[发明专利]一种梯级破断的自膨胀吸能锚杆、制备及使用方法

说明书

一种梯级破断的自膨胀吸能锚杆、制备及使用方法，包括刚性部分和柔性部分，刚性部分和柔性部分通过螺纹钢杆体连接在一起；所述刚性部分包括螺纹钢杆体，所述螺纹钢杆体刚性端杆体上设置有若干断裂点，带有断裂点部分的螺纹钢杆体位于钻孔底部且通过锚固剂固定，螺纹钢杆体靠近锚固剂部分安装有第一螺母；所述柔性部分包括开缝套管，所述开缝套管套装在螺纹钢杆体的柔性端，开缝套管与螺纹钢杆体之间安装有自膨胀药柱，自膨胀药柱靠近钻孔孔口一端设置有螺接在螺纹钢杆体上的第二螺母，承力环套装在螺纹钢杆体上，螺纹钢杆体延伸至钻孔外侧部分安装有托盘，且通过第三螺母固定。通过预制断裂点，实现了锚杆定点破断，并在破断后持续提供锚固能力。

技术领域

本发明属于岩土锚固工程技术领域，具体涉及一种梯级破断的自膨胀吸能锚杆、制备及使用方法。

背景技术

锚杆支护由于其安全、高效、低成本等特点，已成为地下工程的主要支护方式。深部工程高应力环境极易诱发井巷工程的大变形、塌方、岩爆等灾害。常规锚杆由于伸长率小、承载力低，易发生支护失效现象。如井下矿山常用的树脂锚杆和水泥砂浆锚杆，在全长锚固时刚度大、变形能力小，让压能力差，与围岩变形不协调。受到冲击载荷过程中螺纹钢杆体常被“拉断”或与螺母“脱锚”；而管缝锚杆虽具备较大的变形能力，但其锚固力不足，难以有效控制岩体变形与失稳。因此，研发具备较高锚固力、且能提供足够变形能力的锚杆支护元件是应对深部工程大变形和冲击灾害的关键。

为此，国内外提出吸能锚杆又称屈服锚杆、可延伸锚杆作为深部工程支护手段。较典型的如锥形锚杆、MCB-33、D-bolt等材料变形型吸能锚杆，该类锚杆通过解除杆体与灌浆间的粘结关系实现锚杆滑移吸能，具有荷载高、结构简单、成本较低的优点，但变形能力有限，杆体材料破断后将失去锚固作用；而CN101858225A恒阻大形变锚杆、Yield-Lok锚杆和Garford锚杆等结构变形型吸能锚杆，则是通过结构元件间的相互滑动从而吸收能量，该类锚杆变形能力较大、滑移阻力稍低，在达到结构设计变形极限后杆体将发生拉伸破断，部分结构滑移型吸能锚杆结构复杂、成本较高。因此，现有吸能锚杆难以兼顾高锚固力与大形变，在杆体破断后将失去锚固作用，在受多次冲击载荷时难以提供足够的支护作用。

在锚杆破坏机制方面，全长锚固的锚杆杆体受力如图1所示。杆体上的剪应力为零，轴向应力最大的位置称为中性点。从中性点到巷道边墙的杆段是承载段，试图“抓住”移动的围岩；从中性点到锚杆远端的部分是锚固段，试图保持不动以阻止围岩移动。当锚杆的托盘承受载荷时，中性点的位置前移，承载段长度变短，此时最大拉伸载荷发生在中性点处。因此，全长锚固锚杆的破坏模式通常是在中性点处被拉断，即靠近孔口处断裂。

基于上述，现有锚杆在控制围岩变形过程中破坏位置相对固定，在杆体破断后立刻失去对巷道表面岩体的锚固作用，难以抑制岩爆灾害发生时巷道表面岩块的喷射。因此，如何控制锚杆的破断位置，实现定点破断，并在破断后继续吸收围岩变形能，是岩爆灾害防治的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯级破断的自膨胀吸能锚杆、制备及使用方法，通过预制断裂点，实现了锚杆定点破断，并在破断后持续提供锚固能力。该结构可为预制多点断裂、阶梯式支护思想提供具体形式，为链式岩爆防控提供解决思路。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种梯级破断的自膨胀吸能锚杆包括刚性部分和柔性部分，刚性部分和柔性部分通过螺纹钢杆体连接在一起；

所述刚性部分包括螺纹钢杆体、锚固剂和第一螺母；所述螺纹钢杆体刚性端杆体上设置有固定形状和深度的若干断裂点，在冲击载荷来临时，锚杆将在断裂点处破断以吸收大量冲击能，且可以在破断后继续提供高强锚固力，带有断裂点部分的螺纹钢杆体位于钻孔底部，且螺纹钢杆体和钻孔间通过刚性部分的锚固剂进行锚固固定，螺纹钢杆体靠近锚固剂部分安装有第一螺母；