一种用于深埋水工隧洞围岩岩爆解危的吸能锚杆及方法【技术领域】
本发明涉及深埋水工隧洞岩体支护领域，具体涉及一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆
解危的吸能锚杆及方法。
【背景技术】
随着我国经济的快速发展，一大批大埋深、高应力水工隧洞等地下工程相继上马，在施工
过程中出现了大量的岩爆灾害，岩爆灾害会造成人员、设备等伤害，因此岩爆灾害亟待解决。
注浆锚杆作为水工隧洞工程中常用的支护材料，可以有效的调控围岩自身的承载能力，现有的
普通注浆锚杆存在抗动压冲击能力差的缺点，此时传统的注浆锚杆由于抗动压冲击能力较差的
限制无法抵御围岩的瞬间强岩爆能量的冲击，从而导致注浆锚杆的破断失效，失去支护有效性。
因此，在保证不对原有锚杆支护材料和支护工艺做较大改动的前提下，开发具有抗岩爆冲击能
力强，在发生岩爆时起到有效的吸能缓冲作用的新型锚杆，具有重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的是在于提供一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的吸能锚杆及方法，
在水工隧洞工程支护中，该吸能锚杆解决了注浆锚杆抗岩爆冲击能力较差的问题，根据其吸能
缓冲原理，大大提高了抗震和抵御岩爆的能力。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的吸能锚杆，包括中空注浆锚杆9，中空注浆
锚杆9上套设有止浆塞8，尾部配合设置有紧固螺母，所述的中空注浆锚杆9上还套设有吸能
装置，所述的吸能装置设置在所述的止浆塞8与紧固螺母之间，用于吸收岩爆过程中围岩释放
的能量。
所述的吸能装置包括定位套6和套筒2，所述的套筒2包括第一端部12和第二端部13，
所述的套筒2的内腔固定设置有端盖1和阻尼材料3，所述的端盖1设置在套筒2第一端部12
的内腔，所述的阻尼材料3的一端与端盖1相抵，阻尼材料3的另一端延伸至所述的套筒2
的第二端部13，所述的套筒2的第二端部13的外部套装有挡套5和托盘4，所述的托盘4活
动套装在套筒2上，所述的挡套5与套筒2固定连接，挡套5用于对托盘4进行限位，限制托
盘4从套筒2的第二端部13脱离；所述的定位套6设置在所述的套筒2第二端部的端口位置。
所述的端盖1沿轴向具有贯通端盖1的内腔，端盖1的内腔为圆锥形内腔，端盖1壁厚较
大的一端朝向所述套筒2的第一端部端部12设置；端盖1通过焊接固定在所述的套筒2第一
端部12的内腔。
所述的阻尼材料3沿轴向具有贯通阻尼材料3的内腔，阻尼材料3与端盖1相抵的一端设
置为与所述的端盖1内腔相适配的圆锥形，阻尼材料3的外壁与套筒2的内壁粘接连接。
所述的定位套6选用锥形套，其内腔及外表面均为锥形，定位套6的小端朝向所述的套筒
2的第二13端部设置。
所述的紧固螺母选用锥形螺母7，锥形螺母7的一端为与所述的定位套6的内腔相适配的
锥形，所述的锥形螺母7的最大外径小于套筒2的内径。
所述的定位套6的最大外径小于套筒2的内径，并大于端盖1的最小内径。
一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的方法，包括如下步骤：
步骤一：在围岩锚杆钻孔贴近岩面10的外端进行扩孔；
步骤二：将中空注浆锚杆9装入步骤一中的锚杆钻孔中并进行锚固；
步骤三：将吸能装置从中空注浆锚杆9的尾端装入，装入时，吸能装置上安装端盖1的一
端先从中空注浆锚杆9的尾端穿入，直至使托盘4紧贴岩面10，挡套5紧贴托盘4；
步骤四：将锥形螺母7从中空注浆锚杆9的尾端装入，拧紧锥形螺母7使锥形螺母7紧贴
定位套6，再继续通过拧紧锥形螺母7给中空注浆锚杆9施加预紧力；
步骤五，所述的围岩发生大变形时，随着岩面10、中空注浆锚杆9和锥形螺母7的运动，
吸能装置会与岩面10和中空注浆锚杆9产生相对位移，通过该相对位移来达到吸能的目的。
所述的步骤五中，当围岩发生大变形时，锥形螺母7与定位套6进入到套筒2的内腔，即
吸能装置与岩面10和中空注浆锚杆9产生相对位移，同时，锥形螺母7和定位套6与阻尼材
料3之间产生摩擦阻力，通过该相对位移和该摩擦阻力来达到吸能的目的。
所述的步骤五中，当围岩发生大变形时，锥形螺母7与定位套6进入到套筒2的内腔，当
定位套6移动到与端盖1相抵时，则吸能装置达到了最大的吸能量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
(1)本发明通过吸能装置配合中空注浆锚杆套并装在其尾部组合构成吸能锚杆，较原有
的中空注浆锚杆，本发明的吸能锚杆的抗岩爆冲击能力达到倍增效果倍增，安装方便、实用性
强。
(2)本发明的吸能锚杆具有抵抗围岩强岩爆冲击的能力，解决了传统的中空注浆锚杆受
强岩爆冲击造成破断支护失效问题，适用于深埋高应力水工隧洞工程的围岩支护。
(3)本发明的吸能锚杆及内部材料具有良好的耐潮湿、耐久、耐腐蚀等优点，适用于水
工隧洞等潮湿复杂的地质条件，满足水工隧洞支护等百年工程的高性能指标的严格要求。
本发明的吸能锚杆用于深埋水工隧洞岩体支护时，在围岩发生瞬间岩爆时，能快速吸收岩
爆过程中围岩瞬间释放的能量，通过围岩全断面吸能锚杆的整体作用，在保证岩体支护稳定的
同时，能有效降低深埋水工隧洞采掘开挖受岩爆影响造成的危害，维护岩体支护的安全稳定，
提高岩体支护抵御岩爆的能力。
【附图说明】
图1为本发明的吸能装置的结构示意图；
图2为本发明的吸能装置与中空注浆锚杆配套使用的示意图；
图3为本发明的吸能装置与中空注浆锚杆在发生围岩岩爆时的吸能过程示意图。
其中：1-端盖；2-套筒；3-阻尼材料；4-托盘；5-挡套；6-定位套；7-锥形螺母；8-止浆塞；
9-中空注浆锚杆；10-岩面；11-涨壳式锚头；12-第一端部；13-第二端部。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发作明进一步描述。
如图1至图3所示，一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的吸能锚杆，包括中空注
浆锚杆9，中空注浆锚杆9上套设有止浆塞8，尾部配合设置有紧固螺母，所述的中空注浆锚
杆9上还套设有吸能装置，所述的吸能装置设置在所述的止浆塞8与紧固螺母之间，用于吸收
岩爆过程中围岩释放的能量。
所述的吸能装置包括定位套6和套筒2，所述的套筒2包括第一端部12和第二端部13，
所述的套筒2的内腔固定设置有端盖1和阻尼材料3，所述的端盖1设置在套筒2第一端部12
的内腔，所述的阻尼材料3的一端与端盖1相抵，阻尼材料3的另一端延伸至所述的套筒2
的第二端部13，所述的套筒2的第二端部的外部套装有挡套5和托盘4，所述的托盘4活动套
装在套筒2上，所述的挡套5与套筒2固定连接，挡套5用于对托盘4进行限位，限制托盘4
从套筒2的第二端部13脱离；所述的定位套6设置在所述的套筒2第二端部13的端口位置。
所述的端盖1沿轴向具有贯通端盖1的内腔，端盖1的内腔为圆锥形内腔，端盖1壁厚较
大的一端朝向所述套筒2的第一端部端部12设置；端盖1通过焊接固定在所述的套筒2第一
端部12的内腔。
所述的端盖1内腔的最小直径大于所述的中空注浆锚杆9杆身部分的最大外径。
所述的阻尼材料3沿轴向具有贯通阻尼材料3的内腔，阻尼材料3与端盖1相抵的一端设
置为与所述的端盖1内腔相适配的圆锥形，阻尼材料3的外壁与套筒2的内壁粘接连接。
所述的阻尼材料3的内腔为圆柱形腔体，阻尼材料3的内腔的直径大于所述的中空注浆锚
杆9杆身部分的最大外径。
所述的定位套6选用锥形套，其内腔及外表面均为锥形，定位套6的小端朝向所述的套筒
2的第二13端部设置。
所述的紧固螺母选用锥形螺母7，锥形螺母7的一端为与所述的定位套6的内腔相适配的
锥形，所述的锥形螺母7的最大外径小于套筒2的内径。
所述的锥形螺母7的另一端为六角螺母结构，锥形螺母7的内部为呈与中空注浆锚杆9
相配合的波形螺纹状中空腔体。
所述的定位套6的最大外径小于套筒2的内径，并大于端盖1的最小内径；定位套6的最
小内经大于中空注浆锚杆9杆身部分的最大外径。
端盖1的内部为呈圆锥型中空腔体；阻尼材料3紧贴套筒2内壁，阻尼材料3的内部形成
中空结构；挡套5通过焊接与套筒2固定成为一个整体；锥形螺母7外部呈圆锥型结构，尾部
为螺母结构，内部呈与中空注浆锚杆配套的波形螺纹状中空腔体；安装时将吸能装置套装在中
空注浆锚杆9的尾端，再安装锥形螺母7，即成为吸能锚杆。
一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的方法，包括如下步骤：
步骤一：在围岩锚杆钻孔贴近岩面10的外端进行扩孔；
步骤二：将中空注浆锚杆9装入步骤一中的锚杆钻孔中并进行锚固；
步骤三：将吸能装置从中空注浆锚杆9的尾端装入，装入时，吸能装置上安装端盖1的一
端先从中空注浆锚杆9的尾端穿入，直至使托盘4紧贴岩面10，挡套5紧贴托盘4；
步骤四：将锥形螺母7从中空注浆锚杆9的尾端装入，拧紧锥形螺母7使锥形螺母7紧贴
定位套6，再继续通过拧紧锥形螺母7给中空注浆锚杆9施加预紧力；
步骤五，所述的围岩发生大变形时，随着岩面10、中空注浆锚杆9和锥形螺母7的运动，
吸能装置会与岩面10和中空注浆锚杆9产生相对位移，通过该相对位移来达到吸能的目的。
所述的步骤五中，当围岩发生大变形时，锥形螺母7与定位套6进入到套筒2的内腔，即
吸能装置与岩面10和中空注浆锚杆9产生相对位移，同时，锥形螺母7和定位套6与阻尼材
料3之间产生摩擦阻力，通过该相对位移和该摩擦阻力来达到吸能的目的。
所述的步骤五中，当围岩发生大变形时，锥形螺母7与定位套6进入到套筒2的内腔，当
定位套6移动到与端盖1相抵时，则吸能装置达到了最大的吸能量。
由图1和图2可知，本发明的吸能锚杆主要包括端盖1、套筒2、阻尼材料3、托盘4、挡
套5、定位套6、锥形螺母7、止浆塞8，本发明提供的技术特征如下：
a、端盖1通过焊接与套筒2连接，端盖1的内部为呈圆锥型的中空腔体；
b、阻尼材料3粘结在套筒内壁，阻尼材料3的内部为呈圆柱型中空腔体；
c、托盘4套装在套筒2之上，由挡套5限制其向下移动，挡套5通过焊接与套筒2固定
成为一个整体；
d、端盖1、套筒2、阻尼材料3、托盘4、挡套5和定位套6构成吸能锚杆的恒阻变形装
置，即吸能装置；
e、定位套6选用锥形套，定位套6的外部呈圆锥型结构，内部呈一圆锥型中空腔体，定
位套6圆锥型中空腔体结构用来包裹卡住锥形螺母7，在安装时起到定向作用；
f、锥形螺母7与定位套6能够被端盖1抱死卡住，端盖1用于阻止锥形螺母7与定位套6
在发生岩爆后从套筒2的端部抽出；
g、定位套6的最大外径大于端盖1的最小内径，定位套6的最大外径小于套筒2的内径。
如图1至图3所示，本发明的一种用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的方法的工作原
理及过程。
安装本发明的吸能装置之前需要对围岩锚杆钻孔贴近岩壁的外端进行扩孔，扩孔的长度和
孔径根据吸能装置的长度和直径而定；在锚固后的中空注浆锚杆9的杆体尾端依次套装恒阻变
形装置即吸能装置和锥形螺母7，该恒阻变形装置即吸能装置由端盖1、套筒2、阻尼材料3、
托盘4、挡套5和定位套6组成；施工时，使托盘4紧贴岩面10、挡套5紧贴托盘4、锥形螺
母7紧贴定位套6，拧紧锥形螺母7并给锚杆施加预紧力；施工完成后，当围岩发生大变形时，
恒阻变形装置即吸能装置会与岩面10、中空注浆锚杆9、螺母7和吸能装置的定位套6产生相
对位移，此时锥形螺母7会与定位套6挤压和摩擦阻尼材料3，锥形螺母7与定位套6和阻尼
材料3之间所受到的摩擦力即为吸能装置的恒阻力，当锥形螺母7推着定位套6移动到端盖1
的位置时，锥形螺母7与定位套6和端盖1抱死卡住，此时吸能锚杆的吸能装置即达到其最大
位移变形量，完成了恒阻变形的功能；另外，恒阻变形装置即吸能装置在与中空注浆锚杆9、
锥形螺母7和吸能装置的定位套6发生相对位移时，只是阻尼材料3与锥形螺母7和定位套6
之间在摩擦力作用下相对做功移动，中空注浆锚杆9、吸能装置的定位套6和锚杆锥形螺母7
并无移动。
本发明的一种适用于深埋高应力水工隧洞围岩岩爆解危的吸能锚杆及方法当吸能锚杆用
于深埋水工隧洞岩体支护时，在围岩发生瞬间岩爆时，能快速吸收岩爆过程中围岩瞬间释放的
能量，通过围岩全断面吸能锚杆的整体作用，在保证岩体支护稳定的同时，能有效降低深埋水
工隧洞采掘开挖受岩爆影响造成的危害，维护岩体支护的安全稳定，提高岩体支护抵御岩爆的
能力。