專利名稱：膨脹錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土與礦山工程支護設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種膨脹錨桿。二、 背景技術(shù)在巖土、隧道以及煤炭等礦山開采過程中，錨桿支護是兼有支架和加固兩種作用的圍巖 控制技術(shù)，與框式支架相比使用錨桿支護工藝具有顯著的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的錨桿可分為全長錨固錨桿和端頭錨固錨桿。全長錨固錨桿所用材料均是剛性材料， 它與所錨固的巖層是通過各類粘結(jié)劑填充和粘接在一起的，這類錨桿主要存在如下缺點1、 施工安裝復(fù)雜，施工周期長；2、無法補償巖層的運動引起的錨孔變化，尤其不能很好地解決 軟巖和大變形巷道的支護問題；3、錨桿不易回收。端頭錨固錨桿(或錨索)是靠錨桿或錨索 的端部膨脹，將錨桿緊固在深部巖層上，對錨固巖層主要通過托板懸吊于堅硬的巖層上。端 頭錨固錨桿存在以下缺點1、錨桿的錨固作用力單一， 一旦脹緊力不夠便會滑脫，極易造成 錨桿錨固失效；2、錨桿無法回收。中國國家知識產(chǎn)權(quán)局2005年5月25閂公開一項名稱為"柔性注壓錨桿"申請?zhí)枮镃N 200310105525.3的發(fā)明專利申請；以及2005年11月2日授權(quán)的， 一項名稱為"柔性注壓錨 桿"專利號為ZL200320107130.2的實用新型專利，有效地解決了傳統(tǒng)錨桿存在的缺點。該技 術(shù)采用高彈性高分子材料(如橡膠、熱塑性彈性體)作為錨桿主體材料，將錨桿體做成中空 結(jié)構(gòu)，空心部分為注壓腔，其端部一端封閉， 一端緊密安裝注射單向閥，錨桿體用鋼絲或纖 維材料與高彈性高分子材料強化復(fù)合而成。該錨桿解決了傳統(tǒng)錨桿在支護軟、散巖土體時存 在的各種缺點，依靠桿體對錨孔的正壓力而產(chǎn)生的摩擦力、鑲嵌力提供全長錨固，錨固過程 中能自動補償巖土體位移引起的錨孔變化、而不會導(dǎo)致錨桿松動，錨固力可靠并易于調(diào)整和 補充，易于回收復(fù)用。用高彈性高分子材料制作的柔性錨桿體，雖然在錨固過程中具有能自動補償巖土體位移 引起的錨孔變化、而不會導(dǎo)致錨桿松動，錨固力可靠并易于調(diào)整和補充，易于回收復(fù)用的優(yōu) 點。但是，將柔性錨桿體直接置入堅硬的巖(土)石錨孔內(nèi)，經(jīng)受摩擦后容易損壞，在長時間 的使用過程中，桿體高分子材料將產(chǎn)生蠕變等變形，錨桿桿體承壓性能降低，尤其是遇到被 錨固的巖土孔壁存在蜂窩空隙或孔口坍塌時，柔性注壓錨桿會產(chǎn)生錨桿體環(huán)向局部破損，錨 固失效。為了解決以上缺點，后來又在"柔性注壓錨桿"桿體上進行了限制環(huán)向變形強化。中國 國家知識產(chǎn)權(quán)局受理的一項名稱為"環(huán)向限延伸柔性注壓錨桿"，申請?zhí)枮镃N 200610044390.8的發(fā)明專利申請。該技術(shù)在"柔性注壓錨桿"桿體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在"柔性 注壓錨桿"桿體內(nèi)縱向增強層的外層周邊環(huán)繞置入定長伸縮結(jié)構(gòu)的纖維、鋼絲、鋼絲繩或它 們的編織物，對錨桿桿體的環(huán)向進行增強，使錨桿在產(chǎn)生錨固工藝所需要的彈性變形后，對 錨桿桿體的環(huán)向的變形產(chǎn)生約束和增強作用，整體強化了錨桿桿體的強度。但是，限于現(xiàn)有 "柔性注壓錨桿"材料、結(jié)構(gòu)方面既定條件的制約，其錨桿桿體的強度和抗蠕變能力的提高 受到限制。三、 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種即具有柔性注壓錨桿，能自動補償巖土體位移引起的錨孔變化、 而不會導(dǎo)致錨桿松動，錨固力可靠并易于調(diào)整和補充，易于回收復(fù)用的優(yōu)點；又兼有剛性錨 桿抗蠕變性能強，錨固效果不受巖土孔壁存在蜂窩空隙或孔口坍塌的影響，錨桿強度高、耐 磨損性能好的膨脹錨桿。本發(fā)明的基本構(gòu)思是膨脹錨桿是采用高彈性高分子材料，或者采用鋼絲或纖維材料與
高彈性高分子材料復(fù)合強化材料，或者采用薄金屬波紋板材料，作為錨桿膨脹體的材料，將 錨桿的膨脹體做成空心腔體，空心部分為注壓腔，腔體的一端封閉，另一端緊密安裝注壓閥 和管孔錨頭；在錨桿膨脹體的外緣套裝一層膨脹力傳遞層，在膨脹力傳遞層外套裝錨固層構(gòu) 成。注壓閥為單向閥。用卡箍或者粘接工藝將堵頭固定在膨脹體的一端，用同樣的方法在膨 脹體的另一端安裝注壓閥和管孔錨頭，形成密閉的膨脹體。膨脹力傳遞層是由金屬薄板或者橡膠薄板或者塑料薄板或者青稞紙薄板等巻制成有環(huán)向 斷口的圓筒，或者由高強高彈纖維編織成環(huán)向閉合的圓筒，套裝在膨脹體外緣上。錨固層是在膨脹力傳遞層的外緣套裝由緊密排列的金屬棒構(gòu)成的鼠籠筒形外罩，或者套裝由s形截面或者c形截面的薄鋼板條相扣、鏈接的可環(huán)向伸縮的筒形外罩。筒形外罩的一端用堵頭封口，另一端套接并固定在管孔錨頭上；固定方式為焊接或者粘接或者機械扣壓。 構(gòu)成鼠籠筒形外罩的金屬棒為圓形截面或者矩形截面或者方形截面。注壓閥與管孔錨頭通過螺紋或者粘接劑緊密連接，錨頭可配有托盤或螺母。筒狀結(jié)構(gòu)的 錨固件一端裝入堵頭，另一端套接并固定在管孔錨頭上。"膨脹錨桿"在保持"柔性注壓錨桿"應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，還兼有剛性錨桿的優(yōu)點-1、 可注壓力更高，錨固力更大。由于錨固層完全由承擔(dān)錨固力的錨固件構(gòu)成，承受錨固 力的錨固件直接作用于圍巖土體，減少了對膨脹體材料強度的要求，使膨脹錨桿各部分結(jié)構(gòu) 和材料選擇范圍寬泛，同時S形或者C形等截面形狀錨固件構(gòu)成的錨固層能對膨脹體的最大 膨脹量加以限制；膨脹力傳遞層釆用高強度的金屬薄板或者橡膠薄板或者塑料薄板或者青稞 紙薄板巻制成縱向開口圓筒，或者高強高彈纖維編織成縱向閉合圓筒，既能保證膨脹體的均 勻受力，又能當(dāng)膨脹體達到最大膨脹量后，限制膨脹體的繼續(xù)膨脹，大大提高了膨脹體的承 壓和密封能力；膨脹體選擇氣密性優(yōu)異的橡膠材料或者薄金屬波紋板等做成注壓腔，注氣或 注液；膨脹體還可選擇較厚的高彈性材料制成管腔結(jié)構(gòu)，注入膨脹水泥等膨脹材料，可達到 長期錨固的功效。膨脹錨桿的整體強度和密封性得到了提高，使膨脹體可以承受更高的內(nèi)注 壓力，錨桿的錨固力也大大提高。2、 錨桿適用范圍更加廣泛。由于釆用了獨立的錨固元件，結(jié)構(gòu)和用材范圍廣，錨固力范 圍和錨固環(huán)境可以大大拓展；由于膨脹力傳遞層或錨固層能夠限制環(huán)向膨脹，因此膨脹錨桿 可以用于圍巖土體較大范圍開裂、孔洞和錨桿裸露的場合，錨桿的使用范圍受圍巖土體類型 的影響大為降低，適用范圍更加廣泛。3、 加工制作簡便，價格低廉。由于膨脹錨桿根據(jù)功能做成基本構(gòu)件，基本構(gòu)件選用比較 常見的管、板、棒等形狀，材料來源廣泛，價格低廉，加工制作簡便。四

圖l膨脹錨桿結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2圓形截面錨固元件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3矩形截面錨固元件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4 S形截面錨固元件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5 C形截面鋪固元件結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記-l膨脹體，2膨脹力傳遞層，3錨固層，3-1圓形截面錨固件，3-2矩形截面錨固件，3-3 S 形截面錨固件，3-4C形截面錨固件，3-5C形截面扣插件，4注壓閥，5管孔錨頭，6托盤， 7螺母，8堵頭，9卡箍，IO堵頭。 五具體實施方式
結(jié)合附圖詳細敘述本發(fā)明的實施方式1、實施方案一圓形截面的錨固件膨脹錨桿煤礦通常用直徑28mm的鉆頭鉆制錨孔安放錨桿，為便于"膨脹錨桿"的安裝，錨桿的 桿體直徑略小于鉆頭直徑，確定為27mm，錨桿長度為2米。如圖1和圖2所示，膨脹體1 為用橡膠制成的外圓直徑15mm，厚度2mm的直筒型橡膠囊；膨脹力傳遞層2為用0.3mm薄 金屬板巻制的環(huán)向斷口，并重疊一周的圓筒；錨固層3的圓形截面錨固件3-l為直徑5mm的圓鋼筋或圓螺紋鋼筋；注壓閥4為航空輪胎用氣門芯；管孔錨頭5為外表面有螺紋的鋼管；托盤6、螺母7與目前礦山的通用件相同；堵頭8和堵頭10為圓鋼柱，堵頭圓柱面上加工有 密封環(huán)槽；卡箍9為鋼制薄壁圓管。組裝時，首先將堵頭10裝入直筒型橡膠囊膨脹體1的一端，注壓閥4裝入另一端，并通 過卡箍9，使膨脹體1與堵頭10以及膨脹體1與注壓閥4間緊密連接；將12~13根鋼筋的一 端沿環(huán)向均勻布置焊接在堵頭8上，隨后將膨脹體1裝入管狀膨脹力傳遞層2內(nèi)，注壓閥4 通過螺紋與管孔錨頭5緊密連接，然后將組裝好的膨脹體1及膨脹力傳遞層2 —起裝入焊接 好的鼠籠狀錨固層3中，鋼筋的另一端均勻分布焊接在管孔錨頭5上；最后將托盤6和螺母 7配裝在管孔錨頭5上。使用時，取下配裝的托盤6與螺母7，將錨桿裝入錨孔，將高壓水或氣體注壓槍螺紋連 接至管孔錨頭5上，注壓至5MPa，取下注壓槍；然后裝上托盤，擰緊螺母，錨固安裝完畢， 安裝簡便。由于本結(jié)構(gòu)中錨固層3和膨脹力傳遞層2均為圓周敞開結(jié)構(gòu)，所注壓力不必像"環(huán) 向限延伸柔性注壓錨桿"或"柔性注壓錨桿"那樣需要克服桿體自身的環(huán)向約束，大大降低 了在給定錨固力下所需的內(nèi)注壓力。本錨桿根據(jù)錨固件所用鋼牌號的不同，可提供90 250kN 的最大錨固力。2、 實施方案二矩形截面的錨固件膨脹錨桿如圖3所示，選用截面尺寸為8x5mm的矩形錨固件3-2，構(gòu)成膨脹錨桿，其它與實施方案一相同。與實施方案一相比，該結(jié)構(gòu)的不同點僅僅是在錨固層3上，由矩形錨固件替代了圓形錨 固件，大大增加了錨固層3與圍巖體的接觸面積，提高了錨固力。本錨桿根據(jù)錨固件所用鋼 牌號的不同，可提供120 340kN的最大錨固力。3、 實施方案三S形截面錨固件膨脹錨桿如圖4所示，膨脹力傳遞層2選用高強高彈纖維編織成的環(huán)向閉合圓筒，套裝在膨脹體 上；選用厚度為1.5mm的鋼板條做成S形錨固件3-3將其逐一相扣、鏈接成可環(huán)向伸縮的 圓筒形結(jié)構(gòu)的錨固層，套裝在膨脹力傳遞層外緣構(gòu)成膨脹錨桿，其它與實施方案一相同。與實施方案一相比，該結(jié)構(gòu)的不同點是錨固層3由S形錨固件替代了圓形錨固件，增加 了錨固層3與圍巖體的接觸面積，提高了錨固力，同時錨固層3自身具備環(huán)向最大伸長限制 能力。本錨桿根據(jù)錨固件所用鋼牌號的不同，可提供140 400kN的最大錨固力。4、 實施方案四C形截面的錨固件膨脹錨桿如圖5所示，膨脹力傳遞層2選用高強高彈纖維編織成的環(huán)向閉合圓筒，套裝在膨脹體 上；選用厚度為2mm的C形錨固件3-4和厚度為lmm的C形扣插件3-5，將其逐一相插、 鏈接，形成可環(huán)向伸縮的圓筒，套裝在膨脹力傳遞層外構(gòu)成膨脹錨桿。其它與實施方案一相同。與實施方案一相比，該結(jié)構(gòu)的不同點是錨固層3由C形錨固件替代了圓形錨固件，增加 了錨固層3與圍巖體的接觸面積，提高了錨固力，同時錨固層3自身具備環(huán)向最大伸長限制 能力。本錨桿根據(jù)錨固件所用鋼牌號的不同，可提供140 400kN的最大錨固力。
權(quán)利要求
1、膨脹錨桿是采用高彈性高分子材料，或者采用鋼絲或纖維材料與高彈性高分子材料復(fù)合強化材料，或者采用薄金屬波紋板材料，作為錨桿膨脹體的材料，將錨桿的膨脹體做成空心腔體結(jié)構(gòu)，空心部分為注壓腔，腔體一端封閉，另一端緊密安裝注壓閥和管孔錨頭，其特征為，在錨桿膨脹體的外緣套裝一層膨脹力傳遞層，在膨脹力傳遞層外緣套裝錨固層構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹錨桿，其特征為所述的膨脹力傳遞層是由金屬薄 板或者橡膠薄板或者塑料薄板或者青稞紙薄板等制成有環(huán)向斷口的圓筒，或者由高強 高彈纖維編織成環(huán)向閉合的圓筒，套裝在膨脹體外緣上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹錨桿，其特征為所述的錨固層是在膨脹力傳遞層 的外緣套裝由緊密排列的金屬棒構(gòu)成的鼠籠筒形外罩，或者套裝由S形截面或者C 形截面的薄鋼板條相扣、鏈接的可環(huán)向伸縮的筒形外罩，筒形外罩的一端用堵頭封口， 另一端套接并固定在管孔錨頭上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的膨脹錨桿，其特征為所述的構(gòu)成筒形外罩的金屬 棒為圓形截面或者矩形截面或者方形截面。
全文摘要
本發(fā)明涉及巖土與礦山工程支護設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種膨脹錨桿。是采用高彈性高分子材料，或者采用鋼絲或纖維材料與高彈性高分子材料復(fù)合強化材料，或者采用薄金屬波紋板材料作為錨桿膨脹體的材料，將錨桿的膨脹體做成中空結(jié)構(gòu)；空心部分為注壓腔，腔體的一端封閉，另一端緊密安裝注射閥和管孔錨頭；在錨桿膨脹體的外緣套裝一層膨脹力傳遞層，在膨脹力傳遞層外緣套裝錨固層構(gòu)成膨脹錨桿。膨脹錨桿，在保持柔性注壓錨桿應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，還兼有剛性錨桿的優(yōu)點。錨固力可靠并易于調(diào)整和補充，易于回收復(fù)用；抗蠕變性能強，錨固效果不受巖土孔壁存在蜂窩空隙或孔口坍塌的影響，錨桿強度高、耐磨損，加工制作簡便，價格低廉。
文檔編號E02D17/20GK101126321SQ20061006983
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月18日
發(fā)明者王威強, 陳中合, 顏建成 申請人:山東大學(xué)