权利要求
1.地下矿山锚杆增强型锚固头结构，包括有锚固杆部和锚固头部，锚固头部与锚固杆部同轴可拆卸的连成一体，其特征在于：所述锚固头部外壁自前端头向锚固杆部依次设有圆锥形导向头、一级锥段、二级锥段和三级锥段，从一级锥段、二级锥段至三级锥段的锥度依次增大，相邻锥段之间以及三级锥段尾部均设置有环形台阶，每个所述的环形台阶圆周面上均设置有若干个贯通的锚固孔，所有锚固孔沿着环形台阶周向均匀分布;所述一级锥段、二级锥段和三级锥段的外壁面上均设置有螺旋状咬合槽，螺旋状咬合槽沿各个锥段轴线螺旋延伸，且相邻锥段上的螺旋状咬合槽旋向相反。
2.根据权利要求1所述的地下矿山锚杆增强型锚固头结构，其特征在于：所述环形台阶的外径保持一致并与所述圆锥形导向头的最大外径一致。
3.根据权利要求1所述的地下矿山锚杆增强型锚固头结构，其特征在于：所述锚固孔的轴线与所述圆锥形导向头的中轴线呈90゜垂直布置，所述锚固孔的数量为8个，孔径为3～5mm。
4.根据权利要求1所述的地下矿山锚杆增强型锚固头结构，其特征在于：所述螺旋状咬合槽的槽截面呈梯形，槽宽2～4mm，槽深1.5～3mm。
5.根据权利要求1所述的地下矿山锚杆增强型锚固头结构，其特征在于：所述锚固头部的外表面上设置有耐磨耐腐蚀涂层，耐磨耐腐蚀涂层厚度为0.1～0.2mm。
6.根据权利要求1所述的地下矿山锚杆增强型锚固头结构，其特征在于：所述锚固杆部是由锚固杆体、锚固头锚杆连接部以及锚固头锚固段三部分组成，其中锚固头锚固段前部设有外螺纹，该处外螺纹与锚固头部螺纹连接，锚固头锚杆连接部将锚固杆体和锚固头锚固段通过螺母连成一体。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿山高端装备技术领域，尤其是一种地下矿山锚杆增强型锚固头结构。
背景技术
[0002]在地下矿山开采过程中，锚杆支护是控制围岩变形、防止巷道坍塌的核心支护方式，其锚固效果直接决定了地下开采作业的安全性和稳定性。锚固头作为锚杆与围岩接触锚固的关键部件，其结构设计直接影响锚杆的锚固力大小、受力均匀性以及长期稳定性。
[0003]目前，地下矿山所用锚杆的锚固头多采用单一柱状、锥形或简单多齿结构，它们存在以下缺陷：一是锚固头与锚固剂(树脂锚固剂、水泥砂浆等)的接触面积有限，粘结强度不足，受围岩应力变化、岩层裂隙发育等影响，易出现锚固剂与锚固头剥离、滑脱现象，导致锚固力下降;二是现有锚固头多为刚性结构，无法适配围岩的轻微变形，受力集中明显，易在锚固头根部产生应力集中，导致锚固头断裂或锚杆失效;三是锚固头表面多为光滑或简单纹路设计，与围岩的机械咬合作用较弱，尤其是在破碎岩层、风化岩层等复杂矿山围岩环境中，锚固可靠性差，难以满足高强度支护需求。
[0004]现有技术中，虽有部分针对锚杆锚固结构的改进，但多侧重于整体锚杆的预应力调节、注浆机构优化或托盘、螺母等部件的改进，如两端锚固预应力构件注浆锚杆，主要通过注浆和上下支护装置提升锚固效果，未针对锚固头本身的结构进行核心优化，或仅简单增加锚固头的尺寸，未从接触面积、受力分散、机械咬合等核心维度实现锚固头的结构创新，无法从根本上解决矿山场景下锚固力不足、稳定性差的问题。因此，需要一种结构新颖、适配地下矿山围岩特点、能显著提升锚固力的锚杆锚固头结构。
[0005]现有技术中，多侧重于整体锚杆的预应力调节、注浆机构优化或托盘、螺母等部件的改进，未针对锚固头本身的结构进行核心优化，或仅简单增加锚固头的尺寸，未从接触面积、受力分散、机械咬合等核心维度实现锚固头的结构创新。如专利CN2229517Y公开了一种胀壳式金属锚杆锚固头将胀壳的齿形改为顺齿形，以增大孔壁的承载面积减小孔壁所受的集中应力，不易产生孔壁破坏和胀壳滑动现象，从而使锚固头可适用于较软的岩石。
[0006]目前现有技术的不足之处在于：
[0007]1、锚固头与锚固剂接触面积有限，粘结强度不足，易出现锚固剂与锚固头剥离、滑脱，导致锚固力下降。
[0008]2、现有锚固头多为刚性结构，无法适配地下矿山围岩轻微变形，受力集中明显，易导致锚固头断裂或锚杆失效。
[0009]3、锚固头表面设计简单，与围岩机械咬合作用弱，在破碎、风化等复杂地下矿山围岩环境中，锚固可靠性差，无法满足高强度支护需求。
发明内容
[0010]本发明的目的就是针对上述情况，提供一种地下矿山锚杆增强型锚固头结构，该结构使用时能有效分散锚杆在复杂围岩应力下的集中力，避免传统锚固头根部易断裂的致命缺陷。
[0011]本发明的具体方案是：地下矿山锚杆增强型锚固头结构，包括有锚固杆部和锚固头部，锚固头部与锚固杆部同轴可拆卸的连成一体，所述锚固头部外壁自前端头向锚固杆部依次设有圆锥形导向头、一级锥段、二级锥段和三级锥段，从一级锥段、二级锥段至三级锥段的锥度依次增大，相邻锥段之间以及三级锥段尾部均设置有环形台阶，每个所述的环形台阶圆周面上均设置有若干个贯通的锚固孔，所有锚固孔沿着环形台阶周向均匀分布;所述一级锥段、二级锥段和三级锥段的外壁面上均设置有螺旋状咬合槽，螺旋状咬合槽沿各个锥段轴线螺旋延伸，且相邻锥段上的螺旋状咬合槽旋向相反。
[0012]进一步的，本发明中所述环形台阶的外径保持一致并与所述圆锥形导向头的最大外径一致。
[0013]进一步的，本发明中所述锚固孔的轴线与所述圆锥形导向头的中轴线呈90゜垂直布置，所述锚固孔的数量为8个，孔径为3～5mm。
[0014]进一步的，本发明中所述螺旋状咬合槽的槽截面呈梯形，槽宽2～4mm，槽深1.5～3mm。
[0015]进一步的，本发明中所述锚固头部的外表面上设置有耐磨耐腐蚀涂层，耐磨耐腐蚀涂层厚度为0.1～0.2mm。
[0016]进一步的，本发明中所述锚固杆部是由锚固杆体、锚固头锚杆连接部以及锚固头锚固段三部分组成，其中锚固头锚固段前部设有外螺纹，该处外螺纹与锚固头部螺纹连接，锚固头锚杆连接部将锚固杆体和锚固头锚固段通过螺母连成一体。
[0017]本发明的增强型锚固头结构使锚固剂与锚杆的机械咬合强度远超单一光滑结构，环形台阶上的锚固孔被锚固剂填充后，形成贯穿式的“销钉”结构，从根本上杜绝了锚固头与锚固剂之间的相对滑移，锚固力可提升30% 以上;相邻锥段之间设计的环形台阶，能有效分散锚杆在复杂围岩应力下的集中力，避免传统锚固头根部易断裂的致命缺陷。
附图说明
[0018]图1是本发明的整体结构示意图;
[0019]图2是本发明中的环形台阶与锚固孔局部放大结构示意图;
[0020]图3是本发明中的锚固杆部结构示意图。
[0021]图中：1—圆锥形导向头，2—一级锥段，3—二级锥段，4—三级锥段，5—锚固孔，6—环形台阶，7—螺旋状咬合槽，8—锚固杆体，9—锚固头锚杆连接部，10—锚固头锚固段。
具体实施方式
[0022]下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0023]在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0024]参见图1～图3，本发明是地下矿山锚杆增强型锚固头结构，包括有锚固杆部和锚固头部，锚固头部与锚固杆部同轴可拆卸的连成一体，所述锚固头部外壁自前端头向锚固杆部依次设有圆锥形导向头1、一级锥段2、二级锥段3和三级锥段4，从一级锥段、二级锥段至三级锥段的锥度依次增大，相邻锥段之间以及三级锥段尾部均设置有环形台阶6，每个所述的环形台阶圆周面上均设置有若干个贯通的锚固孔5，所有锚固孔沿着环形台阶周向均匀分布;所述一级锥段、二级锥段和三级锥段的外壁面上均设置有螺旋状咬合槽7，螺旋状咬合槽沿各个锥段轴线螺旋延伸，且相邻锥段上的螺旋状咬合槽旋向相反;本发明中所述螺旋状咬合槽的槽截面呈梯形，槽宽2～4mm，槽深1.5～3mm。进一步的，本发明中所述环形台阶的外径保持一致并与所述圆锥形导向头的最大外径一致。进一步的，本发明中所述锚固孔的轴线与所述圆锥形导向头的中轴线呈90゜垂直布置，所述锚固孔的数量为8个，孔径为3～5mm。进一步的，本发明中所述锚固头部的外表面上设置有耐磨耐腐蚀涂层，耐磨耐腐蚀涂层厚度为0.1～0.2mm。
[0025]进一步的，本发明中所述锚固杆部是由锚固杆体8、锚固头锚杆连接部9以及锚固头锚固段10三部分组成，其中锚固头锚固段前部设有外螺纹，该处外螺纹与锚固头部内设的内螺纹相连接，锚固头锚杆连接部将锚固杆体和锚固头锚固段通过螺母连成一体。
[0026]本发明的锚固头结构在使用时，首先将整个锚杆结构插入围岩的钻孔中，圆锥形导向头可有效减少插入阻力，便于锚固头快速进入钻孔底部;随后注入锚固剂(一般采用树脂锚固剂或水泥砂浆)，锚固剂会填充整个钻孔，并与锚固头部充分接触。由于锚固头部采用多级阶梯状圆锥结构即一级锥段2、二级锥段3和三级锥段4的形式，且各级锥段锥度依次增大，不仅增大了与锚固剂的接触面积，还能形成“楔形”锚固效应，增强锚固头结构与锚固剂的粘结力;螺旋状咬合槽的设置，进一步增大了锚固头与锚固剂的接触面积，且相邻锥段旋向相反的螺旋槽可形成“双向咬合”，有效防止锚固头与锚固剂之间发生相对滑动;环形台阶上的锚固孔会被锚固剂填充，形成若干个类似于“锚固销”的结构，进一步提升黏结强度。
[0027]当围岩发生轻微变形时，多级阶梯状圆锥结构即一级锥段2、二级锥段3和三级锥段4的形式可有效分散受力，避免应力集中在锚固头根部，防止锚固头断裂;耐磨耐腐蚀涂层则能保护锚固头免受地下潮湿环境和腐蚀性介质的侵蚀，延长使用寿命，确保长期锚固效果。
[0028]下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0029]如图1所示，本发明提供一种地下矿山增强型锚固头结构，包括与锚杆杆部相连接的锚固头部，锚固头部整体采用高强度合金钢材质，确保连接强度。
[0030]锚固头部呈多级阶梯状圆锥结构，自圆锥形导向头向后部依次分为一级锥段、二级锥段和三级锥段，一级锥段的锥度为6°，二级锥段的锥度为12°，三级锥段的锥度为20°，各级锥段的长度比为3:2:1，其中一级锥段的长度为60mm，二级锥段的长度为40mm，三级锥段的长度为20mm，相邻锥段之间形成环形台阶，环形台阶的高度为3mm，确保锚固头部受力均匀，避免应力集中。
[0031]一级锥段、二级锥段和三级锥段的外表面均设有螺旋状咬合槽，螺旋状咬合槽沿锥段轴线螺旋延伸，且一级锥段和三级锥段上的螺旋状咬合槽为顺时针旋向，二级锥段上的螺旋状咬合槽为逆时针旋向，形成双向咬合结构。螺旋状咬合槽的截面呈梯形，槽宽为3mm，槽深为2mm，螺旋升角为18°，既能增大与锚固剂的接触面积，又能增强机械咬合作用，防止锚固头与锚固剂滑脱。
[0032]环形台阶的侧面设有8个贯通的锚固孔，实际只有四个锚固孔，孔一个端口向另一侧是贯通的，所以在圆周上看见的是8个孔洞，锚固孔沿环形台阶的轴向均匀分布，相邻锚固孔之间的夹角为90°，锚固孔的孔径为4mm，锚固孔贯穿环形台阶的内外侧面，注入锚固剂后，锚固剂进入锚固孔内形成“锚固销”，提升黏结强度。
[0033]锚固头部的外表面设有一层耐磨耐腐蚀涂层，涂层厚度为0.15mm，采用环氧树脂与
碳化硅混合材料制成，通过喷涂工艺附着在锚固头部外表面，提升耐磨、耐腐蚀性能，适配地下矿山环境。
[0034]本实施例的锚固头结构在地下巷道支护中使用时，先将锚固头部和锚固杆部一起插入围岩钻孔中，圆锥形导向头引导锚固头部顺利进入钻孔底部，随后注入树脂锚固剂，锚固剂填充钻孔后，与锚固头部的外表面、螺旋状咬合槽、锚固孔充分接触，形成牢固的黏结结构;双向螺旋状咬合槽增强锚固剂与锚固头的机械咬合，锚固孔内的锚固剂形成“锚固销”，进一步提升黏结强度;多级阶梯状圆锥结构分散受力，避免锚固头断裂，从而实现锚固力的显著提升。
[0035]本发明的增强型锚固头结构使锚固剂与锚杆的机械咬合强度远超单一光滑结构，环形台阶上的锚固孔被锚固剂填充后，形成贯穿式的“销钉”结构，从根本上杜绝了锚固头与锚固剂之间的相对滑移，锚固力可提升30% 以上;相邻锥段之间设计的环形台阶，能有效分散锚杆在复杂围岩应力下的集中力，避免传统锚固头根部易断裂的致命缺陷。
说明书附图(3)
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编辑：北方有色网
来源：武钢资源集团金山店矿业有限公司
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