CN102943681A - 一种弱胶结软岩巷道支护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述方法公开了一种弱胶结软岩巷道支护方法及装置，所述方法包括：步骤一、采用钻机进行钻孔；步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，对所述钻孔的底部进行扩孔；步骤三、将锚固剂和锚杆放入所述钻孔中，将所述锚杆和钻机连接，所述钻机驱动所述锚杆转动搅拌所述锚固剂，所述锚固剂凝固后充满扩孔部位形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段；步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，并用螺母将所述锚杆的自由端拧紧，预紧扭矩达到设计值。所述装置为扩孔钻头，包括：壳体，其一端为连接头；切刀，与所述连接头的底部枢接；切刀控制装置，与所述切刀相连，控制所述切刀从所述壳体旋出或收回。采用本发明所述装置和方法锚固锚杆的效果好。

Description

一种弱胶结软岩巷道支护方法及装置

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种弱胶结软岩巷道支护方法及装置。

背景技术

锚杆支护成套技术代表着煤矿巷道支护的发展方向，有着其它支护技术无可比拟的优越性，但是锚杆支护成套技术在弱胶结软岩巷道中成效甚低，突出表现为：锚杆、锚索的锚固力远达不到设计要求，往往较低的拉拔力便可将锚杆和锚固体从钻孔中拔出；锚杆及锚索孔在锚固施工过程中泥化现象严重，严重影响锚固效果；巷道变形量大，如底鼓、收帮等，导致开采空间不能满足生产要求。

钻孔孔底扩孔锚固支护技术是在完成锚杆孔的底端位置进行扩孔，然后灌浆以形成洋葱头状的锚固体，可显著提高锚杆体的锚固能力。钻孔孔底扩孔锚固支护技术在边坡、基坑、探矿等工程中有着广泛的应用，用以提升锚杆支护系统的锚固效果。

目前，尚无适用于煤矿巷道支护的小孔径钻孔孔底快速扩孔锚固支护技术与配套设备，现有的钻孔孔底扩孔技术与设备广泛应用于边坡、基坑、探矿等实际工程，扩孔对象大多是粘土或风化严重的岩石，钻孔的直径远远大于煤矿巷道锚杆钻孔，另外，钻孔的位置及角度都与煤矿巷道有较大的差异。因此，现有扩孔技术与设备无法满足煤矿巷道扩孔需要，为满足煤矿巷道掘进速度、锚杆钻孔角度变化大等要求，急需开发出适用于煤矿巷道的小孔径钻孔孔底快速扩孔锚固技术与配套设备，为我国北部和西部矿区弱胶结软岩巷道的控制提供有力手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于弱胶结软岩巷道工程的支护方法及装置，所述方法在完成锚杆孔后，对所述锚杆孔孔底进行快速扩孔并锚固锚杆，为控制弱胶结软岩巷道围岩大变形和流变提供新的技术手段。

为解决现有技术存在的问题，达到上述目的，本发明提供了一种弱胶结软岩巷道支护方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、采用钻机进行钻孔，所述钻孔的直径与扩孔钻头的直径相适应；

步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，放入所述钻孔中，钻机与所述钻杆相连，驱动所述扩孔钻头旋转，对所述钻孔的底部进行扩孔；

步骤三、完成扩孔后，将锚固剂和锚杆放入所述钻孔中，将所述锚杆和钻机连接，所述钻机驱动所述锚杆转动搅拌锚固剂，所述锚固剂凝固后充满扩孔部位形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段；

步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，其上具有通孔，所述锚杆的自由端为螺纹结构，从所述通孔中穿出，螺母与所述螺纹结构旋合将所述锚杆的自由端拧紧固定在所述托盘上，预紧扭矩达到设计值。

优选的是，步骤二中所述扩孔钻头扩出的孔结构为倒楔形。

一种在本发明所述方法中使用的扩孔钻头，其特征在于，包括：

壳体，其一端为连接头；

切刀，与所述连接头的底部枢接；

切刀控制装置，与所述切刀相连，控制所述切刀从所述壳体旋出或收回。

优选的是，所述切刀为对称设置的两个，且所述切刀的前端刀背侧为一斜面结构，两个所述切刀的前端在所述壳体内形成一V字型空间。

优选的是，所述切刀控制装置包括：

收刀弹簧，连接两个所述切刀，当所述两个切刀张开时，所述收刀弹簧处于张紧状态；

涨刀杆，与所述两个切刀的斜面结构相接触；

推杆，其一端为止挡部，从所述壳体伸出，另一端与所述涨刀杆相连；

复位弹簧，其一端固定在所述壳体上，另一端与所述涨刀杆相连，当所述涨刀杆驱动所述切刀张开时，所述复位弹簧处于压缩状态。

优选的是，所述涨刀杆与所述切刀接触的一端为锥型体，正好嵌入所述V字型空间内，所述锥形体与所述两个切刀前端的斜面结构相接触。

优选的是，所述扩孔钻头还包括：

限位孔，设置在所述壳体上，为长条形，沿所述壳体的长度方向延伸；

定位销，固定在所述涨刀杆上，沿所述限位孔移动。

优选的是，所述扩孔钻头还包括：

垫片，设置在所述涨刀杆和所述推杆之间；

弹性止挡圈，设置在所述推杆与所述壳体非连接头一端的接触部位。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种弱胶结软岩巷道支护方法采用扩孔钻头对扩孔位置进行扩孔，然后放入锚固剂以形成倒楔形的锚固体并安装锚固锚杆，可显著提高锚固体的锚固能力，锚杆和锚固体不易从钻孔中拔出，为控制弱胶结软岩巷道围岩大变形和流变提供了新的技术手段；本发明所述方法步骤少，易实施，且锚固锚杆的效果好；本发明所述扩孔钻头结构简单，扩孔效果好。

附图说明

图1为本发明所述扩孔钻头的剖面图

图2为本发明所述扩孔钻头的外部结构图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，以使本领域普通技术人员参照本说明书后能够据以实施。

本发明所述弱胶结软岩巷道支护方法，包括如下步骤：

步骤一、根据巷道周围围岩体的条件确定钻孔位置和深度，采用钻头进行钻孔，所述钻孔的直径与扩孔钻头的直径相适应，所述钻孔直径和深度可以根据需要确定，优选的是，所述钻孔直径为28-32mm，深度为2-3m；

步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，所述钻杆把扩孔钻头送达钻孔底部，所述钻杆连接钻机，所述钻机给所述扩孔钻头一个轴向力，扩孔钻头的切刀4自动张开,同时钻机带动所述钻杆和扩孔钻头旋转,对所述钻孔的底部进行扩孔，所述扩孔钻头扩出的孔结构为倒楔形；

步骤三、扩孔完成后，切刀控制装置控制所述切刀4收回，将所述钻杆和所述扩孔钻头从所述钻孔中取出，在所述钻孔中放入锚固剂和锚杆，钻机与所述锚杆相连，驱动所述锚杆转动搅拌所述锚固剂，所述锚固剂凝固后充满所述扩孔部分并形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段，因为所述倒楔形结构除顶端外其他部分的直径都大于所述钻孔的直径，所以能将所述锚杆很牢固地固定在所述钻孔中不易拔出；

步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，其上具有通孔，所述锚杆的自由端为螺纹结构，从所述通孔中穿出，螺母与所述螺纹结构旋合将所述锚杆的自由端拧紧固定在所述托盘上，预紧扭矩达到设计值。

常规的钻孔结构为直线型，锚固锚杆固定在孔底后，在弱胶结软岩巷道中成效甚低，突出表现为：锚杆、锚索的锚固力远达不到设计要求，往往较低的拉拔力便可将锚杆和锚固体从钻孔中拔出。因此，本发明所述方法在钻孔底部进行扩孔，扩孔后的扩孔结构形成倒楔形，在孔底放入锚固剂并安装锚杆后，能很牢固地将锚杆的锚固段固定在底部，不易拔出。

本发明还提供了一种扩孔钻头，如图1和图2，包括：壳体2，其一端为连接头1，为带内螺纹的孔结构，与钻杆螺纹连接，另一端的中心具有一圆形孔；切刀4，与所述连接头1的底部通过一转轴3枢接；切刀控制装置，与所述切刀4相连，控制所述切刀4的张开和收回，所述切刀控制装置驱动所述切刀4以所述转轴3为中心转动，在工作时旋出所述壳体2外进行围岩体的切割，并在完成工作后收回到所述壳体2的内部。所述切刀4的长度和旋转角度可以根据实际需要制造，长度优选为300-400mm，所述切刀4的长度和旋转角度决定了所述倒楔形扩孔结构的具体尺寸。所述切刀4为对称设置的两个，所述切刀4的前端刀背侧为一斜面结构14，两个所述切刀4的前端在所述壳体2内形成一V字型空间。所述切刀控制装置包括：收刀弹簧5，连接两个所述切刀4，当所述两个切刀4张开时，所述收刀弹簧5处于张紧状态，当所述切刀4收回到壳体2内部时，所述弹簧处于自然状态；涨刀杆7，与所述两个切刀4的斜面结构14相接触；推杆12，其一端为止挡部，从所述壳体2底部的圆形孔中伸出，且其直径大于所述圆形孔的直径，起到止挡作用。另一端与所述涨刀杆7相连，具体地说，所述推杆12分为三部分，位于所述壳体2内的部分为直径较大的圆柱体，还包括一小直径的圆柱体和止挡部，所述小直径的圆柱体穿过所述壳体2底部的圆形孔连接所述止挡部和所述直径较大的圆柱体；复位弹簧6，其一端固定在所述壳体2上，另一端与所述涨刀杆7相连，当所述涨刀杆7驱动所述切刀4张开时，所述复位弹簧6处于压缩状态。

优选的是，所述涨刀杆7与所述切刀4接触的一端为锥型体，正好嵌入所述两个切刀4形成的V字型空间内，所述锥形体与所述两个切刀4前端的斜面结构14相接触，此斜面接触的设计使所述涨刀杆7和所述切刀4之间的摩擦力较小，更容易使所述涨刀杆7在所述两个切刀4之间滑动，不易磨损，使用寿命长，所述涨刀杆7与所述收刀弹簧5相配合驱动所述切刀4的张开和收回。在所述涨刀杆7和所述推杆12之间设置有垫片10，起到缓冲作用。所述扩孔钻头还包括限位孔13，设置在所述壳体2上，为长条形，沿所述壳体2的长度方向延伸；定位销8，通过内六角锁定螺钉9固定在所述涨刀杆7上，沿所述限位孔13移动，对所述涨刀杆7的移动距离进行限制。所述推杆12与所述壳体2非连接头一端的接触部位设置有弹性止挡圈11，具有缓冲作用。

所述扩孔钻头在工作过程中需要切割岩体时，给所述止挡部一个轴向力，所述推杆12推动所述涨刀杆7向所述切刀方向运动，复位弹簧6处于压缩状态，所述涨刀杆7滑入所述两个切刀4之间，将所述两个切刀4分开，切刀4以转轴3为中心转动，旋出壳体2外，此时收刀弹簧5处于张紧状态，定位销8在限位孔13中向所述连接头1方向移动，对所述涨刀杆7的移动距离进行限制，扩孔钻头转动切割岩体。完成扩孔后，停止钻机的转动，所述扩孔钻头不再受力也停止转动，此时复位弹簧6复位，从压缩状态复位到自然状态，推动所述推杆12复位，同时，收刀弹簧5从张紧状态回复到自然状态，将所述两个切刀4收回到所述壳体2内，同时推动所述涨刀杆7向所述止挡部的方向滑动复位。

本发明所述的一种弱胶结软岩巷道支护方法采用扩孔钻头对扩孔位置进行扩孔，然后放入锚固剂以形成倒楔形的锚固体并安装锚固锚杆，可显著提高锚固体的锚固能力，锚杆和锚固体不易从钻孔中拔出，为控制弱胶结软岩巷道围岩大变形和流变提供了新的技术手段；本发明所述方法步骤少，易实施，且锚固锚杆的效果好；本发明所述扩孔钻头结构简单，扩孔效果好。

实施例一

本发明所述弱胶结软岩巷道支护方法，包括如下步骤：

步骤一、根据巷道周围围岩体的具体条件确定钻孔位置和钻孔深度，采用钻机进行钻孔，所述钻孔的直径与扩孔钻头的直径相适应，所述钻孔直径为28mm，深度为2m；

步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，所述钻杆把扩孔钻头送达钻孔底部，所述钻杆连接钻机，扩孔钻头的切刀4自动张开,同时钻机带动所述钻杆和扩孔钻头旋转，对所述钻孔的底部进行扩孔，所述扩孔钻头扩出的孔结构为倒楔形，所述切刀长度为300mm，即倒楔形孔结构的斜边长为300mm；

步骤三、完成扩孔后，将锚固剂和锚杆放入所述钻孔中，将所述锚杆和钻机连接，所述钻机驱动所述锚杆转动搅拌所述锚固剂，所述锚固剂凝固后充满扩孔部位形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段；

步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，其上具有通孔，所述锚杆的自由端为螺纹结构，从所述通孔中穿出，螺母与所述螺纹结构旋合将所述锚杆的自由端拧紧固定在所述托盘上，预紧扭矩达到设计值。

实施例二

本发明所述弱胶结软岩巷道支护方法，包括如下步骤：

步骤一、根据巷道周围围岩体的具体条件确定钻孔位置和钻孔深度，采用钻机进行钻孔，所述钻孔的直径与扩孔钻头的直径相适应，所述钻孔直径为42mm，深度为3m；

步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，所述钻杆把扩孔钻头送达钻孔底部，所述钻杆连接钻机，钻机给扩孔钻头一个向下的轴向力，扩孔钻头的切刀4自动张开,同时钻机带动所述钻杆和扩孔钻头旋转,对所述钻孔的底部进行扩孔，所述扩孔钻头扩出的孔结构为倒楔形，所述切刀长度为400mm，即倒楔形孔结构的斜边长为400mm；

步骤三、完成扩孔后，将锚固剂和锚杆放入所述钻孔中，将所述锚杆和钻机连接，所述钻机驱动所述锚杆转动搅拌所述锚固剂，所述锚固剂凝固后充满扩孔部位形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段；

步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，其上具有通孔，所述锚杆的自由端为螺纹结构，从所述通孔中穿出，螺母与所述螺纹结构旋合将所述锚杆的自由端拧紧固定在所述托盘上，预紧扭矩达到设计值。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种弱胶结软岩巷道支护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一、采用钻机进行钻孔，所述钻孔的直径与扩孔钻头的直径相适应；

步骤二、将所述扩孔钻头和钻杆连接，放入所述钻孔中，钻机与所述钻杆相连，驱动所述扩孔钻头旋转，对所述钻孔的底部进行扩孔；

步骤三、完成扩孔后，将锚固剂和锚杆放入所述钻孔中，将所述锚杆和钻机连接，所述钻机驱动所述锚杆转动搅拌所述锚固剂，所述锚固剂凝固后充满扩孔部位形成倒楔形固体结构，固定所述锚杆的锚固段；

步骤四、在所述钻孔顶部安装托盘，其上具有通孔，所述锚杆的自由端为螺纹结构，从所述通孔中穿出，螺母与所述螺纹结构旋合将所述锚杆的自由端拧紧固定在所述托盘上，预紧扭矩达到设计值。

2.如权利要求1所述的弱胶结软岩巷道支护方法，其特征在于，步骤二中所述扩孔钻头扩出的孔结构为倒楔形。

3.一种在权利要求1或2所述方法中使用的扩孔钻头，其特征在于，包括：

壳体，其一端为连接头；

切刀，与所述连接头的底部枢接；

切刀控制装置，与所述切刀相连，控制所述切刀从所述壳体旋出或收回。

4.如权利要求3所述的扩孔钻头，其特征在于，所述切刀为对称设置的两个，且所述切刀的前端刀背侧为一斜面结构，两个所述切刀的前端在所述壳体内形成一V字型空间。

5.如权利要求4所述的扩孔钻头，其特征在于，所述切刀控制装置包括：

收刀弹簧，连接两个所述切刀，当所述两个切刀张开时，所述收刀弹簧处于张紧状态；

涨刀杆，与所述两个切刀的斜面结构相接触；

推杆，其一端为止挡部，从所述壳体伸出，另一端与所述涨刀杆相连；

复位弹簧，其一端固定在所述壳体上，另一端与所述涨刀杆相连，当所述涨刀杆驱动所述切刀张开时，所述复位弹簧处于压缩状态。

6.如权利要求5所述的扩孔钻头，其特征在于，所述涨刀杆与所述切刀接触的一端为锥型体，正好嵌入所述V字型空间内，所述锥形体与所述两个切刀前端的斜面结构相接触。

7.如权利要求5所述的扩孔钻头，其特征在于，还包括：

限位孔，设置在所述壳体上，为长条形，沿所述壳体的长度方向延伸；

定位销，固定在所述涨刀杆上，沿所述限位孔移动。

8.如权利要求5所述的扩孔钻头，其特征在于，包括：

垫片，设置在所述涨刀杆和所述推杆之间；

弹性止挡圈，设置在所述推杆与所述壳体非连接头一端的接触部位。

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