一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法制造技术

一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法，锚杆：中空钢管与钢绞线组成柔性中空杆体；中空防扭套筒通过增摩丝簧套装在柔性中空杆体的左端；止浆塞安装在中空防扭套筒的端部；居中定位器套装在柔性中空杆体的右端；封孔套套装于中空防扭套筒的外侧；防扭托盘由中心盘体和四个止动柱组成，并套装在防扭连接段的左端；光纤光栅传感器布置在杆体外侧

【技术实现步骤摘要】
一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法


[0001]本专利技术属于煤矿巷道支护
，具体涉及一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法
。

技术介绍

[0002]随着智能掘进的发展以及煤炭向深部开采的趋势，对巷道掘进支护提出了更高的要求
。
首先在于复杂条件巷道的安全高效维控，以深部巷道为例，其面临着变形严重
、
采场矿压剧烈
、
动力灾害频发等一系列突出难题；其次在于提高巷道的掘进速度
、
实现巷道支护状态的实时监测反馈，构建智能快掘体系也是目前煤矿智能化发展的必然路径
。
[0003]锚杆支护是我国煤矿巷道的主要支护形式，然而，受限于巷道狭小空间约束，刚性锚杆锚固深度最大为
2.4
～
2.8m
，难以锚入到深部稳定岩层中，造成基础承载圈层薄弱，顶板垮冒事故频发；锚索虽然可以解决锚固深度小
、
强度小的缺点，但其安装过程相对复杂，不能实现掘后及时支护，施工效率低下，严重制约掘进速度
。
为解决上述问题，现有技术中出现了安装过程相对简单的柔性锚杆的施工方法，但其仍存在构件较多
、
支护步骤较为繁琐的问题，且存在锚固偏心的问题，即锚杆索在锚固过程中未处于钻孔中心，导致最大锚固力损失可达
30
％
。
[0004]针对裂隙发育岩体，仅靠锚杆索支护难以实现巷道的稳定控制，将锚杆索支护作用与注浆加固作用相互结合，对破碎围岩进行改性加固能显著提升其强度和承载性能，可以更好地应对更为复杂的巷道环境
。
目前主要通过中空注浆锚杆索实现巷道锚注控制，而注浆封孔装置大都为挤压封孔式，封孔装置与杆体分开设置，如专利公开号为
CN218563629U
，公开日期为
2023
年3月3日，名称为一种中空注浆矿用锚索嵌入式膨胀封孔器的专利，这种结构在实施操作过程较为繁琐
、
且封孔成功率低
、
封孔效果差
。
[0005]锚杆应力监测是巷道支护状态的主要评价指标之一，现有测力计仅能对锚杆外露端进行局部应力监测，随着光纤在煤矿的应用，可以通过光纤来实现锚杆杆体的应力监测，且具有更高的精度和灵敏度
。
光纤的布置主要通过杆体开槽或者附在杆体外侧两种方式来实现，如专利公开号为
CN113267127B
，公开日期为
2022
年3月8日，名称为以锚杆为传感媒介的光纤光栅传感巷道围岩安全监测系统的专利所述，通过在杆体上开槽来设置光纤，然而开槽的方式会导致杆体强度的降低，从而会影响锚固强度；在杆体外侧布置光纤的方式则会增大杆体的直径，容易受孔壁剐蹭影响导致光纤发生断裂的情况出现，进而会导致监测过程的无法实施
。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法，该锚杆在满足支护长度和强度要求的同时可实现快速安装过程，能大幅提高巷道掘进效率，有助于构建高质量支护系统，并能实现支护状态的实时监测，可有效确保煤矿的安全生产作业；该方法施工步骤简单，实施成本低，支护效果理想，并能对支护状态进行
实时的监测，有利于构建高质量支护体系
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括柔性中空杆体
、
封孔套
、
防扭托盘
、
带肋托盘
、
调心球头
、
减磨垫圈
、
扭矩螺母和光纤光栅传感器；
[0008]所述柔性中空杆体由中空防扭套筒
、
止浆环
、
增摩丝簧
、
钢绞线
、
中空钢管
、
止浆塞和居中定位器组成；
[0009]所述中空防扭套筒的左半部分为紧固段，其右半部分为防扭连接段，所述防扭连接段的外轮廓断面为正多边形结构，且于外轮廓上的每个面上均开设有一个条形过线凹槽，在防扭连接段的轴心处开设有杆体安装腔，所述紧固段的外轮廓为圆柱状结构，且于外轮廓上设置有外螺纹结构一，在紧固段的轴心处开设有芯管安装孔，并于芯管安装孔左端内部开设有一段内螺纹结构；所述芯管安装孔的右端与杆体安装腔的左端相连通；
[0010]所述止浆环的外径与杆体安装腔的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔的左端；
[0011]所述增摩丝簧的外径与杆体安装腔的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔中，并位于止浆环的右侧；
[0012]所述钢绞线由多根钢丝呈螺旋状缠绕制成，并于轴心部分形成中心空腔；钢绞线的中段径向地插装有销钉，并通过所插装的销钉预留出连通中心空腔和外部空间的过浆通道；
[0013]所述中空钢管的左部一段为主体安装段，其在主体安装段以右的部分为杆体安装段；中空钢管的杆体安装段固定插装于钢绞线的中心空腔中，并于对应过浆通道的位置开设有出浆口；相连接后的中空钢管和钢绞线共同形成柔性中空杆体；
[0014]所形成的柔性中空杆体的左部插装于中空防扭套筒内部的杆体安装腔中，且钢绞线的左端插装于增摩丝簧的弹簧腔中，并通过与增摩丝簧的相互挤压作用与防扭连接段固定连接，同时，中空钢管的主体安装段在穿过止浆环后固定插装于芯管安装孔中，且主体安装段的左端止于内螺纹结构右端的右侧；
[0015]所述止浆塞塞体的外表面设置有外螺纹结构二，并通过外螺纹结构二与内螺纹结构之间的螺纹配合装配于芯管安装孔的左端；
[0016]所述居中定位器由定位套筒和三个定位夹片组成，三个定位夹片呈环形均匀地分布，且其左端环状均匀地固定连接在定位套筒右端的端沿上，所述居中定位器通过定位套筒固定套装在钢绞线右端的外侧；
[0017]所述封孔套由弹性密封材料制成，其由位于左部连续起伏段和位于右部的缩口段组成，封孔套套装于中空防扭套筒和柔性中空杆体连接的过渡区域的外侧，其中，连续起伏段的外轮廓为连续起伏式变化结构，并套设于防扭连接段的外侧，缩口段的外轮廓为由左向右外径逐渐缩小的收口结构，并套设于钢绞线的外侧；
[0018]所述防扭托盘由中心盘体和四个止动柱组成，所述盘体为平面板状结构，其中心开设有与防扭连接段外轮廓形状相适配的正多边形的防扭安装孔，其外缘面上周向均匀地开设有四个定位缺口，并于四个定位缺口之间形成四个定位凸块；四个止动柱围绕防扭安装孔周向均匀地分布，且与四个定位凸块一一相对应地设置，且每个止动柱垂直地固定连接在对应的定位凸块上；防扭托盘通过防扭安装孔套装在防扭连接段左端的外部，且四个止动柱位于中心盘体的右侧；
[0019]所述带肋托盘由位于中心区域的主体部和位于主体部四周边缘的支撑部组成，所述主体部由边缘向中心逐渐向远离支撑部的方向突出，并于周向上均匀地形成八个凸起纵肋，同时，在八个凸起纵肋的中心区域形成与支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括柔性中空杆体
(1)
，其特征在于，还包括封孔套
(2)、
防扭托盘
(3)、
带肋托盘
(4)、
调心球头
(5)、
减磨垫圈
(6)、
扭矩螺母
(7)
和光纤光栅传感器
(8)
；所述柔性中空杆体
(1)
由中空防扭套筒
(1.1)、
止浆环
(1.4)、
增摩丝簧
(1.3)、
钢绞线
(1.2)、
中空钢管
(1.2c)、
止浆塞
(1.5)
和居中定位器
(1.6)
组成；所述中空防扭套筒
(1.1)
的左半部分为紧固段
(1.1e)
，其右半部分为防扭连接段
(1.1a)
，所述防扭连接段
(1.1a)
的外轮廓断面为正多边形结构，且于外轮廓上的每个面上均开设有一个条形过线凹槽
(1.1f)
，在防扭连接段
(1.1a)
的轴心处开设有杆体安装腔
(1.1g)
，所述紧固段
(1.1e)
的外轮廓为圆柱状结构，且于外轮廓上设置有外螺纹结构一
(1.1c)
，在紧固段
(1.1e)
的轴心处开设有芯管安装孔
(1.1h)
，并于芯管安装孔
(1.1h)
左端内部开设有一段内螺纹结构
(1.1d)
；所述芯管安装孔
(1.1h)
的右端与杆体安装腔
(1.1g)
的左端相连通；所述止浆环
(1.4)
的外径与杆体安装腔
(1.1g)
的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔
(1.1g)
的左端；所述增摩丝簧
(1.3)
的外径与杆体安装腔
(1.1g)
的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔
(1.1g)
中，并位于止浆环
(1.4)
的右侧；所述钢绞线
(1.2)
由多根钢丝呈螺旋状缠绕制成，并于轴心部分形成中心空腔；钢绞线
(1.2)
的中段径向地插装有销钉
(1.2b)
，并通过所插装的销钉
(1.2b)
预留出连通中心空腔和外部空间的过浆通道
(1.2d)
；所述中空钢管
(1.2c)
的左部一段为主体安装段，其在主体安装段以右的部分为杆体安装段；中空钢管
(1.2c)
的杆体安装段固定插装于钢绞线
(1.2)
的中心空腔中，并于对应过浆通道
(1.2d)
的位置开设有出浆口
(1.2a)
；相连接后的中空钢管
(1.2c)
和钢绞线
(1.2)
共同形成柔性中空杆体；所形成的柔性中空杆体的左部插装于中空防扭套筒
(1.1)
内部的杆体安装腔
(1.1g)
中，且钢绞线
(1.2)
的左端插装于增摩丝簧
(1.3)
的弹簧腔中，并通过与增摩丝簧
(1.3)
的相互挤压作用与防扭连接段
(1.1a)
固定连接，同时，中空钢管
(1.2c)
的主体安装段在穿过止浆环
(1.4)
后固定插装于芯管安装孔
(1.1h)
中，且主体安装段的左端止于内螺纹结构
(1.1d)
右端的右侧；所述止浆塞
(1.5)
塞体的外表面设置有外螺纹结构二，并通过外螺纹结构二与内螺纹结构
(1.1d)
之间的螺纹配合装配于芯管安装孔
(1.1h)
的左端；所述居中定位器
(1.6)
由定位套筒
(1.6a)
和三个定位夹片
(1.6b)
组成，三个定位夹片
(1.6b)
呈环形均匀地分布，且其左端环状均匀地固定连接在定位套筒
(1.6a)
右端的端沿上，所述居中定位器
(1.6)
通过定位套筒
(1.6a)
固定套装在钢绞线
(1.2)
右端的外侧；所述封孔套
(2)
由弹性密封材料制成，其由位于左部连续起伏段
(2.2)
和位于右部的缩口段
(2.1)
组成，封孔套
(2)
套装于中空防扭套筒
(1.1)
和柔性中空杆体连接的过渡区域的外侧，其中，连续起伏段
(2.2)
的外轮廓为连续起伏式变化结构，并套设于防扭连接段
(1.1a)
的外侧，缩口段
(2.1)
的外轮廓为由左向右外径逐渐缩小的收口结构，并套设于钢绞线
(1.2)
的外侧；所述防扭托盘
(3)
由中心盘体
(3.1)
和四个止动柱
(3.2)
组成，所述盘体
(3.1)
为平面板
状结构，其中心开设有与防扭连接段
(1.1a)
外轮廓形状相适配的正多边形的防扭安装孔
(3.1b)
，其外缘面上周向均匀地开设有四个定位缺口
(3.1c)
，并于四个定位缺口
(3.1c)
之间形成四个定位凸块
(3.1a)
；四个止动柱
(3.2)
围绕防扭安装孔
(3.1b)
周向均匀地分布，且与四个定位凸块
(3.1a)
一一相对应地设置，且每个止动柱
(3.2)
垂直地固定连接在对应的定位凸块
(3.1a)
上；防扭托盘
(3)
通过防扭安装孔
(3.1b)
套装在防扭连接段
(1.1a)
左端的外部，且四个止动柱
(3.2)
位于中心盘体
(3.1)
的右侧；所述带肋托盘
(4)
由位于中心区域的主体部
(4.7)
和位于主体部
(4.7)
四周边缘的支撑部
(4.6)
组成，所述主体部
(4.7)
由边缘向中心逐渐向远离支撑部
(4.6)
的方向突出，并于周向上均匀地形成八个凸起纵肋
(4.1)
，同时，在八个凸起纵肋
(4.1)
的中心区域形成与支撑部
(4.6)
相平行的承载部
(4.5)
，在八个凸起纵肋
(4.1)
的内部边缘均匀地形成八个八角凹槽
(4.2)
，且在八个凸起纵肋
(4.1)
的内部所形成的空间尺寸与所述中心盘体
(3.1)
的尺寸相适配；主体部
(4.7)
的一侧路况开设有一个过线小孔
(4.3)
；所述承载部
(4.5)
的中心开设有球头定位孔
(4.4)
，所述球头定位孔
(4.4)
的中心呈球窝状的向靠近支撑部
(4.6)
的方向凹陷；带肋托盘
(4)
通过球头定位孔
(4.4)
套装在紧固段
(1.1e)
的外部，同时，带肋托盘
(4)
内表面中的不相邻四个八角凹槽
(4.2)
与防扭托盘
(3)
上的四个凸块
(3.1a)
定位配合；所述调心球头
(5)
为半球状结构，其轴心开设有锚孔，调心球头
(5)
通过锚孔套装在紧固段
(1.1e)
的外部，且其球体部插装于球头定位孔
(4.4)
中；所述减磨垫圈
(6)
套装在紧固段
(1.1e)
的外部，且与调心球头
(5)
的平面部分相贴合地连接；所述扭矩螺母
(7)
通过其内部的螺纹结构与外螺纹结构一
(1.1c)
之间的螺纹配合装配于紧固段
(1.1e)
的外部，并依次将位于其右侧的减磨垫圈
(6)、
调心球头
(5)
和带肋托盘
(4)
向靠近防扭托盘
(3)
的方向压紧；所述光纤光栅传感器
(8)
由光纤
(8.1)
和布置在光纤
(8.1)
上的多个光栅
(8.2)
组成，三个光纤光栅传感器
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢正正，李永乐，张农，
申请(专利权)人：徐州工程学院江苏锋致矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：