专利名称：一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆的制作方法
技术领域：
本发明于岩土工程锚固领域，涉及一种大变形岩土体的支护结构，尤其涉及一种锚杆。
背景技术：
在软弱围岩中进行巷道施工，面对的往往是围岩向巷道收敛的大变形，这种情况 下，如果初期即采用刚性很大的支护，在围岩压力作用下支护结构会很快损坏，既浪费了人 力物力，又无支护效果。刘泉声等人在文《煤矿深部巷道破裂围岩非线性大变形及支护对策 研究》(岩土力学2010年第10期)中指出深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响 应与浅部岩体相比均发生了根本性变化，具体体现为在浅部表现为坚硬稳定的围岩，在深 部一般都表现出显著的软岩特征，采用的各种支护结构与支护方式也要适应这种软弱围岩 的大变形。陆春昌等人在文《水力膨胀式管子锚杆在软弱、大变形围岩巷道开拓中的技术研 究及应用》(矿业安全与环保2009年第6期)中，提出一种水力膨胀式管子锚杆，用以对大 变形巷道围岩进行支护，支护效果明显。李铀等人在文《一种适用于大变形支护的新型可伸 长锚杆》(中南公路工程2007年第2期)中，提出用一种带开缝筒大变形锚杆对大变形软岩 进行支护，改善了支护效果。上述文献表明，对大变形软弱围岩的支护，宜采用柔性支护，先 在可控条件下允许围岩变形，使围岩释放部分变形能，同时发挥围岩的自支撑能力。为解决大变形软岩的支护问题，就要求作为初期支护的锚杆可产生较大的伸长变 形以适应围岩的大变形，于是出现了一些大变形锚杆。如在专利号为201010196197. 2的申 请中公开了一种恒阻大变形锚杆，但其恒阻装置与杆体的完全螺纹连接方式不利于有效实 现恒阻与大变形的双重目的；在专利号为88204483. 4的申请中公开了一种蛇形可伸长锚 杆，但其蛇形段在变形过程中轴向拉力按比例增加，限制围岩的进一步变形。总之，现有的 传统锚杆延伸率低，不能满足大变形围岩的要求；现有的大变形锚杆恒阻效果不甚理想，不 利于在实际工程中的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，克服现有传统锚杆存在 的延伸率低、支护效果差的问题，同时克服现有大变形锚杆恒阻效果不甚理想的问题。为实现上述目的，本发明的技术方案如下
一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，包括外螺母(2)、垫板(3)、锥齿摩擦体(5)、摩擦 套筒(6)、杆体(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的内壁上沿纵向设有多个套筒摩擦槽 (62)，杆体(8)上设有锥齿摩擦体(5)。上述技术方案可以进一步的改进为所述外螺母(2)和垫板(3)依次套装在摩擦 套筒(6)的尾部。
上述技术方案可以进一步的改进为所述外螺母(2)和垫板(3)依次套装在杆体 (8)的尾部。上述技术方案可以进一步的改进为所述锥齿摩擦体(5)横断面呈蝴蝶形，长度 大于套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)布置的纵向间距，所述锥齿摩擦体(5)表面设锥 齿(51)，所述锥齿(51)断面呈梯形或其它形状，沿锥齿摩擦体(5)周长均勻布置，其数量与 单个断面的套筒摩擦槽(62)相等；
所述套筒摩擦槽(62)按断面均勻布置，每断面设2、个，套筒摩擦槽(62)横断面的最 小垂直净距小于锥齿(51)齿尖的宽度。上述技术方案可以进一步的改进为所述套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)沿 水平剖面呈双三角形、双矩形或双梯形。上述技术方案可以进一步的改进为所述摩擦套筒(6)的一端设置尾部密封塞 (1)，另一端设置头部密封塞(7 )。上述技术方案可以进一步的改进为垫板(3)呈碟形或平面形状。上述技术方案可以进一步的改进为还包括一阻挡块(63)，所述阻挡块(63)为环 形，布置在所述摩擦套筒(6)的内表面，所述阻挡块(63)的内径略大于杆体(8)的直径。上述技术方案可以进一步的改进为所述锥齿摩擦体(5 )设置在杆体(8 )的尾部， 通过所述内螺母(4 )与所述杆体(8 )尾部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体(8 )尾部。上述技术方案可以进一步的改进为所述锥齿摩擦体(5 )设置在杆体(8 )的头部， 通过所述内螺母(4)与所述杆体(8)头部进行螺纹连接，或直接加工在所述杆体(8)头部。本发明的有益效果在于能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过 程中可吸收围岩的变形能，从而保证其支护效果。
图1为本发明的结构示意图一。图2为本发明的结构示意图二。图3为a-a剖面图。图4为b_b剖面图。图5为c-c剖面图。图6为d-d剖面图。图7为锥齿摩擦体的横剖面图与轴测图。图8为本发明优选实施例的结构示意图。图9为本发明优选实施例的结构示意图。1-尾部密封塞 2-外螺母3-垫板4-内螺母 5-锥齿摩擦体 6-摩擦套筒 7-头部密封塞 8-杆体
9-阻挡块预留孔 31-垫板预留孔51-锥齿61-摩擦套筒尾部螺纹
62-套筒摩擦槽 63-阻挡块 81-杆体尾部螺纹
具体实施例方式
4
下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示，本发明包括外螺母2、内螺母4、垫板3、锥齿摩擦体5、摩擦套筒6、杆 体8等。垫板3和外螺母2依次连接在摩擦套筒6的尾部，其中垫板3的中间部分设一预 留孔31，以供摩擦套筒6穿过，外螺母2通过螺纹61连接于摩擦套筒6，摩擦套筒6的长度 范围为10cnTl50Cm，可根据围岩的允许位移大小确定。为了实现本发明的大变形性能，摩擦套筒6的内表面设有套筒摩擦槽62，套筒摩 擦槽62沿水平剖面呈双三角形、双矩形或双梯形(图3中为双梯形)，按断面均勻布置，每 断面设2、个(图4、图5中为4个)，沿摩擦套筒6的轴向间距为5 30cm，套筒摩擦槽62 横断面的最小垂直净距小于锥齿51齿尖的宽度，以保证两者在发生相对位移时能相互作用。杆体8上设有锥齿摩擦体5，优选设置在杆体8的尾部，亦可设置在杆体8的其它 位置，锥齿摩擦体5长度大于套筒摩擦槽62沿摩擦套筒6布置的纵向间距，从而实现套筒 摩擦槽62对锥齿摩擦体5阻挡力的连续性。锥齿摩擦体5可通过内螺母4套装在杆体8 尾部，此时杆体8尾部外表面设有与内螺母4匹配的螺纹81 ；锥齿摩擦体5也可直接加工 在杆体8的尾部而省去内螺母4和螺纹81。锥齿摩擦体5的表面设锥齿51，锥齿51横断 面呈梯形或其它形状(图7中为梯形)，沿锥齿摩擦体5周边均勻布置，其数量与单个断面 的套筒摩擦槽62相等(图4、图5、图7中为4个)，锥齿51与锥齿摩擦体5等长。锥齿51齿尖的宽度大于套筒摩擦槽62横断面的最小垂直净距，根据本发明的受 力情况，可通过调整套筒摩擦槽62的宽度来改变其垂直净距。当要求锚杆承载力较大时， 减小套筒摩擦槽62的垂直净距；当要求锚杆承载力较小时，增大套筒摩擦槽62的垂直净 距；通过套筒摩擦槽62垂直净距的调整来适应不同的围岩压力。当本发明受到的轴向拉力小于套筒摩擦槽62对锥齿摩擦体5的阻挡力时，摩擦套 筒6和锥齿摩擦体5、杆体8处于相对静止状态；当本发明受到的轴向拉力大于套筒摩擦槽 62对锥齿摩擦体5的阻挡力时，摩擦套筒6和锥齿摩擦体5、杆体8之间将发生相对位移。 随着位移的增大，套筒摩擦槽62首先发生侧向弹性变形，进而产生一定程度的塑性破坏。 同时围岩的变形逐渐增大，围岩压力通常会逐渐减小，当轴向拉力减小至套筒摩擦槽62与 锥齿摩擦体5之间的摩擦力时，摩擦套筒6和锥齿摩擦体5之间将不再发生相对位移而处 于静止状态。当锥齿摩擦体5即将滑离一套筒摩擦槽62断面时，将会与下一组套筒摩擦槽 62相接触，从而实现阻挡力的连续性。锥齿摩擦体5可以设置在杆体8的尾部，也可以设置 在杆体8的其他位置。为了限制围岩的最大变形，使其不超过摩擦套筒6的长度，在摩擦套筒6头部的内 表面设阻挡块63，阻挡块63的中心设预留孔9，中心设预留孔9的直径略大于杆体8的直 径，从而保证锥齿摩擦体5不脱离摩擦套筒6。当锥齿摩擦体5与阻挡块63接触时，本发明 将不再伸长，拉拔力上升直至杆体8的强度极限。为防止岩土体及水分进入摩擦套筒6内部而导致内部结构发生锈蚀、破坏，在摩 擦套筒6的两端分别设尾部密封塞1和头部密封塞7，从而保证摩擦套筒6内部处于密闭状 态。摩擦套筒6可以布置在杆体8尾部，也可以布置在杆体8的其它位置，例如可布置 在杆体8的头部即锚固端，在此情况下，摩擦套筒6被固定在稳定围岩中，锥齿摩擦体5连接在杆体8的头部，垫板3连接在杆体8的尾部，随着杆体8轴向拉力的增大，杆体8向临 空面发生位移。同时，套筒摩擦槽62与锥齿摩擦体5相互作用，既实现了大变形，也保证了 支护效果。图2所示为本发明的结构示意图二，与结构示意图一仅有少许区别。锥齿摩擦体 5直接加工在杆体8的尾部，相当于固接，此时不需内螺母4和螺纹81。图3所示为a-a剖面图。每个套筒摩擦槽62由两个摩擦齿组成，套筒摩擦槽62 沿水平剖面呈双梯形，也可呈双三角形或双矩形，沿摩擦套筒6的轴向间距为5 30cm，锥齿 摩擦体5的长度大于套筒摩擦槽62沿摩擦套筒6的轴向间距。图4所示为b-b剖面图。随着锥齿摩擦体5与套筒摩擦槽62相对位移的增大，锥 齿51与套筒摩擦槽62发生了相互作用，套筒摩擦槽62对锥齿摩擦体5产生了阻挡力。图5所示为c-c剖面图。当锥齿摩擦体5向套筒摩擦槽62移动时，锥齿51起初 不与套筒摩擦槽62接触，易于锥齿51滑入套筒摩擦槽62内。图6所示为d-d剖面图。阻挡块63固定在摩擦套筒6的内侧，横断面呈圆环形， 阻挡块63中心设预留孔9，中心设预留孔9的直径略大于杆体8的直径。图7所示为锥齿摩擦体5的横剖面图与轴测图。锥齿摩擦体5横断面呈蝴蝶形， 锥齿51横断面呈梯形，也可呈其它形状。锥齿51数量为2、个，图7中为4个，锥齿51与 锥齿摩擦体5等长。图8、图9所示为本发明的另外两种优选实施例的结构示意图。即外螺母2和垫 板3依次套装在杆体8的尾部，锥齿摩擦体5直接加工在杆体8的头部，相当于固接；以及 锥齿摩擦体5可通过内螺母4套装在杆体8头部，此时杆体8头部外表面设有与内螺母4 匹配的螺纹81。本发明在与围岩相互作用时，既控制围岩变形，又允许围岩变形，随着围岩的变 形，本发明自动拉伸且对围岩提供持续的支护力，从而实现岩土体的稳定，消除了冒顶、塌 方、岩爆等安全隐患。本发明通过摩擦套筒6与锥齿摩擦体5的相互作用，对大变形围岩提供持久的支 护力，可适用于建筑、水利、矿业、公路、铁路等部门。本发明结构简单，制作方便，造价低廉。
权利要求
1. 一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，包括外螺母(2)、垫板(3)、锥齿摩擦体(5)、摩擦 套筒(6)、杆体(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的内壁上沿纵向设有多个套筒摩擦槽 (62 )，杆体(8 )上设有锥齿摩擦体(5 )。
2.根据权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述外螺母 (2)和垫板(3)依次套装在摩擦套筒(6)的尾部。
3.根据权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述外螺母 (2)和垫板(3)依次套装在杆体(8)的尾部。
4.根据权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述锥齿摩 擦体(5)横断面呈蝴蝶形，长度大于套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)布置的纵向间距， 所述锥齿摩擦体(5)表面设锥齿(51 )，所述锥齿(51)断面呈梯形或其它形状，沿锥齿摩擦 体(5)周长均勻布置，其数量与单个断面的套筒摩擦槽(62)相等；所述套筒摩擦槽(62)按断面均勻布置，每断面设2、个，套筒摩擦槽(62)横断面的最 小垂直净距小于锥齿(51)齿尖的宽度。
5.根据权利要求4所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述套筒摩 擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)沿水平剖面呈双三角形、双矩形或双梯形。
6.如权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述摩擦套筒 (6 )的一端设置尾部密封塞(1)，另一端设置头部密封塞(7 )。
7.如权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于垫板(3)呈碟 形或平面形状。
8.根据权利要求1所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于还包括一阻 挡块(63)，所述阻挡块(63)为环形，布置在所述摩擦套筒(6)的内表面，所述阻挡块(63)的 内径略大于杆体(8)的直径。
9.根据权利要求2所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述锥齿摩 擦体(5)设置在杆体(8)的尾部，通过所述内螺母(4)与所述杆体(8)尾部进行螺纹连接， 或直接加工在所述杆体(8 )尾部。
10.根据权利要求3所述的一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，其特征在于所述锥齿 摩擦体(5)设置在杆体(8)的头部，通过所述内螺母(4)与所述杆体(8)头部进行螺纹连接， 或直接加工在所述杆体(8)头部。
全文摘要
本发明于岩土工程锚固领域，涉及一种大变形岩土体的支护结构，尤其涉及一种锚杆。本发明一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆，包括外螺母(2)、垫板(3)、锥齿摩擦体(5)、摩擦套筒(6)、杆体(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的内壁上沿纵向设有多个套筒摩擦槽(62)，杆体(8)上设有锥齿摩擦体(5)。本发明的有益效果在于能够自动适应围岩的大变形而自动延伸，同时在变形过程中可吸收围岩的变形能，从而保证其支护效果。
文档编号E21D21/00GK102086770SQ20111006130
公开日2011年6月8日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者吴顺川, 白哲, 高永涛 申请人:北京科技大学