CN109681249A - 一种中排气矿用注浆锚索施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种中排气矿用注浆锚索施工方法,包括围岩钻孔、端部锚固、锚具张拉预紧、调配浆液和注浆;钻孔,根据使用锚索规格,采用锚杆钻机在围岩上进行钻孔,根据钻孔情况和岩粉对岩体做出安全性能判断,主要通过岩粉的岩性、岩体整体性、地下水、裂隙、岩粉颗粒大小进行统计后判断,当岩体为安全性良好或者安全性高时,进行深度钻孔,钻孔深度应超过锚索长度0.5米,然后利用压缩气体将钻孔内粉尘吹扫干净,该施工方法提高了注浆的工作效率,而且降低了支护成本,同时注浆效果好,提高了支护强度,解决了围岩破碎的支护难题。

Description

一种中排气矿用注浆锚索施工方法

技术领域

本发明涉及涉及煤矿巷道支护锚索施工技术领域,具体地说就是一种中排气矿用注浆锚索施工方法,特别是适用于煤矿井、矿山软岩、破碎带等复杂条件下巷道支护的作业方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的不断增加,巷道地形复杂程度也再不断变化,主要体现为围岩破碎严重,应力集中等情况,在围岩较差的巷道、大断面硐室、交岔点、断层带附近以及受动压影响的巷道。采用普通的锚杆支护已无法达到支护要求,需加大支护长度,提高锚固效果。实践证明,对松动范围和松动程度都比较大的应力集中区巷道围岩进行锚注加固具有很好的效果,锚注加固的原理是将锚索的支护作用与注浆加固的作用组合起来,共同作用于巷道围岩,通过注浆锚索压注有机或无机浆液,不仅能从根本上保证锚索锚固可靠,而且浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中,对出现松动的煤岩体产生粘结固化作用,显著改善其整体性,提高煤岩体的自撑能力,从而大大改善巷道支护效果。

应用较为普遍的注浆锚索形式主要有中空注浆锚索及普通注浆锚索,其中,中空注浆锚索采用反向注浆方式,索体结构形式无外乎将1×7钢绞线进行改造而成,中间钢丝更换为无缝钢管,用于注浆,由于无缝钢管无法弯曲,中间较长部分需更换为非金属软管,以便于安装施工,因此,其强度明显降低,并且无排气装置,在进行注浆作业时,在钻孔会形成气泡和空洞,降低锚固效果,而且在注浆时需要添加注浆管,外加注浆管导致工作效率降低,而且注浆时外漏注浆管容易产生断裂,造成注浆失败。

发明内容

本发明的目的在于提供中一种中排气矿用注浆锚索施工方法,该施工方法提高了注浆的工作效率,而且降低了支护成本,同时注浆效果好,提高了支护强度,解决了围岩破碎的支护难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种中排气矿用注浆锚索施工方法,包括围岩钻孔、端部锚固、锚具张拉预紧、调配浆液和注浆;

钻孔,根据使用锚索规格,采用锚杆钻机在围岩上进行钻孔,,根据钻孔情况和岩粉对岩体做出安全性能判断,主要通过岩粉的岩性、岩体整体性、地下水、裂隙、岩粉颗粒大小进行统计后判断,当岩体为安全性良好或者安全性高时,进行深度钻孔,钻孔深度应超过锚索长度0.5米,然后利用压缩气体将钻孔内粉尘吹扫干净;

端部锚固:根据锚索规格选用配套直径、长度的树脂锚固剂,用锚索将锚固剂送入孔底,并将搅拌器具与锚索外漏部分连接,并开始搅拌,锚固剂是由固化剂和树脂胶泥组成,两者通过薄膜分开设置,当钢绞线搅拌锚固剂时,薄膜被破坏,固化剂和树脂胶泥充分混合发生反应;

锚具张拉预紧:根据锚固剂规格,到达规定等待时间后,进行锚具张拉作业,张拉预紧力控制在钢绞线最大力的60%-70%,张拉采用整体分级张拉的顺序,每级稳定10分钟,待锚墩达100%强度后进行末张拉,稳定10分钟;

调配浆液:采用425#硅胶盐水泥进行调配,水灰比控制在1:2,并加入8%-10%的ACZ-I型注浆添加剂,稠度控制在30-50mm,进行搅拌,搅拌时间为30分钟;

注浆:采用注浆泵进行注浆,由于本锚索具有芯部排气功能,无需再增加排气管等排气装置,采用专用注浆泵,将注浆设备出浆管与锚索注浆管连接,锚索注浆管设有连接头,能快速与注浆设备出浆管连接,注浆设备设有压力检测装置,可以采用压力表实现,注浆压力设定为恒定值,注浆压力0.4-0.5MPa,当浆液填充满钻孔及周围围岩裂隙后,因再无气体排出,此时注浆压力将会出现超过设定值的一个峰值,表明浆液已充满整个钻孔及围岩裂隙,注浆完成。

作为优化,注浆时选用的锚索包括锚索托盘3、锚索锚具5和预应力钢绞线1,所述的预应力钢绞线1穿过锚索托盘3和锚索锚具5设置,在所述的锚索托盘3上还设置有注浆管4,所述的预应力钢绞线1分为三层,包括内层的芯部钢丝6、中间层的光圆钢丝7和外层的外层钢丝8,所述的芯部钢丝6的外圆面为带有凹槽12的钢丝,所述的中间层的光圆钢丝7捻制方向为左旋向,所述的中间层的光圆钢丝7与芯部钢丝6紧密贴合,所述的芯部钢丝6外圆面上的凹槽12直径小于中间层光圆钢丝7的直径,在所述的注浆管4与巷道围岩1之间设置有控制注浆管4的止浆塞2。

作为优化,所述的芯部钢丝6的外圆面上设置有平行设置的凹槽12,所述的凹槽12沿着芯部钢丝6的轴向设置,并且凹槽12数量可选为2个、3个或者4个。

所述的外层钢丝8可选为刻痕类钢丝、螺旋肋钢丝或者光圆钢丝。

所述的止浆塞2采用非金属材质,在止浆塞2上设置有用于穿过注浆管4的通孔。

所述的锚索托盘3为拱形结构,在所述的锚索托盘3的中间设置有用于穿过预应力钢绞线1的圆孔,在锚索托盘3的侧面设置有用于穿过注浆管4的通孔。

所述的注浆管4采用PVC材质,在注浆管4的一端设置有快接头,通过快接头快速与注浆设备连接。

所述的锚索托盘3的外侧设置有锚索锚具5,所述的锚索锚具5穿过预应力钢绞线1安装,所述的锚索锚具5包括锚环、夹片和O型圈。

作为优化,钻孔后的锚索孔孔径误差在±2mm。

作为优化,所述的钻孔后采用高压风洗孔,高压风为顺时针旋转风,风压在0.2-0.4MPa。

作为优化,在注浆作业时,注浆压力超过设定的峰值后,停止注浆,过5分钟后二次补浆,当压力再次超过设定峰值后,停止注浆,再过10分钟后再次补浆,当压力超过设定峰值后,停止注浆。

本发明的有益效果是:与现有技术相比,本发明的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,采用的锚索具备芯部排气功能,无需再增设排气装置,大大提高了施工效率并降低了支护成本,而且浆液不仅充填到钻孔,并且能够将围岩周围裂隙也填满,将整个围岩形成了一个稳固的支护围岩体,提高了支护强度,解决了围岩破碎等支护难题。

附图说明

图1为本发明总体结构图;

图2为本发明预应力钢绞线剖面放大图;

图3为本发明注浆管结构放大图;

图4为本发明注浆作业时排气原理图;

其中,1预应力钢绞线、2止浆管、3锚索托盘、4注浆管、5锚索锚具、6芯部钢丝、7光圆钢丝、8外层钢丝、9巷道围岩、10锚固段、11注浆段、12凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种中排气矿用注浆锚索施工方法,包括围岩钻孔、端部锚固、锚具张拉预紧、调配浆液和注浆;

钻孔,根据使用锚索规格,采用锚杆钻机在围岩上进行钻孔,,根据钻孔情况和岩粉对岩体做出安全性能判断,主要通过岩粉的岩性、岩体整体性、地下水、裂隙、岩粉颗粒大小进行统计后判断,当岩体为安全性良好或者安全性高时,进行深度钻孔,钻孔深度应超过锚索长度0.5米,然后利用压缩气体将钻孔内粉尘吹扫干净;

端部锚固:根据锚索规格选用配套直径、长度的树脂锚固剂,用锚索将锚固剂送入孔底,并将搅拌器具与锚索外漏部分连接,并开始搅拌,锚固剂是由固化剂和树脂胶泥组成,两者通过薄膜分开设置,当钢绞线搅拌锚固剂时,薄膜被破坏,固化剂和树脂胶泥充分混合发生反应;

锚具张拉预紧:根据锚固剂规格,到达规定等待时间后,进行锚具张拉作业,张拉预紧力控制在钢绞线最大力的60%-70%,张拉采用整体分级张拉的顺序,每级稳定10分钟,待锚墩达100%强度后进行末张拉,稳定10分钟;

调配浆液:采用425#硅胶盐水泥进行调配,水灰比控制在1:2,并加入8%-10%的ACZ-I型注浆添加剂,稠度控制在30-50mm,进行搅拌,搅拌时间为30分钟;

注浆:采用注浆泵进行注浆,由于本锚索具有芯部排气功能,无需再增加排气管等排气装置,采用专用注浆泵,将注浆设备出浆管与锚索注浆管连接,锚索注浆管设有连接头,能快速与注浆设备出浆管连接,注浆设备设有压力检测装置,可以采用压力表实现,注浆压力设定为恒定值,注浆压力0.4-0.5MPa,当浆液填充满钻孔及周围围岩裂隙后,因再无气体排出,此时注浆压力将会出现超过设定值的一个峰值,表明浆液已充满整个钻孔及围岩裂隙,注浆完成。

具体工作步骤及原理:如图4所示,首先在需要支护的巷道围岩9打孔,将一定长度的树脂锚固剂用预应力钢绞线将其顶入孔底,然后进行锚固剂搅拌等工序。(锚固段形成:锚固剂是由固化剂和树脂胶泥组成,两者通过薄膜分开。当钢绞线搅拌锚固剂时,薄膜被破坏,固化剂和树脂胶泥充分混合发生反应。其中有个凝胶时间,根据时间长短可以划分为超快、快速、中速及慢速。具体可以看一下MT146.2-2011。发生反应并固化,将钢绞线与围岩固定在一起)然后按照安装工艺,待锚固剂固化后,形成锚固段2。将注浆管穿入止浆塞通孔内,然后安装在钢绞线上,依次放入锚索托盘及锚索锚具后进行张拉。张拉后,将注浆管一端与注浆泵连接开始注浆作业,注浆压力为0.4-0.5MPa。注浆压力由压力表显示,注浆压力为恒定值。注浆过程实际上是浆液将钻孔及围岩裂隙中空气排净的过程。浆液由425#硅酸盐水泥及添加剂配置而成的一种非牛顿性流体。(这个可以看一下百度解释,想表达的意思就是一种粘稠的液体,就是液体无法通过钢绞线间隙,而空气可以通过间隙排出)浆液无法通过钢丝捻制间隙进入排气通道4。当钻孔及围岩裂隙中空气被排尽,此时因无气体排出,注浆压力将出现超过正常注浆压力的峰值。则此时可代表钻孔及围岩裂隙中已注满浆液,形成注浆段3。

一种具有自排气功能的高强度注浆锚索,包括锚索托盘3、锚索锚具5和预应力钢绞线1,所述的预应力钢绞线1穿过锚索托盘3和锚索锚具5设置,在所述的锚索托盘3上还设置有注浆管4,所述的预应力钢绞线1分为三层,包括内层的芯部钢丝6、中间层的光圆钢丝7和外层的外层钢丝8,所述的芯部钢丝6的外圆面为带有凹槽12的钢丝,所述的中间层的光圆钢丝7捻制方向为左旋向,所述的中间层的光圆钢丝7与芯部钢丝6紧密贴合,所述的芯部钢丝6外圆面上的凹槽12直径小于中间层光圆钢丝7的直径,在所述的注浆管4与巷道围岩1之间设置有控制注浆管4的止浆塞2。

在预应力钢绞线上一依次设置注浆管、注浆塞、锚索托盘和锚索锚具,预应力钢绞线的最内侧为芯部钢丝,芯部钢丝为圆形预应力钢丝,在预应力钢丝的外圆面上设置的沿轴向分布的凹槽,凹槽沿着芯部钢丝外圆面均匀分布,凹槽的数量可以选择为2个、3个或者4个,最优的选择是3个凹槽,保证了芯部钢丝的应力而且能够保证足够的排气功能,在芯部钢丝的外层设置有左旋向的光圆钢丝,通过光圆钢丝减少捻制后个钢丝之间的间隙,保证在注浆时的密封性,使得钻孔内的空气只能通过芯部钢丝的凹槽向外排出钻孔,最外层是设置的强度较高的钢丝,保证整体预应力钢绞线的刚度,可选择为刻痕类钢丝、螺旋肋钢丝或者光圆钢丝,最优的选择是螺旋肋钢丝,提高预应力钢绞线整体的前度,保证在伸入钻孔时的硬度,防止插入钻孔是巷道围岩造成破坏,注浆锚索的自排气功能是通过预应力钢绞线的芯部钢丝上的轴向凹槽实现,在伸入钻孔内部的顶端,通过向钻孔内部注浆后,钻孔内和巷道围岩壁的空气通过预应力钢绞线中间的凹槽以及捻制钢丝之间的缝隙进入预应力钢绞线,最后排出到孔外,注入的浆液由于无法通过凹槽以及捻制钢丝之间的缝隙,从而实现了在气体完成排出后,将液体占满整个钻孔,实现了浆液的填充,减少了排气管道的设置,而且无需占用空间,降低了锚索成本,提高了注浆效率,而且注浆效果也提高。

所述的芯部钢丝6的外圆面上设置有平行设置的凹槽12,所述的凹槽12沿着芯部钢丝6的轴向设置,并且凹槽12数量可选为2个、3个或者4个。

所述的外层钢丝8可选为刻痕类钢丝、螺旋肋钢丝或者光圆钢丝。

所述的止浆塞2采用非金属材质,在止浆塞2上设置有用于穿过注浆管4的通孔。

所述的锚索托盘3为拱形结构,在所述的锚索托盘3的中间设置有用于穿过预应力钢绞线1的圆孔,在锚索托盘3的侧面设置有用于穿过注浆管4的通孔。

所述的注浆管4采用PVC材质,在注浆管4的一端设置有快接头,通过快接头快速与注浆设备连接。

所述的锚索托盘3的外侧设置有锚索锚具5,所述的锚索锚具5穿过预应力钢绞线1安装,所述的锚索锚具5包括锚环、夹片和O型圈。

图1中1为预应力钢绞线,其结构为1×19鲁西式,其断面剖面图如图2所示。芯部钢丝更换为带有凹槽的钢丝,凹槽数可选的2、3、4,优先选取3个凹槽。由芯部向外第一层为光圆钢丝,捻制方向为左旋向。采用光圆钢丝为减少捻制后各钢丝间的间隙。最外层采用刻痕类、螺旋肋或光圆钢丝,优选的螺旋肋钢丝。

预应力钢绞线的中间层的光圆钢丝采用左向旋向,同时外层的钢丝也是采用左向旋向,这样可以减小钢丝与钢丝之间、钢丝层与钢丝层之间的缝隙,同时保证缝隙只能实现空气的通过,而注浆浆液由于属于一种非牛顿性流体,浆液无法通过钢丝层之间的缝隙,这样就能满足在钻孔注浆时,孔内的空气排出,而浆液无法排出,将空气占用的空间换成了浆液,实现注浆作业。

图1中2为止浆塞,材质为橡胶或其他非金属材质,用于封堵钻孔。止浆塞端面设有通孔,用于穿过注浆管。

止浆塞穿过预应力钢绞线设置,并且插入钻孔内部,通过止浆塞的塑性,实现钻孔的密封,通过注浆管进行注浆作业的同时,在注浆全部完成后,钻孔内的压力上升,随着压力的上升,浆液对止浆塞形成一定的压力,止浆塞受压后将内部的注浆管压迫,实现注浆的停止。

图1中3为锚索托盘,结构为拱形,采用钢板制作。在拱形位置钻有通孔。

图1中4为注浆管,注浆管采用PVC或其他具有一定塑性的非金属材质,注浆管一端设有快速连接头,便于与注浆设备连接。另一端穿过锚索托盘及止浆塞插入钻孔。图3为结构示意图。

图1中5为锚索锚具,由锚环、夹片及O型圈组成。

在图2所示的实施例中,预应力钢绞线的芯部钢丝上设置有三个凹槽,凹槽的直径大小是小于中间钢丝的直径,而且中间钢丝层是左旋绕在芯部钢丝的外表面上,在芯部钢丝与中间钢丝之间可以通过凹槽实现气体的流动,如图3所示,在预应力钢绞线的横截面上,凹槽是圆周均匀分布在芯部钢丝上,保证了预应力钢绞线周围的空气都能进入到凹槽内部,通过预应力钢绞线排出孔外,同时最优的凹槽数量选择为3个,在能够保证钻孔起气体排出的前提下,还能够保证芯部钢丝的强度,而且凹槽为圆弧形凹槽,凹槽的直径小于中间钢丝的直径,中间钢丝在缠绕时保证了凹槽不被中间钢丝堵住。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案,本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样,任何符合本发明且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰,皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:包括以下步骤,围岩钻孔、端部锚固、锚具张拉预紧、调配浆液和注浆;
钻孔,根据使用锚索规格,采用锚杆钻机在围岩上进行钻孔,,根据钻孔情况和岩粉对岩体做出安全性能判断,主要通过岩粉的岩性、岩体整体性、地下水、裂隙、岩粉颗粒大小进行统计后判断,当岩体为安全性良好或者安全性高时,进行深度钻孔,钻孔深度应超过锚索长度0.5米,然后利用压缩气体将钻孔内粉尘吹扫干净;
端部锚固:根据锚索规格选用配套直径、长度的树脂锚固剂,用锚索将锚固剂送入孔底,并将搅拌器具与锚索外漏部分连接,并开始搅拌,锚固剂是由固化剂和树脂胶泥组成,两者通过薄膜分开设置,当钢绞线搅拌锚固剂时,薄膜被破坏,固化剂和树脂胶泥充分混合发生反应;
锚具张拉预紧:根据锚固剂规格,到达规定等待时间后,进行锚具张拉作业,张拉预紧力控制在钢绞线最大力的60%-70%,张拉采用整体分级张拉的顺序,每级稳定10分钟,待锚墩达100%强度后进行末张拉,稳定10分钟;
调配浆液:采用425#硅胶盐水泥进行调配,水灰比控制在1:2,并加入8%-10%的ACZ-I型注浆添加剂,稠度控制在30-50mm,进行搅拌,搅拌时间为30分钟;
注浆:采用注浆泵进行注浆,由于本锚索具有芯部排气功能,无需再增加排气管等排气装置,采用专用注浆泵,将注浆设备出浆管与锚索注浆管连接,锚索注浆管设有连接头,能快速与注浆设备出浆管连接,注浆设备设有压力检测装置,可以采用压力表实现,注浆压力设定为恒定值,注浆压力0.4-0.5MPa,当浆液填充满钻孔及周围围岩裂隙后,因再无气体排出,此时注浆压力将会出现超过设定值的一个峰值,表明浆液已充满整个钻孔及围岩裂隙,注浆完成。
2.根据权利要求1所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:注浆时选用的锚索包括锚索托盘(3)、锚索锚具(5)和预应力钢绞线(1),所述的预应力钢绞线(1)穿过锚索托盘(3)和锚索锚具(5)设置,在所述的锚索托盘(3)上还设置有注浆管(4),所述的预应力钢绞线(1)分为三层,包括内层的芯部钢丝(6)、中间层的光圆钢丝(7)和外层的外层钢丝(8),所述的芯部钢丝(6)的外圆面为带有凹槽(12)的钢丝,所述的中间层的光圆钢丝(7)捻制方向为左旋向,所述的中间层的光圆钢丝(7)与芯部钢丝(6)紧密贴合,所述的芯部钢丝(6)外圆面上的凹槽(12)直径小于中间层光圆钢丝(7)的直径,在所述的注浆管(4)与巷道围岩(1)之间设置有控制注浆管(4)的止浆塞(2)。
3.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的芯部钢丝(6)的外圆面上设置有平行设置的凹槽(12),所述的凹槽(12)沿着芯部钢丝(6)的轴向设置,并且凹槽(12)数量可选为2个、3个或者4个。
4.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的外层钢丝(8)可选为刻痕类钢丝、螺旋肋钢丝或者光圆钢丝。
5.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的止浆塞(2)采用非金属材质,在止浆塞(2)上设置有用于穿过注浆管(4)的通孔。
6.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的锚索托盘(3)为拱形结构,在所述的锚索托盘(3)的中间设置有用于穿过预应力钢绞线(1)的圆孔,在锚索托盘(3)的侧面设置有用于穿过注浆管(4)的通孔。
7.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的注浆管(4)采用PVC材质,在注浆管(4)的一端设置有快接头,通过快接头快速与注浆设备连接。
8.根据权利要求2所述的一种中排气矿用注浆锚索施工方法,其特征在于:所述的锚索托盘(3)的外侧设置有锚索锚具(5),所述的锚索锚具(5)穿过预应力钢绞线(1)安装,所述的锚索锚具(5)包括锚环、夹片和O型圈。
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