CN112253198B - 复合中空锚杆组件及其安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合中空锚杆组件及其安装方法，锚杆组件包括锚杆体和设置在锚杆体内的锚固剂和密封活塞，在锚杆体尾端依次套设垫板、喉箍和六角螺母，在锚杆体前端设置有止推环和橡胶塞，所述锚杆体尾端加工有一段螺纹。与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用新型结构锚杆体，提高了高压水对锚固剂的推进效果；锚固剂集成一包，防止其互相重叠卡住，提高水压对锚固剂推进的成功率；喉箍的设计可避免更换套筒，保证了使用一个套筒可以同时实现锚固剂搅拌和锚杆预紧双重功能，提高了工作效率；配合锚杆钻机使用，实现了自动化安装锚杆，提高了工作效率，减少了人工成本；将传统分开式螺母、球垫设计为一体的圆角螺母，简化了安装流程。

Description

复合中空锚杆组件及其安装方法
技术领域
本发明涉及一种复合中空锚杆组件及其安装方法。
背景技术
随着煤矿巷道支护技术的发展，煤巷支护技术愈往高自动化、无人化发展，但目前树脂锚杆在实际使用时，安装顺序为：打完孔后人工向孔内安装锚固剂，再通过锚杆钻机带动锚杆杆体旋转搅拌锚固剂实现锚固，最后再旋拧螺母实现预紧功能。由于锚固剂数量多、顶板成孔差、机具扭矩不高等因素影响，锚杆安装容易失效，在整个施工过程中，未实现自动化，人工参与安装工序多，操作复杂耗时长，工人操作比较困难，效率较为低下。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种复合中空锚杆组件及其安装方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合中空锚杆组件，包括锚杆体和设置在锚杆体内的锚固剂和密封活塞，在锚杆体尾端依次套设垫板、喉箍和六角螺母，在锚杆体前端设置有止推环和橡胶塞，所述锚杆体尾端加工有一段螺纹。
本发明还提供了一种复合中空锚杆组件安装方法，包括如下步骤：
步骤一、锚杆组装
依次将垫板、喉箍、六角螺母组装到锚杆体上；
步骤二、钻孔
成孔大小比锚杆体直径大6mm，深度比锚杆体长度短15cm；
步骤三、成孔后由钻机套筒带动六角螺母将锚杆体前端送入锚孔内30-40cm；
步骤四、钻机通过套筒内孔向锚杆体内注入2-3Mpa的高压水，由高压水推动密封活塞，将锚固剂从锚杆体内部完全推到锚孔内；
步骤五、钻机套筒带动锚杆体边旋转边推进，直至锚孔底部，钻机停止转动，等待90s，待锚固剂将锚杆体完全凝固后钻机再次拧紧套筒，六角螺母和锚杆体产生相对运动，六角螺母冲破喉箍的阻挡，直至顶住垫板停止转动，此时预应力施加完毕，钻机退回原位。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)采用新型结构锚杆体，提高了高压水对锚固剂的推进效果；
(2)锚固剂集成一包，防止其互相重叠卡住，提高水压对锚固剂推进的成功率；
(3)喉箍的设计可避免更换套筒，保证了使用一个套筒可以同时实现锚固剂搅拌和锚杆预紧双重功能，提高了工作效率；
(4)配合锚杆钻机使用，实现了自动化安装锚杆，提高了工作效率，减少了人工成本；
(5)将传统分开式螺母、球垫设计为一体的圆角螺母，简化了安装流程。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为现有的杆体(改进前)的结构示意图；
图3为本发明的杆体(改进后)的结构示意图；
图4为止推环的结构示意图；
图5为现有的锚固剂(改进前)的结构示意图；
图6为本发明的锚固剂(改进后)的结构示意图；
图7为现有的通六方螺母和球垫(改进前)的结构示意图；
图8为本发明的六角螺母(改进后)的结构示意图；
图9为本发明的六角螺母安装时的左右调心示意图；
图10为锚杆安装流程图；
图11为成孔与杆体示意图；
图12为锚杆搅拌示意图；
图13为施加预紧力示意图。
具体实施方式
一种复合中空锚杆组件，如图1所示，包括：橡胶塞1、止推环2、锚固剂3、锚杆体4、密封活塞5、垫板6、六角螺母7、喉箍8等。
一、本发明的工作原理
鉴于锚固剂未实现自动化安装的痛点，本发明可实现在成孔后锚杆的自动化安装，其主要原理如下：
锚杆在安装前将全部零部件组装好，成孔后由钻机套筒带动六角螺母7将锚杆送入锚孔内30-40cm，然后通过套筒内孔向锚杆体内注入高压水，由高压水推动密封活塞5，密封活塞5再将锚固剂3从锚杆体内部完全推到锚孔内(此时锚固剂还未挤破)，然后由套筒带动锚杆边旋转边推进，直至锚孔底部，在这个过程中，锚固剂被杆体挤压破裂，在搅拌中逐步实现凝固，等待90s，此时锚固剂已将锚杆完全凝固。钻机再次拧紧套筒，六角螺母7将冲破喉箍8的阻挡，顶住垫板6，锚杆体4有向锚孔外回抽趋势，实现预紧功能。
二、本发明的主要部件的结构设计特点
(1)锚杆体的结构设计
1)采用精密钢管，保证活塞推进畅通
锚杆体，以下简称杆体，是由精密无缝钢管加工，其生锈腐蚀的速度较慢，且加工后的杆体采用浸油方式防锈，能最大程度减缓杆体生锈的速度。这样就能保证杆体在使用前不生锈，保证锚杆在使用前活塞对锚固剂能达到理想的推动效果，而不因生锈卡顿。
2)采用新型工艺，保证水压推力
针对以往的全螺纹杆体，由于受外螺纹加工影响，内壁呈凹陷状，密封活塞与锚杆体内孔之间存在一定间隙，影响密封活塞对高压水的密闭，使得水压推力不够，导致锚固剂难以推出杆体。此锚杆体采用全新工艺，仅尾部一端加工螺纹(450±200mm)，其余部分仍为平滑钢管，从而增强了密封活塞对水压的密封效果，防止由于泄压，导致锚固剂的推力降低，克服了以往锚杆体泄压的弊端，如图2和图3所示。
(2)止推环的设计
1)为使锚固剂更容易被水压推出杆体，将止推环反装于锚杆体端部，使得圆弧部位最先与锚固剂接触，便于锚固剂被水压推出杆体。
2)止推环内孔尺寸介于锚固剂直径与密封活塞外径之间，目的是锚固剂被水压推出杆体后能够阻挡活塞，以免活塞被推出使得漏水，如图4所示。
(3)橡胶塞的设计
橡胶塞1与止推环2采用过盈配合，其目的在于防止运输过程中锚固剂从杆体内部脱出，安装方便，成本较低。在水压推进时，橡胶塞会被锚固剂顶出杆外。
(4)锚固剂的设计
原来的杆体中有多包锚固剂，在推出时锚固剂易发生变形，导致在锚固剂与锚固剂的接触处互相重叠卡住，现采用新工艺，将多包锚固剂集成为一包，从而避免了以上问题的发生，提高了水压对锚固剂推进的成功率，如图5和图6所示。
(5)六角螺母的设计
将原来的通六方螺母+球垫优化为一端加工有圆弧倒角的六角螺母，使其具有调心功能，从而解决了分离式的安装不便问题，提高了安装效率，如图7、图8和图9所示。
(6)喉箍的设计：
本发明的喉箍为标准件，通过拧紧喉箍的螺钉可以使得喉箍套圈直径变化，以便将喉箍内需绑紧的零件箍紧。
在锚杆搅拌过程中，喉箍8的作用为在搅拌锚固剂时将套筒、六角螺母7、杆体合并为一体，使螺母与杆体不产生相对运动，达到搅拌锚固剂的目的，具体过程如下：
第一步：搅拌锚固剂(喉箍未被破坏)
将套筒、杆体、六角螺母集为一体，套筒带动杆体边转动边推进，将锚固剂搅拌均匀，直至推至孔底，等待90s。
第二步：施加预紧力过程(喉箍被破坏)
第一步结束后，杆体被锚固剂固定，套筒和螺母为一体，钻机继续转动套筒，带动螺母转动，连接杆体和螺母的喉箍在螺母扭矩的作用下逐步被破坏，此时螺母和杆体产生相对运动，直至螺母顶紧垫板停止转动，此时预应力施加完毕。
三、支护过程
此类型锚杆为自动支护锚杆，需配套锚杆钻机一起使用。锚杆钻机提供水压以及动力，具体支护过程如图10所示，包括如下步骤：
1.锚杆组装
依次将垫板6、喉箍8、六角螺母7组装到锚杆体4上，喉箍8距离锚杆体4尾部约7cm。
装配关系如图1所示。
2.将组装好的锚杆放入锚杆库。
3.钻孔
成孔大小比杆体直径大6mm，深度比杆体长度短15cm，如图11所示。
4.机械手抓取锚杆，将其送入锚孔内30-40cm。
5.钻机供水(2-3Mpa)，通过杆体内孔，将水传递到活塞端面处。
6.推出锚固剂
水压推动活塞，迫使锚固剂向上移动，直至完全冲出锚杆内孔。
7.钻机带动杆体慢速边旋转边推进，直至孔底，此时锚固剂已被搅拌均匀，待螺母顶住垫板时钻机立马停止旋转，以免破坏喉箍，因为此时锚固力不足，还不能施加预应力，如图12所示。
8.等待90s，此时锚固力达到要求，钻机可以强力冲破喉箍约束，带动六角螺母施加预应力，如图13所示。
9.钻机退回原位。

Claims (9)

1.一种复合中空锚杆组件，其特征在于：包括锚杆体和设置在锚杆体内的锚固剂和密封活塞，在锚杆体尾端依次套设垫板、喉箍和六角螺母，在锚杆体前端设置有止推环和橡胶塞，所述橡胶塞与止推环采用过盈配合，所述锚杆体尾端加工有一段螺纹；所述喉箍用于在搅拌锚固剂时将套筒、六角螺母和锚杆体合并为一体，使六角螺母与锚杆体不产生相对运动；在施加预紧力过程中，喉箍被破坏，六角螺母与锚杆体产生相对运动。
2.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述止推环反装于锚杆体前端，使得其圆弧部位最先与锚固剂接触。
3.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述止推环内孔尺寸介于锚固剂直径与密封活塞外径之间。
4.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述锚固剂采用多包集成为一包的结构形式。
5.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述六角螺母前端加工有圆弧倒角。
6.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述锚杆体尾端螺纹长度为450±200mm。
7.根据权利要求1所述的复合中空锚杆组件，其特征在于：所述锚杆体除尾端螺纹外其余部分为平滑钢管，采用精密无缝钢管加工而成。
8.一种复合中空锚杆组件安装方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、锚杆组装
依次将垫板、喉箍、六角螺母组装到锚杆体上；
步骤二、钻孔
成孔大小比锚杆体直径大6mm，深度比锚杆体长度短15cm；
步骤三、成孔后由钻机套筒带动六角螺母将锚杆体前端送入锚孔内30-40cm；
步骤四、钻机通过套筒内孔向锚杆体内注入2-3Mpa的高压水，由高压水推动密封活塞，将锚固剂从锚杆体内部完全推到锚孔内；
步骤五、钻机套筒带动锚杆体边旋转边推进，直至锚孔底部，钻机停止转动，等待90s，待锚固剂将锚杆体完全凝固后钻机再次拧紧套筒，六角螺母和锚杆体产生相对运动，六角螺母冲破喉箍的阻挡，直至顶住垫板停止转动，此时预应力施加完毕，钻机退回原位。
9.根据权利要求8所述的复合中空锚杆组件安装方法，其特征在于：在锚杆组装时，喉箍设置在距离锚杆体尾部7cm处，拧紧喉箍的螺钉，确保在搅拌锚固剂时将六角螺母和锚杆体合并为一体、不产生相对运动。
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