CN112160781A - 一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置通过引流线连接；所述自进式锚杆包括锚杆主体，所述锚杆主体的头部设有中空合金钻头，所述中空合金钻头的外侧及顶部设有入水孔，锚杆主体的杆身内侧设有所述引流线，所述引流线的一端置于所述中空合金钻头内，其另一端穿过止浆塞与所述裂隙水预警装置连接；所述裂隙水预警装置包括预警试纸、防水保护套，所述预警试纸置于所述防水保护套内。通过本发明的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，裂隙水通过入水孔流入中空合金钻头，通过引流线将裂隙水引入预警装置，引起预警试纸变色，起到预警裂隙水发展的作用。
Description
技术领域
本发明属于土木工程的技术领域，尤其涉及一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆。
背景技术
锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，它将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。我国锚杆支护技术快速发展是在上个世纪90年代，从澳大利亚引进树脂锚固支护技术后，自此我国锚杆支护技术展开了新的篇章。
煤炭是我国重要的工业能源和化工原料，是我国主体能源，占我国一次能源生产和消费的70％左右。我国煤矿的开采方式主要是地下井工开采，安全、有效、快速的巷道支护技术是保证矿井安全、高效生产的必要条件。为了实现长期安全高效开采的目的，需要维持巷道稳定性，保证巷道稳固和提高巷道支护效率对煤矿安全快速生产具有非常重要的意义。以锚杆为主体的主动支护技术是我国煤矿巷道最经济、最高效和最安全的支护方式，目前被广泛应用。我国煤矿巷道支护中以锚杆支护为主的主动支护技术超过了70％，我国有的煤矿以锚杆支护为主的主动支护技术超过了甚至达到90％以上。煤矿巷道广泛采用锚杆支护其主要特点在于增强巷道围岩体的强度，提高围岩自身承载的承载能力，改善巷道围岩体的应力分布特征，且取得了巨大的社会、经济和技术效益。
根据锚杆的锚固方式可分为机械式锚固型和黏结锚固型两类。锚固装置或锚杆杆体和孔壁接触，靠摩擦力起锚固作用的锚杆，属于机械锚固型锚杆；锚杆杆体部分或全长利用树脂、砂浆、快硬水泥等胶结材料将锚杆杆体和锚杆孔壁黏结固定在一起，靠粘结力起锚固作用的锚杆属于黏结型锚杆。
澳大利亚、美国等国的煤层地质条件比较简单，埋藏浅，护巷煤柱宽度大，而且大力推广应用锚杆支护，技术比较先进，煤矿巷道锚杆支护所占的比重几乎达到100％。实际上，在这两个国家，如果一个矿区煤层顶板不适合采用锚杆支护，那么便认为开采这样的煤层在经济上是不合理的。澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，煤矿巷道几乎全部采用W钢带树脂全长锚固组合锚杆支护。尽管其巷道断面比较大，但支护效果良好。对于复合顶板、破碎顶板，以及巷道交叉点、大断面硐室等难维护的条件，还采用锚索注浆进行补强加固，控制围岩的强烈变形。美国煤矿巷道锚杆消耗量很大，锚杆种类也比较多，有涨壳式锚杆、树脂锚杆、混合锚固锚杆，组合件有钢带和桁架。具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。
欧洲一些主要产煤国家，过去一直主要采用金属支架支护巷道。但随着巷道支护难度加大和支护成本增高，将巷道支护方式转向了锚杆支护，积极开展了锚杆支护技术的研究、试验与推广应用。英国曾是欧洲主要产煤国中采用金属支架支护的典型代表。1987年以前，英国煤矿巷道支护90％以上采用金属支架，导致巷道支护效果差、成本高，回采工作面产量与效益低，亏损严重。由于国际市场的激烈竞争，英国煤炭工业面临严重的危机。在这种情况下，英国果断地把采用锚杆支护取代传统的金属支架支护作为提高其煤炭工业竞争力的三大策略之一。于1987年从澳大利亚引进了先进的锚杆支护技术，彻底扭转了过去被动的局面，锚杆支护技术得到迅速发展。到1990年，英国煤巷锚杆支护所占比例便从八十年代中期几乎为零增长到50％，1994年达到80％，1997年达到90％。英国煤矿通过采用锚杆支护技术取得了显著的技术经济效益。巷道支护费用和吨煤成本显著降低，回采工作面产量、全员效率大幅度提高，事故率明显下降，巷道安全状况得到保证。一些濒临倒闭的矿井也因此获得了新生。在英国，锚杆支护技术被看成是煤矿巷道支护技术的一次变革，而且还没有哪次技术变革能像锚杆支护这样在短时间内给煤矿带来如此巨大的效益。德国使用U型钢支架最早，技术成熟、先进，使用量大。无论是永久巷道还是回采巷道大多采用U型钢可缩性支架。但是从20世纪80年代以来，随着矿井开采深度和开采强度增加，重型采掘设备的采用，要求巷道断面越来越大，导致巷道围岩变形加剧，支护困难。为了解决巷道支护难题，不得不增加型钢重量、减小支架棚距，致使巷道支护费用增高，而且带来施工、运输等一系列问题。尽管如此，巷道支护状况并没有得到根本改观，为此，开展了锚杆支护技术的研究与试验。锚杆支护在鲁尔矿区试验成功后得到推广应用，现已应用于埋深千米的深井巷道中，取得较好的支护效果
我国在1955年开始使用锚杆，但只是在近些年，我国锚固技术尤其是煤炭锚杆支护技术才得到迅速发展。近些年来我国锚杆应用领域和规模不断扩大。锚杆支护技术除在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程中继续保持着良好的发展态势外，在重力坝加固工程、桥梁工程以及抗倾覆、抗地震工程中也有了长足的进展。锚杆支护的标准化建设也日趋完善。
近十年来，用于加固重力坝的锚杆的极限承载力、长度和锚固力的集中度均有稳步增长的趋势。国内石泉、李家峡等电站的混凝土重力坝相继采用承载力设计值为6 000KN～10 000KN的预应力锚杆加固。李家峡电站在大坝加固中应用了承载力设计值为10 000KN的预应力锚杆。我国高承载力锚固体系的设计和施工开始进入世界先进行列。在煤炭行业中，当巷道位于含水层下方时，随着煤层的开挖，岩层裂隙开展，含水岩层中水会沿裂隙流动，导致两种现象发生，一是水进入锚杆孔，对孔壁的渗透、侵蚀以及剥离作用，使孔壁破坏，锚杆与围岩锚固失效，锚杆脱落，围岩失去控制而塌落，造成安全事故；二是水经过锚杆孔或杆体，越过隔水岩层而进入非含水岩层，使非含水岩层强度降低并出现膨胀、水解或者泥化等现象，导致围岩大量变形和移动，造成安全事故。目前裂隙发育岩层的锚固中常采用普通自进式锚杆，不能对裂隙水的发展进行预警。
中空自进式锚杆在经济、快速、加固性能、构造和强度上都具有显著的优越性。
1)自进式中空注浆锚杆采用良好的厚壁无缝钢管材料、完美快捷的表面螺纹成形工艺以及做工精良的配件，真正实现了自钻式锚杆钻孔、注浆、锚固等功能的统一。
2)自进式中空注浆锚杆前有穿透力强的钻头，在一般凿岩机械的作用下，可以轻易穿透各类岩石。
3)具有连续的国际标准波形螺纹，可以作为钻杆配合钻头完成钻孔成锚孔。
4)钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。
5)高效能的止浆塞使注浆能保持较强的注浆压力，充分地充填空隙，固定破碎岩体，高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到围岩与锚杆互为支护的目的。
6)由于该类锚杆三位一体的功能使得它在各类围岩条件下施工时，不需套管护壁、预注浆等特殊手法也能形成锚孔并保证锚固与注浆效果。
中空自进式锚杆主要用于断层破碎带开挖支护施工，在复杂地质条件下取代普通砂浆锚杆，克服了普通砂浆锚杆诸如塌孔、无法插杆、注浆不饱满等难题，解决了大管棚施工时的塌孔问题，能够保证复杂地质条件下的注浆效果，发挥了锚杆支护的作用，提高了围岩的承载能力，保证了围岩的整体稳定，在抗弯、抗剪强度和表面粘结等方面明显优于截面相同的常规砂浆锚杆，可以任意切割、连接、施加预应力和荷载释放，并可作注浆管使用，所需的机具设备、材料没有特殊要求，工艺简单，具有很大的应用价值。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，能够有效预警裂隙水的发展，构造简单、安全可靠、施工方便，可以在岩层裂隙发育过程中，能够有效的解决自进式锚杆对裂隙水的预警等问题，对岩层裂隙水发展进行有效预警，从而保障支护围岩安全性。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置通过引流线连接；所述自进式锚杆包括锚杆主体，所述锚杆主体的头部设有中空合金钻头，所述中空合金钻头的外侧及顶部设有入水孔，锚杆主体的杆身内侧设有所述引流线，所述引流线的一端置于所述中空合金钻头内，其另一端穿过止浆塞与所述裂隙水预警装置连接；所述裂隙水预警装置包括预警试纸、防水保护套，所述预警试纸置于所述防水保护套内。
进一步的，所述锚杆主体为中空钢柱，其杆身外侧自带自进式螺纹，其杆体上均布注浆孔。
可选的，所述引流线为外表面包裹有橡胶材料的棉线，裂隙水通过所述中空合金钻头上的入水孔流入到中空合金钻头内，经引流线引流至所述裂隙水预警装置。
可选的，所述预警试纸包括无水氧化钴及荧光剂，所述防水保护套为透明塑料材质，所述预警试纸放置在密封的防水保护套中，所述防水保护套设有引流线的连接孔，裂隙水通过引流线流入防水保护套引起预警试纸变色。
进一步的，所述自进式锚杆采用连接套加长杆体，锚杆主体的杆体尾部由垫板、螺母、止浆塞、堵浆塞组成。
由上，本发明的带有裂隙水预警装置的裂隙水通过入水孔流入中空合金钻头，通过引流线将裂隙水引入预警装置，引起预警试纸变色，起到预警裂隙水发展的作用。本发明的预警装置的结构简单，支护效果好高、施工方便、施工速度快、经济成本低，施工步骤简单，缩短工时，降低造价。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆的结构示意图；
图2为本发明的锚杆主体的剖面图；
图3为本发明的裂隙水预警装置的结构示意图。
图中，1-锚杆主体；2-中空合金钻头；3-引流线；4-裂隙水预警装置；5-堵浆塞；6-螺母；7-垫板；8-止浆塞；9-连接套；10-防水保护套；11-预警试纸。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
如图1至图3所示，本发明的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置4，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置4通过引流线3连接，所述自进式锚杆包括锚杆主体1、中空合金钻头2、堵浆塞5、螺母6、垫板7、止浆塞8、连接套9，所述锚杆主体1的头部设有中空合金钻头2，中空合金钻头2外侧及顶部设有入水孔。其中，锚杆主体1为中空钢柱，其杆身外侧自带自进式螺纹，其杆体均布注浆孔，杆身内侧设有引流线3，引流线3的一端置于中空合金钻头2内，另一端穿过止浆塞8与裂隙水预警装置4连接.
另外，自进式锚杆采用连接套9加长杆体，杆体尾部由垫板7、螺母6、止浆塞8、堵浆塞5组成，与自进式锚杆连接的裂隙水预警装置4包括预警试纸11、防水保护套10，所述预警试纸11置于防水保护套10内。
如图1、图2所示，引流线3为外表面包裹有橡胶材料的棉线，裂隙水通过中空合金钻头2上的入水孔流入到中空合金钻头2内，经引流线3引流至裂隙水预警装置4。
如图3所示，本发明的预警装置4由预警试纸11及防水保护套10组成，预警试纸11的成分为无水氧化钴及荧光剂，防水保护套10为透明塑料材质，预警试纸11放置在密封的防水保护套10中，防水保护套10设有引流线的连接孔，裂隙水通过引流线3流入预警装置4引起预警试纸变色，起到预警裂隙水发展的作用。
本发明的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，采取自进式插入方式，使用时，通过杆身外侧自进螺纹及钻头，旋转拧入围岩后，经中空的锚杆体灌注水泥砂浆，水泥砂浆通过注浆孔灌入，砂浆填充通孔与锚杆体之间空隙，注浆完毕后将堵浆塞5旋入锚杆体尾部，完成支护加固。当裂隙水沿岩石裂隙经中空合金钻头2的进水孔接触引流线3，经引流线3流入预警装置，裂隙水预警装置4中的预警试纸11变色，在巷道中预警试纸11中的荧光剂使试纸变色效果明显，便于观察，从而对裂隙水发展进行预警。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，其特征在于，包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置(4)，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置(4)通过引流线(3)连接；
所述自进式锚杆包括锚杆主体(1)，所述锚杆主体(1)的头部设有中空合金钻头(2)，所述中空合金钻头(2)的外侧及顶部设有入水孔，锚杆主体(1)的杆身内侧设有所述引流线(3)，所述引流线(3)的一端置于所述中空合金钻头(2)内，其另一端穿过止浆塞(8)与所述裂隙水预警装置(4)连接；
所述裂隙水预警装置包括预警试纸(11)、防水保护套(10)，所述预警试纸(11)置于所述防水保护套(10)内。
2.如权利要求1所述的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，其特征在于，所述锚杆主体(1)为中空钢柱，其杆身外侧自带自进式螺纹，其杆体上均布注浆孔。
3.如权利要求1所述的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，其特征在于，所述引流线(3)为外表面包裹有橡胶材料的棉线，裂隙水通过所述中空合金钻头(2)上的入水孔流入到中空合金钻头(2)内，经引流线(3)引流至所述裂隙水预警装置(4)。
4.如权利要求1至3任一项所述的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，其特征在于，所述预警试纸(11)包括无水氧化钴及荧光剂，所述防水保护套(10)为透明塑料材质，所述预警试纸(11)放置在密封的防水保护套(10)中，所述防水保护套(10)设有引流线(3)的连接孔，裂隙水通过引流线(3)流入防水保护套(10)引起预警试纸(11)变色。
5.如权利要求1所述的带有裂隙水预警装置的自进式锚杆，其特征在于，所述自进式锚杆采用连接套(9)加长杆体，锚杆主体(1)的杆体尾部由垫板(7)、螺母(6)、止浆塞(8)、堵浆塞(5)组成。
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| CN202011026994.6A CN112160781A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆 |
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| CN202011026994.6A CN112160781A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆 |
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| CN112160781A true CN112160781A (zh) | 2021-01-01 |
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| CN202011026994.6A Pending CN112160781A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 一种带有裂隙水预警装置的自进式锚杆 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204611353U (zh) * | 2015-04-14 | 2015-09-02 | 泰通建设集团有限公司 | 一种漏水指示装置 |
| CN205422768U (zh) * | 2016-03-10 | 2016-08-03 | 山东科技大学 | 一种自进式裂隙水预警锚杆 |
| CN207799481U (zh) * | 2018-03-05 | 2018-08-31 | 刘振 | 一种轨道交通地下站转辙机防淹水装置 |
| CN109306697A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-02-05 | 辽宁工程技术大学 | 一种梭形收缩式锚杆结构及其使用方法 |
| JP2020147989A (ja) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 戸田建設株式会社 | コンクリートの湿潤養生方法 |
-
2020
- 2020-09-25 CN CN202011026994.6A patent/CN112160781A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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