地下工程锚网耦合吸能支护系统

本发明涉及地下工程支护，尤其涉及一种地下工程锚网耦合吸能支护系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、由支护网、锚杆（或锚索）、托盘等部件组合构成的锚网支护体系是深部矿井巷道支护的主要形式，随着地下工程向深部发展，围岩支护面临高应力、强扰动、极软岩等挑战，深部巷道动力灾害频发，传统锚网支护体系各构件之间耦合性能较差，如支护网、锚杆（或锚索）常因变形受到托盘剪切作用破坏，未能有效发挥各部件的支护优势，导致支护体系失效。同时，支护构件的吸能性能需进一步提高，以应对深部工程中的动力灾害。因此，提高锚网支护耦合效果，改进地下工程支护体系至关重要。

3、传统的地下工程锚网支护体系主要存在以下不足：

4、①传统十字形焊接支护网具有较高刚度，围岩支护控制效果良好，但其变形效果较差，在围岩产生大变形时，焊接支护网往往因其变形能力较差而发生破断，从而导致围岩支护失效。

5、②传统菱形支护网具有较大变形能力，对巷道围岩大变形控制效果良好，但菱形网刚度较差，易形成网兜，导致顶板下沉超过允许支护范围，影响巷道空间的运输及通风安全问题。

6、③传统托盘结构功能单一，仅将锚杆预应力施加在支护网的小范围内，且托盘边界无倒角处理，当支护网、锚杆（或锚索）等支护构件产生较大变形后，易在接触托盘处产生剪切破坏，从而导致支护体系失效。

7、④传统托盘与支护网为线性接触，锚杆预应力通过托盘传递到支护网，再由支护网传递到围岩表面，而支护网与围岩也是线性接触，导致预应力只传递在围岩的很小范围之内，且易将围岩表面压碎，影响了锚杆（或锚索）预应力对围岩的控制作用。

8、⑤传统托盘尺寸较小，且钢筋网网孔较大，直接位于锚杆托盘下部的网丝数量较少，工程现场中，锚杆托盘网丝发生破断后，支护体系承载能力将迅速下降。

9、⑥传统托盘与锚杆（或锚索）耦合作用较差，地下工程中的应力往往较为复杂，锚杆（或锚索）受到拉、剪、扭等多种力的共同作用，锚杆（或锚索）易发生扭曲、弯折，锚杆（或锚索）与托盘接触点由于无法协同变形易产生应力集中，导致锚杆（或锚索）剪切破断。

10、⑦传统支护网网片之间的连结方式多为绑丝连结，绑丝连结导致支护网传力效果变差，且绑丝易发生断裂，使网片连结处成为支护体系的薄弱环节。

11、⑧传统锚网支护体系多从单一构件的强度、承载性能等方面考虑，对各构件联合支护能力，耦合支护效果考虑较少，无法发挥各支护构件本身的支护效能。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种地下工程锚网耦合吸能支护系统，能够提高各支护构件耦合效果，减少支护体系薄弱环节，最大程度发挥各构件的支护能力，吸能让压、控制变形，以更有效应对深部工程灾害。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种地下工程锚网耦合吸能支护系统，包括：

4、布设在支护网上的多个蝶形柔性连接节点，所述蝶形柔性连接节点包括设置在中心位置的可断式吸能结构，以及设置在可断式吸能结构外围的多个柔性吸能连接结构，每一个所述柔性吸能连接结构外侧套设有恒阻吸能单元，当蝶形柔性连接节点受压变形时，可断式吸能结构首先承压，可断式吸能结构受压断裂后，柔性吸能连接结构受压变形，并通过恒阻吸能单元让压吸能；

5、布设在支护网上的多个环型节点，所述环型节点设置在托盘安装处，锚杆或锚索穿过所述环型节点，并通过转动型耦合吸能装置进行固定，所述转动型耦合吸能装置用于吸收锚杆或锚索的预应力，并将锚杆或锚索的预应力直接传递至围岩表面；

6、和/或，所述环型节点设置在两片支护网重叠位置，通过嵌入式网片连接装置对两片支护网进行连接。

7、作为进一步的方案，所述恒阻吸能单元包括：套在柔性吸能连接结构外侧的阻力套管，所述阻力套管端部开口，所述开口内设有滑动塞体，滑动塞体底部设有连接件，柔性吸能连接结构的顶端与连接件连接；

8、可断式吸能结构受压断裂后，柔性吸能连接结构受压向阻力套管外部拉伸，带动滑动塞体自阻力套管端部向对端移动，实现恒定阻力让压吸能。

9、作为进一步的方案，所述连接件包括：相对设置的两个传力杆，两个传力杆的一端分别与滑动塞体的底部连接，另一端通过支撑杆连接在一起；两个传力杆之间还设有连接杆，柔性吸能连接结构的顶端与连接杆连接；

10、所述连接杆由第一连接单元和第二连接单元扣合在一起，所述第一连接单元和第二连接单元在失去两个传力杆的拉力时断开连接。

11、作为进一步的方案，还包括：让压吸能预警装置，所述让压吸能预警装置包括：

12、用于监测连接件对阻力套管底部压力的第一应力监测元件，当第一应力监测元件检测到连接件对阻力套管底部的压力达到设定的第一安全荷载时，触发报警；所述第一安全荷载具体为：fa=λ*f1，λ为支护网安全荷载系数，f1为支护网最大承载力。

13、作为进一步的方案，所述可断式吸能结构为十字形连接结构，所述十字形连接结构连接支护网十字交叉位置的四个连接端；相邻两个端之间连接一个柔性吸能连接结构；所述柔性吸能连接结构为弧形柔性钢片，钢片的两端分别连接十字形连接结构的两个端。

14、作为进一步的方案，所述嵌入式网片连接装置包括第一插块和第二插块，第一插块和第二插块能够分别插入环型节点内，并通过螺纹连接在一起。

15、作为进一步的方案，所述转动型耦合吸能装置包括：主体托盘、预应力传力套筒、让压调角结构和调角楔体；主体托盘靠近支护网的一侧设有与环型节点相适配的环型凹槽，环型节点能够嵌入所述环型凹槽内；主体托盘中心位置设置球形调角楔体，所述球形调角楔体能够在圆盘内转动；预应力传力套筒设置在主体托盘远离支护网的一侧，预应力传力套筒内设有承载台，承载台上设置平板传力盘，平板传力盘与主体托盘之间设置中空的让压调角结构；

16、主体托盘、让压调角结构、平板传力盘和球形调角楔体上均设有用于锚杆或锚索穿过的通孔。

17、作为进一步的方案，所述平板传力盘上表面设有与半球状预应力螺母相适配的弧形凹槽；所述平板传力盘中部预留大于锚杆或锚索直径的通孔，所述通孔呈设定角度倾斜设置，以适应锚杆或锚索受力后的扭转。

18、作为进一步的方案，所述主体托盘呈圆盘状，包括内圈部分和外圈部分，所述外圈部分以设定角度向外弯起，形成反弯结构，以贴合支护网；最外延做弧形结构，避免对支护网剪切破坏；所述内圈部分设有环型凹槽，支护网环型节点区域嵌入所述环型凹槽；所述内圈部分直接接触围岩表面，以将锚杆或锚索所施加的预应力直接传递在围岩上。

19、作为进一步的方案，还包括：耦合吸能预警装置，所述耦合吸能预警装置包括：

20、用于监测锚杆或锚索预应力的第二应力监测元件，当第二应力监测元件检测到的应力超过第二安全荷载时，触发报警；所述第二安全荷载设计具体为：fb=μ*f2，μ为安全荷载系数，f2为锚杆或锚索最大承载力。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、（1）本发明支护网上设有设定数量的蝶形柔性连接节点，蝶形柔性连接节点与恒阻吸能单元配合，蝶形节点变形时，带动阻力套管之中的滑动塞体在阻力套管中移动，通过阻力套管变形以及摩擦力实现蝶形节点的恒定阻力让压吸能；保证支护网在受到复杂围岩应力情况时，充分发挥变形能力，并保留支护网强度，起到柔性让压变形的效果。

23、（2）本发明支护网上设有设定数量的环型节点，通过嵌入式网片连接装置与环型节点的配合，将重叠位置的支护网进行连接，能够稳定连结两片支护网，以改善网片连结处易破断现象。

24、（3）本发明通过转动型耦合吸能装置与支护网、锚杆或锚索的耦合作用，充分发挥各支护构件的支护能力，通过托盘底部环型凹槽，将支护网环型节点的环型钢片区域嵌入，托盘内圈直接接触围岩表面，并增加托盘与支护网的接触面积及托盘下部网丝数量，将锚杆所施加的预应力直接传递在围岩上，避免通过支护网来传递预应力，预应力的传递由围岩与支护网的线接触，转变为围岩与托盘的面接触，同时提高了支护网在托盘处的抗剪切能力及抗滑移能力。

25、（4）本发明通过转动型耦合吸能装置，主体托盘外圈做反弯处理，保证托盘在围岩变形导致支护网变形扭曲时进一步贴合周边支护网，圆盘最外延做弧形结构，防止支护网变形扭曲后与托盘边沿挤压导致支护网剪切破坏，同时托盘结构内部调角楔体、让压调角结构及半球状螺母联动配合，保证锚杆或锚索在托盘内部贯通，避免因倾斜转动受到托盘结构的剪切应力。

26、（5）本发明通过支护网上设置的蝶形柔性连接节点，配合可断式吸能结构和恒阻吸能单元实现对支护网的让压吸能；通过环型节点和转动型耦合吸能装置的配合，实现对锚杆或锚索预应力吸收传递，可以将锚杆或锚索预应力直接传递至围岩表面；通过环型节点和嵌入式网片连接装置，保证两片支护网之间的稳定连接；各支护构件相互耦合、联合支护，组成地下工程锚网耦合吸能支护体系，能够充分发挥各支护构件能效，实现高效耦合吸能支护。

27、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。