具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。

如图1-图3所示，一种环向让压锚管结构，包括外层开缝钢管2、内层开缝钢管3和夹层钢管4，外层开缝钢管2、内层开缝钢管3和夹层钢管4共同构成环向让压锚管1，能够对来自锚管结构各个方向的围岩压力进行让压，防止锚索因受到过大的剪切力导致受力不均被拉断或剪断。

具体而言，外层开缝钢管2和内层开缝钢管3均沿管壁开设有一条纵向通长的管缝5，内层开缝钢管3同心穿设在外层开缝钢管2内，并且内、外层开缝钢管的管缝5对齐，即朝向同一方向。

在内、外层开缝钢管之间，形成夹层，本发明在夹层中设置多根夹层钢管4，夹层钢管4固定在内层开缝钢管2的外壁上，确保受压变形时不会松动、脱落。

本发明的环向让压锚管1在使用时，内层开缝钢管2内穿设锚筋6。如图8所示，锚筋6具有前端的锚固段和后端的自由段，锚固段通过树脂端部锚固体8锚固在巷道围岩9中，自由段套设环向让压锚管1并安装在钻孔中，外露端通过托盘10和锁具11锚固固定。锚筋6可以是锚杆或预应力锚索，作为常规的锚固体，提供对围岩支护时所需的锚固力，提高巷道围岩的抗剪强度，抑制巷道浅层围岩沿着围岩的层理及裂隙面发生剪切滑移。

本发明中，内层开缝钢管2的内径大于锚筋6的直径。如此既能够方便施工时在内层开缝钢管中穿设锚筋，又为受压时内层开缝钢管的管缝闭合提供了让压空间。

锚筋6自由段外套设环向让压锚管1，工作机理为：环向让压锚管属于一种“刚-柔-刚”型的环向让压锚管结构，第一个“刚”含义为：当围岩对让压锚管结构的剪切力未使锚管结构发生变形时，让压锚管结构表现为刚性；“柔”含义为：当围岩对让压锚管结构的剪切力开始使锚管结构发生变形后，内外层开缝钢管受压逐渐闭合，中间的夹层钢管同样因受压而同步闭合，在这个过程中让压锚管结构表现为柔性，其所产生的弹性抗力随着结构闭合程度逐渐增大，可以起到限阻耗能的作用；第二个“刚”含义为：当让压锚管结构受压到极限时，夹层钢管完全压实、内外层开缝钢管完全闭合后，此时让压锚管结构可以视为一个刚性体，能够进一步提高锚管索整体的抗剪性能，从而提高巷道围岩的抗剪强度，抑制巷道浅层围岩沿着围岩的层理及裂隙面发生剪切滑移。

整个受压变形过程中，相对于原有的C形管而言，在变形中所产生的弹性抗力更大，可以大幅度提高巷道围岩的抗剪切能力；并能使围岩横向移动的可容许变形量更大，充分释放围岩中储存的能量，防止锚索因受到过大的剪切力导致受力不均被拉断或剪断。

虽然夹层钢管4在安装时已经采取了一定的固定措施，但仅仅是在夹层钢管4的两端将其与内、外层钢管的端部焊接固定，在受到围岩变形挤压时，夹层钢管4仍然存在脱离的可能，尤其是距开缝处最近的夹层钢管，开缝处最先变形，若此处的夹层钢管脱离将可能掉入开缝中，影响开缝受压闭合，鉴于此，本发明在制作开缝钢管时，内、外层开缝钢管在管缝5边缘处做封边处理，也就是将内、外层开缝钢管之间所形成的夹层在管缝处做封口处理，起到固定和封闭夹层钢管的作用。

较佳的，封边处理具体可以是内、外层开缝钢管的管缝边缘直接焊接封边，或者内、外层开缝钢管的管缝边缘焊接一条形钢板或铁皮7封边，如图2、4所示。

在一个实施例中，由于无法预料围岩的剪切力来自什么方位，夹层钢管4以内层开缝钢管3的圆心为中心，环向均匀布置在内层开缝钢管3的外壁上，以全方位抵抗来自围岩剪切力；同时均匀布置使得锚索的受力更均匀，不容易被拉断。

在一个实施例中，夹层钢管4的两端与内层开缝钢管3的端面焊接固定。

较佳的，夹层钢管4的两端同时与外层开缝钢管2的端面焊接固定。通过在端面点焊固定，方便施工操作。

本发明中，夹层钢管4的截面形状可灵活选择，满足加工工艺即可，作为一种优选，如图2、4所示，夹层钢管4为椭圆钢管或圆钢管，尤其是椭圆钢管，其截面形状的特点更适合作为本发明的夹层钢管，在外层开缝钢管2受压变形时，椭圆钢管更易于跟随变形和趋于闭合。

当锚管结构受到横向剪切力时，锚管结构吸收和抵抗剪切荷载而保护内部的锚筋。为了安装锚筋方便，内层开缝钢管的内径会大于锚筋的直径，因此内层开缝钢管与锚筋之间存在一定间隙，受压时内层开缝钢管首先会逐渐闭合。由于锚管结构属于一个整体，内层开缝钢管的变形促使夹层钢管和外层开缝钢管发生共同变形，在这个过程中：

若横向剪切力所产生的能量Q₁不超过锚管结构变形至“三层管”所需能量Q₂，则锚管结构变形过程中将横向剪切力所产生的能量消耗，锚筋不会受到剪切力；

若横向剪切力所产生的能量Q₁超过锚管结构变形至“三层管”所需能量Q₂，则锚管结构被压变形至“三层管”的形式，锚管结构和锚筋共同承受剪切力。

如图6，在一个实施例中，由以上变形机理可知，本发明设计锚筋半径、内层开缝钢管开缝角度以及内层开缝钢管半径首先应当满足以下关系式：

D＝r((360-θ)/360) (1.1)

式中：

D-锚筋半径；

r-内层开缝钢管半径；

θ-内层开缝钢管开缝角度。

本发明通过对内层开缝钢管进行上述设计，内层开缝钢管受压后趋于闭合，理想状态下恰好能够完全闭合，如图5，从而形成完全的闭合圆，为内部的锚筋提供防腐蚀保护作用。

在一个实施例中，本发明其次设计锚筋半径、椭圆钢管长轴、椭圆钢管短轴以及内层开缝钢管壁厚满足以下关系式：

6[πb+2(a-b)]＝π(D+d₁) (1.2)

式中：

D-锚筋半径；

a-椭圆钢管长轴；

b-椭圆钢管短轴；

d₁-内层开缝钢管壁厚。

本发明通过对椭圆钢管、内层开缝钢管进行上述设计，理想状态下能够使椭圆钢管受压完全压扁后恰好能够首尾相连，在夹层中类似形成一个第三层钢管，与内外层钢管形成一个三层管作用，如图7。需要说明，图7显示三层管之间相距一定间隙，仅是为了更好地示意出三层管结构，实际上在受压管缝趋于完全闭合或近乎完全闭合状态下，各层管之间处于相互紧贴的状态，三层管整体合为一层加厚管结构，锚管整体的抗剪性能大大提高。

在一个实施例中，锚筋半径、外层开缝钢管半径、内外层开缝钢管之间连接距离、外层开缝钢管开缝角度、内层开缝钢管壁厚以及椭圆钢管壁厚还设计满足以下关系式：

πR(360-α/360)+d＝π(D+d₁+d₂) (1.3)

式中：

D-锚筋半径；

R-外层开缝钢管半径；

d-内外层开缝钢管之间连接距离；

d₁-内层开缝钢管壁厚；

d₂-椭圆钢管壁厚；

α-外层开缝钢管开缝角度。

本发明通过对椭圆钢管、内层开缝钢管、外层开缝钢管进行上述设计，理想状态下能够使外层开缝钢管受压闭合后形成完全的闭合圆紧贴椭圆钢管外壁，如图6所示。

本发明所述环向让压锚管结构的制作方法为：

钢管沿纵向开全缝，制作内、外层开缝钢管；

在内层开缝钢管的外壁上环向均匀布置夹层钢管，并将夹层钢管与内层开缝钢管在端面处焊接固定；

将夹层钢管与内层开缝钢管整体穿设在外层开缝钢管内，使内层开缝钢管与外层开缝钢管开缝方向一致并对齐；

将夹层钢管与外层开缝钢管在端面处焊接固定；

将外层开缝钢管与内层开缝钢管的管缝边缘焊接封边，形成一个整体，得到环向让压锚管结构，使用时套设在预应力锚索外即可。

本发明环向让压锚管结构的制作方法工艺简单，材料易获得，只需选取合适的开缝钢管，或者将常规钢管进行开缝处理，然后采用简单的焊接工艺即可完成，不需要额外的复杂部件；使用时只需根据设计要求整体套设在预应力锚索或钢筋外放入钻孔中即可。

需要说明的是，虽然本发明结构本身以及制作工艺和使用方法都不复杂，但通过简单的结构极大改进了现有让压锚管的让压性能，通过在某煤矿巷道支护工程中试用，让压变形更大，能使围岩横向移动的可容许变形量更大，充分释放围岩中储存的能量，且受压变形后，在达到一定程度时，横向刚度会有一个突变，极大提高锚管索整体的抗剪性能。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。