CN103410542B - 提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法 - Google Patents

提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法，包括专用钻杆、连接杆和取杆器。先后利用专用钻杆进行2次钻孔作业，专用钻杆作业完成后留在孔内，然后将普通钻杆插入专用钻杆内腔继续钻孔直至达到设计深度，取出普通钻杆，放入锚固剂、安装锚杆或锚索，最后利用取杆器取出专用钻杆。利用本装置和方法进行钻孔、安装锚杆或锚索时，专用钻杆一直留在孔中，可有效防止塌孔；保证锚杆锚索钻机在钻进过程中顺利返浆，防止浆液中的水进入底板浅部松散破碎岩体中导致岩沫沉积在钻孔底部，避免夹钎。本发明结构简单、使用方便，钻孔率达到100%，锚杆、锚索锚固效果好，有效防止钻孔过程中夹钎，施工效率得到显著提高。

Description

提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法
技术领域
本发明涉及到采矿工程和岩土工程领域，特别是一种提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及其方法。
背景技术
底鼓是高应力软岩巷道中常见的动力现象，底板锚网索支护常因施工难度大、施工效率低而无法实施。目前，煤矿及岩土工程中巷道底板锚杆、锚索主要采用底板锚索钻机和普通钻杆施工。施工中主要存在以下三个方面问题：(1)巷道底板1m左右深度范围内围岩松散破碎，钻进时会很快钻透，但拔出钻杆后，钻孔很快塌实，难以成孔；(2)由于底板浅部围岩裂隙发育，且靠近底板表面1m左右深度范围内围岩松散破碎，钻进过程中，水和岩屑难以返至底板表面而积在钻孔下部，造成施工过程中容易夹钎；(3)由于向下钻孔，底板围岩中有水或钻孔中贮存有拌有岩沫的水浆，造成锚杆、锚索锚固效果差。由于上述三个方面原因，造成底板锚网索施工难度极大、施工效率低下，底板锚网索支护难以大面积推广应用。
发明内容
要解决的技术问题：针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法，解决现有技术用普通钻杆施工中存在的难以成孔、容易夹钎、锚固效果差等技术问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置，包括专用钻杆、连接杆和取杆器；
所述专用钻杆为自钻式中空钢管，其杆体内径大于普通钻杆外径，靠近其杆体底端设有截割齿结构，其杆体中部及顶端部位设置销钉孔；
所述连接杆杆体一端设置销钉孔，另一端连接锚杆(索)钻机连接头；所述连接杆杆体内径大于专用钻杆外径；
所述取杆器包括套管和把手，所述把手与套管一端连接固定，所述套管为中空钢管，且套管内径大于专用钻杆外径，套管上设置销钉孔。
进一步的，在本发明中，所述截割齿结构为安装金刚石的钻头或锯开豁口的结构。
进一步的，在本发明中，所述专用钻杆长度为L1，连接杆长度为L2，钻机行程为L，钻机机头距巷道底板的最大距离为H1、最小距离为H2，则满足L1＜H1，L1＜2L，L2＞H2。
提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，包括顺序执行以下几个步骤：
步骤一：将所述专用钻杆置于连接杆内，专用钻杆中部的销钉孔与连接杆上的销钉孔通过销钉结构固定相连，连接杆另一端的钻机连接头与钻机机头相连，在巷道底板上进行钻孔直至专用钻杆的外露杆体完全进入孔中；
步骤二：去掉步骤一中的销钉结构，将专用钻杆另一端的销钉孔与连接杆上的销钉孔通过销钉结构固定相连，连接杆另一端的钻机连接头与钻机机头相连，继续进行钻孔直至专用钻杆外露杆体完全进入孔中；
步骤三：去掉步骤二中的销钉结构，卸下连接杆，将普通钻杆一端连接至钻机机头、另一端插入专用钻杆中继续钻孔直至孔深达到设计值，普通钻杆6不够长可以接钻杆加长；
步骤四：取出普通钻杆，穿过专用钻杆放入锚固剂，将锚杆或锚索一端插入专用钻杆中、另一端连接至钻机机头，钻机机头下降带动锚杆或锚索搅拌锚固剂直至锚固剂完全凝固；
步骤五：将取杆器的套管套至专用钻杆上，并用销钉结构固定套管和专用钻杆；握持把手与钻孔方向成反向旋转取出专用钻杆。
在上述方法中，所述销钉结构包括主销钉，所述主销钉包括销钉头和销杆，销杆尾部设有固定孔和短销钉，所述短销钉与固定孔相匹配。用于固定被销钉结构连接的部件。
优选的，在本发明中，在钻机钻进过程中，可适时提升所使用的普通钻杆然后再钻进，如此往复进行。这样有助于防止在钻孔过程中夹钎。
进一步的，在本发明中，所述锚固剂为防水锚固剂，从钻孔中取出专用钻杆后，待锚固剂完全凝固后对锚杆进行预紧或对锚索进行即时张拉；所述锚固剂为普通锚固剂，从钻孔中取出专用钻杆后，待锚固剂完全凝固并等待2天后对锚杆进行预紧或对锚索进行张拉。
有益效果：本发明的提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置及方法，先后利用专用钻杆进行2次钻孔作业，专用钻杆作业完成后留在孔内，然后将普通钻杆插入专用钻杆内腔继续钻孔直至达到设计深度，取出普通钻杆，穿过专用钻杆放入锚固剂，安装锚杆或锚索，最后利用取杆器取出专用钻杆。
利用本装置和方法进行钻孔及后期安装锚杆或锚索过程中，专用钻杆一直留在孔中，可有效防止塌孔，提高成孔效率；
同时专用钻杆保证了锚杆(锚索)钻机钻进过程中能顺利返浆，防止返浆中的水进入底板浅部松散破碎岩体中，避免夹钎；
进一步的，由于钻孔中有水，采用防水锚固剂待其凝固后即时张拉预紧或普通锚固剂待其凝固后并等待2天时间进行张拉预紧，锚杆、锚索的锚固效果好。
最后，在钻孔过程中，适时提升普通钻杆然后再钻进，可有效防止钻孔过程中夹钎现象。
本发明的装置及方法结构简单、使用方便，成孔和安装时间大大缩短，钻孔率达到100％，锚杆、锚索锚固效果好，底板锚杆、锚索施工效率得到显著提高。
附图说明
图1为本发明中的专用钻杆的结构示意图；
图2为本发明中的连接杆的结构示意图；
图3为本发明中的取杆器的结构示意图；
图4为本发明中的销钉的结构示意图；
图5为本发明中的短销钉的结构示意图；
图6为本发明中的普通钻杆的结构示意图；
图7为本发明的专用钻杆中部销钉孔与连接杆上的销钉孔相连的结构示意图；
图8为本发明的专用钻杆一端的销钉孔与连接杆上的销钉孔相连的结构示意图；
图9为本发明中的专用钻杆与取杆器相连的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置，包括专用钻杆1、连接杆2和取杆器3；设专用钻杆1的长度为L1，连接杆2的长度为L2，钻机行程L，钻机机头距巷道底板的最大距离为H1、最小距离为H2，为保证本装置可正常进行钻孔，则满足L1＜H1，为保证专用钻杆经两次钻孔完全进入孔中，则满足L1＜2L，L2＞H2。
所述专用钻杆1为自钻式中空钢管，其杆体内径大于普通钻杆6外径8～12mm，大于普通钻杆6上的普通钻头2～4mm。靠近其杆体底端设有截割齿结构，可增加钻机钻进过程中的钻岩能力。具体的所述截割齿结构通过安装金刚石的钻头或以锯开豁口的方式形成，本实施例中的截割齿为锯开豁口的方式。专用钻杆1的杆体中部及顶端部位设置销钉孔，其中专用钻杆1中部的销钉孔距其前端的截割齿结构的距离略大于L，保证钻机一个行程结束后，中部的销钉孔露在钻孔的孔口。
所述连接杆2杆体一端设置销钉孔，另一端连接锚杆(索)钻机连接头7；所述连接杆2杆体内径大于专用钻杆1外径2mm左右，专用钻杆1恰好可套入连接杆2内。
所述取杆器3包括套管8和把手9，所述把手9与套管8一端连接固定，所述套管8为中空钢管且套管8内径大于专用钻杆1的外径2mm左右，套管8上设置销钉孔。
以安装3m长的锚杆为例，提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，包括顺序执行以下几个步骤：
步骤一：将所述专用钻杆1置于连接杆2内，专用钻杆1中部的销钉孔与连接杆2上的销钉孔通过销钉结构4固定相连，连接杆2另一端钻机连接头7与钻机机头相连，在巷道底板上进行钻孔，直至专用钻杆1的外露杆体完全进入孔中；
步骤二：去掉步骤一中的销钉结构4，将专用钻杆1另一端的销钉孔与连接杆2上的销钉孔通过销钉结构4固定相连，连接杆2另一端的钻机连接头7与钻机机头相连，继续进行钻孔直至专用钻杆1的外露杆体完全进入孔中；
步骤三：去掉步骤二中的销钉结构4，卸下连接杆2，将普通钻杆6一端连接至钻机机头、另一端插入专用钻杆1中继续钻孔直至孔深达到3m，普通钻杆6不够长可以接钻杆加长；
步骤四：取出普通钻杆6，通过专用钻杆1放入锚固剂，将锚杆穿过专用钻杆插入钻孔中，另一端连接至钻机机头，钻机机头下降带动锚杆搅拌锚固剂直至锚固剂完全凝固。
步骤五：将取杆器3的套管8套至专用钻杆1上，并用销钉结构4固定套管8和专用钻杆1一端的销钉孔；握持把手9与钻孔方向成反向旋转取出专用钻杆1。
步骤六：为保证锚杆固定牢靠，若所述锚固剂为防水锚固剂，待锚固剂完全凝固后对锚杆进行即时预紧；若所述锚固剂为普通锚固剂，待锚固剂完全凝固并等待2天后对锚杆或进行预紧。
上述过程中所述的销钉结构4包括主销钉，所述主销钉包括销钉头和销杆，销杆尾部设有固定孔10和短销钉5，所述短销钉5与固定孔10相匹配。在专用钻杆1和连接杆2连接时以及专用钻杆1和取杆器3连接时，主销钉穿过相应对准的销钉孔后，再将短销钉5插入固定孔10中进行固定。可使被销钉结构4连接的两个部件固定在销钉头和固定孔之间的销杆上，且增加小销钉可加强固定，使连接的部件不因钻机钻孔过程中的震动而松脱。
同时在钻孔过程中，可适时提升所使用的普通钻杆6然后再钻进，如此往复进行，可有效避免钻孔过程中的夹钎问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置，其特征在于：包括专用钻杆(1)、连接杆(2)和取杆器(3)；
所述专用钻杆(1)为自钻式中空钢管，其杆体内径大于普通钻杆(6)外径，其杆体底端设有截割齿结构，其杆体中部及顶端部位设置销钉孔；
所述连接杆(2)杆体一端设置销钉孔，另一端连接钻机连接头(7)；所述连接杆(2)杆体内径大于专用钻杆(1)外径；
所述取杆器(3)包括套管(8)和把手(9)，所述把手(9)与套管(8)一端连接固定，所述套管(8)为中空钢管，且套管(8)内径大于专用钻杆(1)外径，套管(8)上设置销钉孔。
2.根据权利要求1所述的提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置，其特征在于：所述截割齿结构为安装金刚石的钻头或锯开豁口的结构。
3.根据权利要求1所述的提高巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的装置，其特征在于：所述专用钻杆(1)的长度为L1，连接杆(2)的长度为L2，钻机行程L，钻机机头距巷道底板的最大距离为H1、最小距离为H2，则满足L1＜H1，L1＜2L，L2＞H2。
4.提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，其特征在于：包括顺序执行的以下几个步骤：
步骤一：将专用钻杆(1)置于连接杆(2)内，专用钻杆(1)中部的销钉孔与连接杆(2)上的销钉孔通过销钉结构(4)固定相连，连接杆(2)另一端的钻机连接头(7)与钻机机头相连，在巷道底板上进行钻孔，直至专用钻杆(1)的外露杆体完全进入孔中；
步骤二：去掉步骤一中的销钉结构(4)，将专用钻杆(1)顶端的销钉孔与连接杆(2)上的销钉孔通过销钉结构(4)固定相连，连接杆(2)另一端钻机连接头(7)与钻机机头相连，继续钻孔直至专用钻杆(1)的外露杆体完全进入孔中；
步骤三：去掉步骤二中的销钉结构(4)，卸下连接杆(2)，将普通钻杆(6)一端连接至钻机机头、另一端插入专用钻杆(1)中继续钻孔直至孔深达到设计值，普通钻杆(6)不够长时通过接钻杆加长；
步骤四：取出普通钻杆(6)，穿过专用钻杆(1)内放入锚固剂，将锚杆或锚索一端插入专用钻杆(1)中，另一端连接至钻机机头，钻机机头下降带动锚杆或锚索搅拌锚固剂直至锚固剂完全凝固；
步骤五：将取杆器(3)的套管(8)套至专用钻杆(1)上，并用销钉结构(4)固定套管(8)和专用钻杆(1)；握持把手(9)与钻孔方向成反向旋转取出专用钻杆(1)。
5.根据权利要求4所述的提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，其特征在于：所述销钉结构(4)包括主销钉，所述主销钉包括销钉头和销杆，销杆尾部设有固定孔(10)和短销钉(5)，所述短销钉(5)与固定孔(10)相匹配。
6.根据权利要求4所述的提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，其特征在于：在钻机钻进过程中，适时提升所使用的普通钻杆(6)然后再钻进，如此往复进行。
7.根据权利要求4所述的提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，其特征在于：所述锚固剂为防水锚固剂，从钻孔中取出专用钻杆(1)后，待锚固剂完全凝固后对锚杆进行预紧或对锚索进行即时张拉。
8.根据权利要求4所述的提高煤矿巷道底板锚杆锚索成孔效率和锚固性能的方法，其特征在于：所述锚固剂为普通锚固剂，从钻孔中取出专用钻杆(1)后，待锚固剂完全凝固并等待2天后对锚杆进行预紧或对锚索进行张拉。
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