CN109441512B - 钢筋混凝土对穿锚索及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土对穿锚索及其施工方法，所述对穿锚索包括锚索前固定端和主体锚索两部分，其中：所述锚索前固定端由前锁具、引导头、前锁紧环、卡环、短钢筋、推进器、短推进杆、囊袋、注浆管、注浆管卡持器、后锁紧环组成；所述主体锚索由锚索、后锁具、托盘、长推进杆组成。本发明提供了一种新型用于沿空掘巷的深部厚煤层小煤柱双向加固技术，它能快速有效地在新掘巷道一侧完成煤柱双向加固，能够实现加固煤柱侧向围压，从而提高煤柱承载力的作用，不仅解决了传统沿空掘巷技术无法实现单向施工双向加固的难题，而且解决了对穿锚索注浆时囊袋不能完全起胀的问题，同时可装配较大内径的注浆管以便更好完成注浆。

Description

钢筋混凝土对穿锚索及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于沿空掘巷的深部厚煤层小煤柱双向加固装置及其施工方法。

背景技术

随着煤矿开采深度和煤层开采厚度的日益增加，原岩应力也在逐渐升高，煤柱宽度越来越大，大量的煤炭资源被浪费。考虑到巷道围岩所处的应力环境和最大限度的开采煤炭资源，包括沿空留巷和沿空掘巷的无煤柱护巷开采技术被提出。与沿空留巷在成巷及工作面回采过程中经历两次采动影响，巷道维护极其困难不同，沿空掘巷有效避开了上工作面回采对煤柱的应力扰动，巷道维护相对简单，维护成本低。

相关研究表明，巷道围岩的稳定性除受小煤柱自身稳定性的影响，还受其所处围岩的矿压显现规律、围岩应力环境的影响。

三轴力学测试表明，围压的增加，岩石破坏前的峰值应力将会出现在更大变形处。当围压低于脆延转换的临界围压值时，随应变增高岩石承载能力有所降低，而破坏时应变相对值较小，岩石破坏为脆性破坏；当围压值高于此临界值时，在较大的应变范围内岩石仍有承载能力，且承载能力有升高的趋势，这时岩石表现出延性性质。三轴围压作用下，围压显然抑制了煤岩体的扩容。

某些岩体双向加固时使用过对穿锚索，该技术必须是岩体两侧同时施工，但沿空掘巷护巷煤柱采空区侧封闭，只能在新掘一侧施工，无法完成对穿。还有一种对穿锚索技术需要在前一个工作面预埋入，但护巷煤柱宽度预留不准确，宽度误差超过±0.5m将导致对穿施工无法进行。胀锁式对穿锚索双向加固技术，该技术仅需在岩体一侧施工即可，但囊袋在采空区内无法完成理想膨胀，且大量的混凝土注入也延长了施工时间。

发明内容

为了解决胀锁式对穿锚索双向加固时囊袋起胀不理想以及传统沿空掘巷技术无法实现单向施工双向加固的问题，本发明提供了一种钢筋混凝土对穿锚索及其施工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钢筋混凝土对穿锚索，包括锚索前固定端和主体锚索两部分，其中：

所述锚索前固定端由前锁具、引导头、前锁紧环、卡环、短钢筋、推进器、短推进杆、囊袋、注浆管、注浆管卡持器、后锁紧环组成；

所述主体锚索由锚索、后锁具、托盘、长推进杆组成；

所述短推进杆和长推进杆套装在锚索的外部，且短推进杆位于锚索的前部，长推进杆位于锚索的后部；

所述锚索的前端依次设置有引导头、前锁具、前锁紧环、卡环、推进器和短推进杆；

所述卡环靠近锚索侧沿径向设置有多个钻孔；

所述短钢筋的一端位于钻孔内，另一端穿过推进器紧贴短推进杆；

所述短推进杆的外部靠近长推进杆侧设置有后锁紧环和注浆管；

所述囊袋的前端通过前锁紧环锁在锚索上，另一端通过后锁紧环锁在短推进杆上；

所述注浆管卡持器固定在短推进杆靠近后锁紧环位置且位于囊袋内部；

所述注浆管的一端固定在注浆管卡持器上；

所述锚索的后端设有托盘和后锁具；

所述托盘设置在后锁具的前端。

一种上述钢筋混凝土对穿锚索的施工方法，包括如下步骤：

（1）钻孔；

（2）安装锚索，将锚索的前端头全部伸入到采空区内；

（3）利用液压推进装置施加水平力，短推进杆和长推进杆将水平力传递到推进器上，推进器将短钢筋抬起到合适的角度；

（4）水平拉锚索，将短钢筋深入煤体后，通过注浆管向囊袋内注入水泥与短钢筋形成锚固体；

（5）对锚索施加预应力，安装托盘和后锁具，将锚索锁住。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明提供了一种新型用于沿空掘巷的深部厚煤层小煤柱双向加固技术，它能快速有效地在新掘巷道一侧完成煤柱双向加固，能够实现加固煤柱侧向围压，从而提高煤柱承载力的作用，不仅解决了传统沿空掘巷技术无法实现单向施工双向加固的难题，而且解决了对穿锚索注浆时囊袋不能完全起胀的问题，同时可装配较大内径的注浆管以便更好完成注浆。

2、本发明为了更好地适应现场施工，提高成功率，在原有对穿锚索结构的基础上增添了推进器、推进杆、短钢筋、卡环、液压推进装置、注浆管卡持器。

3、本发明较原来的对穿锚索相比，注入的水泥更少，且提供的水平力更大。

附图说明

图1为本发明钢筋混凝土对穿锚索的结构示意图；

图2为端头的结构示意图；

图3为锚索的结构示意图；

图4为卡环的结构示意图；

图5为推进器的结构示意图，（a）后座，（b）前座，（c）卡槽；

图6为液压推进装置示意图，（a）装置整体结构，（b）施力前，（c）施力后；

图7为锚索安装示意图；

图8为锚索加固完成示意图；

图中，1-前锁具、2-引导头、3-前锁紧环、4-卡环、5-短钢筋、6-推进器、7-短推进杆、8-托盘、9-锚索、10-囊袋、11-水泥、12-注浆管、13-后锁紧环、14-长推进杆、15-后锁具、16-注浆管卡持器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供了一种钢筋混凝土对穿锚索，如图1所示，所述对穿锚索包括锚索前固定端和主体锚索两部分，如图2所示，所述锚索前固定端由前锁具1、引导头2、前锁紧环3、卡环4、短钢筋5、推进器6、短推进杆7、囊袋10、注浆管12、后锁紧环13、注浆管卡持器16组成，如图3所示，所述主体锚索由锚索9、后锁具15、托盘8、长推进杆14组成，其中：

所述短推进杆7和长推进杆14套装在锚索9的外部，且短推进杆7位于锚索9的前部，长推进杆14位于锚索9的后部；

所述锚索9的前端依次设置有引导头2、前锁具1、前锁紧环3、卡环4、推进器6和短推进杆7；

所述卡环4靠近锚索9侧沿径向设置有多个钻孔；

所述短钢筋5的一端位于钻孔内，另一端穿过推进器6紧贴短推进杆7；

所述短推进杆7的外部靠近长推进杆14侧设置有后锁紧环13和注浆管12；

所述囊袋10的前端通过前锁紧环3锁在锚索9上，另一端通过后锁紧环13锁在短推进杆7上；

所述注浆管卡持器16固定在短推进杆7靠近后锁紧环13位置且位于囊袋10内部；

所述注浆管12的一端固定在注浆管卡持器16上；

所述锚索9的后端设有托盘8和后锁具15；

所述托盘8设置在后锁具15的前端。

本实施方式中，所述前座和后座的内环直径较锚索9略大，在合并后有卡住卡槽的位置；卡槽的内孔尺寸略大于短钢筋5的直径，便于固定短钢筋5的位置和在后期推进过程中为短钢筋5的抬起提供足够的力。

本实施方式中，所述对穿锚索使用时，锁具1、引导头2和前锁紧环3将卡环4固定在锚索9的前端头；卡环4用于短钢筋5和锚索9之间传递力的桥梁，并协助推进器6固定短钢筋5的位置；推进器6主要用于短钢筋5的支撑和抬起；短钢筋5在放入钻孔前处于低位紧贴锚索9，待锚索体放入合适位置后，推进器6在短推进杆7和长推进杆14的推动下将短钢筋5抬起25～30度，随后在水平外力的作用下深入煤体；囊袋10被抬起后，通过注浆管12将水泥11注入囊袋10中，最终与短钢筋5形成锚固体。实际施工过程中，短钢筋5也有可能不会深入煤体，而是将囊袋10抬起，注浆后与水泥11形成一个整体，再对煤柱产生作用力。

本实施方式中，所述锚索9的直径根据实际需要选择，长度根据窄煤柱宽度确定。锚索9伸入钻孔后，通过短推进杆7和长推进杆14将作用力传递到推进器6，从而使短钢筋5抬起适当角度，在短钢筋5深入煤体形成锚固体后将锚索9锁住；托盘8、前锁具1和后锁具15为常规部件。

具体实施方法如下：

先定制囊袋10，囊袋10为高强度反渗透布，可以承受1~2MPa的压力，再加工前置主体骨架（短钢筋5、卡环4、推进器6、前锁紧环3、后锁紧环13和注浆管卡持器16），注浆管卡持器16上设有固定注浆管12的孔，将加工好的囊袋10一端用后锁紧环13锁到短推进杆7上；根据现场要求截好锚索9，然后伸入短推进杆7和长推进杆14内，依次装上注浆管卡持器16、推进器6和卡环4，将注浆管12穿过囊袋10固定在注浆管卡持器16后，用前锁紧环3将囊袋10的另一端固定在锚索9上，再在前端利用前锁具1锁住前置锚索前固定端，装上引导头2，喷涂防锈油，完成制作。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明。

如图4所示，所述卡环4为一个圆柱体，在靠近锚索9位置钻有三个直径大于短钢筋5的钻孔，孔深为10mm，主要作为短钢筋5和锚索9之间力的传递，并辅助固定短钢筋5的位置。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明。

推进器的结构可以根据钻孔的大小进行选择，比如：为了适应钻孔较小时的要求，可以将推进器设置为分体式结构；若钻孔足够大时，可将推进器简化为一个结构更简单的整体。

如图5所示，所述推进器由前座、后座和卡槽三部分组成，其中：所述前座沿径向设置有缺口，后座沿径向设置有与缺口相对应的预留槽，卡槽上部设置有内环，前座靠近卡环侧和后座靠近短推进杆侧都预留有3~4cm的内径略大于锚索的预留管，前座的预留管是为了限制推进距离，以免推的过多而使短钢筋过度抬起；后座的预留管是为了深入到短推进杆的内部，一来可以使推进更加顺畅，二来可以使后座更加稳定。短钢筋5置于卡槽内环内，卡槽中部置于前座缺口处，卡槽底部置于后座预留槽中，短钢筋5和推进器6的相对位置互为牵绊；推进过程中，短推进杆7推进后座前进，进而依次推进卡槽、前座前进，待力达到一定时，卡槽由倾斜逐渐竖起，前座、后座相对位置靠近并最终贴合，同时短钢筋5被抬起，前座预留管部分可限制最终位置，后座预留管部分可深入短推进杆7中便于推进。

具体实施方式四：本实施方式提供了一种钢筋混凝土对穿锚索的施工方法，具体施工步骤如下：

①钻孔，孔径略大于锚索体最宽外径，钻孔深度为超过预留煤柱大于端头；②安装锚索，将锚索前端头全部伸入到采空区内（图7）；③如图6所示，用液压推进装置施加水平力，短推进杆7和长推进杆14将水平力传递到推进器6上，推进器6将短钢筋5抬起到合适的角度；④水平拉锚索9，将短钢筋5深入煤体后，通过注浆管12注入水泥11形成锚固体，再对锚索9加预应力再上托盘8和后锁具14，如图8所示。

钻孔封堵技术：

为防止采空区漏风，钻孔必须及时封堵。对于高瓦斯采面和低瓦斯采面给出两种封堵技术。

（1）高瓦斯采面：使用树脂发泡剂快速密封钻孔。

（2）低瓦斯采面：采用炮泥或橡胶封孔塞封孔。

Claims (9)

1.一种钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述对穿锚索包括锚索前固定端和主体锚索两部分，其中：所述锚索前固定端由前锁具、引导头、前锁紧环、卡环、短钢筋、推进器、短推进杆、囊袋、注浆管、注浆管卡持器、后锁紧环组成；所述主体锚索由锚索、后锁具、托盘、长推进杆组成；所述短推进杆和长推进杆套装在锚索的外部，且短推进杆位于锚索的前部，长推进杆位于锚索的后部；所述锚索的前端依次设置有引导头、前锁具、前锁紧环、卡环、推进器和短推进杆；所述卡环靠近锚索侧沿径向设置有多个钻孔；所述短钢筋的一端位于钻孔内，另一端穿过推进器紧贴短推进杆；所述短推进杆的外部靠近长推进杆侧设置有后锁紧环和注浆管；所述囊袋的前端通过前锁紧环锁在锚索上，另一端通过后锁紧环锁在短推进杆上；所述注浆管卡持器固定在短推进杆靠近后锁紧环位置且位于囊袋内部；所述注浆管的一端固定在注浆管卡持器上；所述锚索的后端设有托盘和后锁具；所述托盘设置在后锁具的前端；所述推进器由前座、后座和卡槽三部分组成。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述卡环为圆柱体。

3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述钻孔的直径大于短钢筋的直径。

4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述前座沿径向设置有缺口，后座沿径向设置有与缺口相对应的预留槽，卡槽上部设置有内环，前座靠近卡环侧和后座靠近短推进杆侧均预留有预留管，短钢筋置于卡槽内环内，卡槽中部置于前座缺口处，卡槽底部置于后座预留槽中，后座预留管部分深入短推进杆中。

5.根据权利要求4所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述预留管的内径大于锚索。

6.根据权利要求4所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述前座和后座的内环直径大于锚索的直径。

7.根据权利要求4所述的钢筋混凝土对穿锚索，其特征在于所述卡槽的内孔尺寸大于短钢筋的直径。

8.一种权利要求1-7任一权利要求所述的钢筋混凝土对穿锚索的施工方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：（1）钻孔；（2）安装锚索，将锚索的前端头全部伸入到采空区内；（3）利用液压推进装置施加水平力，短推进杆和长推进杆将水平力传递到推进器上，推进器将短钢筋抬起到合适的角度；（4）水平拉锚索，将短钢筋深入煤体后，通过注浆管向囊袋内注入水泥与短钢筋形成锚固体；（5）对锚索施加预应力，安装托盘和后锁具，将锚索锁住。

9.根据权利要求8所述的钢筋混凝土对穿锚索的施工方法，其特征在于所述钻孔的封堵方法如下：对于高瓦斯采面，使用树脂发泡剂快速密封钻孔；对于低瓦斯采面，采用炮泥或橡胶封孔塞封孔。

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