[发明专利]岩石锚杆

说明书

本发明涉及一种无套筒能量吸收岩石锚杆。岩石锚杆的第一端被构造成有助于将锚固组合物混合和/或将岩石锚杆锚固在岩石中。岩石锚杆包含锰合金钢，并且在静态载荷条件下，在其屈服点之后表现出负载能力的增大和位移的增加，直到达到岩石锚杆的断裂或失效点。

技术领域

本发明涉及一种用于采矿和隧道作业(包括土木工程应用，例如岩土工程应用和/或建筑物的抗震设计)的岩石锚杆。

背景技术

常规岩石锚杆按其锚固机理分为三种类型：

1.两点固定机械锚杆

2.全封装钢筋锚杆

3.摩擦锚杆

常规机械锚杆对于稳定大型岩石的形变并不是最可靠的。全封装/灌浆钢筋锚杆与灌浆/环氧树脂和岩石熔融，肋条形成与灌浆或树脂的连接。钢筋坚硬但刚性-它具有较高的负载能力，但无法承受大的岩石形变，并且不太可能在大于2-3厘米的形变中幸免(Kabwe和Wang，2015)。顾名思义，摩擦岩石锚杆通过锚杆的壁面和柱形面与岩石相互作用(例如Swellex^TM或Omega^TM锚杆)。它们能承受大的岩石形变，但负载能力较低。例如，标准管缝式锚杆只能承受约50kN的载荷。

钢筋和管缝式锚杆因此是低能量吸收装置，并不最适合于在深矿井中使用，深矿井更容易受到地震活动的影响并且需要支撑件，这些支撑件能够承受高载荷(在发生失效之前吸收大量能量)且能够承受大的形变以避免落石和伴随的致命事故。

下面将讨论一些已知的现有技术：

CN203962010U公开了一种锚杆，其包括杆体和固定组件，其中，固定组件是由高锰钢形成的锚杆。在这些锚杆或其零配件中使用高锰钢的原因尚未公开，但似乎是由于其特有的韧性。其构造复杂。CN203962010U还特别地包括用作脱离装置的套筒，这证实了使用锰钢是因为其韧性而不是因为其形变特性。

CN204080802U公开了一种用于护坡的锚杆，其包括粗糙不锈钢或高锰钢制成的圆形锚杆。它的构造也很复杂。高锰钢用于这些锚杆或其零配件的原因也未披露，但似乎还是因为其韧性。CN204080802U包括一个柔性牵引绳索，当坡度发生变化时，该牵引绳索似乎起到了脱离装置的作用，这证实使用锰钢是因为其韧性，而不是因为其形变特性。

WO2012126042A1公开了一种可充气的摩擦锚杆。锚杆的中央部分由通常由高锰钢制成的可充气主体限定。高锰钢的塑性被用来加大直径，因此增强了摩擦阻力。在岩石锚杆(通常称为摩擦岩石锚杆)中应用摩擦阻力的方法与在本发明中使用锚杆的方法根本不同。

Li(Li，2010)提出，在易受大的形变影响的岩体中使用的理想的能量吸收锚杆应表现出图1的图表(Kabwe和Wang，2015)中所示的特性。这说明理想的能量吸收锚杆应具有高的负载能力和大的形变/位移的能力。

各种能量吸收岩石锚杆的性能和结果在说明书中，分别如图2和3所示，以便于参考(Kabwe和Wang，2015)。

在Kabwe和Wang的研究中，性能最好的锚杆是D-锚杆(US8,337,120)，其通过充分调动锚杆钢的强度和形变能力来吸收能量。如本文中的图4和图5中的图表所示，D-锚杆的静态和动态负载能力相似(Li，2014)。该研究中的其他锚杆基于锚杆滑动的机制进行形变，无论是在灌浆中(锥形锚杆或yield-lok^TM)或通过锚(Garford和Roofex锚杆)。基于滑动的锚杆在图6、7、8和9中的图表中示出，其极限动态载荷低于静态载荷(Li，2014)。

D-锚杆包括微合金碳钢，并由光滑的钢筋构成，多个锚固段(桨叶)沿该钢筋的全长重复布置。尽管钢材是根据屈服强度、极限抗拉伸强度(UTS)和延伸率的最佳组合选择的，但它是碳钢，并未具体说明锰。