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位移釋放式錨頭裝置

閱讀:1028發(fā)布:2020-07-01

專利匯可以提供位移釋放式錨頭裝置專利檢索,專利查詢,專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種位移釋放式錨頭裝置,包括錨桿桿體、套裝并固定在其上的中空應(yīng) 力 釋放裝置,該中空 應(yīng)力 釋放裝置的表面上均勻分布設(shè)置有若干個應(yīng)力釋放孔,并且中空應(yīng)力釋放裝置軸向的抗壓強度要小于錨桿桿體的軸向抗壓強度。本發(fā)明是基于巷道 變形 時,通過壓癟應(yīng)力釋放盤,為錨桿的變形提供更大的空間,較好地控制變形,其前提是應(yīng)力釋放盤的組合強度要低于錨桿的 抗拉強度 ;通過對應(yīng)力釋放盤進行單軸壓縮試驗,發(fā)現(xiàn)其壓縮過程是可逆的,應(yīng)力釋放盤可重復利用2-3次并保證其強度沒有太大的降低,降低了支護成本;通過優(yōu)化應(yīng)力釋放盤設(shè)計方案,均使其達到柔性破壞,不會產(chǎn)生任何裂紋和撕裂火花,可方便地在高瓦斯礦井進行應(yīng)用。,下面是位移釋放式錨頭裝置專利的具體信息內(nèi)容。

1.位移釋放式錨頭裝置,其特征在于,該裝置包括錨桿桿體、套裝并固定在其上的中空應(yīng)釋放裝置,該中空應(yīng)力釋放裝置包括若干組相互扣合設(shè)置的應(yīng)力釋放盤,該應(yīng)力釋放盤包括碗狀圓盤體,該圓盤體的邊沿向外延伸有環(huán)形邊沿,兩個應(yīng)力釋放盤通過環(huán)形邊沿相互抵靠扣合為一組組件;圓盤體的中心部設(shè)置有用于套裝在所述錨桿桿體上的安裝孔,圓盤體上均布設(shè)置有4個第一應(yīng)力釋放孔,相鄰的兩個第一應(yīng)力釋放孔之間設(shè)置有第二應(yīng)力釋放孔;所述第一應(yīng)力釋放孔由一個矩形孔和分別設(shè)置在其短邊上、并以該短邊作為直徑的兩個半圓孔組成;所述第二應(yīng)力釋放孔為圓孔;并且中空應(yīng)力釋放裝置軸向的抗壓強度要小于錨桿桿體的軸向抗壓強度。
2.如權(quán)利要求1所述的位移釋放式錨頭裝置,其特征在于,所述錨桿桿體上從上至下設(shè)置有止?jié){塞、上壓板、下托板和固定螺母,所述中空應(yīng)力釋放裝置設(shè)置在該上壓板和下托板之間,止?jié){塞密封上壓板的安裝孔與錨桿桿體之間的間隙,固定螺母通過螺紋結(jié)構(gòu)固定安裝在錨桿桿體上,以限定安裝在錨桿桿體上的各個部件的位置。
3.如權(quán)利要求2所述的位移釋放式錨頭裝置,其特征在于,所述應(yīng)力釋放盤的材料為低。

說明書全文

位移釋放式錨頭裝置

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及一種巷道圍巖支護的位移釋放式錨頭裝置。

背景技術(shù)

[0002] 巷道支護主要是對圍巖提供一定的支護阻,或者是加固圍巖使在圍巖淺部形成加固層,其本質(zhì)作用在于控制錨固區(qū)圍巖的離層、滑動、裂隙張開、新裂紋產(chǎn)生等擴容變形與破壞,在錨固區(qū)內(nèi)形成剛度較大的次生承載結(jié)構(gòu),以控制圍巖塑性區(qū)的發(fā)展,阻止錨固區(qū)外巖層產(chǎn)生離層,同時改善圍巖深部的應(yīng)力分布狀態(tài)。最終目的是減少圍巖位移,保持圍巖穩(wěn)定。巷道支護可采用兩種途徑:①加大支護結(jié)構(gòu)的剛度,提高支護阻力,以減少圍巖變形。②支護系統(tǒng)本身有一定的可伸縮性,以適應(yīng)圍巖變形。采用第二種支護系統(tǒng),會產(chǎn)生相對較大的圍巖變形量,但只要能將巷道的變形量控制在滿足生產(chǎn)需要所允許的范圍內(nèi),此時,所需的支護阻力和剛度都比第一種方案小,達到既經(jīng)濟、又合理的目的。
[0003] 西德、蘇聯(lián),美國在上世紀50年代已有可拉伸錨桿技術(shù),中國于70年代開始發(fā)展,可按工作原理將它們歸納為桿體可伸長和結(jié)構(gòu)元件滑動可伸長兩大類。
[0004] 典型的桿體可伸長錨桿有德國蒂森型及前蘇聯(lián)的桿體彎曲波浪型。蒂森型錨桿的兩端為普通中間焊接一段可拉伸的奧氏體鋼,依靠延伸率大的奧氏體鋼來達到錨桿受力后桿體自身拉伸。錨桿的極限拉伸量可達517mm,最大工作阻力為200KN,但其采用鉻一鎳合金鋼制造,因而價格昂貴,故生產(chǎn)實際中較少使用。
[0005] 前蘇聯(lián)研制的桿體彎曲可伸長錨桿是用普通碳索鋼做成波浪形,當桿體所受拉應(yīng)力達到一定值后則波浪形段桿體開始拉直,從而為錨桿提供了一定的工作阻力和一定的伸長量。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進、力學性能好、實用性強、使用方便的位移釋放式錨頭裝置。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明位移釋放式錨頭裝置,包括錨桿桿體、套裝并固定在其上的中空應(yīng)力釋放裝置,該中空應(yīng)力釋放裝置的表面上均勻分布設(shè)置有若干個應(yīng)力釋放孔,并且中空應(yīng)力釋放裝置軸向的抗壓強度要小于錨桿桿體的軸向抗壓強度。
[0008] 進一步,所述中空應(yīng)力釋放裝置包括若干組相互扣合設(shè)置的應(yīng)力釋放盤,該應(yīng)力釋放盤包括碗狀圓盤體,該圓盤體的邊沿向外延伸有環(huán)形邊沿,兩個應(yīng)力釋放盤通過環(huán)形邊沿相互抵靠扣合為一組組件;圓盤體的中心部設(shè)置有用于套裝在所述錨桿桿體上的安裝孔,圓盤體上均布設(shè)置有4個第一應(yīng)力釋放孔,相鄰的兩個第一應(yīng)力釋放孔之間設(shè)置有第二應(yīng)力釋放孔。
[0009] 進一步,所述第一應(yīng)力釋放孔由一個矩形孔和分別設(shè)置在其短邊上、并以該短邊作為直徑的兩個半圓孔組成;所述第二應(yīng)力釋放孔為圓孔。
[0010] 進一步,所述錨桿桿體上從上至下設(shè)置有止?jié){塞、上壓板、下托板和固定螺母,所述中空應(yīng)力釋放裝置設(shè)置在該上壓板和下托板之間,止?jié){塞密封上壓板的安裝孔與錨桿桿體之間的間隙,固定螺母通過螺紋結(jié)構(gòu)固定安裝在錨桿桿體上,以限定安裝在錨桿桿體上的各個部件的位置
[0011] 進一步,所述應(yīng)力釋放盤的材料為低碳鋼。
[0012] 本發(fā)明位移釋放式錨頭裝置,是基于巷道變形時,通過壓癟應(yīng)力釋放盤,為錨桿的變形提供更大的空間,較好地控制變形,其前提是應(yīng)力釋放盤的組合強度要低于錨桿的抗拉強度;通過對應(yīng)力釋放盤進行單軸壓縮試驗,發(fā)現(xiàn)其壓縮過程是可逆的,也就是說,應(yīng)力釋放盤可重復利用2-3次并保證其強度沒有太大的降低,大大降低了支護成本;通過優(yōu)化應(yīng)力釋放盤設(shè)計方案,均使其達到柔性破壞,不會產(chǎn)生任何裂紋和撕裂火花,可方便地在高瓦斯礦井進行應(yīng)用。附圖說明
[0013] 圖1為應(yīng)力釋放盤主視圖;
[0014] 圖2為應(yīng)力釋放盤俯視圖;
[0015] 圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖;
[0016] 圖4-1為SRP-1應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0017] 圖4-2為SRP-2應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0018] 圖4-3為SRP-3應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0019] 圖4-4為SRP-4應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0020] 圖4-5為SRP-5應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0021] 圖4-6為SRP-6應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0022] 圖4-7為SRP-7應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023] 圖4-8為SRP-8應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0024] 圖4-9為SRP-9應(yīng)力釋放盤結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025] 圖5-1為SRP-1應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0026] 圖5-2為SRP-2應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0027] 圖5-3為SRP-3應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0028] 圖5-4為SRP-4應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0029] 圖5-5為SRP-5應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0030] 圖5-6為SRP-6應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0031] 圖5-7為SRP-7應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0032] 圖5-8為SRP-8應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0033] 圖5-9為SRP-9應(yīng)力釋放盤壓縮后實物圖;
[0034] 圖6-1為SRP-1單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0035] 圖6-2為SRP-2單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0036] 圖6-3為SRP-3單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0037] 圖6-4為SRP-4單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0038] 圖6-5為SRP-5單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0039] 圖6-6為SRP-6單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0040] 圖6-7為SRP-7單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0041] 圖6-8為SRP-8單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0042] 圖6-9為SRP-9單組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線;
[0043] 圖7為SRP-9的三組應(yīng)力釋放盤單軸壓縮負荷-時間曲線。

具體實施方式

[0044] 如圖1至圖3所示,本發(fā)明位移釋放式錨頭裝置,包括錨桿桿體1、套裝并固定在其上的中空應(yīng)力釋放裝置,錨桿桿體1上從上至下設(shè)置有止?jié){塞5、上壓板3、下托板4和固定螺母6,中空應(yīng)力釋放裝置設(shè)置在該上壓板3和下托板4之間,止?jié){塞5密封上壓板3的安裝孔與錨桿桿體1之間的間隙,防止圍巖7流入。固定螺母6通過螺紋結(jié)構(gòu)固定安裝在錨桿桿體1上,以限定安裝在錨桿桿體1上的各個部件的位置。
[0045] 中空應(yīng)力釋放裝置包括若干組相互扣合設(shè)置的中空應(yīng)力釋放盤2,應(yīng)力釋放盤2包括碗狀圓盤體11,圓盤體11的邊沿向外延伸有環(huán)形邊沿12,兩個應(yīng)力釋放盤通過環(huán)形邊沿12相互抵靠扣合為一組組件;圓盤體11的中心部設(shè)置有用于套裝在錨桿桿體1上的安裝孔8,本實施例中,圓盤體11上均布設(shè)置有4第一應(yīng)力釋放孔10,相鄰的兩個第一應(yīng)力釋放孔10之間設(shè)置有第二應(yīng)力釋放孔9,各個應(yīng)力釋放孔均圍繞中空應(yīng)力釋放裝置的軸向均勻分布,第一應(yīng)力釋放孔10由一個矩形孔和分別設(shè)置在其短邊上、并以該短邊作為直徑的兩個半圓孔組成;第二應(yīng)力釋放孔9為圓孔。應(yīng)力釋放盤2的材料為低碳鋼,其軸向的抗壓強度要小于錨桿桿體1的軸向抗壓強度。
[0046] 本發(fā)明位移釋放式錨頭裝置中,中空應(yīng)力釋放裝置包括兩個碗狀應(yīng)力釋放盤2,兩個盤對扣扣合,其形成的中空空間便是提供給錨桿拉伸時壓縮,其前提是應(yīng)力釋放盤組件的單軸抗壓強度低于錨桿的抗拉強度,這樣,在巷道變形時,可首先將壓力傳至應(yīng)力釋放盤處,通過壓癟它,達到為錨桿變形提供空間的目的,以達到延長錨桿被拉壞的時間。具體設(shè)置應(yīng)力釋放盤的組數(shù),可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件、前期的監(jiān)測資料或理論計算。
[0047] 基于上述設(shè)計思路,首先需要滿足的是,該應(yīng)力釋放盤在受壓時,能最大可能地壓縮,將其中空部分全部利用;其次,壓癟應(yīng)力釋放盤最好不要出現(xiàn)裂紋,因為對于高瓦斯礦井,任何金屬撕裂產(chǎn)生的火花均是致命的;最后,組合后的應(yīng)力釋放盤負荷峰值應(yīng)控制在60-80KN范圍內(nèi),即提前于錨桿產(chǎn)生破壞;通過開展雙碗對扣的應(yīng)力釋放盤單軸壓縮試驗,并比較了幾種不同形式的應(yīng)力釋放盤壓縮性能,確定了下述設(shè)計方案。
[0048] 通過對的不同設(shè)計外型、不同尺寸的應(yīng)力釋放盤對扣單軸壓縮試驗,可明顯看出設(shè)計的進一步優(yōu)化。
[0049] SRP-1:見圖4-1,采用帽檐式托盤結(jié)構(gòu),在單軸壓縮過程中,隨著壓縮位移量的增大,兩個應(yīng)力釋放盤帽頂均塌落至盤內(nèi)部,造成兩個應(yīng)力釋放盤的中心圓環(huán)對接,見圖5-1,抑制變形的進一步發(fā)展,致使壓縮量減小,不能達到預(yù)設(shè)效果,見圖6-1。
[0050] 通過減小外邊緣寬度,使變形較容易地向應(yīng)力釋放盤邊緣擴散,同時在應(yīng)力釋放盤起拱部位增設(shè)不同形狀、不同數(shù)量、不同大小的孔洞,降低應(yīng)力釋放盤的整體強度,并同時保證應(yīng)力釋放盤在壓癟的同時,保證不在盤的邊緣部位出現(xiàn)撕裂,因為在高瓦斯礦,任何金屬撕裂產(chǎn)生的火花均是致命的,于是,有了如下幾種應(yīng)力釋放盤的設(shè)計方案。
[0051] SRP-2:見圖4-2,將外邊緣寬度在原有15mm的基礎(chǔ)上,減小10mm,并在外邊緣等距離刻4個弧形銑槽(圓弧半徑5.85mm,銑槽底面距離外邊緣底面控制在1mm左右)。使應(yīng)力釋放盤中部圓環(huán)的變形可以向4個銑槽處轉(zhuǎn)移,并造成沿銑槽邊緣的拉裂,此時,圓環(huán)中部的變形得以向圓環(huán)邊緣擴散,滿足擴大壓縮位移量的目的。單軸壓縮試驗結(jié)果顯示該應(yīng)力釋放盤不僅能最大限度的壓縮空間,為錨桿拉伸提供釋放空間,而且還能節(jié)省板材,最大限度的利用原材料,但采用該設(shè)計的應(yīng)力釋放盤在銑槽位置出現(xiàn)拉裂,見附圖5-2、圖6-2,故排除;
[0052] SRP-3:見圖4-3,將SRP-2中提到的弧形銑槽增加為8個,尺寸同SRP-2,其結(jié)果負荷和壓縮位移量均控制相對較好,見圖6-3,但是均出現(xiàn)斷裂,見圖5-3,斷裂時偶爾有撕裂聲響,不適合用于高瓦斯煤礦,故排除;
[0053] SRP-4:見圖4-4,盤起拱部位增加2個孔,孔由一倒三形加一個半圓組成,三角形底邊寬12mm,底邊到圓弧頂點15mm,圓半徑2mm,圓最外端距離外邊緣21mm,其結(jié)果雖未出現(xiàn)斷裂,見圖5-4,但第一二峰值均較高,見圖6-4,故排除;
[0054] SRP-5:見圖4-5,盤起拱部位增加4個孔,尺寸同SRP-4,因其壓縮量較小、負荷峰值較高,見圖5-5、圖6-5,故排除;
[0055] SRP-6:見圖4-6,盤起拱部位增加4個孔,孔由一矩形加兩個半圓組成,矩形長12mm,寬8mm,半圓半徑6mm,上部半圓距離中心孔外邊緣24.5mm,下部半圓距離外邊緣11mm雖未出現(xiàn)斷裂,見圖5-6,但第一二峰值均較高,見圖6-6,故排除;
[0056] SRP-7:見圖4-7,盤起拱部位增加4個孔,孔由一矩形加兩個半圓組成,矩形長14mm,寬12mm,兩端分別為兩個半圓,半徑6mm,上部半圓距離中心孔外邊緣24.5mm,下部半圓距離外邊緣5mm。均出現(xiàn)斷裂,見圖5-7,負荷和壓縮位移量均控制相對較好,見圖6-7,斷裂時偶爾有撕裂聲響,不適合用于高瓦斯煤礦,故排除;
[0057] SRP-8:見圖4-8,整體設(shè)計如SRP-2,另外每個銑槽與起拱處刻一長1cm,深1mm的連接槽。負荷和壓縮位移量均控制相對較好,見圖6-8,但是均出現(xiàn)斷裂,見圖5-8,斷裂時偶爾有撕裂聲響,不適合用于高瓦斯煤礦,故排除;
[0058] SRP-9:見圖4-9,整體設(shè)計如SRP-7,因SRP-7整體強度仍高,故在鏤空孔之間加設(shè)一個直徑12mm的圓孔,未出現(xiàn)斷裂,見圖5-9,同時負荷和壓縮位移量均控制最好,見圖6-9,故最終設(shè)計采用該方案。
[0059] 通過對SRP-9進行三組碗單軸壓縮試驗,發(fā)現(xiàn)其符合峰值始終在60-80KN區(qū)間波動,見附圖7
[0060] 由煤礦巷道支護設(shè)計經(jīng)驗可知,砂巖煤礦支護型錨桿抗拉強度一般在60-80KN,第一、第二負荷峰值均控制在錨桿的抗拉強度范圍內(nèi),才能保證在達到錨桿抗拉強度之前,壓癟應(yīng)力釋放盤,同時需達到最大壓縮位移量且不能出現(xiàn)斷裂,達到最終發(fā)生柔性破壞。
[0061] 本發(fā)明改進了現(xiàn)有技術(shù)中錨桿的錨頭部分,采用一種新型錨固頭裝置,該錨固頭裝置為一種應(yīng)力釋放裝置,如圖3所示,本實施例中的應(yīng)力釋放裝置為--位移應(yīng)力釋放裝置,該位移應(yīng)力釋放裝置為碗狀帶外沿的構(gòu)件,且碗弧處以及碗外延處有固定加工形式,構(gòu)件的頂部中間位置開有圓形孔,圓孔孔徑應(yīng)略大于錨桿直徑。使用時兩個碗狀帶外沿的構(gòu)件為一組,兩個構(gòu)件一正一反碗口相對的扣在一起,也就是構(gòu)件的外沿部分相接觸,然后套在錨桿的一端。碗狀帶外沿的構(gòu)件采用低碳鋼等強度韌塑性較好的材料制作,其一組應(yīng)力釋放裝置的抗軸向壓力的強度應(yīng)小于錨桿的抗軸向壓力的強度。使用時,要在串碗頂部以及串碗的底部都安裝托板襯墊用以將圍巖的力傳遞給應(yīng)力釋放裝置。
[0062] 使用時,需首先將錨桿安裝至使用位置,其安裝步驟具體為:(1)在錨桿的安裝過程中首先打與安裝錨桿適配孔徑的鉆孔。(2)將錨桿安裝完畢(3)在安裝應(yīng)力釋放碗之前,先將一片托板安裝于錨桿上(4)將應(yīng)力釋放碗穿過碗中孔分別對扣安裝。(3)放好托板,擰緊螺母加預(yù)緊力,完成操作。實際使用過程中,因為每組的應(yīng)力釋放裝置其抗壓強度要小于錨桿的抗壓強度,在受到軸向壓力超過應(yīng)力釋放裝置的抗壓強度后,應(yīng)力釋放裝置會先于錨桿產(chǎn)生變形,本實例中表現(xiàn)為碗狀應(yīng)力釋放裝置會被壓扁,壓扁后就會在軸向釋放出一定的空間,分擔錨桿桿體在圍巖卸荷回彈量不斷增加的過程中所承受的壓力。在錨桿與松動圈3之間產(chǎn)生相應(yīng)的變形協(xié)調(diào)。使錨桿能夠繼續(xù)發(fā)揮作用,支護與巖體仍然是一個支護整體,共同作用,使錨桿支護的使用壽命延長,這樣巷道的維修周期加長,達到為生產(chǎn)提供安全保證,提高經(jīng)濟效益的目的。
[0063] 碗狀帶外沿應(yīng)力釋放裝置僅是本發(fā)明的一個實施例,其他類似的可以在受到軸向應(yīng)力時產(chǎn)生空間釋放的結(jié)構(gòu),例如:長方形中空體,球形中空體,彈簧等均可以應(yīng)用于本發(fā)明中,也是屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
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