膨胀锚杆是一类锚固机理独特的摩擦型锚杆,其锚固作用形式不同于传统的锚杆,克服了现在常用锚杆对软岩和大变形巷道适应性差的缺陷,锚固性能优越,成本低,可回收复用。本研究具有重要的学术意义和工程意义,同时也具有良好的经济和社会效益。作者的主要工作是设计制造出膨胀锚杆,并研究其各项性能。作者首先根据膨胀锚杆的几何尺寸和最大膨胀直径要求,设计出了满足机构可行的C型锚固层;调研、分析了类C型钢的各种塑性成型方法,经过对比筛选,最终确定了用辊式冷弯成型的方式制造膨胀锚杆锚固层C型结构,并做了C型结构的冷弯成型设计,开制出成型模具,加工出了膨胀锚杆C型锚固层。然后,利用ANSYS有限元分析软件对膨胀锚杆的受力、变形、与围岩锚固接触等进行分析计算,来指导锚杆设计与加工制造,主要工作有:①膨胀锚杆锚固层膨胀性能分析(主要分析密封层橡胶的膨胀性能,锚固层C环的滑动变形情况,考察锚固层的最大膨胀直径以及所能承受的最大密封层压力);②围岩半径对接触力影响的分析(考察围岩半径大小对锚杆与围岩之间接触力的影响,为膨胀锚杆锚固性能分析做准备,同时为布锚设计提供依据);③膨胀锚杆拉锚性能分析(分析不同锚孔直径下,内注压力和锚固接触力之间的关系,并得出锚杆所能提供的最大接触力);④膨胀锚杆杆体抗拉性能分析(分析不同锚孔直径下,膨胀锚杆在满足所要求的拉锚固性能的同时,锚杆本身的强度是否满足要求,即锚杆在松动围岩的摩擦拉拔之下,是否会发生破坏)。数值模拟表明,膨胀锚杆能对围岩发挥有效的锚固作用,克服传统锚杆对软岩与大变形巷道适用性差的缺陷,锚杆结构合理,性能可靠。