一种锥形头防冲锚杆及其支护方法与流程

1.本发明属于岩土工程技术领域，尤其涉及一种锥形头防冲锚杆及其支护方法。


背景技术：

2.锚杆支护由于围岩控制效果好、成本低等特点已在我国地下煤矿巷道支护大规模应用，是目前巷道围岩变形主要的控制手段。近年来，随着开采深度的持续增加，围岩条件也在不断恶化，加上煤岩体自身的复杂性和不确定性，煤矿井下出现了高应力巷道、强烈采动影响巷道等一系列复杂的地下支护难题，原有浅部开采设计的树脂锚杆已不能满足深部复杂环境支护需求，如何维护好巷道围岩使其安全有效的为矿井生产服务成为采矿工作人员急需解决的问题。
3.为此，国内外诸多学者相继研发出多种类型的支护材料，还有在原常规支护材料基础上进行优化设计的支护材料，如细牙螺丝锚杆、可接加长锚杆和吸能构件等；然而，这两类虽能在一定程度上起到良好的支护效果，但其较复杂的生产工艺、昂贵的生产成本抑或增加繁琐的施工工艺限制了国内外煤矿巷道支护的广泛应用。
4.因此，亟需一种成本低廉，设备结构简单的防冲锚杆。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明提供在不改变支护材料的生产工艺、不增加巷道的支护成本和不更改锚固工艺的基础上，基于吸能原理设计的一种锥形头防冲锚杆及其支护方法，为解决深部矿井尤其是具有冲击地压危险矿井的巷道支护难题提供了一种新的解决方法。
6.一种锥形头防冲锚杆，包括锥形锚头和锚杆，所述锥形锚头包括宽条状搅拌头和锥形头，宽条状搅拌头设置在锥形头大径端的顶部；所述锥形头内部为中空的半封闭柱体，内表面设置有锚头内腔螺纹；所述锚杆包括锚杆杆体、托盘和螺母，锚杆杆体前端外部设置有锚杆前端螺纹，锚杆杆体末端外部设置有锚杆后端螺纹，锚杆杆体中部为无螺纹的光滑杆体；所述锚杆前端螺纹用于拧入锥形头，实现锚杆与锥形锚头的连接，锚杆后端螺纹用于套入托盘后拧入螺母，添加预紧力。
7.所述宽条状搅拌头的顶面为平面或斜面。
8.所述锥形头的侧面有五种类型，第一种所述锥形头的侧面为斜面即锥形头侧面的母线为一段倾斜的直线，所述直线与锥形头的回转中心的夹角大于0
°
；第二种锥形头的侧面为曲面即锥形头侧面的母线为一段曲线；第三种锥形头的侧面包括斜面及直段面，即锥形头侧面的母线包括一段与锥形头的回转中心的夹角大于0
°
的斜线及一段与锥形头的回转平行的直线，斜面靠近锥形头的大径端；第四种锥形头的侧面包括斜面及直段面，即锥形头侧面的母线包括一段与锥形头的回转中心的夹角大于0
°
的斜线及一段与锥形头的回转平行的直线，直段面靠近锥形头的大径端；第五种锥形头的侧面包括首尾依次相交的斜面、直段面、斜面，即锥形头侧面的母线为首尾相交与锥形头的回转中心的夹角大于0
°
的斜线、
与锥形头的回转平行的直线、与锥形头的回转中心的夹角大于0
°
的斜线，斜面与直段面相交处的横截面直径大于锥形头两端的横截面直径。
9.上述的一种锥形头防冲锚杆的支护方法，包括以下步骤：
10.步骤1：在工作面巷帮或顶板布置钻孔，使用锚杆钻机打孔；
11.步骤2：将锚杆与锥形锚头进行连接；
12.步骤3：将步骤1中钻好的钻孔内塞入树脂锚固剂，再将锚杆杆体固定有锥形锚头的一端插入钻孔中，锚杆杆体另一端连接锚杆钻机；启动锚杆钻机，带动锚杆杆体转动搅拌锚固剂，达到锚固时间后停止搅拌，卸下锚杆钻机；
13.步骤4：在锚杆杆体上套入托盘，拧入螺母，施加预紧力。
14.本发明的有益效果是：本发明提供的防冲锚杆设置了锥形锚头和锚杆，结构简单、安装方便、成本低廉、吸能防冲效果显著，可根据工程现场具体条件，进一步对锥形锚头外形和锚杆结构、参数进行优化，调整布孔方式、锚固长度、锚固剂类型，进一步结合多种锚杆、锚索布置，以达到更好的防冲和锚固作用。
附图说明
15.图1为本发明实施例1提供的锥形头防冲锚杆的示意图；
16.图2为本发明实施例1提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的三视图(其中图(a)为主视图，其中图(b)为左视图，其中图(c)为俯视图)；
17.图3为本发明锥形头防冲锚杆中的锚杆的示意图；
18.图4为本发明实施例2提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的示意图；
19.图5为本发明实施例3提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的示意图；
20.图6为本发明实施例4提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的示意图；
21.图7为本发明实施例5提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的示意图；
22.图8为本发明实施例6提供的锥形头防冲锚杆中的锥形锚头的示意图；
23.其中，
[0024]1‑
宽条状搅拌头，2
‑
锥形头，21
‑
锚头内腔螺纹，3
‑
锚杆前端螺纹，4
‑
锚杆杆体，5
‑
锚杆后端螺纹，6
‑
光滑杆体，7
‑
托盘，8
‑
螺母。
具体实施方式
[0025]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。
[0026]
实施例1
[0027]
如图1所示，一种锥形头防冲锚杆，包括锥形锚头和锚杆，如图2所示，所述锥形锚头包括宽条状搅拌头1和锥形头2，宽条状搅拌头1设置在锥形头2大径端的顶部，宽条状搅拌头1的顶面为平面；锥形头2的侧面为斜面即锥形头2侧面的母线为一段倾斜的直线，所述直线与锥形头2的回转中心的夹角大于0
°
；所述锥形头2内部为中空的半封闭柱体，内表面设置有锚头内腔螺纹21，用于与锚杆螺纹连接。在使用时，可根据具体工况条件，调节锚头长度和锚头锥形角度。如图3所示，所述锚杆包括锚杆杆体4、托盘7和螺母8，锚杆杆体4前端外部设置有锚杆前端螺纹3，锚杆杆体4末端外部设置有锚杆后端螺纹5，锚杆杆体4中部为
无螺纹的光滑杆体6。所述锚杆前端螺纹3用于拧入锥形头2实现锚杆与锥形锚头的连接，锚杆后端螺纹5用于套入托盘7后拧入螺母8，添加预紧力。
[0028]
冲击地压主要是由于围岩或者煤体储存的大量变形能突然释放引发的矿井动力灾害，因而对于冲击地压工作面巷道和围岩支护主要基于变形吸能原理，将煤体或巷道围岩储存的变形能传递至锚杆体，通过锚杆体的变形，吸收能量，达到防冲的目的。
[0029]
在煤矿生产现场，巷道受到静载或者强动载作用时，锚杆往往容易发生局部应力集中，而在锚杆局部产生变形断裂失效。上述锚杆杆体4中部的光滑杆体为光滑表面，相较于普通的带螺纹的锚杆，可以防止或者减小局部应力集中产生局部大变形现象，使得应力分布于整个锚杆杆体4，再通过设置有宽条状搅拌头1和锥形头2的锥形锚头，使锚杆杆体4在受载发挥作用时，相较于普通的锚杆产生更大的变形，杆体受力更趋于均匀，变形更趋于同步，从而锚杆杆体4在受载破坏前尽可能吸收更多的能量，以达到防冲的目的。
[0030]
上述一种锥形头防冲锚杆的支护方法，包括以下步骤：
[0031]
步骤1：在工作面巷帮或顶板布置钻孔，使用锚杆钻机打孔。
[0032]
步骤2：在锚杆杆体4安装上锥形锚头，通过锚杆前端螺纹3与锚头内腔螺纹21将锚杆的锚杆杆体4与锥形锚头连接。
[0033]
步骤3：将步骤1中钻好的钻孔内塞入树脂锚固剂，本实施例中的树脂锚固剂的锚固时间为3～5分钟；再将锚杆杆体4固定有锥形锚头的一端插入钻孔中，锚杆杆体4另一端连接锚杆钻机；启动锚杆钻机，带动锚杆杆体4转动搅拌锚固剂，3～5分钟达到锚固时间后停止搅拌，卸下锚杆钻机。
[0034]
步骤4：在锚杆杆体4上套入托盘7，拧入螺母8，施加预紧力。
[0035]
根据煤矿现场围岩条件进行试验，优化锚杆参数，使得锚头和锚杆螺纹连接部分的极限咬合力大于锥形锚杆锚头极限阻力，使得锥形锚头极限阻力等于锚杆杆体4屈服强度，以达到充分吸能的作用。
[0036]
实施例2
[0037]
本实施例中与实施例1的不同之处在于，如图4所示，本实施例中锥形头2的侧面为曲面即锥形头2侧面的母线为一段曲线，其余的结构设置及支护方法与实施例1相同。
[0038]
实施例3
[0039]
本实施例中与实施例1的不同之处在于，如图5所示，本实施例中锥形头2的侧面包括斜面及直段面，即锥形头2侧面的母线包括一段与锥形头2的回转中心的夹角大于0
°
的斜线及一段与锥形头2的回转平行的直线，斜面靠近锥形头2的大径端；其余的结构设置及支护方法与实施例1相同。
[0040]
实施例4
[0041]
本实施例中与实施例3的不同之处在于，如图6所示，本实施例中锥形头2的侧面的直段面靠近锥形头2的大径端，其余的结构设置及支护方法与实施例3相同。
[0042]
实施例5
[0043]
本实施例中与实施例1的不同之处在于，如图7所示，本实施例中锥形头2的侧面包括首尾依次相交的斜面、直段面、斜面，即锥形头2侧面的母线为首尾相交与锥形头2的回转中心的夹角大于0
°
的斜线、与锥形头2的回转平行的直线、与锥形头2的回转中心的夹角大于0
°
的斜线，斜面与直段面相交处的横截面直径大于锥形头2两端的横截面直径，其余的结
构设置及支护方法与实施例1相同。
[0044]
实施例6
[0045]
本实施例中与实施例1的不同之处在于，如图8所示，本实施例中宽条状搅拌头1的顶部为斜面。