一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置

1.本发明属于深部巷道围岩冲击灾害防护领域，具体涉及一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置。


背景技术：

2.冲击破坏是煤矿生产中遇到的最严重灾害之一。能量超过十万焦耳以上的会造成围岩复合冲击破裂，巷道围岩形成破碎区、塑性区、峰值区、弹性区、破裂区和原岩区的复合区域，形成复合发生的新灾害类型。随着深部岩体的势能增大和大面积采空悬顶突然断裂的动能增大，发生复合冲击破裂次数多，规模大，灾害严重，90%发生在巷道中，在煤岩储存势能和冲击动能作用下，复合区域不同性质的变形，出现了相互诱导，造成巷道围岩大面积涌入巷道工作空间，因此巷道防护装置是重要的研究课题。锚杆锚索作为重要防护方法近年来也做了大量改进和创新，但只是针对巷道围岩破碎区、塑性区而设计，锚索长度大约2米到7米，对应于破碎区和塑性区的范围，锚固点只有孔底和孔外两处约束，当冲击造成孔外脱帽、孔底脱固，之间滑脱的锚杆锚索失效，从而造成整个巷道围岩垮塌。而复合冲击灾害破裂范围是20多米，因而一般的锚杆锚索不能起到防护的作用。复合冲击灾害空间上表现为破坏形态为分区破裂化现象和时间上表现摆型波现象，针对这些现象的机理建立一种分区分时破裂综合理论，发明了一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种巷道围岩复合灾害的逐级防护锚索装置，包括孔底固结构件、高延展高强拉索、防滑让位构件、孔外让位构件、振速传感器、位移传感器和刻度安装杆。
4.所述孔底固结构件固结于钻孔底部, 高延展高强拉索和防滑让位构件交替连接,构成防护锚索主体,锚索主体通过孔底固结构件固定。
5.所述防滑让位构件由折叠筒、筒左盖、筒右盖组成，筒侧壁设置通气小孔，筒左盖设置相互成120
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筒左盖拉索焊接孔和互成120
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筒左盖拉索穿入孔以及安装杆左盖穿入孔，筒右盖设置相互成120
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筒右盖拉索焊接孔和互成120
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筒右盖拉索穿入孔以及安装杆右盖穿入孔；每个防滑让位构件可由多个折叠筒组成。
6.最左侧高延展高强拉索的左侧焊接在孔底固结构件，其右侧穿过其相邻防滑让位构件的筒左盖拉索穿入孔，焊接在该防滑让位构件筒右盖的拉索焊接孔，最右侧的高延展高强拉索的右侧穿过孔外让位构件侧壁孔后用卡子卡住，其左侧穿过其左侧的防滑让位构件筒右盖拉索穿入孔，焊接在该防滑让位构件筒左盖的拉索焊接孔；其它高延展高强拉索左侧分别穿过其左侧的防滑让位构件筒右盖拉索穿入孔，焊接在该防滑让位构件筒左盖的拉索焊接孔，其右侧分别穿过其右侧防滑让位构件筒左盖拉索穿入孔，焊接在该防滑让位构件筒右盖的拉索焊接孔，高延展高强拉索和防滑让位构件交替连接的个数由设计要求长度决定。
7.所述振速传感器和位移传感器安装在孔外让位构件的右侧，刻度安装杆依次穿过振速传感器和位移传感器以及孔外让位构件和防滑让位构件的安装杆右盖穿入孔和安装杆左盖穿入孔，紧固到孔底固结构件。
8.所述孔底固结构件、防滑让位构件和孔外让位构件为金属材质。
9.所述防滑让位构件的筒左盖和筒右盖为正方形。
10.所述孔底固结构件、防滑让位构件和孔外让位构件的结构是相同的。
11.所述刻度安装杆是由多个一米长的安装杆连接而成。
12.本发明的有益效果：本发明设计的一种巷道围岩交替破裂的逐级防护锚索装置，既能在静态长期大变形，又能在动态大变形，具有抵抗复合冲击灾害的大变形能力。
13.本发明在巷道围岩的冲击变形过程中，通过变长变径形成恒力让位变形，吸收围岩冲击变形能量，分段吸能与分区失能协调，慢速变形与冲击变形协调，保证锚索抗拉抗剪能力强，不易断裂。能够克服常规锚杆索与孔壁脱落导致不能让位吸能而失效的问题，锚索长度由分段单元连接，安装不受巷道空间的限制，发挥分区让位吸能的抗冲作用。
14.附图说明
15.图1为本发明的一种巷道围岩交替破裂的逐级防护锚索装置的结构示意图。
16.图2为本发明的防滑让位构件的结构示意图。
17.图3为本发明的防滑让位构件吸能让位原理示意图。
18.其中图中：1—孔底固结构件，2—高延展高强拉索，3—防滑让位构件，4—孔外让位构件，5—振速传感器，6—位移传感器，7—刻度安装杆，81—巷道，82—破碎区，83—塑性区，84—峰值区，85—弹性区，86—破裂区，8—7原岩区，88—钻孔，311—折叠筒，312—筒左盖，313—筒右盖，321—筒左盖拉索焊接孔，322—筒左盖拉索穿入孔，323—安装杆左盖穿入孔，331—筒右盖拉索穿入孔，332—筒右盖拉索焊接孔，333—安装杆右盖穿入孔。
19.具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.本发明提出一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置，如图1所示，包括孔底固结构件1、高延展高强拉索2、防滑让位构件3、孔外让位构件4、振速传感器5、位移传感器6和刻度安装杆7。
22.所述孔底固结构件1、防滑让位构件3和孔外让位构件4结构都相同，均由折叠筒311、筒左盖312和筒右盖313组成，折叠筒311是通过折叠钢板为八个三角形和八个梯形，形成两边为四边形，中间为八边形的筒，两边的四边形即为筒左盖312和筒右盖313。筒侧壁设置通气小孔，筒左盖312设置相互成120
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筒左盖拉索焊接孔321和互成120
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筒左盖拉索穿入孔322以及安装杆左盖穿入孔323，筒右盖设置相互成120
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筒右盖拉索穿入孔331和互成120
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筒右盖拉索焊接孔332以及安装杆右盖穿入孔333；每个防滑让位构件可由多个折叠筒组成。
23.选择与锚索装置外径相适应的钻头在巷道81壁上打钻孔88，使得到的孔洞的直径可以恰好容纳所述一种巷道围岩复合冲击灾害的逐级防护锚索装置外径，通过分区分时破裂综合理论，根据历史最大冲击能量确定复合冲击灾害破裂范围，此处以复合冲击灾害破裂范围20米为例加以说明，钻孔88的深度大于20米。图1示意画出巷道围岩形成的破碎区82、塑性区83、峰值区84、弹性区85、破裂区86和原岩区87。
24.此实施例中所述高延展高强拉索2共21个，防滑让位构件3共20个，刻度安装杆7由21个安装杆组成。第一个高延展高强拉索2的左侧焊接在孔底固结构件1，在孔底安放固化胶, 将连接有高延展高强拉索2的孔底固结构件1固结于钻孔底部。由于孔底固结构件的折叠筒外壁是折叠凸凹的，且折叠筒有壁孔，因而能与固化胶充分结合，有很好的固结功能。第一个高延展高强拉索2的右侧穿过第一个防滑让位构件3筒左盖拉索穿入孔322，焊接在第一个防滑让位构件3的筒右盖拉索焊接孔332，第一个安装杆穿入第一个防滑让位构件3的安装杆右盖穿入孔333和安装杆左盖穿入孔323，并穿过第一个高延展高强拉索2固定在孔底固结构件1。
25.第二个高延展高强拉索2的左侧穿过第一个防滑让位构件3筒右盖拉索穿入孔331，焊接在第一个防滑让位构件3的筒左盖拉索焊接孔321，第二个高延展高强拉索2的右侧穿过第二个防滑让位构件3筒左盖拉索穿入孔322，焊接在第二个防滑让位构件3的筒右盖拉索焊接孔332，第二个安装杆穿入第二个防滑让位构件3的安装杆右盖穿入孔333和安装杆左盖穿入孔323，并穿过第二个高延展高强拉索2与第一个安装杆螺丝连接。依此类推，第二十一个高延展高强拉索2的左侧穿过第二十个防滑让位构件3筒右盖拉索穿入孔331，焊接在第二十个防滑让位构件3的筒左盖拉索焊接孔321，第二十一个高延展高强拉索2的右侧穿过孔外让位构件4筒左盖拉索穿入孔322，焊接在孔外让位构件4的筒右盖拉索焊接孔332，第二十个安装杆穿入第二十个防滑让位构件3的安装杆右盖穿入孔333和安装杆左盖穿入孔323，并穿过第二十个高延展高强拉索2与第十九个安装杆连接。第二十一个安装杆在孔外依次穿过振速传感器、位移传感器、孔外让位构件和孔口挡板与第二十个安装杆连接，第二十一个安装杆的右端有刻度。所述振速传感器和位移传感器安装在孔外让位构件的右侧。
26.所述防滑让位构件折叠筒在拉伸时轴向变形让位防冲和径向变形让位咬合围岩防滑；如图3所示，当有冲击时，折叠筒轴向从初始的hf最大变形到hb，径向从初始的df最大变形到db，变形后的折叠筒嵌入围岩，增加咬合力防滑脱。对冲击危险性巷道有其它锚索不能起到的支护作用。不同区域的冲击使不同的防滑让位构件折叠筒变形，实现逐级防护，增加支护作用。折叠筒筒壁小孔还具有透瓦斯功能。
27.本发明逐组连接安装杆和防滑让位构件到孔底，一方面当某一防滑让位构件受冲击破坏时，其他防滑让位构件不受影响，依然能起支护作用。另一方面使锚索分段化，长度可变，不受巷道空间的限制。在孔外安装孔外让位构件4，当其变形到最大可进行替换。所述孔外让位构件折叠筒外壁具有轴向让位功能，外壁孔使孔外锚索具有可续功能。