一种四维支护大变形锚杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大变形锚杆，具体是一种适用于岩土工程、煤矿井下、隧道工程等使用锚杆支护的四维支护大变形锚杆，属于围岩支护技术领域。
【背景技术】
[0002]由于巷道周围不同深度岩体的自身特性及所处应力环境的不同，受地质周期运动、地下水压等因素影响，围岩容易产生不协调变形，为防止因围岩变形致使锚杆松动或断裂进而导致支护失效、坍塌引发事故，通常需要在巷道中设置支护设备。
[0003]深部巷道或深埋隧道围岩潜在变形能很大，特别是针对煤矿开采，随着开采深度的增加，深部采场、巷道和硐室的围岩呈现出应力高、温度高、地下水水压高、扰动强度高、冲击危险高、蠕变明显、变形大等特点，仅仅依靠普通或支架本身的支护能力，很难控制围岩的剧烈变形，造成巷道和硐室支护困难。
[0004]目前，高应力区域的巷道和硐室支护主要采用锚网索支护，即在围岩上打锚索孔，将多股钢绞线绕成一股锚索，锚索尾部套设护孔碗锁，锚索与护孔碗锁伸入锚索孔内，锚索前部与岩层锚固，锚索尾部拆散成多股钢绞线，钢绞线弯曲从护孔碗锁伸出向各方向延伸绑缚在围岩壁上，围岩上密布锚索的钢绞线相互连接，形成锚网索对围岩进行支护。
[0005]这种现有的锚网索支护还存在以下缺陷:
1、锚索前部与岩层直接锚固，在围岩变形向巷道内方向挤压的过程中，锚索不具有让压功能，承受轴向拉力，当围岩变形过大，锚索会因受力过大断裂，这片区域就会存在安全隐患；
2、钢绞线需要紧贴围岩才能给围岩足够的预紧力，现有技术中钢绞线与锚索是一体结构，钢绞线必须弯曲才能与围岩接触，由于钢绞线韧性不足，钢绞线弯曲角度只能限制在55°以下，造成钢绞线与围岩贴合不紧密，降低锚索对围岩的预紧力，当钢绞线弯曲角度超过55°时，一旦围岩变形，钢绞线受力就极易断裂；
3、钢绞线由锚索尾部拆散而成，锚索直径有限，因此一股锚索至多拆散的钢绞线数量为8根左右，限制了钢绞线数量，也就限制了锚网索的支护密度，影响整体支护质量。
[0006]4、采用锚索的锚网索支护，成本较大。
【发明内容】
[0007]针对上述问题，本发明提供一种四维支护大变形锚杆，成本较小，可以实现在围岩变形过大时避免因受力过大断裂造成支护失效的现象，且钢绞线能够与围岩紧密贴合、不易断裂，钢绞线数量能够自由设置，提高锚网索的整体支护质量。
[0008]为实现上述目的，本四维支护大变形锚杆包括锚杆、恒阻让压机构、锚杆托盘、锚杆锁具、钢绞线连接座和钢绞线；
所述的锚杆的前端穿入恒阻让压机构内，恒阻让压机构内孔与锚杆尺寸配合；
所述的锚杆托盘呈喇叭型套结构，其小口端嵌入巷道围岩内并套装在锚杆的后部、且小口端顶部设有定位台阶，大口端前端顶靠在巷道围岩的外岩壁上，锚杆托盘大口端与小口端内壁之间设有圆弧形过渡段；
所述的锚杆锁具套装在锚杆的后部、顶靠在锚杆托盘的小口端顶部的定位台阶上； 所述的钢绞线连接座与锚杆的后端连接，多股钢绞线通过钢绞线连接座与锚杆连接。
[0009]作为本发明的优选方案，所述的恒阻让压机构内部设置有具有负泊松比的异形环结构。
[0010]作为本发明的优选方案，所述的锚杆锁具包括锚环和夹片，锚环是环形结构，其中间的通孔为锥形孔，其外径尺寸小于锚杆托盘定位台阶的外形尺寸；夹片设置为多片，其外壁弧度尺寸与锚环的锥形孔的锥度配合、内壁弧度尺寸与锚杆的外径尺寸配合，夹片设置在锚环的锥形孔内壁与锚杆杆体之间。
[0011]作为本发明的进一步改进方案，所述的夹片后端与钢绞线连接座前端面之间设置弹簧，弹簧内圈内径尺寸与锚杆后端的外径尺寸配合，内圈外径尺寸与锚环锥形孔的大孔直径尺寸配合。
[0012]作为本发明的进一步改进方案，所述的钢绞线连接座与锚杆的后端通过螺纹连接，钢绞线连接座的前部设有凹形容纳腔、后部设有轴向铰接机构，所述的弹簧设置在凹形容纳腔内，凹形容纳腔的前后深度尺寸大于弹簧完全压缩后的前后长度尺寸；所述的钢绞线的一端与轴向铰接机构固定连接。
[0013]作为本发明的进一步改进方案，所述的锚杆是多段式结构，通过连接机构互相连接。
[0014]作为本发明的进一步改进方案，所述的锚杆前端设有外螺纹结构，所述的恒阻让压机构内孔的异形环结构上还设有与锚杆前端的外螺纹结构配合的内螺纹结构。
[0015]作为本发明的进一步改进方案，所述的锚杆后端部中心设置有用于无损检测仪的传感器。
[0016]作为本发明的进一步改进方案，所述的钢绞线连接座上设置用于无损检测仪的传感器。
[0017]与现有技术相比，本四维支护大变形锚杆由于设置有呈喇叭型套结构的锚杆托盘，锚杆托盘小口端嵌入巷道围岩内，大口端前端顶靠在巷道围岩的岩壁上，且大口端与小口端内壁之间设有圆弧形过渡段，因此钢绞线在朝不同方向与相邻的其他锚杆的钢绞线通过恒压锁具连接实现四维支护时，钢绞线可通过压靠在锚杆托盘的圆弧形过渡段上实现与围岩最大限度紧密贴合，避免了钢绞线因弯曲角过大易断裂的问题；由于设置有恒阻让压机构，因此在锚杆会受到过大的轴向拉力而在恒阻让压机构内轴向外移，通过恒阻让压机构的让压作用，当达到新的平衡点时，锚杆停止外移，同时其预紧力保持不变，避免锚杆因受力过大断裂造成安全隐患；由于多股钢绞线通过钢绞线连接座与锚杆连接，钢绞线的数量设置与钢绞线连接座的面积有关，钢绞线连接座可根据需要设置，不受其他条件约束，可以根据需要加大锚网索支护密度，提高支护质量；由于采用锚杆代替锚索支护，因此实现生产成本大幅度降低。
【附图说明】
[0018]图1是本发明正常支护时的结构示意图； 图2是本发明的恒阻让压机构让压后的结构示意图。
[0019]图中:1、销杆，11、连接机构，2、恒阻让压机构，3、销杆托盘，4、销杆锁具，41、销环，42、夹片，5、钢绞线连接座，51、弹簧，52、凹形容纳腔，53、轴向铰接机构，6、钢绞线，7、巷道围岩，8、锚固剂。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0021]如图1、图2所示，本四维支护大变形锚杆包括锚杆1、恒阻让压机构2、锚杆托盘
3、锚杆锁具4、钢绞线连接座5和钢绞线6 (以下描述以锚杆I插入锚杆安装孔的一端为前方)。
[0022]所述的锚杆I的前端穿入恒阻让压机构2内，恒阻让压机构2内孔与锚杆I尺寸配合。
[0023]所述的锚杆托盘3呈喇叭型套结构，其小口端嵌入巷道围岩7内并套装在锚杆I的后部、且小口端顶部设有定位台阶，大口端前端顶靠在巷道围岩7的外岩壁上，锚杆托盘3大口端与小口端内壁之间设有圆弧形过渡段。
[0024]所述的锚杆锁具4套装在锚杆I的后部、顶靠在锚杆托盘3的小口端顶部的定位台阶上。
[0025]所述的钢绞线连接座5与锚杆I的后端连接，多股钢绞线6通过钢绞线连接座5与销杆I连接。
[0026]本四维支护大变形锚杆在正常支护使用时，首先使用锚杆钻机在巷道围岩7上钻锚杆安装孔，并清理孔内残余的水与矿渣，铺网、上钢筋梁等护表工作完成后，先在锚杆安装孔中注入锚固剂8，然后将安装有设定好阻力值的恒阻让压机构2的锚杆I前端插入锚杆安装孔内，在锚杆I后端依次套入锚杆托盘3和锚杆锁具4，然后开动锚杆钻机带动搅拌器旋转，搅拌器带动锚杆I搅拌锚固剂8至规定时间，锚固剂8即均匀填充于岩缝内，推入锚杆托盘3和锚杆锁具4并使锚杆托盘3的小口端嵌入锚杆安装孔内，待锚固剂8达到凝固时间后，紧固锚杆锁具4实现给锚杆I施加预紧力，最后安装钢绞线连接座5和钢绞线6即可，钢绞线6可以朝不同方向与相邻的其他锚杆的钢绞线6通过恒压锁具连接实现四维支护，如图1、图2所示，钢绞线6压靠在锚杆托盘3的圆弧形过渡段上实现钢绞线与围岩紧密贴合。
[0027]当围岩变形过大时，巷道围岩7向外挤压，锚杆I会受到过大的轴向拉力而在恒阻让压机构2内轴向方向上有向外移动的趋势，当锚杆I受到的轴向拉力大于恒阻让压机构2设定的阻力值时，锚杆I在恒阻让压机构2内轴向滑动外移，当锚杆I受到的轴向拉力等于恒阻让压机构2设定的阻力值时，即达到新的平衡点时，锚杆I停止滑动外移，同时其预紧力保持不变，钢绞线6在恒压锁具的作用下保持不变的预紧力。
[0028]所述的恒阻让压机构2内孔可以采用凸起式结构与锚杆I配合，也可以采用具有负泊松比的异形环结构与锚杆I配合，或者采用其他方式的让压结构与锚杆I配合，由于采用第二种方案时当锚杆I受到围岩变形过大的轴向拉力在恒阻让压机构2内轴向外移时，恒阻让压机构2的径向尺寸会变大来抵抗轴向拉力，直至达到新的平衡点，即在让压后锚杆I的预紧力始终保持不变的前提下恒阻让压机构2膨胀，支护效果更好，因此优选第二种方案，即，作为