專利名稱：水脹式彈性抗巖爆錨桿的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及巖土工程錨固支護領域，特別是涉及巖爆防治領域。更具體涉及一種水脹式彈性抗巖爆錨桿，可適用于有巖爆威脅的圍巖支護中，對有效防治巖爆造成的工程災害具有現(xiàn)實意義。
背景技術：
水脹式錨桿現(xiàn)已在巖土工程錨固支護領域，尤其在巖爆防治領域得到廣泛應用。 這種錨桿由薄壁凹形斷面鋼管制成，通過高壓水使錨桿膨脹，從而完全貼緊鉆孔孔壁，沿錨桿全長產(chǎn)生摩擦力、機械連鎖力和壓力對巖體進行加固。其特點如下(1)施工速度快，不用灌漿，從而節(jié)省了水泥漿液的使用，方便快捷。(2)有優(yōu)異的抗震動性，可接近于工作面進行安裝。(3)具有抗剪切位移的作用力。(4)桿體全長膨脹緊貼不規(guī)則孔壁，任何一段都可成為獨立作用的部分，起錨固作用。(5)表面防腐處理，不用擔心腐蝕情況。水脹式錨桿是一種全長錨固式錨桿，在一般條件下，對于防治巖爆是比較有效的。 但是，在洞壁表層圍巖比較破碎(或者較高的地應力導致圍巖表層層裂化嚴重)時(如錦屏二級水電站深埋引水隧洞大理巖圍巖)，僅靠全長錨固已經(jīng)無法限制巖爆時表層層裂化圍巖的彈射，從而造成水脹式錨桿防巖爆功能大打折扣甚至失效。因此，在水脹式錨桿的基礎上，在錨桿的外端部增加了一個剛性彈簧裝置，擬解決上述的巖爆時表層層裂化破碎圍巖的彈射現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是在于提供了一種水脹式彈性抗巖爆錨桿，其結構簡單，安裝方便，可滿足快速、及時支護的要求，并可有效降低巖爆對圍巖、人員和設備造成的破壞程度和威脅。其外端部的剛性彈簧與水脹式錨桿的桿體相結合，既可提供全長錨固力，也可持續(xù)提供端部錨固力，使整個錨桿適應巖爆引起的后續(xù)巖體震動，防止圍巖崩落傷人和設備， 使巖爆產(chǎn)生的巖體動能在巖體裂隙面的摩擦過程中迅速消耗，使巖爆引起的震動過程盡快結束。一種水脹式彈性抗巖爆錨桿，包括桿體、端套、應力擴散托盤、擋圈、注液嘴、墊圈、 剛性彈簧，其中桿體、端套、應力擴散托盤、擋圈、注液嘴為目前工程中使用的水脹式錨桿的組成部分。其特征在于桿體分別與端套、擋圈相連，形成錨桿主要部分，注液嘴與擋圈相接，注液嘴一段深入到桿體內(nèi)，作為高壓水的進水通道；所述的擋圈有一定的長度要求，在擋圈的一端焊接有一凸圈。在錨桿外端部的擋圈上裝有剛性彈簧，在剛性彈簧的兩端各裝有一個墊圈，其中一個與擋圈上的凸圈相連，另一個與應力擴散托盤相連。所述的應力擴散托盤的中心孔孔徑要與鉆孔孔徑一致。所述的墊圈和剛性彈簧套在擋圈上，剛性彈簧有初始壓縮量。在水脹式錨桿的基礎上，擋圈增加了長度，并在外端部焊接一凸圈，以適應其他部件；添加了剛性彈簧和墊圈兩個部件；托盤也使用了較大尺寸的預應力托盤，增大了圍巖壁上的錨固范圍。水脹式彈性抗巖爆錨桿分為嵌入巖體的錨固部分和露在巖體外面的外端部，外端部包括應力擴散托盤、擋圈、注液嘴、墊圈、剛性彈簧，在剛性彈簧的兩端各裝有一個墊圈，其中一個與擋圈上的凸圈相連，另一個與應力擴散托盤相連。外端部上的剛性彈簧，可提供持續(xù)的錨固力；剛性彈簧兩端的墊圈，起到降低磨損、分散和傳遞壓力作用。所述的錨桿桿體的錨固部分采用水脹式錨桿的桿體形式，由薄壁凹形斷面鋼管制成，通過高壓水使錨桿膨脹，從而完全貼緊鉆孔孔壁，沿錨桿全長產(chǎn)生摩擦力、機械連鎖力和壓力對巖體進行加固。所述的錨桿外端部依次連接有擋圈、應力擴散托盤、墊圈、剛性彈簧、擋圈上的凸圈，整體對錨桿系統(tǒng)施加錨固力，固定整個系統(tǒng)。應力擴散托盤靠墊圈傳過來的壓力緊貼在圍巖壁上；應力擴散托盤、墊圈和剛性彈簧套在擋圈上，可自由滑動；擋圈上的凸圈焊接在擋圈上，提供給墊圈、剛性彈簧、應力擴散托盤一個壓力。所述的端套和擋圈，分別焊接在桿體的兩端，起到封堵的作用。所述的剛性彈簧位于外錨段兩墊圈之間，其制作依據(jù)GB/T23934-2009《熱卷圓柱螺旋壓縮彈簧技術條件》規(guī)范規(guī)定，結構型式采用RY I型兩端圈并緊磨平。剛性彈簧的初始壓縮量滿足設計所需的錨固力即可。，所述的墊圈，位于應力擴散托盤、剛性彈簧和擋圈上的凸圈之間，采用剛度較大的金屬墊圈，其作用是降低磨損、分散和傳遞壓力。所述的應力擴散托盤位于鉆孔孔口緊貼圍巖，其型式采用礦用錨桿托盤，其大小應根據(jù)巖爆發(fā)生的范圍大小和錨桿間距來設計，比傳統(tǒng)的錨桿托盤要大些，除了起到應力擴散的作用外，還能防止巖體崩落下來傷人和設備。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果A、彌補了水脹式錨桿對圍巖表層支護的不足，對巖爆時表層層裂化圍巖的彈射起到防治作用；B、增加的剛性彈簧可抵抗瞬間的沖擊大變形、適應表層圍巖變形的彈性波動、吸收動能并提供持續(xù)的錨固力(相當于提供圍壓)；C、錨桿整體可適應表層圍巖變形的彈性波動和巖爆發(fā)生的過程性，隨震動提供一個持續(xù)的和變化的支護抗力，防止表層圍巖崩落傷人和設備；在數(shù)次震動過程中，表層裂隙巖體的動能被裂隙面的摩擦消耗，盡快結束巖爆引起的震動。D、其外端部的剛性彈簧與水脹式錨桿的桿體相結合，既可提供全長錨固力，也可持續(xù)提供端部錨固力，適用于有巖爆發(fā)生的圍巖支護中，其結構簡單，安裝方便，可滿足快速、及時支護的要求，并可有效降低巖爆對圍巖、人員和設備造成的破壞程度和威脅。

圖1為一種水脹式彈性抗巖爆錨桿示意圖圖2為水脹后錨桿示意圖圖3為水脹前后錨桿桿體橫斷面結構示意圖圖4為外端部各部件連接示意圖圖5為擋圈結構示意圖圖6為端套結構示意圖其中1 一水脹前桿體；2—端套；3—應力擴散托盤；4一擋圈；5—注液嘴；6—高
4壓水進水孔；7—擋圈上的凸圈；8—墊圈；9一剛性彈簧；10—孔壁；11 一圍巖壁；12—擋圈內(nèi)楔體；13—端套內(nèi)楔體；14一水脹后桿體；15—桿體空腔。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述根據(jù)圖1、圖4可知，水脹式彈性抗巖爆錨桿，包括桿體1、端套2、應力擴散托盤3、 擋圈4、注液嘴5、墊圈8、剛性彈簧9，其中桿體1、端套2、應力擴散托盤3、擋圈4、注液嘴5 為目前工程中使用的水脹式錨桿的組成部分。在水脹式錨桿的基礎上，擋圈4增加了長度， 并在外端部焊接一凸圈7，以適應其他部件；添加了剛性彈簧9和墊圈8兩個部件；托盤也使用了較大尺寸的應力托盤3，增大了圍巖壁11上的的錨固范圍。水脹式彈性抗巖爆錨桿連接關系為桿體1兩端分別與端套2和擋圈4連接，形成錨桿的主要部分；注液嘴5與擋圈4相接，注液嘴5 —段深入到桿體1內(nèi)，作為高壓水的進水通道；剛性彈簧9套在擋圈4 上，提供持續(xù)的錨固力；在剛性彈簧9的兩端各裝有一個墊圈8，其中一個與擋圈4上的凸圈7相連，另一個與應力擴散托盤3相連，起到降低磨損、分散和傳遞壓力作用；應力擴散托盤3、擋圈4、注液嘴5、墊圈8、剛性彈簧9組成了錨桿的外端部。所述的錨桿桿體1的錨固部分采用水脹式錨桿的桿體形式，由薄壁凹形斷面鋼管制成，通過高壓水使錨桿膨脹，從而完全貼緊鉆孔的不規(guī)則孔壁10，沿錨桿全長產(chǎn)生摩擦力、機械連鎖力和壓力對巖體進行加固。所述的錨桿外端部依次連接有擋圈4、應力擴散托盤3、墊圈8、剛性彈簧9、擋圈上的凸圈7，整體對錨桿系統(tǒng)施加錨固力，固定整個系統(tǒng)。應力擴散托盤3靠墊圈8傳過來的壓力緊貼在圍巖壁11上；應力擴散托盤3、墊圈8和剛性彈簧9套在擋圈4上，可自由滑動； 擋圈上的凸圈7焊接在擋圈4上，提供給墊圈8、剛性彈簧9、應力擴散托盤3 —個壓力。所述的端套2和擋圈4，分別焊接在桿體1的兩端，端套2和擋圈4內(nèi)的楔體13和 12分別深入到桿體1兩端的空腔15內(nèi)，增加了端套2和擋圈4的剛度，整體起到封堵的作用。所述的剛性彈簧9位于外端部兩墊圈8之間，其制作依據(jù)GB/T23934-2009《熱卷圓柱螺旋壓縮彈簧技術條件》規(guī)范規(guī)定，結構型式采用RY I型兩端圈并緊磨平。剛性彈簧的初始壓縮量滿足設計所需的錨固力即可。，所述的墊圈8，位于應力擴散托盤3、剛性彈簧9和擋圈上的凸圈7之間，采用剛度較大的金屬墊圈，其作用是降低磨損、分散和傳遞壓力。所述的應力擴散托盤3位于鉆孔孔口緊貼圍巖，其型式采用礦用錨桿托盤，其大小應根據(jù)巖爆發(fā)生的范圍大小和錨桿間距來設計，比傳統(tǒng)的錨桿托盤要大些，除了起到應力擴散的作用外，還能防止巖體崩落下來傷人和設備；托盤中心孔孔徑大小要與鉆孔孔徑一致，當錨桿桿體伸長時，托盤可沿水脹后的錨桿桿壁滑動。如圖1、2、3所示，錨桿桿體由桿體1的薄壁凹形斷面形狀，通過高壓水使錨桿膨脹，形成水脹后桿體14的形狀，使得錨桿桿壁緊貼不規(guī)則孔壁10，沿錨桿全長產(chǎn)生摩擦力、 機械連鎖力和壓力對巖體進行加固。如圖4所示，應力擴散托盤3、墊圈8、剛性彈簧9依次套在擋圈4上，并可在擋圈 4上滑動，整體對錨桿系統(tǒng)施加錨固力，固定整個系統(tǒng)。[0034]如圖5所示，擋圈4 一端連接注液嘴5，另一端與桿體1焊接，擋圈內(nèi)楔體12與桿體空腔15連接。注液嘴5上有高壓水進水孔6，注水前注液嘴5上套一塑料管，防止進水孔 6堵塞。擋圈4上焊接一凸圈7，提供給墊圈8、剛性彈簧9、應力擴散托盤3 —個壓力。如圖6所示，端套2與桿體1 一端焊接，內(nèi)部楔形體13深入到桿體空腔15中，起封堵作用。錨桿安裝時應注意(1)鉆孔長度要大于錨桿桿體長度，端套2端部離鉆孔孔底的距離至少為剛性彈簧9的初始壓縮量。(2)充高壓水之前，錨桿外端部要有初始壓力，使得剛性彈簧9有一定的壓縮量， 桿體膨脹后，方可卸掉外端部壓力。
權利要求1.一種水脹式彈性抗巖爆錨桿，它包括桿體(1)、端套(2)、應力擴散托盤(3)、擋圈 (4)、注液嘴(5)、墊圈(8)、剛性彈簧(9)，其特征在于桿體(1)分別與端套(2)、擋圈(4)相連，注液嘴(5)與擋圈(4)相接，注液嘴(5)—段深入到桿體(1)內(nèi)，在錨桿外端部的擋圈(4) 上裝有剛性彈簧(9)，在剛性彈簧(9)的兩端各裝有一個墊圈(8)，其中一個與擋圈(4)上的凸圈(7)相連，另一個與應力擴散托盤(3)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水脹式彈性抗巖爆錨桿裝置，其特征在于所述的擋圈 (4)的一端焊接有一凸圈(7)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種水脹式彈性抗巖爆錨桿裝置，其特征在于所述的應力擴散托盤(3)的中心孔孔徑與鉆孔孔徑一致。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種水脹式彈性抗巖爆錨桿裝置，其特征在于所述的墊圈 (8)和剛性彈簧(9)套在擋圈(4)上。
專利摘要本實用新型公開了一種水脹式彈性抗巖爆錨桿裝置，桿體分別與端套、擋圈相連，擋圈的一端焊接有一凸圈，注液嘴與擋圈相接，注液嘴一段深入到桿體內(nèi)，在錨桿外端部的擋圈上裝有剛性彈簧，在剛性彈簧的兩端各裝有一個墊圈，其中一個與擋圈上的凸圈相連，另一個與應力擴散托盤相連。應力擴散托盤的中心孔孔徑與鉆孔孔徑一致。墊圈和剛性彈簧套在擋圈上。結構簡單，安裝方便，可滿足快速、及時支護的要求，并可有效降低巖爆對圍巖、人員和設備造成的破壞程度和威脅。其外端部的剛性彈簧與水脹式錨桿的桿體相結合，既可提供全長錨固力，使巖爆產(chǎn)生的巖體動能在巖體裂隙面的摩擦過程中迅速消耗，使巖爆引起的震動過程盡快結束。
文檔編號E21D21/00GK201981537SQ20102068495
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權日2010年12月28日
發(fā)明者馮夏庭, 劉繼光, 盧景景, 周輝, 張傳慶, 趙陽 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所