专利名称：动静组合智能预警锚杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硬脆围岩洞室的支护及实时监测预警设备，特别是涉及一种防治围岩动力灾害的具有预警功能的动静组合锚杆，属于岩土工程锚固领域。
背景技术：
围岩动力灾害是深部作业环境的地下岩体工程中复杂安全问题，是处于高地应力环境中结构完整的硬脆性围岩开挖卸荷后在某些因素诱发下的动力失稳破坏，具有围岩突然、猛烈地向开挖空间弹射、抛掷、喷出以及洞壁片状剥落的动力学特征，具有滞后性、延续性、突发性、猛烈性及危害性等特点，严重地威胁着地下结构、人员和设备的安全。岩爆、矿山冲击地压等围岩动力灾害随开采深度的增加而日益严重。对围岩动力灾害的超前预警及防治才能确保深部矿产资源安全开采和隧道等地下工程的建设进程。硬脆围岩洞室发生岩爆等围岩动力灾害时的动应力很大，一般会达到·或超过支护构件的屈服强度，如果支护系统没有让压和屈服性质，就不可避免发生破坏。同时，硬脆围岩本身坚硬致密的特点，导致其破坏的原因涉及岩石动力学与岩石静力学两方面的范畴。锚杆能有效调控围岩的自承载能力，因此硬脆围岩支护系统亦采用可伸长锚杆提供一定变形以容纳围岩动力破坏引起的强制大变形。在应对岩爆、冲击地压等围岩动力灾害方面提出了些抗岩爆的可伸长锚杆，专利号201020684957. X公开了一种水胀式弹性抗岩爆锚杆，但水胀式锚杆承载能力低，较高地应力时不适用，同时刚性弹簧仅是对巷道表面延展的改进，在全长锚固下的变形能力是很弱的。专利号201110332493. 5公开了一种焊接式动静组合锚杆，该锚杆能适应硬脆围岩静、动力学破坏特点，但结构功能单一，仅具有让压支护功能，而不具备超前预警功能。岩爆、冲击地压等围岩动力灾害的预测预警就是确定灾害可能发生的区域地点、时间及危险程度等信息。围岩动力灾害超前预测常采用现场实测法，主要有钻屑法、电磁辐射法、声发射、微震波预测法等。钻屑法突出缺点是实施过程中操作人员的危险性、因人而异的操作误差和不能连续监测，从而导致有用信息遗漏而出现漏报。采用声发射(微震)监测方法，需要布置钻孔安装监测探头，会对围岩产生进一步的损伤和影响，安装监测过程相对繁琐复杂而且费用高，传感器要与围岩很好耦合，对整个安装质量的要求较高，爆破和机械设备对其监测结果也存在干扰。以上两种方法无法实现对围岩岩爆的无损实时监测预警。为此专利号01272808. X公开了一种煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，可实现了无损(非接触)、定位监测，但由于有些矿井的地下水、电磁环境的复杂性，对监测结果有较大的影响，使监测结果出现较大误差。专利号201110109285. 9公开了一种无损实时磁监测预报深部围岩岩爆的方法，但该方法缺少理论及试验研究的情况下其预测的准确性是难以令人信服的。因此，在围岩动力灾害监测和防治领域急需一种能够实现连续、可靠支护、安全监测、预警的监测方法和装置
发明内容
为解决以上问题，本发明所要解决的问题是提供一种能对围岩动力灾害实现监测预警并能适应硬脆围岩静、动态破坏特点具有让压支护的智能锚杆。本发明的设计方案如下一种动静组合智能预警锚杆，由中空注浆杆体以及实心杆体通过套管套接而成，并在中空注浆杆体配有托盘和螺母，其中所述中空注浆杆体和所述实心杆体与孔壁围岩粘结锚固；所述套管包括大内径段和小内径段，不与孔壁围岩粘结；所述实心杆体段可穿过所述套管的大内径段，但部分杆身不能穿过所述套管的小内径段；所述套管布置在围岩内部破裂软化区和弹性区边界附近，在所述中空注浆杆体和所述实心杆体之间的套管内固定有位移感应器，所述位移感应器通过穿过所述中空注浆杆体的通讯线与锚孔外的智能预警装置相连接。其中所述位移感应器采用机械轮、超声波测距仪或者红外线测距仪都可以。采用以上设计方案，有效的提供了实现连续、可靠支护、安全监测、预警的监测，适合市场推广使用。
图I是本发明实施例I的动静组合智能预警锚杆示意图。图例说明I-中空注浆杆体2-套管3-实心杆体4-托盘
5-螺母6_外止衆塞7-内止浆塞8-挡板9-剪切核10-位移感应器11-通讯线12-单片机智能系统13-水泥砂浆14-树脂锚固剂15-巷道壁16-围岩破裂软化区17-围岩弹性区18-破裂软化区和弹性区边界
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本实施例提供的动静组合智能预警锚杆，锚杆采用中空注浆杆体和表面设有剪切核的实心杆体通过套管连接制成，可适应较高地应力条件下硬脆围岩破坏特点，能抵御硬脆围洞室所受的静、动荷载作用，具有动静组合的让压支护功能；根据套管内杆体的让压变形特点，在套管内安装位移感应器，对杆体的移动情况进行监测，位移感应器与锚孔外的单片机智能系统相联，单片机智能系统自动对杆体位移大小进行分析并发出声光报警。实施例I :参见图I所示，硬脆围岩洞室在高地应力作用下，会形成破裂软化区16和弹性区17，破裂软化区的边界18可采用声波测试设备测定；根据测定的围岩破坏分区边界深度，按锚固设计规范选用高强度螺纹钢分别加工中空注浆杆体I和实心杆体3。中空注浆杆体I上设有出浆孔，其表面螺纹应便于套管2、螺母5、内止浆塞6和外止浆塞7的安装，托盘4和外止浆塞6留有排气通道。实心杆体3—端为搅拌翼，另一端与套管套接，该套接端杆体设有直径稍大的柱形阻挡块并在表面设有一定数量的三组剪切核9。加工出一小一大两种内径的圆环形套管2，套管2的小内径与实心杆体3的外径相匹配，套管2的大内径与实心杆体的柱形阻挡块的外径相匹配，套管2轴向长度按围岩适宜的变形量、中空注浆杆体I的螺纹长度及位移感应器10的尺寸确定。位移感应器10固定在中空注浆杆体I和 实心杆体3之间的套管内，通讯线11穿过中空注浆杆体I的中空管与锚孔外的单片机智能系统12相连接。安装步骤如下首先，根据锚孔孔径和实心杆体3的外径选择合适直径和长度的树脂锚固剂用于实心杆体3杆头的锚固，实心杆体3杆头设有搅拌翼用于钻进时搅拌树脂锚固剂，为避免套管2被锚固粘结，实心杆体3设有挡板8，该挡板同时可用于控制实心杆体3的锚固长度。当实心杆体3牢靠锚固于孔壁后，开始紧固托盘4和螺母5对锚杆进行预紧。对中空注浆杆体I注浆，水泥砂浆由出浆孔注入，内止浆塞7可避免套管2被粘结，随着浆液的注满杆尾，孔内空气可由排气通道排出，直至充满到外止浆塞6，这样杆尾将被水泥砂浆锚固粘结；拉好通讯线11，将单片机智能系统12固定于洞室壁面。至此，完成锚杆的整体安装。工作原理如下受地应力作用，洞室围岩向内变形使锚杆处于拉拔状态，实心杆体3有被拉出套管2的趋势，第一组剪切核9处于压剪状态，当套管2小径段形成的剪切阻力大于第一组剪切核9的剪切强度时，第一组剪切核9被剪断，实心杆体3被拉出与第一组剪切核9和第二组剪切核9间距相应的长度，并向套管外方向滑动，表现出让压能力，此时第二组剪切核9处于压剪状态。这时，位移感应器10能监测到实心杆体3的第一次移动长度，单片机智能系统12接收位移感应器10发出的信号后，将以报警声和发光的形式发出一级预警。类似的，当第二组剪切核9剪断后，位移感应器10能监测到实心杆体3的第二次移动长度，单片机智能系统12发出二级预警；直至第三组剪切核9剪断后，单片机智能系统12发出三级预警，提示围岩动力灾害即将到来，可要求人员临时撤离避险。此时，柱形阻挡块将阻止实心杆体3向套管2外滑动，锚杆不再让压，表现出与普通螺纹钢锚杆相应的高承载能力，有效的抵御围岩动力灾害的破坏，为人员安全撤离争取时间。本发明是一种动静组合智能预警锚杆，该锚杆能适应较高地应力条件下硬脆围岩静、动态破坏特点，不仅具有抵御硬脆围洞室所受的静、动荷载作用的让压支护功能，而且具有监测和超前预警功能，可实现对硬脆围岩动力灾害的有效防治。以上实施例只是本发明一较好实施例，但并非本发明内容的全部，一切在本发明精神范围内所做的等同变换和更改，都将在本发明保护范围以内。
权利要求
1.一种动静组合智能预警锚杆，由中空注浆杆体(I)和实心杆体(3)通过套管(2)套接而成，并在中空注浆杆体(I)配有托盘(4)和螺母(5)，其中所述中空注浆杆体(I)和所述实心杆体(3)与孔壁围岩粘结锚固；所述套管(2)包括大内径段和小内径段，不与孔壁围岩粘结；所述实心杆体段(3)可穿过所述套管(2)的大内径段，但部分杆身不能穿过所述套管(2)的小内径段；所述套管(2)布置在围岩内部破裂软化区(16)和弹性区(17)边界附近，其特征在于在所述中空注浆杆体(I)和所述实心杆体(3)之间的套管内固定有位移感应器(10)，所述位移感应器(10)通过穿过所述中空注浆杆体(I)的通讯线(11)与锚孔外的智能预警装置(12)相连接。
2.根据权利要求I所述的动静组合智能预警锚杆，其特征在于所述位移感应器(10)为机械轮。
3.根据权利要求I所述的动静组合智能预警锚杆，其特征在于所述位移感应器(10)为超声波测距仪。
4.根据权利要求I所述的动静组合智能预警锚杆，其特征在于所述位移感应器(10)为红外线测距仪。
全文摘要
本发明涉及一种动静组合智能预警锚杆，由中空注浆杆体(1)和实心杆体(3)通过套管(2)套接而成，并与孔壁围岩粘结锚固，套管(2)包不与孔壁围岩粘结，实心杆体段(3)可穿过所述套管(2)的大内径段，但部分杆身不能穿过所述套管(2)的小内径段，套管内固定有位移感应器(10)，位移感应器(10)通过穿过所述中空注浆杆体(1)的通讯线(11)与锚孔外的智能预警装置(12)相连接，所述位移感应器(10)可为机械轮、超声波测距仪或者红外线测距仪等。本发明在原有动静组合锚杆的基础上还加了智能测量和预警功能，能够实现在围岩动力灾害监测和防治领域中的连续、可靠支护、安全监测和预警，适合市场推广使用。
文档编号E21F17/18GK102877870SQ20121039657
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者王斌, 赵伏军, 李夕兵, 杨长飞, 刘加柱, 王业顺, 覃左栋 申请人:湖南科技大学