一种管缝锚杆、检测装置及方法与流程

专利检索2022-05-11  6



1.本发明涉及岩土与井巷工程领域,尤其涉及一种管缝锚杆、检测装置及方法。


背景技术:

2.管缝锚杆属于全长摩擦式锚固,可避免由于应力集中而引起的围岩体变形破坏和蠕变。同时还可以在特别工况使用,比如地下水丰富区域导致锚固剂无法安装和凝固情况,钻孔成孔率较低导致其他锚杆无法安装。
3.随着管缝锚杆的大面积推广应用,也暴露出一些不足,导致管缝锚杆的应用于受限。主要原因为:

锚杆锚固力低,安装效率受管径差制约;

施工过程中机械冲击扭转致使管缝锚杆的端部极易破坏,表现为挡环处的撕裂与破断;

受安装条件影响,锚杆安装角度不规范,安装质量不达标。此外管缝锚杆的施工质量检测困难,传统检测方法采用焊接螺纹钢的方式进行拉拔试验,准确度难以保证、费工耗力。
4.锚杆锚固力测试,是矿山支护评测、支护参数设计及后期支护工作优化的基础。而现有管缝锚杆多以焊接螺纹钢的方式进行锚固力检测,焊接作业过程中,会损害锚杆结构强度的同时、难以保证锚固力测试准确性,不能为管缝锚杆的支护评测提供有力依据。


技术实现要素:

5.针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种管缝锚杆、检测装置及方法,能够保证管缝锚杆轴向锚固力与有效利用率,方便管缝锚杆现场检测,降低安装角度与施工过程中安装机具对管缝锚杆的冲击影响。
6.为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:
7.第一方面,本发明的实施例提供了一种管缝锚杆,包括管缝杆体,管缝杆体一端依次设有挡环、锚固检测环和托盘,所述锚固检测环外侧壁的轴向一端设有第一凸起部,另一端设有第二凸起部,第二凸起部抵接托盘的一侧为圆弧面;第一凸起部与第二凸起部之间形成卡持槽。
8.作为进一步的实现方式,所述第一凸起部为凸出于锚固检测环外侧壁的环形结构。
9.作为进一步的实现方式,所述第二凸起部的最大径向长度大于第一凸起部的径向长度。
10.作为进一步的实现方式,所述托盘一侧设有弧形凸起,第二凸起部的圆弧面与弧形凸起相接触。
11.作为进一步的实现方式,所述管缝杆体另一端为锥形。
12.作为进一步的实现方式,所述挡环与管缝杆体固定为一体。
13.第二方面,本发明的实施例还提供了一种管缝锚杆的检测装置,包括与管缝锚杆相连的接驳器,所述接驳器设于反力筒内,接驳器远离管缝锚杆的一端通过连接杆连接千斤顶,所述千斤顶安装压力传感器和位移传感器。
14.作为进一步的实现方式,所述接驳器连接管缝锚杆的一端内壁具有与卡持槽相适配的凸起。
15.作为进一步的实现方式,所述千斤顶的活塞端安装压力传感器,压力传感器远离千斤顶的一侧依次安装垫板和螺母。
16.第三方面,本发明的实施例还提供了一种管缝锚杆的检测方法,采用所述的检测装置,包括:
17.将管缝锚杆置入钻孔中;
18.将管缝锚杆与所述检测装置相连,并将采集系统与检测装置相连;
19.启动动力源,千斤顶通过连接杆拉动带有锚固检测环的管缝锚杆,试验过程中采集系统采集压力与位移数据。
20.本发明的有益效果如下:
21.(1)本发明的锚固检测环具有环形的第一凸起部和形成圆弧面的第二凸起部,使锚固检测环能够与托盘表面凸起紧密贴合,圆弧形凸起结构在管缝锚杆安装受冲击过程中可提高托盘与岩体的锚固效果,并可以降低安装角度对锚杆安装质量的影响;当围岩变形压力传递给托盘进而作用于锚固检测环,锚杆在正常发挥效用过程中,锚固检测环对挡环挤压力较小,当围岩变形较大或受到较大载荷时,锚固检测环会挤压挡环发生松动,通过观察锚杆端部的挡环情况进而了解锚杆的受力情况为岩体支护提供破坏预警。
22.(2)本发明降低了安装角度与施工过程中安装机具对管缝锚杆的冲击影响;由于在锚杆台车及手持冲击钻的施工过程中锚杆的安装角度是不同的,同时在安装机具的冲击载荷作用下传统管缝锚杆将在挡环处发生弯折、强度降低,甚至失效,锚固检测环的存在可降低安装角度与机具冲击对管缝锚杆的锚固关键部位的损耗,保护锚杆结构可正常发挥效用。
23.(3)本发明的锚固检测环与管缝杆体焊接一体,提高了该部位的结构强度,有效降低了管缝锚杆因挡环处制作工艺及施工过程破坏挡环强度的影响,保证了管缝锚杆轴向锚固力与有效利用率。
24.(4)本发明的锚固检测环与接驳器通过相适配的卡持槽配合,便于检测装置的快速安装,有效解决传统管缝锚杆检测困难,通过焊接螺纹钢进行检测导致的锚杆杆体结构损坏、锚固力检测不准确、试验后无法正常使用的问题;在通过锚固检测环进行测试后,对锚杆进行重复安装可继续发挥锚固作用。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
26.图1(a)是本发明根据一个或多个实施方式的锚固检测环侧视图;
27.图1(b)是本发明根据一个或多个实施方式的锚固检测环剖视图;
28.图2是本发明根据一个或多个实施方式的管缝杆体结构示意图;
29.图3(a)是本发明根据一个或多个实施方式的托盘侧视图;
30.图3(b)是本发明根据一个或多个实施方式的托盘剖视图;
31.图4是本发明根据一个或多个实施方式的管缝锚杆结构示意图;
32.图5是本发明根据一个或多个实施方式的检测装置结构示意图;
33.其中,1、挡环,2、锚固检测环,21、第一凸起部,22、第二凸起部,3、托盘,31、弧形凸起,4、岩体,5、管缝杆体,51、管缝,6、接驳器,7、连接杆,8、反力筒,9、千斤顶,10、活塞端,11、压力传感器,12、垫板,13、螺母。
具体实施方式
34.实施例一:
35.本实施例提供了一种管缝锚杆,如图4所示,包括管缝杆体5、挡环1、锚固检测环2、托盘3,管缝杆体5内部具有管缝51,管缝杆体5一端为锥形结构,另一端沿其轴向依次设置挡环1、锚固检测环2和托盘3。
36.在本实施例中,如图2所示,管缝杆体5为钢板卷制而成的c型管,其端部带有锥度以方便安装。管缝杆体5的尺寸可以根据实际试验要求选择,例如:管缝杆体5采用壁厚为2.5mm的高弹性钢板卷制,其长度为1.8m,直径为43mm,轴向留有2mm的管缝51,在距离一端1cm处焊接厚度5mm、内径43mm的挡环1,另一端10cm处成1-2
°
锥度,方便安装。
37.所述挡环1固定于管缝杆体5靠近端部位置,本实施例的挡环1与管缝杆体5端部焊接固定,锚固检测环2与管缝杆体5焊接为一体,提高了该部位的结构强度,有效降低了管缝锚杆5因挡环1处制作工艺及施工过程破坏挡环1强度的影响,保证了管缝锚杆5轴向锚固力与有效利用率。
38.进一步的,如图1(a)和图1(b)所示,所述锚固检测环2的内部为与管缝杆体5相适配的空腔,即为圆柱形空腔;锚固检测环2的外侧壁一端设有第一凸起部21,另一端设有第二凸起部22,第一凸起部21和第二凸起部22之间形成用于适配接驳器的卡持槽。
39.在本实施例中,所述第一凸起部21为凸出于锚固检测环2外侧壁的环形结构;第二凸起部22包括第一凸起段和第二凸起段,第一凸起段为凸出于锚固检测环2外侧壁的环形结构,第二凸起段在锚固检测环2端面形成向托盘3侧凸起的圆弧面,锚固检测环2内部空腔贯穿圆弧面。第二凸起部22的最大径向长度大于第一凸起部21的径向长度,以形成便于卡接接驳器的卡持槽。
40.通过锚固检测环2的凸起结构设置,在管缝锚杆安装受冲击过程中可提高托盘3与岩体4的锚固效果,并由于第二凸起部22的圆弧面的结构特点可以极大降低安装角度对锚杆安装质量的影响。
41.所述第一凸起部21与挡环1相接触,第二凸起部22的圆弧面与托盘3相接触,由于托盘3与岩体4固定,通过挡环1与托盘3对锚固检测环2实现轴向限位。
42.所述锚固检测环2的尺寸可以根据实际试验要求设置,例如:锚固检测环2卡持槽位置的壁厚5mm、高50mm,第一凸起部21的内径43mm、外径53mm、径向厚度10mm,第二凸起部22内径43mm、外径73mm、第一凸起段径向厚度10mm、第二凸起段轴向最大长度10mm。
43.在本实施例中,如图3(a)和图3(b)所示,所述托盘3整体呈矩形结构,托盘3中心位置设有弧形凸起31;可以理解的,在其他实施例中,托盘3整体可以呈圆形或其他形状。
44.本实施例的托盘3为中间具有凸起的中空钢板,其长150mm、宽150mm、厚5mm,托盘3中心孔孔径43mm。托盘3套入管缝杆体5与锚固检测环2相接触;由于托盘3和锚固检测环2相接触的一端均具有弧形的凸起,一方面可以加强管缝锚杆5与托盘3之间的锚固关系,另一
方面通过弧形的凸起减少安装角度对锚杆结构强度的影响。
45.当围岩变形压力传递给托盘3进而作用于锚固检测环2,管缝杆体5在正常发挥效用过程中,锚固检测环2对挡环1挤压力较小,当围岩变形较大或受到较大载荷时,锚固检测环2会挤压挡环1发生松动,通过观察管缝杆体5端部的挡环1情况能够得到管缝杆体5的受力情况,为岩体支护提供破坏预警。
46.实施例二:
47.本实施例提供了一种管缝锚杆的检测装置,如图5所示,包括接驳器6、反力筒8、连接杆7、千斤顶9,接驳器6与实施例一所述的管缝锚杆连接,接驳器6设于反力筒8内,接驳器6远离管缝锚杆的一端连接千斤顶9,所述千斤顶9安装压力传感器11和位移传感器。
48.进一步的,接驳器6的一端设有卡持腔,卡持腔内壁具有与卡持槽相适配的凸起,从而保证接驳器6与管缝锚杆的稳定连接。
49.所述接驳器6另一端与千斤顶9中的连接杆7相连,千斤顶9的活塞端10安装压力传感器11和位移传感器,压力传感器11远离千斤顶9的一侧依次安装垫板12和螺母13。
50.所述连接杆7连接动力源,千斤顶9的活塞端10滑移时,通过螺母13带动连接杆7与接驳器6,进而拉动带有锚固检测环2的管缝锚杆,通过压力传感器11获取试验过程中的压力信息,通过位移传感器获取试验过程中的位移信息。
51.本实施例的检测装置极大的方便管缝锚杆现场检测。
52.实施例三:
53.本实施例提供了一种管缝锚杆的检测方法,采用实施例二所述的检测装置,包括以下步骤:
54.步骤1、采用锚杆台车或冲击钻机将带有锚固检测环2的管缝锚杆安装进岩体4的钻孔中;安装过程中锚固检测环2通过凸起结构与托盘3紧密贴合。
55.在锚杆台车及手持冲击钻的施工过程中锚杆的安装角度是不同的,同时在安装机具的冲击载荷作用下传统管缝锚杆将在挡环处发生弯折、强度降低,甚至失效,本实施例锚固检测环2的存在可降低安装角度与机具冲击对管缝锚杆的锚固关键部位的损耗,保护锚杆结构可正常发挥效用。
56.步骤2、准备拉拔机具,包括千斤顶9、反力筒8、接驳器6、连接杆7、压力传感器11、位移传感器、垫板12、手动或自动动力源、采集系统。
57.其中,采集系统为现有数据采集设备,此处不再赘述。
58.步骤3、将与锚固检测环2相匹配的接驳器6与锚固检测环2相套接,通过所述接驳器6可实现管缝锚杆的快速、无损连接。
59.步骤4、将一定长度的连接杆7与接驳器6连接在一起(例如螺纹连接)。
60.步骤5、将带有中心孔用于提供拉拔位移与反力的反力筒8套入连接完成后的连接杆7与接驳器9,并将中空千斤顶9穿过连接杆7安装于反力筒8上。
61.步骤6、在千斤顶9的活塞端10装入压力传感器11,并用垫板12、螺母13紧固,使压力传感器11在工作工程中受力均匀。
62.步骤7、位移传感器主体布置在千斤顶9上并固定,采集端(激光点或拉绳)与端部螺母13、垫板12处相连。
63.步骤8、启动动力源,千斤顶9的活塞端10开始滑移,通过螺母13带动连接杆7与接
驳器6,进而拉动带有锚固检测环2的管缝锚杆,此时通过锚固检测环2可使管缝端部受力均匀,试验过程中通过采集系统采集压力与位移数据。
64.步骤9、试验结束后,保存试验结果数据,整理设备,对测试结果进行分析进而指导锚杆支护工作。
65.本实施例有效解决传统管缝锚杆检测困难,通过焊接螺纹钢进行检测导致的锚杆杆体结构损坏、锚固力检测不准确、试验后无法正常使用的问题,在通过锚固检测环2进行测试后,对锚杆进行重复安装可继续发挥锚固作用。
66.以上所述仅为本技术的优选实施例而已,并不用于限制本技术,对于本领域的技术人员来说,本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。
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