拉削式抗岩爆锚杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程锚固支护领域，特别是涉及岩爆防治领域。具体地指一种适用于有岩爆威胁的围岩支护中，对有效防治岩爆造成的损害具有现实意义的拉削式抗岩爆销杆。
【背景技术】
[0002]岩爆是在高地应力条件下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现象，时常造成地下工程的灾害性破坏，随着开采加深，岩爆加剧并频发是岩石力学与工程界共同认可的一个重大工程灾害。岩爆控制技术研究是最终目的，即针对岩爆发生的可能性与强弱程度以及其对工程的影响提出防治措施，消除或降低岩爆对采掘面工作人员和设备等可能造成的危害。
[0003]岩爆控制是世界性难题，近些年，随着人们对能量吸收锚杆和能量吸收支护理念的深入了解，能量吸收锚杆需求在全球不断扩大，各种类型的能量吸收锚杆已经在市场上出现，如Garford销杆、Durabar销杆、Yielding Secura销杆和Roofex销杆等。其中，澳大利亚Atlas Copco公司生产的Roofex销杆是商业化程度较高和使用范围较广的吸能销杆。但是，由于这些锚杆主要通过改变杆体材料属性或者通过点状摩擦结构来实现可延伸特性，锚杆的阻力和最大变形量远不能适应深部硬脆性围岩开挖卸荷后的大变形破坏。岩爆发生的瞬间释放的巨大能量和围岩的大变形，导致锚杆被拉断，从而失去功效。
[0004]公布号为CN 201857612 U，名称为“一种延-弹性抗岩爆锚杆”的中国实用新型专利申请公开了一种抗岩爆锚杆。改进了传统的锚杆形式和结构，把杆体自由段的一部分设计为波形，使杆体受拉后可伸长，并增加了一个消耗岩爆动能并提供锚固力的刚性弹簧。公布号为CN 201981537 U，名称为“水胀式弹性抗岩爆锚杆”的中国实用新型专利申请公开了一种抗岩爆锚杆。该锚杆在水胀式锚杆的基础上，在锚杆的外端部增加了一个刚性弹簧装置，以解决岩爆时表层层裂化破碎围岩的弹射现象。但是，以上两种锚杆由于弹簧外露侵占巷道断面净空，有限的弹簧长度和锚杆伸长量限制了锚杆的阻力和最大变形量。
[0005]公布号为CN101858225A和CN102296604A，名称分别为“恒阻大变形锚杆”、“恒阻大变形缆索及其恒阻装置”的中国发明专利申请公开了基于负泊松比效应的恒阻大变形锚杆、缆索。具有负泊松比效应的结构需要特殊制作。
[0006]公布号为CN104100286A，名称为“一种恒阻大变形锚杆/锚索及其设计方法”的中国发明专利申请公开了一种切削套管式让压锚杆，其杆/索体是阶梯轴式结构体，包括大外径段和小外径段，套管套在大外径段外，环状刀具穿接在小外径段外部。杆/索体与套管产生轴向的相对位移时，通过刀具与套管小内径段的相互剪切作用实现变形让压能力。该产品主要缺陷是:刀具连续切削锚杆/锚索主体的大外径段时会产生切肩，切肩可能会影响阻力平衡分布，甚至无法拉拔。
【发明内容】
[0007]本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、安全、易加工制作、能瞬间产生大变形、能够提供持续恒定的变形阻力、抗强冲击能力强、可靠性高的拉削式抗岩爆锚杆，能有效快速吸收硬岩岩爆发生过程的能量。
[0008]为实现上述目的，本发明所设计的拉削式抗岩爆锚杆，包括观测标杆锚固螺母和抗岩爆装置，其特殊之处在于:所述抗岩爆装置包括套管和拉削体，所述套管外壁左端与锚固螺母连接，所述套管右端头连接有止水螺母，所述套管内，从左至右依次为螺纹段、锥形拉刀置放段、容削导向段，所述螺纹段连接有封闭螺栓，所述容削导向段设置有径向的容肩槽和导向槽；所述拉削体包括左端穿置于套管内的刀杆，所述刀杆左端外壁上沿周向分布有拉刀和与导向键，所述拉刀与容肩槽对应，所述导向键与导向槽对应，所述观测标杆一端穿过封闭螺栓连接在刀杆上。
[0009]进一步地，所述套管外壁上还连接有托盘，所述托盘位于锚固螺母右端，开口背向锚固螺母。安装时，托盘开口面与岩石表面接触，围岩变形时载荷通过托盘传递到锚杆杆体，充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。
[0010]更进一步地，所述封闭螺栓内设置有封闭螺栓止水橡胶环。进一步防止渗水通过观测标杆进入腐蚀套管。
[0011]再进一步地，所述止水螺母与套管连接处设置有止水胶环。进一步防止渗水进入腐蚀套管。
[0012]再进一步地，所述容肩槽个数设置为偶数，两两沿套杆中心对称分布。
[0013]再进一步地，所述导向槽设置有I个，使导向键在向槽内滑动，保持拉削体不发生旋转。
[0014]再进一步地，所述拉刀为键槽式拉刀。
[0015]再进一步地，所述导向键为右端磨圆的长方体结构，方便随拉刀的作用向右滑动。
[0016]本发明的有益效果在于:锚杆结构主要包括锚固螺母、套管和拉削体三部分，结构简单；拉削体与套管产生轴向的相对位移时，拉刀连续行进式均匀切削套管内壁，能够提供持续恒定的变形阻力；岩爆使锚杆产生的拉力大于设计的恒定阻力时，拉刀快速切削套管，能瞬间产生大变形，迅速让压，从而有效吸收岩爆岩块的弹射能量。
【附图说明】
[0017]图1为本发明拉削式抗岩爆锚杆剖面结构示意图。
[0018]图2是图1中套管剖面示意图。
[0019]图3是图1中拉削体剖面示意图。
[0020]图4是图2的A-A’剖面示意图。
[0021]图5是图3的B-B’剖面示意图。
[0022]图6是拉刀纵断面示意图。
[0023]图中:观测标杆1、锚固螺母2，抗岩爆装置3，包括套管4，螺纹段4.1、锥形拉刀置放段4.2，容削导向段4.3，容肩槽4.31，导向槽4.32，被切削部分4.4，拉削体5，刀杆5.1，拉刀5.2，刃齿5.21，分肩槽5.22，齿升量5.23，切削齿后角5.24，刃带5.25，切削齿前角
5.26，导向键5.3，止水螺母6，止水胶环6.1，封闭螺栓7，封闭螺栓止水橡胶环7.1，托盘8。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0025]如图所示的拉削式抗岩爆锚杆，包括观测标杆1、锚固螺母2和抗岩爆装置3，其中，抗岩爆装置3包括套管4和拉削体5，套管4外壁左端与锚固螺母2连接，套管4右端头通过螺纹连接有止水螺母6，止水螺母6与套管4连接处设置有止水胶环6.1，以免渗进入套管4腐蚀套管4。套管4内，从左至右依次为螺纹段4.1、锥形拉刀置放段4.2、容削导向段4.3，所述螺纹段4.1连接有封闭螺栓7，封闭螺栓7上中心预留圆孔，便于观测标杆I穿过，圆孔中设置封闭螺栓止水橡胶环7.1，以免渗水通过圆孔腐蚀套管，容削导向段4.3设置有径向的容肩槽4.31和导向槽4.32，容肩槽4.31个数设置为偶数，两两沿套杆4中心对称分布，本发明中容削槽4.31设置有4个；拉削体5包括左端穿置于套管内的刀杆5.1，刀杆5.1左端外壁上沿周向分布有拉刀5.2和与导向键5.3，拉刀5.2与容肩槽4.31对应，导向键5.3与导向槽4.32对应，导向键5.3为右端磨圆的长方体结构，观测标杆I 一端穿过封闭螺栓7的圆孔连接在刀杆5.1上。为了充分发挥锚杆控制围岩变形的作用，套管4外壁上还连接有托盘8，托盘8位于锚固螺母2右端，开口背向锚固螺母2，开口端与围岩表面接触。
[0026]其中，拉刀5.2、导向键5.3和刀杆5.1静联接；拉刀5.2的强度大于套管4的强度，以使拉削体5在套管4内移动时，拉刀5.2形状不变而套管4被切削部分4.4发生塑性变形；容肩槽4.31可在切削过程中容纳切肩；导向键5.3在切削过程中，在导向槽4.32内滑动，保持拉削体5不发生旋转；观测标杆I与刀杆5.1静联接，与刀杆5.1同步移动，可测得套管4与刀杆5.1相对位移量，对岩爆活动性全过程进行监测和预警，观测标杆I可采用柔性材料加工；
[0027]拉刀5.2刀头与套管4内壁紧接，拉刀5.2行进式切削套管4内壁的方式提供连续、恒定的阻力。当作用于拉削体5的拉力小于设计恒定的阻力时，拉削体5与套管4不产生相对位移。当作用于拉削体5的拉力大于设计恒定的阻力时，拉削体5与套管4产生轴向的相对位移，拉刀5.2自套管4左端起连续行进式均匀切削套管4内壁，由