而进入塑性变形阶段并出现温度突增，通过锚杆体应变产生温度，并将温度传导给温度触发环，使温度触发环颜色产生变化，通过观察温度触发环颜色，及时触发警报，锚杆应力正常，无需预警；锚杆应力接近预警值，需加强现场观测频率；达到应力预警阈值，立即触发报警并采取补强措施。