CN112360507A - 多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置以及施工方法。本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置包括：套筒和旋转轴，其中：套筒与旋转轴同轴设置，且旋转轴可旋转地套设在套筒内，套筒的侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口，介质入口均与旋转轴的内部连通，以将钻孔和锚固过程中所需要的介质传送至锚杆内部以用于钻头冷却、排渣或实现锚固；旋转轴的顶部形成有用于连接锚杆的锚杆接口，旋转轴的底部设置有用于连接驱动器的驱动器接口。本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，可以一体化实现锚杆支护过程的钻孔、泵送锚固剂锚固和预紧等多个功能，提高了支护效率，实现了巷道的快速支护。

Description

多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，尤其涉及一种多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置以及施工方法。

背景技术

锚杆支护可以有效控制围岩变形，已经在国内外煤矿、金属矿山等领域广泛应用。以煤矿巷道支护为例，现有锚杆支护工艺流程为：使用锚杆在煤岩壁上打孔，人工将树脂锚固剂塞进打好的孔内，放入锚杆搅拌，待锚固剂固化后预紧锚杆。现有锚杆支护施工工艺存在的主要问题为：一方面：人工将锚固剂塞入钻孔内这一步骤难度较高，尤其是在煤岩体较为破碎或钻孔壁凹凸不平时，需要耗费一定的时间才能完成锚固剂的安装，降低了支护效率。另一方面：钻孔、安装锚固剂和预紧需要使用不同的工具完成，拆卸钻杆、不同工具的切换都需要消耗较长的时间才能完成。因此，现有锚杆施工工艺耗时长、效率低、工人劳动强度大、自动化实现难度高，已经无法满足煤矿巷道快速支护的需求。

在此环境下，设计一种一体化的作业装置来综合实现钻孔、锚固与锚杆预紧，避免人工安装锚固剂和切换工具，提高支护效率，降低工人劳动强度，实现巷道高效快速支护迫在眉睫。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置以及施工方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置包括：套筒和旋转轴，其中：所述套筒与所述旋转轴同轴设置，且所述旋转轴可旋转地套设在所述套筒内，所述套筒的侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口，所述介质入口均与所述旋转轴的内部连通，以将钻孔和锚固过程中所需要的介质传送至锚杆内部以用于钻头冷却、排渣或实现锚固；所述旋转轴的顶部形成有用于连接锚杆的锚杆接口，所述旋转轴的底部设置有用于连接驱动器的驱动器接口。

根据本发明的一个实施例，所述套筒的外侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的所述介质入口，所述套筒的内侧壁上开设有多个分别与所述介质入口相对应的环形凹槽，且每个所述介质入口分别与所对应的所述环形凹槽连通。

根据本发明的一个实施例，所述介质入口的个数为N，且N≥3，每个所述介质入口可分别注入水和不同组分的锚固材料。

根据本发明的一个实施例，所述旋转轴的内部形成有多个通路，每个所述通路的第一端分别与所述环形凹槽连通，并且第二端与所述锚杆接口连通。

根据本发明的一个实施例，还包括：多个密封圈，每个所述密封圈的内圈套接在所述旋转轴上，所述密封圈的外圈与所述套筒的内壁相抵，并且所述密封圈分别设置在所述环形凹槽的上部与下部。

根据本发明的一个实施例，所述密封圈的个数为N+1。

根据本发明的一个实施例，还包括多个轴承，每个所述轴承分别设置在所述旋转轴与所述套筒的顶部或底部形成的间隙中，以使所述旋转轴能够在所述套筒内旋转。

根据本发明的一个实施例，还包括底座，所述底座与所述套筒固定连接。

根据本发明的另一个方面，本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工的方法，包括：驱动器逆时针旋转带动旋转轴旋转，进而带动锚杆旋转实现钻孔；同时开启多个介质入口，分别注入各种组分的锚固材料，将所述锚固材料通过所述旋转轴内部的其余通路传送至锚杆内进行混合，再传送至所述锚杆与孔的环形间隙中进行锚固；关闭多个所述介质入口，并驱动所述驱动器顺时针旋转，带动所述锚杆上的预紧螺母转动，进而对所述锚杆进行预紧。

根据本发明的一个实施例，在执行所述钻孔步骤之后，开启任意一个介质入口并注入水，将水通过所述旋转轴内部的一个通路传送至锚杆接口内，以为钻孔作业提供钻头冷却和出渣用水，钻孔结束后，驱动器停止转动，然后关闭水源并同时开启其余所述介质入口。

本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，可以一体化实现锚杆支护过程的钻孔、泵送锚固剂锚固和预紧等多个功能。通过在旋转轴上设置接口连接锚杆和驱动器，在驱动器驱动下，旋转轴旋转带动锚杆旋转，进而实现钻孔和预紧，通过在套筒的侧壁开设介质入口与旋转轴的内部连通，以将锚固材料传送至锚杆与钻孔的环形间隙中，进行锚固，避免了人工安装锚固剂和切换工具，提高了支护效率，同时降低了工人的劳动强度，实现了巷道的快速支护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置的立体图；

图2为图1所示实施例的主视图；

图3为图1所示实施例的剖面图。

附图标记说明：

1-底座；2-介质入口；3-旋转轴；4-套筒；5-环形凹槽；6-通路；7-密封圈；8-锚杆接口；9-驱动器接口；10-轴承。

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。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

现参照图1、图2和图3，对本发明提供的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

图1为本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置的立体图，图2为图1所示实施例的主视图，图3为图1所示实施例的剖面图。如图1至图3所示，在本发明的一个实施例中，多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置包括套筒4和旋转轴3。

具体来说，套筒4与旋转轴3同轴设置，且旋转轴3可旋转地套设在套筒4内，套筒4的侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口2，介质入口2均与旋转轴3的内部连通，以将钻孔和锚固过程中所需要的介质传送至锚杆内部以用于钻头冷却、排渣或实现锚固；旋转轴3的顶部形成有用于连接锚杆的锚杆接口8，旋转轴3的底部设置有用于连接驱动器的驱动器接口9。

具体地，在本发明的一个实施例中，多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置包括底座1，底座1固定连接在套筒4上，用于固定套筒4。

套筒4的侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口2，用于将钻孔和锚固过程中所需要的介质传送至旋转轴3的内部。具体地，钻孔和锚固过程中所需要的介质分别为：水、不同组分的锚固材料和空气。进一步地，每个介质入口2可分别注入水、空气，不同组分的锚固材料需要通过多个介质入口2分别注入，以免不同组分的锚固材料在同一个介质入口2中混合后发生反应，导致锚固材料在介质入口2内凝固结晶，造成介质入口2堵塞。

旋转轴3与套筒4同轴设置，并套设在套筒4的内部。旋转轴3的顶部形成有锚杆接口8用于连接锚杆，旋转轴3的底部设置有驱动器接口9用于连接驱动器。在驱动器的驱动下，旋转轴3可在套筒4内顺时针或逆时针旋转，进而带动锚杆顺时针或逆时针旋转，实现钻孔或锚杆预紧。旋转轴3的内部与套筒4侧壁上开设的介质入口2相连通，以将通过任一介质入口2注入的水或空气经过锚杆接口8传送至锚杆的内部，用于冷却钻头和出渣。同时，也可将通过其他介质入口2注入的不同组分的锚固材料经过锚杆接口8后传送至锚杆内进行充分混合后再注入锚杆与所钻孔形成的环形间隙中，实现锚固。

进一步地，在一个实施例中，介质入口2的个数可为N个，其中N≥3。可选地，在本发明的一个实施例中，介质入口2的个数为3个，即其中一个介质入口2注入水或空气，其余两个介质入口2分别注入不同组分的锚固材料。如，其余的两个介质入口一个注入A组分锚固材料，另一个注入B组分锚固材料，两种组分的锚固材料在锚杆中充分混合，再进入锚杆与钻孔形成的环形间隙中凝固，实现锚固。可选地，在本发明的一个实施例中，A组分锚固材料为BASF公司的Master Roc 380Part A，B组分锚固材料为BASF公司的Master Roc 380PartB。

需要说明的是：当锚固材料的组分为多组分时，需要设计更多的介质入口2，而不仅仅局限于本申请实施例中所述的3个。同时需要说明的是：可选地，在本发明的一个实施例中，锚杆为中空杆，驱动器为液压马达。

本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，通过在旋转轴上设置锚杆接口连接锚杆和驱动器接口连接驱动器，在驱动器驱动下，旋转轴旋转带动锚杆旋转，进而实现钻孔和预紧；通过在套筒的侧壁开设介质入口与旋转轴的内部连通，以将锚固介质传送至锚杆与钻孔的环形间隙中，进行锚固，避免了人工安装锚固剂和切换工具，提高了支护效率，同时降低了工人的劳动强度，实现了巷道的快速支护。

图3为本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置的剖面图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，套筒4的外侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口2，套筒4的内侧壁上开设有多个分别与介质入口2相对应的环形凹槽5，且每个介质入口2分别与所对应的环形凹槽5连通，以将通过每个介质入口2的介质传送至旋转轴3的内部。

在本发明的一个实施例中，旋转轴3的内部形成有多个通路6，每个通路6的第一端分别与环形凹槽5连通，并且第二端与锚杆接口8连通。

具体地，旋转轴3的内部形成有多个通路6，每个通路6的第一端分别与环形凹槽5连通，由于介质入口2有N个，因此，在旋转轴3内部形成的通路6的数量也为N个。N个通路6深度不同，彼此互不交叉地分布在旋转轴3的内部。每个通路6的第二端均与锚杆接口8连通，以将通过不同介质入口2注入的介质通过环形凹槽5和通路6传送至锚杆接口8中，进而进入锚杆的内孔中。

参照图3，在本发明的一个实施例中，多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置还包括：多个密封圈7，每个密封圈7的内圈套接在旋转轴3上，密封圈7的外圈与套筒4的内壁相抵，并且密封圈7分别设置在环形凹槽5的上部与下部。

具体地，密封圈7的个数为N+1。为避免不同组分的锚固材料在多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置内部接触发生反应而导致装置堵塞，在每个环形凹槽5的上部与下部分别设置有密封圈7，以免锚固材料泄漏至装置内部。进一步地，密封圈7可采用O型密封圈、V型密封圈、J型无骨架防尘圈和Y型密封圈中的一种或者多种的组合。可选地，在本发明的一个实施例中，密封圈7选用O型密封圈，同时，密封圈的个数为4个。

继续参照图3，在本发明的一个实施例中，多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置还包括多个轴承10，每个轴承10分别设置在旋转轴3与套筒4的顶部或底部形成的间隙中，以使旋转轴3能够在套筒4内旋转。

具体地，在旋转轴3与套筒4的顶部形成的间隙中设置有轴承10，在旋转轴3与套筒4的底部形成的间隙中也设置有轴承10，以使旋转轴3能够在套筒4内顺时针或者逆时针旋转。进一步地，在顶部的轴承10与所相邻的介质入口2之间设置有密封圈7，在底部的轴承10与所相邻的介质入口2之间也设置有密封圈7，以避免通过以上两个介质入口2注入的锚固材料泄漏，对相邻的轴承10造成腐蚀。

本发明实施例提供的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，利用底座1、驱动器、旋转轴3、套筒4、N个通路6和N+1个密封圈7综合实现了传递运动、介质传输和密封这三大功能。以下详述各个功能的实现原理：

1、传递运动。旋转轴3的一端与驱动器相连，另一端与锚杆相连，在作业开始后，驱动器开始工作，旋转轴3可相对套筒4旋转，从而将驱动器的运动传递到锚杆上，实现钻孔和预紧等操作，达到传递运动的目的。

2、介质传输。在钻孔阶段，任意一个介质入口2开启，外置设备将水或者高压气体泵送到开启的介质入口2，通过与该介质入口2相连通的通路6，水或者高压气体到达锚杆处，达到钻孔过程中钻头冷却和主动排渣的效果。钻孔结束，需要在钻好的孔中注入锚固材料时，锚固材料的x个组分分别进入x个开启的介质入口2，每个介质入口2均与一个通路6相互连通，从而将锚固材料传输到x个相互独立的通路6中。然后再汇集后进入锚杆内部，最终到达锚杆和钻孔所形成的间隙中，达到锚固的效果，其中x是大于等于2且小于N的整数。此处应当理解的是，x个组分的锚固材料均为常规锚固施工领域中的常规材料，本发明并不涉及对这些材料的改进，因此本发明并未在此进行举例说明。

3、密封。密封功能主要由均布在N个介质入口2和通路6之间的密封圈7实现，使得所有通路6在密封装置内部相互独立，互不干扰，从而避免多组分锚固材料、水或空气等在密封装置内部接触、反应。

本发明实施例还提供了一种多通道钻注预紧一体化锚杆的施工方法，包括以下步骤：

驱动器逆时针旋转带动旋转轴3旋转，进而带动锚杆旋转实现钻孔；

同时开启多个介质入口2，分别注入各种组分的锚固材料，将锚固材料通过旋转轴3内部的通路6传送至锚杆内进行混合，再传送至锚杆与孔的环形间隙中进行锚固；

关闭多个介质入口2，并驱动驱动器顺时针旋转，带动锚杆上的预紧螺母转动，进而对锚杆进行预紧。

在本发明的一个实施例中，该方法还可以包括以下步骤：

在执行钻孔步骤之后，开启任意一个介质入口2并注入水，将水通过旋转轴3内部的一个通路6传送至锚杆接口8内，以为钻孔作业提供钻头冷却和出渣用水，然后关闭水源并同时开启其余介质入口2。

具体地，钻孔阶段，驱动器逆时针旋转，将动力传递至锚杆上，从而带动锚杆逆时针旋转，实现钻孔。与此同时，开启任意一个介质入口2，外置设备将水泵送至开启的介质入口2中，每个介质入口2均与一个通路6连通，水流经通路6达到锚杆和围岩之间的间隙，达到冷却钻头和出渣的效果，直至钻孔阶段结束。

进入锚固阶段，驱动器停止运动。注入水的介质入口2关闭，开启其余介质入口2，不同组分的锚固材料分别通过不同的介质入口2经过通路6到达锚杆内部，在锚杆内部混合后被传送至锚杆和所钻孔形成的间隙中进行锚固，待传送的锚固材料的量达到工艺预设值后，锚固结束。

关闭所有介质入口2，驱动器顺时针旋转，带动旋转轴3顺时针旋转，进而带动锚杆上的预紧螺母运动，直到达到预设的预紧力矩。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，包括：套筒和旋转轴，其中：

所述套筒与所述旋转轴同轴设置，且所述旋转轴可旋转地套设在所述套筒内，所述套筒的侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的介质入口，所述介质入口均与所述旋转轴的内部连通，以将钻孔和锚固过程中所需要的介质传送至锚杆内部以用于钻头冷却、排渣或实现锚固；

所述旋转轴的顶部形成有用于连接锚杆的锚杆接口，所述旋转轴的底部设置有用于连接驱动器的驱动器接口。

2.根据权利要求1所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，所述套筒的外侧壁上开设有多个分别位于不同水平面的所述介质入口，所述套筒的内侧壁上开设有多个分别与所述介质入口相对应的环形凹槽，且每个所述介质入口分别与所对应的所述环形凹槽连通。

3.根据权利要求2所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，所述介质入口的个数为N，且N≥3，每个所述介质入口可分别注入水和不同组分的锚固材料。

4.根据权利要求2所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，所述旋转轴的内部形成有多个通路，每个所述通路的第一端分别与所述环形凹槽连通，并且第二端与所述锚杆接口连通。

5.根据权利要求3所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，还包括：多个密封圈，每个所述密封圈的内圈套接在所述旋转轴上，所述密封圈的外圈与所述套筒的内壁相抵，并且所述密封圈分别设置在所述环形凹槽的上部与下部。

6.根据权利要求5所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，所述密封圈的个数为N+1。

7.根据权利要求1所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，还包括多个轴承，每个所述轴承分别设置在所述旋转轴与所述套筒的顶部或底部形成的间隙中，以使所述旋转轴能够在所述套筒内旋转。

8.根据权利要求1所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置，其特征在于，还包括底座，所述底座与所述套筒固定连接。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的多通道钻注预紧一体化锚杆施工装置进行施工的方法，其特征在于，包括：

驱动器逆时针旋转带动旋转轴旋转，进而带动锚杆旋转实现钻孔；

同时开启多个介质入口，分别注入各种组分的锚固材料，将所述锚固材料通过所述旋转轴内部的其余通路传送至锚杆内进行混合，再传送至所述锚杆与孔的环形间隙中进行锚固；

关闭多个所述介质入口，并驱动所述驱动器顺时针旋转，带动所述锚杆上的预紧螺母转动，进而对所述锚杆进行预紧。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在执行所述钻孔步骤之后，开启任意一个介质入口并注入水，将水通过所述旋转轴内部的一个通路传送至锚杆接口内，以为钻孔作业提供钻头冷却和出渣用水，钻孔结束后，驱动器停止转动，然后关闭水源并同时开启其余所述介质入口。

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