我国大变形锚杆研究现状及发展趋势

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.01.074

摘要/Abstract

摘要：

系统地介绍了我国大变形锚杆的研发现状。通过总结分析现有锚杆设计方案，提出了基于作用机理的大变形锚杆类型划分建议；选取5种典型的设计方案解析了各类型大变形锚杆的优缺点；在此基础上，进一步总结了现有技术方案存在的主要问题，据此对大变形锚杆未来发展趋势提出了几点认识。研究认为：我国大变形锚杆可划分为结构型、材料本质型和其他类型三大类；结构型大变形锚杆包含摩擦型、剪切型和活塞型3个亚类；为进一步促进大变形锚杆的发展，针对结构型锚杆应进一步优化结构、优选锚杆材料、优化制造工艺并保证产品质量稳定性；加大新型杆体材料的开发与应用研究力度；发展具有监测功能的大变形锚杆，将监测技术与大变形锚杆设计相融合，拓展大变形锚杆的应用前景。

关键词: 软岩支护, 深井开采, 大变形锚杆, 新型材料, 监测, 技术现状

Abstract:

The large deformation rock bolt overcomes the small deformation failure behavior of the traditional bolt，and can effectively solve the support and disaster prevention problems of the weak surrounding rock，the deep buried rheological rock and the rockburst area.It is a hot research topic in deep engineering technology. In order to summarize the research and development status of large deformation rock bolts in China，discuss the bottleneck problems faced by current research and development，grasp the possible trends of future development，and summarize the development process of large deformation rock bolts at China and abroad，the existing 50 typical designs in China were summarized and analyzed.The scheme proposed a type division suggestion based on the action mechanism； five typical schemes of different types were selected to further analyze the advantages and disadvantages of each type of large deformation rock bolts； on this basis，the main problems of the prior art scheme were discussed.Based on this，some understandings on future research and development trends were proposed.The research indicates that the large deformation bolts in China can be divided into 3 types，these are structural type，material intrinsic type and other type.Among them，the main feature of the structural type is that it contains a certain structure，which provides support resistance through sliding of the structure and coordinated deformation of the rock mass.The amount of deformation of the structure is the amount of stretching of the rock bolts. Such rock bolts can be subdivided into three sub-classes of friction type，shear type and piston type； the material type is to optimize the deformation characteristics of the material of the bolt by using the preferred anchor material or designing a certain structure.The yield strength and yield deformation are the support and ultimate deformation of the bolt； the structural type is the main solution in China，further optimizing the structure，optimizing the bolt material，improving the manufacturing process，and ensuring the product quality stability.For the research of material intrinsic bolt, it is important to focus on the development and application of new rod materials, such as negative Poisson’s ratio materials, which is also one of the most potential directions for the development of large-deformation anchors. The combination of deformation bolt technology and the development of large deformation anchors with monitoring function are conducive to the continuous monitoring of disturbance stress and convergence deformation of surrounding rock in the whole life cycle of underground engineering. It is one of the research directions worthy of attention in the future.

Key words: soft rock support, deep mining, large deformation rock bolts, new materials, monitoring, technical status

中图分类号:

TD35

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图/表 6

表1

我国大变形锚杆设计方案"

序号	文献名称	文献类型	涉及大变形锚杆作用原理	大变形锚杆类型	发表时间
1	一种自适应摩擦式锚杆^[13]	发明专利	通过恒阻体上齿条与筒壁摩擦	摩擦型	2018
2	一种让压玻璃钢锚杆^[14]	发明专利	端头加滚珠实现摩擦		2018
3	一种新型的抗剪切大变形锚杆^[15]	发明专利	滚动摩擦		2018
4	一种可延长锚杆^[16]	发明专利	锚杆与橡胶块间的摩擦		2018
5	丝杠式恒阻锚杆^[17]	发明专利	锁具旋转的摩擦力		2017
6	双级恒阻大变形锚固件^[18]	发明专利	杆体与套筒摩擦	摩擦型	2017
7	一种挤压摩擦式恒阻让压大变形锚杆^[19]	发明专利	活塞与套筒挤压摩擦		2017
8	一种大尺度让压锚杆特性分析及其应用研究^[20]	期刊论文	挤压套管压缩空心杆体，滑移摩擦力		2017
9	让压锚杆在大变形隧道支护应用中试验研究^[21]	期刊论文	让压装置挤压套管，产生摩擦作用		2016
10	一种挤压、摩擦式吸能锚杆^[22]	发明专利	楔形台柱摩擦吸能衬里管		2015
11	一种大变形恒阻周期性让压锚杆^[23]	发明专利	杆体与套筒间摩擦		2015
12	新型让压锚杆作用机理研究^[24]	期刊论文	滑块挤压套管间的摩擦力		2015
13	一种摩擦式恒阻大变形锚杆^[25]	实用新型	摩擦阻挡块与螺纹间的摩擦力		2014
14	一种新型高强恒阻大变形锚杆^[26]	实用新型	拔丝馍压缩大径段摩擦		2012
15	一种锥阻式摩擦套筒大变形锚杆^[27]	发明专利	锥齿摩擦体与套筒摩擦槽间的摩擦力		2012
16	抗大变形增阻锚杆的数值模拟研究^[28]	期刊论文	杆体与套筒摩擦力		2012
17	一种摩擦套筒式大变形锚杆^[29]	发明专利	柱形摩擦体与摩擦齿间摩擦力		2011
18	恒阻大变形锚杆^[30]	发明专利	杆体与恒阻装置间摩擦力		2010
19	一种适用于大变形支护的新型可伸长锚杆^[31]	期刊论文	滑块在管体内滑动的摩擦力		2007
20	管缝式可拉伸锚杆^[32]	实用新型	杆体与摩擦套管间摩擦		1990
21	可拉伸锚杆^[33]	实用新型	杆体与套筒间摩擦		1990
22	管式摩擦可拉伸锚杆^[34]	实用新型	杆体与摩擦套管间摩擦		1988
23	挤压式可拉伸锚杆^[35]	实用新型	压缩筒与套筒间摩擦		1987
24	一种自适应压剪式锚杆^[36]	发明专利	剪切压剪槽提供抗力	剪切型	2018
25	一种自适应释能锚杆^[37]	发明专利	先压缩后剪切铸铁环片提供抗力		2018
26	一种超高强抗腐蚀分级让压锚杆^[38]	实用新型	套管切割让压管		2018
27	拉削式抗岩爆锚杆^[39]	发明专利	刀具切削套管		2015
28	一种恒阻大变形锚杆/锚索^[40]	实用新型	刀具切削大径锚杆段		2014
29	一种拉压耦合变形锚杆^[41]	实用新型	弹簧+摩擦式活塞	活塞型	2018
30	一种防拉断大变形锚杆^[42]	实用新型	弹簧式活塞		2018
31	一种可适应围岩变形的锚杆^[43]	发明专利	弹簧式活塞		2018
32	一种增阻型锚杆^[44]	发明专利	橡胶式活塞		2018
33	一种可伸长多级让压锚杆^[45]	实用新型	橡胶+弹簧式活塞		2018
34	一种恒阻大变形让压锚杆或锚索^[46]	发明专利	液压式活塞		2017
35	一种新型多级让压锚杆^[47]	实用新型	金属环+橡胶式类活塞		2017
36	一种新型多级让压锚杆^[48]	实用新型	阻尼+弹簧+胀壳式类活塞		2017
37	软岩巷道支护恒阻变形锚杆^[49]	实用新型	液压式活塞		2016
38	预应力让压锚杆的数值模拟研究及其应用^[50]	学位论文	压缩让压管		2007
39	柔刚性可伸缩锚杆^[51]	实用新型	弹簧活塞		1993
40	一种结构精简化的大变形吸能锚杆^[52]	发明专利	材料本身大变形	材料本质型	2018
41	一种吸能—抗震锚杆^[53]	发明专利	材料本身大变形		2018
42	一种多级让压锚杆^[54]	发明专利	涨开内衬管		2018
43	拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究^[55]	期刊论文	通过结构优化，发挥钢材自身变形能力		2015
44	弯曲式可伸长锚杆的承载特性及应用研究^[56]	学位论文	弯曲的杆体伸长		2014
45	可伸缩胀管式锚杆在大变形巷道支护中的应用^[57]	期刊论文	杆体自身大变形		1994
46	改进型杆体可拉伸锚杆^[58]	实用新型	材料本身大变形		1991
47	H型杆体可拉伸锚杆^[59]	实用新型	材料本身大变形		1988
48	一种让压支护锚杆^[60]	发明专利	半球形锚盘嵌入岩体	其他类型	2018
49	一种恒阻大变形可拆卸式中空注浆锚杆^[61]	实用新型	人工拆卸实现大变形	其他类型	2018

表1

图1

图2

图3

图4

图5

参考文献 61

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36	周小平，寿云东，朱嘉毅. 一种自适应压剪式锚杆：CN208267884U[P].2018-08-24.
	Zhou Xiaoping，Shou Yundong，Zhu Jiayi. An adaptive press-shear bolt：CN208267884U[P].2018-08-24.
37	周小平，寿云东，朱嘉毅. 一种自适应释能锚杆：CN208267886U[P].2018-09-28.
	Zhou Xiaoping，Shou Yundong，Zhu Jiayi. An adaptive release energy bolt：CN208267886U[P].2018-09-28.
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