CN109083665B - 全长锚固锚杆装置及其锚固施工方法 - Google Patents
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Abstract
全长锚固锚杆装置，包括锚固剂注入装置、导升筒和锚杆，导升筒上端封堵，导升筒下端螺纹连接有筒盖，筒盖侧部与锚固剂注入装置连接，筒盖内同轴向固定设置有下定位套，下定位套的内圈设置有内螺纹，导升筒上端部内壁设置有上定位套，锚杆上端插设在上定位套内，下定位套的内圈与锚杆下端部外圆螺纹连接，锚杆下端向下伸出筒盖，导升筒上均匀开设有若干个呈圆形的锚固剂挡片。本发明还公开了全长锚固锚杆装置的锚固施工方法。本发明实现了全长锚固锚杆，将锚杆杆体与钻孔孔壁黏结成一体，这就使锚杆杆体受力对围岩变形和离层敏感，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动，提高了支护刚度。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下巷道支护技术领域，具体涉及一种全长锚固锚杆装置及其锚固施工方法。
背景技术
我国煤矿以井工开采为主，需要在井下开掘大量的巷道，而且80%以上是煤巷与半煤岩巷。巷道对于井工开采来说是煤矿开采的必要通道，保持巷道的畅通与围岩稳定对煤矿安全生产具有重要意义。我国煤矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的漫长过程。国内外实践表明，锚杆支护是煤巷经济、有效的支护形式。与棚式支架相比，锚杆支护可显著提高巷道支护效果，降低支护成本，减轻工人劳动强度。更重要的是锚杆支护可大大简化采煤工作面端头支护和超前支护工艺，显著降低巷道维修工作量，为采煤工作面的快速推进、产量与效益的提高创造良好的条件。
按锚杆锚固长度，可以将锚固方式分为端部锚固和全长锚固。对于端部锚固锚杆，锚固剂的作用在于提供一种粘结力，使锚杆能承受一定的拉力，但是由于锚杆与钻孔间有较大的空隙，所以锚杆抗剪能力只有在岩层发生较大错动后才能发挥出来，则就导致锚杆杆体受力对围岩变形和离层不敏感，支护刚度低而且还造成瓦斯在锚杆与钻孔空隙中聚集，导致瓦斯事故。对于全长锚固锚杆，锚固剂将锚杆杆体与钻孔孔壁黏结在一起，这就使锚杆杆体受力对围岩变形和离层敏感，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动，提高了支护刚度。但是目前，由于安装锚杆机具和井下作用环境的限制，很大一部分矿上采用端部锚固方式来锚固锚杆，这种锚杆方式不仅不能充分发挥锚杆的作用，而且容易使瓦斯聚集，造成瓦斯事故。所以亟待一种经济、简单、高效的全长锚固锚杆装置及方法来解决这个问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、锚固强度高、安全可靠性强的全长锚固锚杆装置及其锚固施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：全长锚固锚杆装置，包括锚固剂注入装置、导升筒和锚杆，导升筒上端封堵，导升筒下端螺纹连接有筒盖，筒盖侧部设置有与锚固剂注入装置连接的第一管接头，筒盖内同轴向固定设置有下定位套，筒盖下端开设有与下定位套通透的穿孔，下定位套的内圈设置有内螺纹，导升筒上端部的内壁同轴向固定设置有上定位套，锚杆同轴向设置在导升筒内，锚杆上端插设在上定位套内，下定位套的内圈与锚杆下端部外圆螺纹连接，锚杆下端向下伸出筒盖，导升筒上均匀开设有若干个呈圆形的锚固剂挡片，锚固剂挡片圆周边沿上部的1/6-1/3部分与导升筒为一体结构，锚固剂挡片圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒之间冲压有优弧型的压痕结构，压痕结构沿导升筒的长度方向自上而下由深逐渐变浅。
锚固剂注入装置包括用于盛装锚固剂的搅拌桶，搅拌筒的上端口设置有锚固剂挤出阀，锚固剂挤出阀的出口连接有第二管接头，第二管接头与第一管接头通过高压软管连接，锚固剂挤出阀的进口连接有用于连接煤矿井下风管的第三管接头，第三管接头上设置有压力表。
筒盖内圈与导向套下端外圆之间的螺纹连接为粗螺纹连接，锚杆下端部外圆与下定位套内圈之间的螺纹连接为细螺纹连接。
全长锚固锚杆装置的锚固施工方法，包括以下步骤，
（1）打孔：根据巷道围岩的地质与生产条件选择合适的钻具；根据钻进的煤岩体性质选取适合的锚杆钻机、钻头与钻杆；钻孔的深度应严格控制在设计的范围内；钻孔的直径与导升筒的外径相当；
（2）制作导升筒，安装全长锚固锚杆装置；
（3）锚杆锚固：将安装好的导升筒用钻具顶入钻孔中，将树脂锚固剂放入锚固剂搅拌桶内搅拌，搅拌均匀后，打开锚固剂挤出阀，在高压风的作用下，搅拌桶内的锚固剂注入到导升筒内，随着锚固剂在导升筒与锚杆之间的环形空腔内的注入，导升筒内的压力逐渐升高，由于锚固剂挡片圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒之间冲压有优弧型的压痕结构，且压痕结构沿导升筒的长度方向自上而下由深逐渐变浅，导升筒上部的压痕结构先被顶开，然后压痕结构自上而下逐渐被打开，锚固剂挡片向外张开，锚固剂挡片上部的1/6-1/3部分与导升筒仍然保持一体结构，锚固剂注入到导升筒与钻孔的孔壁之间，同时锚固剂挡片也被牢牢地锚固在钻孔内；直到压力表显示到设定的压力并保持一段时间后，关闭锚固剂挤出阀，停止锚固剂的注入；
（4）完成锚固剂的注入后，根据树脂锚固剂类型等待一定的时间；等待时间结束后，将筒盖拧下，在锚杆下端部套上托盘，用锚杆钻机拧紧螺母，压紧托盘，给锚杆提供一定的预紧力，完成锚固施工。
步骤（2）中制作导升筒的过程为，导升筒和上定位套采用防火、防静电的塑胶材料一体制成，使用冲压机将导升筒外圆周均匀冲压若干个所述的优弧型的压痕结构，且导升筒上的压痕结构自上而下的由深逐渐变浅，使得上部的压痕结构的承压能力小于下部的承压能力，上部的锚固剂挡片先被向外压开，锚固剂先由导升筒上部进入到钻孔内，确保全长度锚固。
步骤（2）中安装全长锚固锚杆装置的具体过程为：筒盖与下定位套为一体结构，首先手持筒盖将下定位套拧到锚杆下端部的外螺纹上，然后将拧有筒盖的锚杆伸入到导升筒内，并使锚杆上端伸入到上定位套内定位，确保锚杆与导升筒同轴向设置，接着将拧动筒盖，将筒盖和导升筒下端部螺纹连接起来；然后将锚固剂挤出阀的出口端的第二管接头与筒盖上的第一管接头连接上高压软管，锚固剂挤出阀的进口端的第三管接头与井下风管连接；最后将第三管接头上安装压力表。
锚固剂的凝胶时间在5min～10min之间，以保证锚固剂能完全注入到导升筒中，并从导升筒进入到钻孔内。
钻孔角度应严格按照设计控制，误差小于等于6°；因为过大的锚杆角度，一方面是减小了锚杆的作用范围，另一方面是使锚杆的受力状况变差，不利于锚杆支护作用的充分发挥。
采用上述技术方案，本发明实现了全长锚固锚杆，将锚杆杆体与钻孔孔壁黏结成一体，这就使锚杆杆体受力对围岩变形和离层敏感，使锚杆随着岩层移动承受拉力，当岩层发生错动时，与杆体共同起抗剪作用，阻止岩层发生滑动，提高了支护刚度。
上定位套和下定位套的设置，不仅确保锚杆与导升筒同轴向设置，锚杆与导升筒之间具有一致的环形通道，在注入锚固剂时更加顺畅。
压力表用来显示搅拌桶中锚固剂的压力；锚固剂挤出阀用来控制锚固剂的挤出；锚固剂挡片用来控制筒中锚固剂与钻孔孔壁的接触时间。
筒盖与导升筒之间通过粗螺纹连接，用来密封和连接导升筒；锚杆与下定位套之间通过细螺纹连接，防止锚固剂从锚杆与筒盖之间流出。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明在施工时的轴向剖面图；
图3是筒盖的立体图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明的全长锚固锚杆装置，包括锚固剂注入装置、导升筒1和锚杆2，导升筒1上端封堵，导升筒1下端螺纹连接有筒盖3，筒盖3侧部设置有与锚固剂注入装置连接的第一管接头4，筒盖3内同轴向固定设置有下定位套5，筒盖3下端开设有与下定位套5通透的穿孔，下定位套5的内圈设置有内螺纹，导升筒1上端部的内壁同轴向固定设置有上定位套6，锚杆2同轴向设置在导升筒1内，锚杆2上端插设在上定位套6内，下定位套5的内圈与锚杆2下端部外圆螺纹连接，锚杆2下端向下伸出筒盖3，导升筒1上均匀开设有若干个呈圆形的锚固剂挡片7，锚固剂挡片7圆周边沿上部的1/6-1/3部分与导升筒1为一体结构，锚固剂挡片7圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒1之间冲压有优弧型的压痕结构8，压痕结构8沿导升筒1的长度方向自上而下由深逐渐变浅。
锚固剂注入装置包括用于盛装锚固剂的搅拌桶9，搅拌筒的上端口设置有锚固剂挤出阀10，锚固剂挤出阀10的出口连接有第二管接头11，第二管接头11与第一管接头4通过高压软管12连接，锚固剂挤出阀10的进口连接有用于连接煤矿井下风管的第三管接头13，第三管接头13上设置有压力表14。
筒盖3内圈与导向套下端外圆之间的螺纹连接为粗螺纹连接，锚杆2下端部外圆与下定位套5内圈之间的螺纹连接为细螺纹连接。
全长锚固锚杆装置的锚固施工方法，包括以下步骤，
（1）打孔：根据巷道围岩15的地质与生产条件选择合适的钻具；根据钻进的煤岩体性质选取适合的锚杆2钻机、钻头与钻杆；钻孔的深度应严格控制在设计的范围内；钻孔的直径与导升筒1的外径相当；
（2）制作导升筒1，安装全长锚固锚杆装置；
（3）锚杆2锚固：将安装好的导升筒1用钻具顶入钻孔中，将树脂锚固剂放入锚固剂搅拌桶9内搅拌，搅拌均匀后，打开锚固剂挤出阀10，在高压风的作用下，搅拌桶9内的锚固剂注入到导升筒1内，随着锚固剂在导升筒1与锚杆2之间的环形空腔内的注入，导升筒1内的压力逐渐升高，由于锚固剂挡片7圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒1之间冲压有优弧型的压痕结构8，且压痕结构8沿导升筒1的长度方向自上而下由深逐渐变浅，导升筒1上部的压痕结构8先被顶开，然后压痕结构8自上而下逐渐被打开，锚固剂挡片7向外张开，锚固剂挡片7上部的1/6-1/3部分与导升筒1仍然保持一体结构，锚固剂注入到导升筒1与钻孔的孔壁之间，同时锚固剂挡片7也被牢牢地锚固在钻孔内；直到压力表14显示到设定的压力并保持一段时间后，关闭锚固剂挤出阀10，停止锚固剂的注入；
（4）完成锚固剂的注入后，根据树脂锚固剂类型等待一定的时间；等待时间结束后，将筒盖3拧下，在锚杆2下端部套上托盘，用锚杆2钻机拧紧螺母，压紧托盘，给锚杆2提供一定的预紧力，完成锚固施工。
步骤（2）中制作导升筒1的过程为，导升筒1和上定位套6采用防火、防静电的塑胶材料一体制成，使用冲压机将导升筒1外圆周均匀冲压若干个所述的优弧型的压痕结构8，且导升筒1上的压痕结构8自上而下的由深逐渐变浅，使得上部的压痕结构8的承压能力小于下部的承压能力，上部的锚固剂挡片7先被向外压开，锚固剂先由导升筒1上部进入到钻孔内，确保全长度锚固。
步骤（2）中安装全长锚固锚杆装置的具体过程为：筒盖3与下定位套5为一体结构，首先手持筒盖3将下定位套5拧到锚杆2下端部的外螺纹上，然后将拧有筒盖3的锚杆2伸入到导升筒1内，并使锚杆2上端伸入到上定位套6内定位，确保锚杆2与导升筒1同轴向设置，接着将拧动筒盖3，将筒盖3和导升筒1下端部螺纹连接起来；然后将锚固剂挤出阀10的出口端的第二管接头11与筒盖3上的第一管接头4连接上高压软管12，锚固剂挤出阀10的进口端的第三管接头13与井下风管连接；最后将第三管接头13上安装压力表14。
锚固剂的凝胶时间在5min～10min之间，以保证锚固剂能完全注入到导升筒1中，并从导升筒1进入到钻孔内。
钻孔角度应严格按照设计控制，误差小于等于6°；因为过大的锚杆2角度，一方面是减小了锚杆2的作用范围，另一方面是使锚杆2的受力状况变差，不利于锚杆2支护作用的充分发挥。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.全长锚固锚杆装置，其特征在于：包括锚固剂注入装置、导升筒和锚杆，导升筒上端封堵，导升筒下端螺纹连接有筒盖，筒盖侧部设置有与锚固剂注入装置连接的第一管接头，筒盖内同轴向固定设置有下定位套，筒盖下端开设有与下定位套通透的穿孔，下定位套的内圈设置有内螺纹，导升筒上端部的内壁同轴向固定设置有上定位套，锚杆同轴向设置在导升筒内，锚杆上端插设在上定位套内，下定位套的内圈与锚杆下端部外圆螺纹连接，锚杆下端向下伸出筒盖，导升筒上均匀开设有若干个呈圆形的锚固剂挡片，锚固剂挡片圆周边沿上部的1/6-1/3部分与导升筒为一体结构，锚固剂挡片圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒之间冲压有优弧型的压痕结构，压痕结构沿导升筒的长度方向自上而下由深逐渐变浅；
锚固剂注入装置包括用于盛装锚固剂的搅拌桶，搅拌筒的上端口设置有锚固剂挤出阀，锚固剂挤出阀的出口连接有第二管接头，第二管接头与第一管接头通过高压软管连接，锚固剂挤出阀的进口连接有用于连接煤矿井下风管的第三管接头，第三管接头上设置有压力表；
筒盖内圈与导向套下端外圆之间的螺纹连接为粗螺纹连接，锚杆下端部外圆与下定位套内圈之间的螺纹连接为细螺纹连接。
2.采用如权利要求1所述的全长锚固锚杆装置的锚固施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）打孔：根据巷道围岩的地质与生产条件选择合适的钻具；根据钻进的煤岩体性质选取适合的锚杆钻机、钻头与钻杆；钻孔的深度应严格控制在设计的范围内；钻孔的直径与导升筒的外径相当；
（2）制作导升筒，安装全长锚固锚杆装置；
（3）锚杆锚固：将安装好的导升筒用钻具顶入钻孔中，将树脂锚固剂放入锚固剂搅拌桶内搅拌，搅拌均匀后，打开锚固剂挤出阀，在高压风的作用下，搅拌桶内的锚固剂注入到导升筒内，随着锚固剂在导升筒与锚杆之间的环形空腔内的注入，导升筒内的压力逐渐升高，由于锚固剂挡片圆周边沿下部的5/6-2/3部分与导升筒之间冲压有优弧型的压痕结构，且压痕结构沿导升筒的长度方向自上而下由深逐渐变浅，导升筒上部的压痕结构先被顶开，然后压痕结构自上而下逐渐被打开，锚固剂挡片向外张开，锚固剂挡片上部的1/6-1/3部分与导升筒仍然保持一体结构，锚固剂注入到导升筒与钻孔的孔壁之间，同时锚固剂挡片也被牢牢地锚固在钻孔内；直到压力表显示到设定的压力并保持一段时间后，关闭锚固剂挤出阀，停止锚固剂的注入；
（4）完成锚固剂的注入后，根据树脂锚固剂类型等待一定的时间；等待时间结束后，将筒盖拧下，在锚杆下端部套上托盘，用锚杆钻机拧紧螺母，压紧托盘，给锚杆提供一定的预紧力，完成锚固施工。
3.根据权利要求2所述的锚固施工方法，其特征在于：步骤（2）中制作导升筒的过程为，导升筒和上定位套采用防火、防静电的塑胶材料一体制成，使用冲压机将导升筒外圆周均匀冲压若干个所述的优弧型的压痕结构，且导升筒上的压痕结构自上而下的由深逐渐变浅，使得上部的压痕结构的承压能力小于下部的承压能力，上部的锚固剂挡片先被向外压开，锚固剂先由导升筒上部进入到钻孔内，确保全长度锚固。
4.根据权利要求2所述的锚固施工方法，其特征在于：步骤（2）中安装全长锚固锚杆装置的具体过程为：筒盖与下定位套为一体结构，首先手持筒盖将下定位套拧到锚杆下端部的外螺纹上，然后将拧有筒盖的锚杆伸入到导升筒内，并使锚杆上端伸入到上定位套内定位，确保锚杆与导升筒同轴向设置，接着将拧动筒盖，将筒盖和导升筒下端部螺纹连接起来；然后将锚固剂挤出阀的出口端的第二管接头与筒盖上的第一管接头连接上高压软管，锚固剂挤出阀的进口端的第三管接头与井下风管连接；最后将第三管接头上安装压力表。
5.根据权利要求2所述的锚固施工方法，其特征在于：锚固剂的凝胶时间在5min～10min之间，以保证锚固剂能完全注入到导升筒中，并从导升筒进入到钻孔内。
6.根据权利要求2所述的锚固施工方法，其特征在于：钻孔角度应严格按照设计控制，误差小于等于6°；因为过大的锚杆角度，一方面是减小了锚杆的作用范围，另一方面是使锚杆的受力状况变差，不利于锚杆支护作用的充分发挥。
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2018
- 2018-10-17 CN CN201811206767.4A patent/CN109083665B/zh active Active
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