CN110388223B - 一种分段式注浆的中空注浆锚索及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段式注浆的中空注浆锚索和使用方法，中空注浆锚索包括丝堵、锚索本体、锁具、托盘和外置式止浆塞；锚索本体包括多根钢绞线，多根钢绞线螺旋缠绕在Ⅰ注浆管和Ⅱ注浆管上，锚索本体连接在托盘和外置式止浆塞中心的锚索孔内，Ⅲ注浆管贯穿连接在外置式止浆塞的预留孔内；Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管和Ⅲ注浆管的出浆口位置不同，使用时三个出浆口分别与煤岩体的注浆锚固段三个不同位置相对应，从而实现注浆锚固段处的分段式注浆作业。本发明构思巧妙，结构简单，浆液进入形成不同的注浆段，保证前面注浆压力平衡，提高深部岩层裂隙的注浆量，浆液均匀的扩散入围岩裂隙中，通过二次注浆保证了浅部围岩体注浆锚固效果。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种分段式注浆的中空注浆锚索及使用方法。
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。注浆锚索可有效抑制围岩内部节理、裂隙的产生，也可以阻止围岩内部岩体和注浆浆液形成结石体的再次破坏，把某些能很好地和岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙等结构中去，使岩土体成为强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体从而达到改善岩土体物理力学性质的目的，在松散破碎围岩、极软岩层、高应力破碎围岩及大埋深煤巷支护过程中起着重要作用。注浆锚索是将锚索体安装在锚孔中，再向锚孔中高压注浆，浆液通过锚孔进入围岩缝隙中，将破碎围岩胶结成整体。注浆锚索起到注浆和锚索锚固双重作用。中空注浆锚索是由多根钢绞线螺旋缠绕在注浆芯管上构成的索体，通过注浆芯管向锚孔中高压注浆。
目前，传统的中空注浆锚索出浆口单一，注浆时用止浆塞在孔口封堵浆液，浆液从注浆芯管前端出来后由里向外返流注入到围岩裂隙中，工艺虽然简单，但是由于距离较远在浅部和中深部返流的浆液少，造成浆液扩撒渗透不均匀，存在弱面，致使可能发生渗水漏水突水、冒落片帮滑坡等,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，尤其对于非均质性的地层，其优势得不到充分发挥。
因此，有必要发展一种分段式注浆的中空注浆锚索及使用方法，以提高各部岩层裂隙的注浆量，实现分段注浆，极大程度上消除了产生气穴的可能，达到扩散范围均匀的注浆效果，对于提高井工、隧道等地下工程安全及高效支护具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种分段式注浆的中空注浆锚索及使用方法，解决现有注浆锚索浆液由内向外渗透过程中，易存在渗透不均匀，存在弱面，致使可能发生渗水漏水突水的问题；此外缺乏排气装置，钻孔会形成气泡和空洞，降低锚固效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种分段式注浆的中空注浆锚索，包括丝堵、中空注浆锚索、锁具、托盘和外置式止浆塞，所述托盘和外置式止浆塞依次排布连接在所述中空注浆锚索的一端并通过所述锁具旋紧定位；所述中空注浆锚索包括多根钢绞线，多根所述钢绞线螺旋缠绕在Ⅰ注浆管和Ⅱ注浆管上，所述锚索本体贯穿连接在所述托盘和外置式止浆塞中心的锚索孔内，所述外置式止浆塞的预留孔内连接有Ⅲ注浆管，所述Ⅲ注浆管的外露端贯穿连接在所述托盘上的预留孔内；所述Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管和Ⅲ注浆管的出浆口位置不同。
进一步的，所述索体伸入到煤岩体上开设的注浆锚孔内，煤岩体的外部为外锚固段，煤岩体的内部包括注浆锚固段和树脂锚固段两部分，所述Ⅰ注浆管的Ⅰ出浆口位于所述注浆锚固段的底部，所述Ⅱ注浆管的Ⅱ出浆口位于所述注浆锚固段的中部，所述Ⅲ注浆管的出浆口位于所述注浆锚固段的浅部。
再进一步的，所述Ⅰ出浆口和Ⅱ出浆口的预设位置和规格根据所述煤岩体的地质条件进行调整。
再进一步的，所述Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管具体设置为截面为半圆形的中空管，所述Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管对称放置成一个圆形的注浆芯管。
再进一步的，所述Ⅲ注浆管具体采用圆管，所述圆管的外周面上设置有刻度线。
再进一步的，所述Ⅲ注浆管卡紧连接在所述外置式止浆塞上，所述托盘上用于安装所述Ⅲ注浆管的预留孔直径大于所述Ⅲ注浆管的直径。
一种分段式注浆的中空注浆锚索的使用方法，利用如上所述分段式注浆的中空注浆锚索进行巷道注浆作业，主要包括以下步骤：
第一步：作业准备阶段，首先按照设计在巷道的煤岩体上预先打注浆锚孔，同时将所述分段式注浆的中空注浆锚索的所有组件准备齐全；
第二步：中空注浆锚索的安装阶段，首先，在所述注浆锚孔内放入树脂药卷，并注入中空注浆锚索，推进中空注浆锚索挤压所述树脂药卷进入孔底到达树脂锚固段，然后搅拌30s，使得中空注浆锚索深入至所述注浆锚孔的孔底，实现树脂锚固；
其次，将Ⅲ注浆管卡紧连接在所述外置式止浆塞上；
最后，所述外置式止浆塞和托盘的锚索孔依次穿入到中空注浆锚索上，再将锁具旋入到中空注浆锚索上并抵在托盘的外端面上，用加载装置对锁具施加预紧力用锁具锁紧托盘并使中空注浆锚索承载；
第三步：注浆阶段，首先，注浆设备与中空注浆锚索连接，并通过Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管上的Ⅰ出浆口、Ⅱ出浆口对煤岩体进行注浆，加固破碎围岩，此时Ⅲ注浆管处于与外界连通状态；通过Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管完成注浆锚固段内深层、中深层的注浆作业，再通过丝堵进行封孔；
然后，Ⅲ注浆管与注浆泵连接，启动注浆泵通过Ⅲ注浆管进行二次注浆，完成注浆锚固段内浅层的注浆作业；
第四步：注浆凝固阶段，分段注浆结束后，注浆锚孔周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种分段式注浆的中空注浆锚索，包括所述Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管和Ⅲ注浆管，且三个注浆管的出浆口位置不同，使用时三个出浆口分别与煤岩体的注浆锚固段三个不同位置相对应；其中，注浆芯管可分为Ⅰ注浆管和Ⅱ注浆管，根据设计的注浆段数，留设的两个出浆口分别为Ⅰ出浆口和Ⅱ出浆口，Ⅲ注浆管安装在外置式止浆塞上，在对Ⅰ注浆管和Ⅱ注浆管进行注浆作业的同时，Ⅲ注浆管与巷道连通具有导气、卸压的作用，以保证孔内外压力平衡，进一步的使得孔内注浆效果更加均匀；Ⅰ注浆管和Ⅱ注浆管注浆完成后，采用丝堵进行封孔；然后再通过Ⅲ注浆管进行二次注浆，从而分成若干注浆段，保证浅部围岩注浆效果，使浆液均匀的扩散到围岩裂隙中。本发明构思巧妙，结构简单，安装使用方便，浆液进入注浆芯管后形成不同的注浆段，保证前面注浆压力平衡，提高深部岩层裂隙的注浆量，浆液会均匀的扩散入围岩裂隙中，通过二次注浆保证了浅部围岩体注浆锚固效果。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明分段式注浆的中空注浆锚索使用状态的示意图；
图2为本发明分段式注浆的中空注浆锚索整体结构示意图；
图3为本发明外置式止浆塞截面示意图；
图4为本发明托盘剖面示意图；
图5为A-A位置剖面示意图；
附图标记说明：1、Ⅲ注浆管；2、丝堵；3、锚索本体；4、锁具；5、托盘；6、外置式止浆塞；7、煤岩体；8、Ⅰ注浆管；9、Ⅱ注浆管；10、Ⅱ出浆口；11、锚索孔；12、Ⅰ出浆口；13、钢绞线，14、注浆锚孔；
A、外锚固段；B、注浆锚固段；C、树脂锚固段。
具体实施方式
如图1-5所示，一种分段式注浆的中空注浆锚索，包括丝堵2、锚索本体3、锁具4、托盘5和外置式止浆塞6，所述托盘5和外置式止浆塞6依次排布连接在所述锚索本体3的一端并通过所述锁具4旋紧定位；所述锚索本体3包括多根钢绞线13，多根所述钢绞线13螺旋缠绕在Ⅰ注浆管8和Ⅱ注浆管9上，所述锚索本体贯穿连接在所述托盘5和外置式止浆塞6中心的锚索孔11内，所述外置式止浆塞6的预留孔内连接有Ⅲ注浆管1，所述Ⅲ注浆管1的外露端贯穿连接在所述托盘5上的预留孔内；所述Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9和Ⅲ注浆管1的出浆口位置不同。
具体来说，如图2所示，所述索体伸入到煤岩体7上开设的注浆锚孔14内，煤岩体7的外部为外锚固段A，煤岩体7的内部包括注浆锚固段B和树脂锚固段C两部分，所述Ⅰ注浆管8的Ⅰ出浆口12位于所述注浆锚固段B的底部，所述Ⅱ注浆管9的Ⅱ出浆口10位于所述注浆锚固段B的中部，所述Ⅲ注浆管1的出浆口位于所述注浆锚固段B的浅部。具体的，所述Ⅰ出浆口12和Ⅱ出浆口10的预设位置和规格根据所述煤岩体7的地质条件进行调整，具体调整时可以制作不同出口位置的多个锚索本体3，根据地质条件选用不同的锚索本体，也可以将Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9制作成具有多个开口的结构，开口位置设置有螺纹堵塞，需要哪个位置的开口打开哪个位置的开口即可。
如图5所示，所述Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9具体设置为截面为半圆形的中空管，所述Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9对称放置成一个圆形的注浆芯管。所述Ⅲ注浆管1具体采用圆管，所述圆管的外周面上设置有刻度线，可以方便的观察Ⅲ注浆管1伸入的距离；Ⅲ注浆管1的材料优先选用塑料管，也可以采用其他材质的管材，满足注浆要求即可。所述Ⅲ注浆管1卡紧连接在所述外置式止浆塞6上，所述托盘5上用于安装所述Ⅲ注浆管1的预留孔直径大于所述Ⅲ注浆管1的直径。
此外，另一实施过程中，还可以在托盘5上增加一个Ⅲ注浆管1的固定组件，固定组件包括一个连接板和一个可调节卡箍，所述连接板通过螺栓连接在托盘5上，连接板的中心孔与托盘5上的预留孔对齐，所述卡箍固定在连接板上，卡箍有两个铰接在一起的弧形夹板构成，一个弧形夹板固定连接在所述连接板上，此时可以将外置式止浆塞6上的预留孔直径放大，并与Ⅲ注浆管的外径相匹配，Ⅲ注浆管安装时可以从外向内插入，安装方便快捷。
具体来说，如图3所示，所述外置式止浆塞6材质为橡胶或其他非金属材质，用于封堵注浆锚孔14；在中心位置钻有锚索孔11，且留有Ⅲ注浆管1的过孔。如图4所示，所述托盘5结构为拱形，采用钢板制作，在拱形位置钻有锚索孔11，且留有Ⅲ注浆管1的过孔。
如图1、2所示，一种分段式注浆的中空注浆锚索的使用方法，利用如上所述分段式注浆的中空注浆锚索进行巷道注浆作业，主要包括以下步骤：
第一步：作业准备阶段，首先按照设计在巷道的煤岩体7上预先打注浆锚孔14，同时将所述分段式注浆的中空注浆锚索的所有组件准备齐全；
第二步：中空注浆锚索的安装阶段，首先，在所述注浆锚孔14内放入树脂药卷，并注入锚索本体3，推进锚索本体3挤压所述树脂药卷进入孔底到达树脂锚固段C，然后搅拌30s，使得锚索本体3深入至所述注浆锚孔14的孔底，实现树脂锚固；
其次，将Ⅲ注浆管1卡紧连接在所述外置式止浆塞6上；
最后，所述外置式止浆塞6和托盘5的锚索孔11依次穿入到锚索本体3上，再将锁具4旋入到锚索本体3上并抵在托盘5的外端面上，用加载装置对锁具4施加预紧力用锁具4锁紧托盘5并使锚索本体3承载；
第三步：注浆阶段，首先，注浆设备与锚索本体3连接，并通过Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9上的Ⅰ出浆口12、Ⅱ出浆口10对煤岩体7进行注浆，加固破碎围岩，此时Ⅲ注浆管1处于与外界连通状态，平衡孔内外压力，保证注浆效果；通过Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9完成注浆锚固段B内深层、中深层的注浆作业，再通过丝堵2进行封孔，防止浆液外流；
然后，Ⅲ注浆管1与注浆泵连接，启动注浆泵通过Ⅲ注浆管1进行二次注浆，完成注浆锚固段B内浅层的注浆作业，保证煤岩体7浅部破碎带均匀注浆效果；
通过对注浆锚固段B三部分的分段式注浆，浆液在压力作用下，顺着注浆锚孔14周围的裂隙、节理、空隙等向周围煤岩体7扩散，提高了注浆量，保证了浆液均匀扩散效果；
第四步：注浆凝固阶段，分段注浆结束后，注浆锚孔14周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩，提高破碎围岩结构的完整性。
本发明中该分段式注浆的中空注浆锚索，通过所述Ⅰ注浆管、Ⅱ注浆管和Ⅲ注浆管的设计实现两次注浆，且三个注浆管的出浆口位置不同，并分别与注浆锚固段的不同位置相对应，从而通过Ⅲ注浆管1、Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9实现了分段注浆作业，浆液在压力作用下，顺着注浆锚孔14周围的裂隙、节理、空隙等向周围煤岩体7扩散，保证了浆液均匀扩散，显著提升了注浆效果，尤其Ⅲ注浆管1在对Ⅰ注浆管8、Ⅱ注浆管9进行注浆时具有平衡内外气压的作用，提高深部岩层裂隙的注浆量；再通过Ⅲ注浆管1进行二次注浆，保证了浅部破碎围岩的注浆效果，同时极大程度上消除了产生气穴的可能，达到扩散范围均匀的注浆效果，对于提高井工、隧道等地下工程安全及高效支护意义重大。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种分段式注浆的中空注浆锚索，包括丝堵(2)、锚索本体(3)、锁具(4)、托盘(5)和外置式止浆塞(6)，所述托盘(5)和外置式止浆塞(6)依次排布连接在所述锚索本体(3)的一端并通过所述锁具(4)旋紧定位；其特征在于：所述锚索本体(3)包括多根钢绞线(13)，多根所述钢绞线(13)螺旋缠绕在Ⅰ注浆管(8)和Ⅱ注浆管(9)上，所述锚索本体贯穿连接在所述托盘(5)和外置式止浆塞(6)中心的锚索孔(11)内，所述外置式止浆塞(6)的预留孔内连接有Ⅲ注浆管(1)，所述Ⅲ注浆管(1)的外露端贯穿连接在所述托盘(5)上的预留孔内；所述Ⅰ注浆管(8)、Ⅱ注浆管(9)和Ⅲ注浆管(1)的出浆口位置不同；
所述锚索本体(3)伸入到煤岩体(7)上开设的注浆锚孔(14)内，煤岩体(7)的外部为外锚固段(A)，煤岩体(7)的内部包括注浆锚固段(B)和树脂锚固段(C)两部分，所述Ⅰ注浆管(8)的Ⅰ出浆口(12)位于所述注浆锚固段(B)的底部，所述Ⅱ注浆管(9)的Ⅱ出浆口(10)位于所述注浆锚固段(B)的中部，所述Ⅲ注浆管(1)的出浆口位于所述注浆锚固段(B)的浅部。
2.根据权利要求1所述的分段式注浆的中空注浆锚索，其特征在于：所述Ⅰ出浆口(12)和Ⅱ出浆口(10)的预设位置和规格根据所述煤岩体(7)的地质条件进行调整。
3.根据权利要求1所述的分段式注浆的中空注浆锚索，其特征在于：所述Ⅰ注浆管(8)、Ⅱ注浆管(9)具体设置为截面为半圆形的中空管，所述Ⅰ注浆管(8)、Ⅱ注浆管(9)对称放置成一个圆形的注浆芯管。
4.根据权利要求1所述的分段式注浆的中空注浆锚索，其特征在于：所述Ⅲ注浆管(1)具体采用圆管，所述圆管的外周面上设置有刻度线。
5.根据权利要求1所述的分段式注浆的中空注浆锚索，其特征在于：所述Ⅲ注浆管(1)卡紧连接在所述外置式止浆塞(6)上，所述托盘(5)上用于安装所述Ⅲ注浆管(1)的预留孔直径大于所述Ⅲ注浆管(1)的直径。
6.一种分段式注浆的中空注浆锚索的使用方法，其特征在于：利用如权利要求1-5任意一项所述分段式注浆的中空注浆锚索进行巷道注浆作业，主要包括以下步骤：
第一步：作业准备阶段，首先按照设计在巷道的煤岩体(7)上预先打注浆锚孔(14)，同时将所述分段式注浆的中空注浆锚索的所有组件准备齐全；
第二步：中空注浆锚索的安装阶段，首先，在所述注浆锚孔(14)内放入树脂药卷，并注入锚索本体(3)，推进锚索本体(3)挤压所述树脂药卷进入孔底到达树脂锚固段(C)，然后搅拌30s，使得锚索本体(3)深入至所述注浆锚孔(14)的孔底，实现树脂锚固；
其次，将Ⅲ注浆管(1)卡紧连接在所述外置式止浆塞(6)上；
最后，所述外置式止浆塞(6)和托盘(5)的锚索孔(11)依次穿入到锚索本体(3)上，再将锁具(4)旋入到锚索本体(3)上并抵在托盘(5)的外端面上，用加载装置对锁具(4)施加预紧力用锁具(4)锁紧托盘(5)并使锚索本体(3)承载；
第三步：注浆阶段，首先，注浆设备与锚索本体(3)连接，并通过Ⅰ注浆管(8)、Ⅱ注浆管(9)上的Ⅰ出浆口(12)、Ⅱ出浆口(10)对煤岩体(7)进行注浆，加固破碎围岩，此时Ⅲ注浆管(1)处于与外界连通状态；通过Ⅰ注浆管(8)、Ⅱ注浆管(9)完成注浆锚固段(B)内深层、中深层的注浆作业，再通过丝堵(2)进行封孔；
然后，Ⅲ注浆管(1)与注浆泵连接，启动注浆泵通过Ⅲ注浆管(1)进行二次注浆，完成注浆锚固段(B)内浅层的注浆作业；
第四步：注浆凝固阶段，分段注浆结束后，注浆锚孔(14)周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩。
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