CN109184766B - 一种预应力扩散型大孔径高强混锚锚索及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种预应力扩散型大孔径高强混锚锚索及施工方法，包括锚索体、托盘、锁紧装置，所述托盘上设置有注浆孔和排气孔，所述锚索体包括为内锚段和自由段，所述内锚段位于锚索体另一端，由树脂锚固剂锚固；所述自由段位于锚索体中部，由水泥砂浆锚固；所述自由段上设置有筒状的钢塑网，所述钢塑网与锚索体之间设置有限位套。通过对索体周围铺设一层钢塑网，能很好地对索体进行保护，提高了锚索的适应能力，增强了锚索的耐用性，对维护巷道围岩的稳定具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程领域，具体地指一种预应力扩散型大孔径高强混锚锚索及施工方法。
技术背景
地下矿山向深部延伸过程中，高应力软岩巷道支护问题越来越突出。尤其是巷道围岩裂隙急剧发育、地应力成倍增加。因此，具有极高承载能力的锚索支护成为控制软岩巷道围岩变形的重要技术措施。当前，地下软岩巷道中使用的锚索多为直径不大于20mm的小孔径锚索，且采用树脂锚固剂锚固，存在以下问题：
1)现有树脂锚固剂为快凝型锚固剂，不饱和聚酯树脂、固化剂和促进剂的反应固化时间在30秒以内，极易出现在锚索安装过程中锚固剂便已凝固粘结的现象，导致大部分锚索索体留在孔外，造成支护材料浪费和支护隐蔽工程质量较差；
2)由于1)中锚固剂固化时间过短，当锚索在孔内推进搅拌过程完成且尚未在锚索外露端部施加预应力时，孔内锚索体已经被锚固剂粘结凝固。此后，在锚索外露端部施加预应力，由于锚固剂的固化限制作用，造成预应力沿索体轴向扩散范围较小；
3)当采用水泥砂浆作为锚索与孔壁围岩的粘结介质时，虽然能够克服问题1)和2)，但是，由于软岩巷道围岩节理裂隙极为发育，在高应力作用下围岩产生强烈剪胀变形，导致锚索与孔壁围岩之间的环状锚固介质受到极高的拉剪应力作用。同时，由于水泥砂浆材料的抗拉和抗剪性能较差，环状锚固介质极易出现拉剪失效特征，丧失水泥砂浆对孔壁岩体和锚索的粘结作用，导致锚索支护失效。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种经济、方便、更能适用软岩巷道支护的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索及施工方法。
为了实现上述目的，本发明所设计的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，包括锚索体、托盘、锁紧装置，所述托盘上设置有注浆孔和排气孔，其特征在于：所述锚索体包括为内锚段和自由段，所述内锚段位于锚索体另一端，由树脂锚固剂锚固；所述自由段位于锚索体中部，由水泥砂浆锚固；所述自由段上设置有筒状的钢塑网，所述钢塑网与锚索体之间设置有限位套。
进一步地，所述限位套设置有多个，沿锚索体轴向均匀布置。更进一步地，所述限位套之间的间隔为500mm。由于索体较长，且索体为柔性，每隔500mm设置限位套一方面能够达到固定效果。
更进一步地，所述限位套包括环状连接体，所述环状连接体外设置有向四周呈发散状的限位支撑肋。
进一步地，所述锚索体由内向外依次为钢芯线、内层钢绞线和外层钢绞线，所述内层钢绞线由九股直径为3.2mm的钢绞线反向旋钮密贴钢芯线构成，所述外层钢绞线由九股直径5.3mm的钢绞线反向旋扭紧密贴内层钢绞线构成。本发明中加入钢芯线和多股钢绞线能够增强索体强度，对拉剪应力的作用承受力更强，支护效果更好。
进一步地，所述限位套设置有多个，其中两个位于钢塑网两端。限位套的作用是固定，对钢塑网两端设置限位套能很好地固定钢塑网在水泥砂浆锚固段的位置，防止滑脱。
进一步地，所述注浆孔和排气孔对称布置在托盘上，所述注浆孔和排气孔的孔径为10mm。
进一步地，所述钢塑网由高强度碳素钢丝和聚乙烯树脂复合而成。是一种钢塑复合加筋带。以塑料材料作为保护层，使其具有了抗老化、抗氧化的能力，增强了锚索在酸、碱、盐等恶劣环境下的适应能力，当面临软岩巷道产生的拉剪应力作用时，钢塑网能够及时对索体实现保护，维护围岩稳定性。
本发明还设计了一种预应力扩散型大孔径高强混锚锚索的施工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
打好钻孔，塞入树脂锚固剂药卷，将安装好钢塑网的锚索体全长送入钻孔中；
利用锚索搅拌器转动锚索搅拌树脂锚固剂药卷，将锚索内锚段凝固在孔底，安装好托盘，插入锁具锁芯预紧锁具，使锚索产生预应力；
先对托盘四周进行喷浆密封，待凝固后，将注浆器与注浆端螺纹直接拧紧连接，启动注浆泵，浆液通过柔性注浆管注入到钻孔中，注浆同时，排气孔排出孔内气体，待排气孔开始跑浆时，关闭注浆泵，将水泥药卷塞入注浆孔和排气孔并注入适量水，使水泥凝固，阻止浆液从孔口流出，完成锚索的混锚施工。
进一步地，所述钻孔孔径在42mm-50mm之间。
本发明的优点在于：
通过钢塑网和限位套在锚索体周围形成一圈保护层，来抵抗周围围岩破坏时产生的拉剪应力，达到维护围岩稳定的目的。锚索体采用分段锚固形式，在自由段采用水泥砂浆锚固，由于水泥砂浆材料的抗拉和抗剪性能较差，环状锚固介质极易出现拉剪失效特征，丧失水泥砂浆对孔壁岩体和锚索的粘结作用，导致锚索支护失效，故对该锚固段铺设一层网状结构体，一方面来抵抗围岩破坏时产生的拉剪应力对索体的损害；另一方面能够方便该段注浆，能够使水泥砂浆与孔壁岩体进行粘结。通过对索体周围铺设一层钢塑网，能很好地对索体进行保护，提高了锚索的适应能力，增强了锚索的耐用性，对维护巷道围岩的稳定具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索的结构示意图；
图2为本发明A-A剖面图；
图3为本发明B-B剖面图；
图4为本发明C-C剖面图。
图中：1-锚索体，2-锁具锁芯，3-锁具锁套，4-排气孔，5-注浆孔，6-托盘，7-注浆管，8-排气管，9-限位套，10-钢塑网，11-支撑肋，12-水泥砂浆锚固段，13-树脂锚固段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
图中所示的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，包括锚索体1、托盘6、锁紧装置，所述托盘上设置有注浆孔和排气孔，其特征在于：所述锚索体包括为内锚段和自由段，内锚段位于锚索体另一端，由树脂锚固剂锚固；自由段位于锚索体中部，由水泥砂浆锚固；所述自由段上设置有筒状的钢塑网，所述钢塑网与锚索体之间设置有限位套。钢塑网由高强度碳素钢丝和聚乙烯树脂复合而成。是一种钢塑复合加筋带。以塑料材料作为保护层，使其具有了抗老化、抗氧化的能力，增强了锚索在酸、碱、盐等恶劣环境下的适应能力，当面临软岩巷道产生的拉剪应力作用时，钢塑网能够及时对索体实现保护，维护围岩稳定性。
其中，限位套包括环状连接体，所述环状连接体外设置有向四周呈发散状的限位支撑肋。限位套设置有多个，沿锚索体轴向均匀布置。限位套之间的间隔为500mm。其中两个位于钢塑网两端。
锚索体由内向外依次为钢芯线、内层钢绞线和外层钢绞线，所述内层钢绞线由九股直径为3.2mm的钢绞线反向旋钮密贴钢芯线构成，所述外层钢绞线由九股直径5.3mm的钢绞线反向旋扭紧密贴内层钢绞线构成。
优选地，注浆孔和排气孔对称布置在托盘上，所述注浆孔和排气孔的孔径为10mm。
钢塑网所选用的材料是刚性材料和柔筋材的综合性材料，利用高强度碳素钢丝和聚乙烯树脂复合而成的网状结构体，通过支撑肋与索体进行配合，在索体周围形成一圈保护层，来抵抗周围围岩破坏时产生的拉剪应力，达到维护围岩稳定的目的。索体采用分段锚固形式，在自由段采用水泥砂浆锚固，由于水泥砂浆材料的抗拉和抗剪性能较差，环状锚固介质极易出现拉剪失效特征，丧失水泥砂浆对孔壁岩体和锚索的粘结作用，导致锚索支护失效，故对该锚固段铺设一层网状结构体，一方面来抵抗围岩破坏时产生的拉剪应力对索体的损害；另一方面能够方便该段注浆，能够使水泥砂浆与孔壁岩体进行粘结。
本发明还设计了预应力扩散型大孔径高强混锚锚索的施工方法，索体1部分内腔贯穿一根直径约6mm的钢芯线，九股直径3.2mm的钢绞线反向旋扭紧密贴合钢芯线，最外侧由九股直径5.3mm的钢绞线反向旋扭紧密贴合共同构成了索体部分，钢绞线和钢芯线的配合，能够实现共同承载，提高索体1整体抗拉强度；索体1采用分段锚固，其中内锚固段13采用树脂锚固剂锚固，锚固长度500mm，自由段压注水泥砂浆进行锚固；在水泥砂浆锚固段12，且注浆前，索体上布设有一层钢塑网10，钢塑网10与索体1有一定间距在5-10mm之间，利用限位套9来固定钢塑网在索体上的位置，限位套在索体上每500mm设置一个，钢塑网通过限位套的支撑肋衔接。由于索体较长，且索体为柔性，每隔500mm设置限位套一方面能够达到固定效果，并且能够节约材料。锁紧装置和托盘配合，来实现外锚固段的端头锚固，托盘对称设有注浆孔5和排气孔4，注浆孔和排气孔的孔径为10mm，柔性的注浆管7和排气管8一端分别连接着注浆孔和排气孔，另一端靠近钻孔内索体。注浆管和排气管在在钻孔内分别与对应孔口连接，传统意义而言，在孔内形成密闭条件后，不设置排气孔单纯注浆会因为孔内空气的存在出现注浆注不进去的情况，设置排气孔的意义，一方面能够方便注浆；另一方面，能够通过排气孔最后出现的“跑浆”现象来判断孔内水泥砂浆已经注满，从而停止注浆。安装时，先打好钻孔，钻孔径在42mm-50mm，塞入树脂锚固剂药卷，将安装好钢塑网的索体全长送入钻孔中，利用锚索搅拌器转动锚索搅拌树脂锚固剂药卷，将锚索头部凝固在孔底，安装好托盘，插入锁具锁芯2预紧锁具锁套3，使锚索产生预应力。
注浆时，先对托盘四周进行喷浆密封，待凝固后，将注浆器与注浆端螺纹直接拧紧连接，启动注浆泵，浆液通过柔性注浆管注入到钻孔中，注浆同时，排气孔排出孔内气体，待排气孔开始跑浆时，关闭注浆泵，此时，将水泥药卷塞入注浆孔和排气孔并注入适量水，使水泥凝固，阻止浆液从孔口流出。所述钢芯线、钢绞线应具有足够大的强度，拧紧贴合的应该尽可能紧密。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，包括锚索体、托盘、锁紧装置，所述托盘上设置有注浆孔和排气孔，其特征在于：所述锚索体包括为内锚段和自由段，所述内锚段位于锚索体另一端，由树脂锚固剂锚固；所述自由段位于锚索体中部，由水泥砂浆锚固；所述自由段上设置有筒状的钢塑网，所述钢塑网与锚索体之间设置有限位套；所述限位套设置有多个，沿锚索体轴向均匀布置；所述锚索体由内向外依次为钢芯线、内层钢绞线和外层钢绞线，所述内层钢绞线由九股钢绞线反向旋扭 密贴钢芯线构成，所述外层钢绞线由九股钢绞线反向旋扭紧密贴内层钢绞线构成。
2.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述限位套之间的间隔为500mm。
3.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述限位套包括环状连接体，所述环状连接体外设置有向四周呈发散状的限位支撑肋。
4.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述内层钢绞线由九股直径为3.2mm的钢绞线反向旋扭 密贴钢芯线构成，所述外层钢绞线由九股直径5.3mm的钢绞线反向旋扭紧密贴内层钢绞线构成。
5.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述限位套设置有多个，其中两个位于钢塑网两端。
6.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述注浆孔和排气孔对称布置在托盘上，所述注浆孔和排气孔的孔径为10mm。
7.根据权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索，其特征在于：所述钢塑网由高强度碳素钢丝和聚乙烯树脂复合而成。
8.一种如权利要求1所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
打好钻孔，塞入树脂锚固剂药卷，将安装好钢塑网的锚索体全长送入钻孔中；
利用锚索搅拌器转动锚索搅拌树脂锚固剂药卷，将锚索内锚段凝固在孔底，安装好托盘，插入锁具锁芯预紧锁具，使锚索产生预应力；
先对托盘四周进行喷浆密封，待凝固后，将注浆器与注浆端螺纹直接拧紧连接，启动注浆泵，浆液通过柔性注浆管注入到钻孔中，注浆同时，排气孔排出孔内气体，待排气孔开始跑浆时，关闭注浆泵，将水泥药卷塞入注浆孔和排气孔并注入适量水，使水泥凝固，阻止浆液从孔口流出，完成锚索的混锚施工。
9.根据权利要求8所述的预应力扩散型大孔径高强混锚锚索的施工方法，其特征在于：所述钻孔孔径在42mm-50mm之间。
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| CN109184766A (zh) | 2019-01-11 |
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