一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索

摘要

一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索，包括锚头、锚杆段、锚索段、锚杆锚索转接吸能组件、锚杆辅助转接套筒、托盘及螺母；锚杆段数量若干且分为三类，包括首端锚杆段、中间锚杆段及尾端锚杆段，首端锚杆段数量为一根，锚头固定设置在首端锚杆段前部，尾端锚杆段数量为一根，托盘及螺母顺序设置在尾端锚杆段后部，中间锚杆段数量为多根，多根中间锚杆段同轴分布在首端锚杆段与尾端锚杆段之间，相邻锚杆段之间均通过一根锚索段相连，锚杆段与锚索段之间均通过锚杆锚索转接吸能组件连接，每一根锚索段外侧均套装有一根锚杆辅助转接套筒，相邻锚杆段之间由锚杆辅助转接套筒进行限位固定。本发明通过逐级吸能使块系岩体非协调变形控制效果更理想。

说明书

技术领域

本发明属于巷道围岩支护技术领域，特别是涉及一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索。

背景技术

锚杆索支护已经成为地下巷道支护的重要组成部分，特别是冲击地压矿井、冲击危险性区域等均使用锚杆索加固围岩和巷道，以适应块系岩体大变形产生的位移。在非均匀、非连续的块系岩体构造特性中，若有外界动力扰动，岩体将会产生非协调性变形，对支护体系产生较大的作用力。

对于传统的锚杆支护技术来说，对块系岩体非协调变形控制并不理想，抵抗块系岩体非协调变形产生的剪切力的能力有限。当采用锚杆与锚索进行联合支护时，虽然能够充分利用锚杆的抗拉和锚索的抗剪功能特性来抵抗岩体非协调大变形，但由于锚杆和锚索的长度和延伸率之间存在差异，在岩体出现非协调大变形时，锚杆或锚索容易提前发生失效破坏，导致其无法充分发挥作用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索，对块系岩体非协调变形的控制效果更理想，在充分利用锚杆的抗拉和锚索的抗剪功能特性来抵抗岩体非协调大变形的过程中，能够实现逐级吸能，延长了结构寿命，提高了结构承载力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索，包括锚头、锚杆段、锚索段、锚杆锚索转接吸能组件、锚杆辅助转接套筒、托盘及螺母；所述锚杆段数量若干，若干锚杆段分为三类，包括首端锚杆段、中间锚杆段及尾端锚杆段，首端锚杆段数量为一根，所述锚头固定设置在首端锚杆段的前部，尾端锚杆段数量为一根，所述托盘及螺母顺序设置在尾端锚杆段的后部，中间锚杆段数量为多根，多根中间锚杆段同轴分布在首端锚杆段与尾端锚杆段之间，相邻锚杆段之间均通过一根锚索段相连，锚杆段与锚索段之间均通过锚杆锚索转接吸能组件进行连接，每一根锚索段外侧均套装有一根锚杆辅助转接套筒，相邻锚杆段之间由锚杆辅助转接套筒进行限位固定。

所述锚杆锚索转接吸能组件包括吸能套筒、锚索转接器、吸能摆杆及负刚度吸能构件；所述吸能套筒采用两级阶梯结构，包括圆筒段和锥筒段，在圆筒段的内表面设置有内螺纹，吸能套筒通过圆筒段内表面的内螺纹与锚杆段螺纹连接，锥筒段的大径端与圆筒段相接；在所述吸能套筒的锥筒段内表面设置有吸能齿，吸能齿数量若干，若干吸能齿在锥筒段内表面既沿周向均布也沿轴向均布；所述吸能套筒同轴套在锚索转接器外侧，所述锚索段穿过吸能套筒的锥筒段小径端筒口与锚索转接器固定连接；在所述锚索转接器周向分布有若干吸能摆杆，在吸能摆杆的外表面设置有剪切齿，剪切齿与吸能齿进行剪切吸能配合；所述负刚度吸能构件数量若干，若干负刚度吸能构件沿周向均布，负刚度吸能构件内端与锚索转接器外壳固定连接，负刚度吸能构件外端与吸能摆杆内表面固定连接。

本发明的有益效果：

本发明的适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索，对块系岩体非协调变形的控制效果更理想，在充分利用锚杆的抗拉和锚索的抗剪功能特性来抵抗岩体非协调大变形的过程中，能够实现逐级吸能，延长了结构寿命，提高了结构承载力。

附图说明

图1为本发明的适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索的结构示意图；

图2为图1中I部放大图；

图中，1—锚头，2—锚杆段，3—锚索段，4—锚杆锚索转接吸能组件，5—锚杆辅助转接套筒，6—托盘，7—螺母，8—吸能套筒，9—锚索转接器，10—吸能摆杆，11—负刚度吸能构件，12—吸能齿，13—剪切齿。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索，包括锚头1、锚杆段2、锚索段3、锚杆锚索转接吸能组件4、锚杆辅助转接套筒5、托盘6及螺母7；所述锚杆段2数量若干，若干锚杆段2分为三类，包括首端锚杆段、中间锚杆段及尾端锚杆段，首端锚杆段数量为一根，所述锚头1固定设置在首端锚杆段的前部，尾端锚杆段数量为一根，所述托盘6及螺母7顺序设置在尾端锚杆段的后部，中间锚杆段数量为多根，多根中间锚杆段同轴分布在首端锚杆段与尾端锚杆段之间，相邻锚杆段2之间均通过一根锚索段3相连，锚杆段2与锚索段3之间均通过锚杆锚索转接吸能组件4进行连接，每一根锚索段3外侧均套装有一根锚杆辅助转接套筒5，相邻锚杆段2之间由锚杆辅助转接套筒5进行限位固定。

所述锚杆锚索转接吸能组件4包括吸能套筒8、锚索转接器9、吸能摆杆10及负刚度吸能构件11；所述吸能套筒8采用两级阶梯结构，包括圆筒段和锥筒段，在圆筒段的内表面设置有内螺纹，吸能套筒8通过圆筒段内表面的内螺纹与锚杆段2螺纹连接，锥筒段的大径端与圆筒段相接；在所述吸能套筒8的锥筒段内表面设置有吸能齿12，吸能齿12数量若干，若干吸能齿12在锥筒段内表面既沿周向均布也沿轴向均布；所述吸能套筒8同轴套在锚索转接器9外侧，所述锚索段3穿过吸能套筒8的锥筒段小径端筒口与锚索转接器9固定连接；在所述锚索转接器9周向分布有若干吸能摆杆10，在吸能摆杆10的外表面设置有剪切齿13，剪切齿13与吸能齿12进行剪切吸能配合；所述负刚度吸能构件11数量若干，若干负刚度吸能构件11沿周向均布，负刚度吸能构件11内端与锚索转接器9外壳固定连接，负刚度吸能构件11外端与吸能摆杆10内表面固定连接。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

当本发明的适应块系岩体变形的分段式吸能锚杆索在锚固孔内完成安装后，如果块系岩体发生非协调大变形时，锚杆辅助转接套筒5首先被破坏，使剪切力直接作用在锚索段3上，进而通过锚索段3将剪切力转化为对锚杆段2拉力，在拉力作用下，锚索转接器9与锚杆段2之间会产生轴向相对位移，进而使吸能摆杆10与吸能套筒8之间产生轴向相对位移，在相对位移过程中，剪切齿13会优先挤压破坏掉吸能齿12，从而实现第一阶段的能量吸收，随着相对位移的增大，吸能摆杆10与锚索转接器9之间的负刚度吸能构件11将被逐渐压缩，从而实现第二阶段的能量吸收，最终通过逐级吸能使块系岩体非协调变形控制效果更理想。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。