CN106194225A - 一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法 - Google Patents
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Abstract
锚杆支护作为一种主动支护，可充分利用围岩的自承能力将施载体变为承载体，阻碍围岩的变形，与传统被动支护形式相比具有明显的优势，但是对于松软岩体巷道采用锚杆支护却难以达到理想的锚固效果。本发明提供一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，能够较好的解决软弱煤岩体巷道的支护问题。当扩孔装置受推力作用时，刀具与壳体呈正“V”字结构，刀具随钻杆一起转动并不断切割岩体，最终会形成一倒楔形的腔体。当锚杆搅拌锚固剂并充满该腔体后，提高了锚杆与围岩的传力性能，锚固效果显著提高。通过实践证明该装置能够用有效解决松软煤岩体巷道锚杆支护锚固力低、锚固困难等技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿支护领域，特别是一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能的方法。
背景技术
锚杆用于支护井下巷道，具有结构简单,施工方便、对井下工程适应性强等特点，可充分利用围岩的自承能力将载荷体变为承载体，并提供围岩轴向和横向的支护阻力，与传统被动支护形式相比具有明显的优势，但是对于软弱煤岩体巷道采用锚杆支护由于其锚固力低的原因难以达到理想效果。鉴于此，一些学者尝试采用锚杆孔孔底扩孔的方式来提高锚杆支护阻力，但是所扩的孔呈正楔形，锚固剂在搅拌时难以充满所扩孔的空间，锚固效果较差；其次，采用正楔形扩孔后的扩孔刀具退出钻孔时刀具难以回复到原位，正常退出钻孔较困难。因此研制一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能的方法提高软弱煤岩体巷道锚杆锚固力势在必行。
发明内容
针对上述问题，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能的方法。本发明可在钻孔底部扩出一个如漏斗状的倒楔形体，可有效解决软岩巷道锚杆支护锚固力低的难题。
本发明解决的技术方案是，利用扩孔装置，按以下步骤进行：第一步，钻进；第二步，扩孔；第三步，锚固。
本发明方法简单，操作方便，利用锚杆孔孔底倒楔形扩孔装置扩孔出的倒楔形腔体，有利于锚固剂充分填充，能够起到良好的锚固效果，可有效解决松软岩层锚杆支护锚固力低、支护困难的问题，对煤矿实现安全生产和快速支护具有重意义，是锚杆孔孔底扩孔增强锚固力的一种创新。
附图说明。
图1是本发明的上视结构图。
图2是本发明左视视结构图。
图3是本发明左视结构剖面图。
图4是本发明扩孔状态图。
图5是本发明扩孔后锚固状态图。
具体实施方式。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-5给出，本发明利用扩孔装置，按以下步骤进行。
第一步，钻进，将钻头与钻杆连接，将钻杆另一端插入钻机内，启动钻机在预定位置进行钻孔，打钻过程从钻杆向钻杆内通水，降尘排渣，待钻杆末端距离煤岩壁70mm左右处停止钻进，拔出钻杆，完成钻进工作。
第二步，扩孔，将扩孔装置壳体1一端的内螺纹与钻杆15的内螺纹相连接，将组合后的装置插入钻孔14中，再将钻杆15另一端插入钻机内，启动钻机，扩孔装置将随钻杆15一起转动，在转动的同时，钻机对钻杆15施加一定的推力，此时壳体1受力的作用向钻孔14底部推进，推杆6压缩弹簧8推动刀具4伸出刀槽12，刀具4随杆体1转动，进而切割煤岩体，逐渐在钻孔14的底部扩出一个倒楔形的空腔体13。
第三步，锚固，扩孔完成后，取出钻杆15和扩孔装置，利用井下压缩空气，将钻孔14中的水和钻渣排出，然后将锚固剂17放入钻孔14中，然后用锚杆16将锚固剂17推入钻孔14的底部，将锚杆16另一端插入钻机内，启动钻机搅拌锚固剂17，搅拌1-2分钟后停止搅拌，待锚固剂17凝固达到锚固强度后，安装好托盘18，并对螺母19施加预紧力，完成锚固工作。
所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔装置包括壳体、刀具、推杆、杆体帽、推杆帽、销轴等组成，所述的壳体1一端有插销孔，销轴2通过壳体1和刀具4上的插销孔将刀具4安装在杆体内部，壳体1上开有刀槽12，将弹簧8放入壳体1内，弹簧一端与壳体1内的凸体9接触，将推杆6插入弹簧8内，将推杆6上的凸体10接触弹簧，壳体帽7中间有圆孔，穿过推杆6与壳体1连接，推杆帽5通过焊接固定在推杆6末端，壳体另一端部有内螺纹，与钻杆15连接，即可实施扩孔。
为了保证使用效果，所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔装置，壳体1为空心无缝钢管制成，壳体1长300mm，外径24mm，壁厚4mm，凸体9内的圆孔直径为14mm。
所述的刀具4长约170mm,厚7mm，刀体高14mm,刀体上有截割齿，便于截割煤岩体。刀齿呈梯形结构能保证扩孔的质量，刀齿深5mm，刀齿角度呈135度，刀具4末端呈弧面形。
所述的弹簧8外径17mm,长57mm,其尺寸与壳体1内径及推杆直径相匹配，弹簧刚度系数适当，保证弹簧受挤压时在弹性变形之内，以便推头能不断推动刀具4。
所述的推杆6，长160mm，直径13mm，在推杆6的中间位置有一圆形的凸体10，与杆体1中的凸体9共同固定弹簧8，当推杆6受力后，凸体10可挤压弹簧，进而推出刀具4。
所述的壳体帽5中间有圆孔,推杆6插入圆孔内，将壳体帽5与壳体1连接，推杆帽7通过焊接与推杆6末端固定在一起。
所述的壳体两侧有两个对称分布的平槽11，方便将该扩孔装置通过扳手与钻杆15进行连接与拆卸。
所述的固定销轴2穿过壳体1上及刀具4上与其相匹配的小孔并用卡销3固定在销轴2末端。
所述的刀槽12呈矩形，长180mm、宽10mm，刀槽的两端呈半圆状，半径为5mm ，扩孔时从钻杆中流出的水，通过开槽12，可以洒在刀具4上，对刀具进行降温。
本发明的使用情况是：在软岩巷道岩体内，使用钻机打锚杆钻孔14，打钻完成后，将倒楔形扩孔装置的内螺纹与钻杆15外螺纹相连接，并将该装置推送至钻孔14底部，将钻杆末端与钻机连接，启动锚杆钻机，该扩孔装置会随钻杆一起转动，在转动的同时认为的对钻机施加一定的推力，推杆的凸体10和壳体的凸体9之间装有弹簧，推杆受力向里挤压弹簧8，弹簧受力收缩，进而推杆6的末端接触刀具，由于刀具下端有销轴固定，上端会被推杆推起向外展开，刀具与壳体之间呈一“V”字形结构，在推杆6推动作用下，刀具4伸出壳体1截割孔壁围岩，在钻机对推杆6不断施加冲击力的作用下，钻孔底部不断扩大，最终形成一个倒楔形的空腔体13，取出该扩孔装置，将锚固剂推送至钻孔14内，启动钻机使用锚杆16进行搅拌，搅拌均匀后，待锚固剂17达到一定的锚固强度后，安装托盘18和螺母19，施加预紧力达到设计响应值，完成单根锚杆扩孔锚固支护工作。
本发明的工作原理是：锚杆孔孔底倒楔形扩孔装置在工作状态下，刀具4伸出壳体1并与壳体1呈正“V”字形，在随钻杆15一起转动的过程中会在钻孔14底部形成一个倒楔形的空腔体13，该空腔体13向钻孔外侧方向逐渐收缩。当锚固剂17被锚杆搅拌均匀后会充满该空间，锚固剂17达到一定强度后可以将锚杆16末端紧紧的固定在腔体13中，此时锚杆16与围岩之间有良好的传力性能，结合力学方面的知识可知，该种结构的锚固体所受的钻孔壁的作用力比较大，这是因为该种结构不仅增大了孔壁对锚固体的剪应力，而且倒楔形的锚固体还受到在扩孔处孔壁施加的垂直锚固体的作用力，进而增大了锚杆的极限锚固力和最大可承载能力，保证了锚固支护效果。
本发明方法简单，操作方便，利用锚杆孔孔底倒楔形扩孔装置，以其独特的结构，在钻孔底部扩出一漏斗状的倒楔形腔体结构，可以提高煤矿软岩巷道锚杆锚固性能，增大锚固体与围岩的相互作用力，进而增大锚杆与围岩的传力性能，提高锚固效果，达到对软岩巷道围岩控制的目的，是煤矿巷道锚杆支护孔底扩孔提高锚固性能上的一种创新。
Claims (12)
1.一种锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，利用扩孔装置，按照以下步骤进行。
2.第一步，钻进，将钻头与钻杆连接，将钻杆另一端插入钻机内，启动钻机在预定位置进行钻孔，打钻过程从钻杆向钻杆内通水，降尘排渣，待钻杆将近完全进入钻孔中时停止钻进，拔出钻杆，完成钻进工作。
3.第二步，扩孔，将扩孔装置壳体（1）一端的内螺纹与钻杆（15）的内螺纹相连接，将组合后的装置插入钻孔（14）中，再将钻杆（15）另一端插入钻机内，启动钻机，壳体（1）将随钻杆（15）一起转动，在转动的同时，钻机对钻杆（15）施加一定的推力，此时壳体（1）受力的作用向钻孔(14)底部推进，推杆(6)压缩弹簧（8）推动刀具（4）伸出刀槽（12），刀具(4)随壳体(1)转动，进而切割煤岩体，逐渐在钻孔（14）的底部扩出一个倒楔形的腔体（13）。
4.第三步，锚固，扩孔完成后，取出钻杆（15）和扩孔装置，利用井下压缩空气，将钻孔（14）中的水和钻渣排出，然后将锚固剂（17）放入钻孔（14）中，然后用锚杆（16）将锚固剂（17）推入钻孔（14）的底部，将锚杆（16）另一端插入钻机内，启动钻机搅拌锚固剂（17），搅拌1-2分钟后停止搅拌，待锚固剂（17）凝固达到锚固强度后，安装好托盘（18），并用手动工具对螺母（19）施加预紧力，完成锚固工作。
5.根据权利要求1所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的扩孔装置包括壳体、推杆、刀具、弹簧、销轴等部件组成，其特征在于，壳体（1）末端通过销轴(2)将刀具(4)与壳体(1)相连接，销轴(2)通过卡销将销轴固定在壳体(1)上，壳体开有刀槽(12)，刀具(4)可自由伸出，推杆(6)从壳体(1)的前端插入壳体(1)内，壳体(1)内部与推杆(6)中部都有凸体，凸体中间有弹簧(8)，推杆帽(7)受力挤压弹簧(8)，进而推动刀具伸出壳体(1)外，杆体帽(5)穿过推杆(6)与壳体(1)相连接，推杆帽(7)与推杆(6)通过焊接固定在一起。
6.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的壳体(1)的末端有一对对称分布的长20mm的平槽(11)，方便用扳手将扩孔装置与钻杆(15)进行连接与拆卸。
7.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的壳体(1)开有长180mm,宽10mm的刀槽(12)，方便刀槽受力伸出壳体(1)切割围岩，从钻杆(15)中通入的水通过刀槽洒出，对刀具(4)进行冷却降温。
8.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的壳体后端内部有一圆柱形的凸体(9)，推杆(6)上有一圆柱状的凸体(10)，弹簧(8)放入壳体内，推杆(6)挤压弹簧(8)，推动刀具(4)伸出壳体(1)。
9.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的刀具(4)长约170mm,厚7mm，刀体高14mm,刀体上有梯形状截割齿，其结构能保证扩孔的质量，刀齿深5mm，刀齿角度为135度，刀具(4)末端呈弧面形，其长度尺寸与刀槽(12)相匹配。
10.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的壳体(1)两端都有内螺纹，后端螺纹与钻杆(15)连接，前端螺纹与壳体帽(5)连接。
11.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的弹簧长57mm, 弹簧的刚度能够保证正常压缩变形，弹簧(8)与凸体(10)及壳体帽(5)之间的尺寸配合良好。
12.根据权利要求1或2所述的锚杆孔孔底倒楔形扩孔增强锚固性能方法，其特征在于，所述的推杆(6)穿过壳体帽(5)中心的圆孔，然后与推杆帽(7)通过焊接固定，然后壳体帽(5)与壳体(1)通过螺纹连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161207 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |