CN112431624A - 一步式锚杆及其支护作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一步式锚杆及其支护作业方法，一步式锚杆，包括一步式锚杆杆体，一步式锚杆杆体顶部的机械连接部连接有钻进破岩结构，一步式锚杆杆体的内部中心贯穿设置有粘结剂注入通道，一步式锚杆杆体近下端的粘结剂密封结构安装段安装有粘结剂密封结构，粘结剂密封结构安装段下侧的预紧螺纹段螺纹连接有定位垫片和预紧螺母，定位垫片和预紧螺母之间设置有托板，预紧螺纹段的下侧设置有与钻进动力装置连接的动力传动连接段，动力传动连接段的下侧设置有与粘结剂注入阀连接的粘结剂注入阀连接段；本发明具有结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的特点。

Description

一步式锚杆及其支护作业方法

技术领域

本发明涉及矿山、隧道、硐室等地下工程支护技术领域，具体涉及一步式锚杆及其支护作业方法。

背景技术

锚杆支护作为一种经济有效的支护形式，在我国矿山、隧道、硐室等地下工程支护领域应用广泛，随着锚杆支护技术的不断推广应用，尤其是掘锚一体机、锚杆钻车等快速掘进施工装备的发展，极大的提升了支护工程施工速度，降低了工人劳动强度，同时，也进一步推动了锚杆支护技术的快速发展，然而，这些装备的应用虽然取得了良好的应用效果，有效提高了施工速度，但仍存在如下不足：锚固孔钻进施工时仍采用钻杆及钻头相配合进行施工，增加了施工作业流程，影响施工速度；锚杆锚固施工和钻孔施工过程仍相互独立，相互分离，严重制约着巷道快速掘进施工效率；施工过程中所采用的锚杆仍为曾经所普遍采用的螺纹钢、圆钢等类型锚杆，未对锚杆结构进行过多改进，降低了锚杆材料和施工装备的匹配性；锚杆锚固采用的粘结剂仍曾广泛采用的树脂药卷，并通过人工的形式将树脂药卷塞入钻进完成的锚固孔内，降低了施工过程机械化及自动化水平，增加了工人劳动强度和作业危险系数；因此，针对这些问题，提供一种结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的一步式锚杆及其支护作业方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的一步式锚杆及其支护作业方法。

本发明的目的是这样实现的：一步式锚杆，它包括一步式锚杆杆体、钻进破岩结构、粘结剂密封结构、定位垫片、预紧螺母及托板，所述一步式锚杆杆体的顶部设置有机械连接部，通过所述的机械连接部连接有钻进破岩结构，所述一步式锚杆杆体上设置有钻进排渣段，所述钻进排渣段的外表面设置有便于排出钻屑的右旋螺旋助，所述一步式锚杆杆体的内部中心贯穿设置有粘结剂注入通道，所述一步式锚杆杆体的近下端处设置有一段粘结剂密封结构安装段，通过所述的粘结剂密封结构安装段密封安装有粘结剂密封结构，所述一步式锚杆杆体上位于粘结剂密封结构安装段的下侧设置有预紧螺纹段，通过所述的预紧螺纹段螺纹连接有预紧螺母，所述的粘结剂密封结构和所述的预紧螺母之间设置有定位垫片和托板，所述的定位垫片设置在托板的上侧并螺纹连接在预紧螺纹段上，所述一步式锚杆杆体上位于预紧螺纹段的下侧设置有动力传动连接段，所述的动力传动连接段与钻进动力装置的接头插接衔接，所述一步式锚杆杆体上位于动力传动连接段的下侧设置有粘结剂注入阀连接段，通过所述的粘结剂注入阀连接段与粘结剂注入阀连接。

所述的钻进破岩结构包括破岩刀头、粘结剂通孔及杆体连接部，破岩刀头设置在钻进破岩结构的顶部，粘结剂通孔的数量为两个，分别对称分布在钻进破岩结构上，杆体连接部与一步式锚杆杆体顶部的机械连接部相配合。

所述的粘结剂密封结构的材质为橡胶，所述的粘结剂密封结构的材质为橡胶，所述的粘结剂密封结构从上往下依次设置有套装通孔、上端楔形锥面段、中部螺旋段及下部圆柱面段，套装通孔的内径与粘结剂密封结构安装段的直径一致。

所述粘结剂密封结构的轴向尺寸为8-10cm。

所述的定位垫片设置有垫片内螺纹，垫片内螺纹与预紧螺纹段的螺纹相匹配。

所述右旋螺旋助的表面形状为圆滑曲面状，所述的右旋螺旋助分布在一步式锚杆杆体的粘结剂密封结构安装段的上方。

所述动力传动连接段的杆体形状为六棱形，所述动力传动连接段的尺寸与钻进动力装置的接头尺寸相匹配。

所述一步式锚杆杆体下部的粘结剂密封结构安装段、预紧螺纹段及粘结剂注入阀连接段呈直径尺寸递减的阶梯状。

所述粘结剂注入阀连接段上设置有阀门卡紧凹槽和楔形段。

一步式锚杆的支护作业方法，包括以下步骤：

步骤1）：先将钻进破岩结构安装到一步式锚杆杆体的顶端，将粘结剂密封结构套装在一步式锚杆的粘结剂密封结构安装段，并通过定位垫片进行约束，再将托板套装于一步式锚杆杆体上，并将预紧螺母拧到一步式锚杆杆体的预紧螺纹段的合适位置，安装成一步式锚杆；

步骤2）：将一步式锚杆放置于支护施工装备的相应位置，将钻进动力装置的接头插接衔接在一步式锚杆的动力传动连接段上，启动钻进动力装置，钻进破岩结构在一步式锚杆杆体的带动下，对围岩进行钻进破岩形成锚固孔；

步骤3）：一步式锚杆钻进施工完毕后，撤离钻进动力装置，此时一步式锚杆在粘结剂密封结构的约束下，仍保留在锚固孔内；

步骤4）：将一步式锚杆下端的粘结剂注入阀连接段与粘结剂注入阀连接，启动粘结剂注入系统，通过一步式锚杆杆体内部的粘结剂注入通道向锚固孔内注入粘结剂；

步骤5）：待粘结剂注入完成后，撤离粘结剂注入系统；

步骤6）：待粘结剂固化后，通过调整预紧螺母在预紧螺纹段的位置施加预紧力，将托板压紧围岩的表面，完成一步式锚杆支护施工过程。

本发明的有益效果：本发明的一步式锚杆，采用钻进破岩结构可实现锚固孔钻进施工；通过一步式锚杆杆体内的粘结剂注入通道，可向锚固孔内注入粘结剂，实现一步式锚杆的锚固安装；在定位垫片的约束下，粘结剂密封结构塞入锚固孔，可防止粘结剂从锚固孔内流出；通过预紧螺母和托板对一步式锚杆施加预紧力；本发明具有结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的优点；本发明一步式锚杆的支护作业方法是基于掘锚一体机、锚杆钻车等先进施工装备，有效解决了当前施工中的不足，整合了锚杆施工工序，实现了锚杆支护一步式施工流程，提高了锚杆支护施工效率，促进了锚杆支护自动化甚至是无人施工技术的发展。

附图说明

图1是本发明一步式锚杆的工程应用示意图。

图2是本发明一步式锚杆的一步式锚杆杆体结构图。

图3是本发明一步式锚杆的一步式锚杆杆体剖面图。

图4是本发明一步式锚杆的钻进破岩结构示意图。

图5是本发明一步式锚杆的粘结剂密封结构示意图。

图6是本发明一步式锚杆的定位垫片示意图。

图7是本发明一步式锚杆的预紧螺母示意图。

图8是本发明一步式锚杆的托板结构示意图。

图中 1、一步式锚杆杆体 2、钻进破岩结构 3、粘结剂密封结构 4、粘结剂 5、定位垫片 6、托板 7、预紧螺母 8、钻进排渣段 9、右旋螺旋肋 10、粘结剂注入通道 11、粘结剂密封结构安装段 12、预紧螺纹段 13、动力传动连接段 14、粘结剂注入阀连接段 15、阀门卡紧凹槽 16、机械连接部 17、楔形段 18、粘结剂通孔 19、 破岩刀头 20、杆体连接部 21、套装通孔 22、上端楔形锥面段 23、中部螺旋段 24、下部圆柱面段 25、垫片内螺纹 26、锚固孔 27、围岩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-6所示，一步式锚杆，它包括一步式锚杆杆体1、钻进破岩结构2、粘结剂密封结构3、定位垫片5、预紧螺母7及托板6，所述一步式锚杆杆体1的顶部设置有机械连接部16，通过所述的机械连接部16连接有钻进破岩结构2，所述一步式锚杆杆体1上设置有钻进排渣段8，所述钻进排渣段8的外表面设置有便于排出钻屑的右旋螺旋助9，所述一步式锚杆杆体1的内部中心贯穿设置有粘结剂注入通道10，所述一步式锚杆杆体1的近下端处设置有一段粘结剂密封结构安装段11，通过所述的粘结剂密封结构安装段11密封安装有粘结剂密封结构3，所述一步式锚杆杆体1上位于粘结剂密封结构安装段11的下侧设置有预紧螺纹段12，通过所述的预紧螺纹段12螺纹连接有预紧螺母7，所述的粘结剂密封结构3和所述的预紧螺母7之间设置有定位垫片5和托板6，所述的定位垫片5设置在托板6的上侧并螺纹连接在预紧螺纹段12上，所述一步式锚杆杆体1上位于预紧螺纹段12的下侧设置有动力传动连接段13，所述的动力传动连接段13与钻进动力装置的接头插接衔接，所述一步式锚杆杆体1上位于动力传动连接段13的下侧设置有粘结剂注入阀连接段14，通过所述的粘结剂注入阀连接段14与粘结剂注入阀连接。

一步式锚杆的支护作业方法，具体包括以下步骤：

步骤1）：先将钻进破岩结构2安装到一步式锚杆杆体1的顶端，将粘结剂密封结构3套装在一步式锚杆的粘结剂密封结构安装段11，并通过定位垫片5进行约束，再将托板6套装于一步式锚杆杆体1上，并将预紧螺母7拧到一步式锚杆杆体1的预紧螺纹段12的合适位置，安装成一步式锚杆；

步骤2）：将一步式锚杆放置于支护施工装备的相应位置，将钻进动力装置的接头插接衔接在一步式锚杆的动力传动连接段13上，启动钻进动力装置，钻进破岩结构2在一步式锚杆杆体1的带动下，对围岩27进行钻进破岩形成锚固孔26；

步骤3）：一步式锚杆钻进施工完毕后，撤离钻进动力装置，此时一步式锚杆在粘结剂密封结构3的约束下，仍保留在锚固孔26内；

步骤4）：将一步式锚杆下端的粘结剂注入阀连接段14与粘结剂注入阀连接，启动粘结剂注入系统，通过一步式锚杆杆体1内部的粘结剂注入通道10向锚固孔26内注入粘结剂4；

步骤5）：待粘结剂4注入完成后，撤离粘结剂注入系统；

步骤6）：待粘结剂4固化后，通过调整预紧螺母7在预紧螺纹段12的位置施加预紧力，将托板6压紧围岩27的表面，完成一步式锚杆支护施工过程。

本发明的一步式锚杆，采用钻进破岩结构2可实现锚固孔26钻进施工；通过一步式锚杆杆体1内的粘结剂注入通道10，可向锚固孔26内注入粘结剂4，实现一步式锚杆的锚固安装，同时也作为一步式锚杆钻进过程中高压水通道，起到钻进过程通水降温降尘的作用；在定位垫片5的约束下，粘结剂密封结构3塞入锚固孔26，可防止粘结剂4从锚固孔26内流出；通过预紧螺母7和托板6对一步式锚杆施加预紧力，本发明具有结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的优点；本发明一步式锚杆的支护作业方法是基于掘锚一体机、锚杆钻车等先进施工装备，有效解决了当前施工中的不足，整合了锚杆施工工序，实现了锚杆支护一步式施工流程，提高了锚杆支护施工效率，促进了锚杆支护自动化甚至是无人施工技术的发展。

实施例2

如图1-6所示，一步式锚杆，它包括一步式锚杆杆体1、钻进破岩结构2、粘结剂密封结构3、定位垫片5、预紧螺母7及托板6，所述一步式锚杆杆体1的顶部设置有机械连接部16，通过所述的机械连接部16连接有钻进破岩结构2，所述一步式锚杆杆体1上设置有钻进排渣段8，所述钻进排渣段8的外表面设置有便于排出钻屑的右旋螺旋助9，所述一步式锚杆杆体1的内部中心贯穿设置有粘结剂注入通道10，所述一步式锚杆杆体1的近下端处设置有一段粘结剂密封结构安装段11，通过所述的粘结剂密封结构安装段11密封安装有粘结剂密封结构3，所述一步式锚杆杆体1上位于粘结剂密封结构安装段11的下侧设置有预紧螺纹段12，通过所述的预紧螺纹段12螺纹连接有预紧螺母7，所述的粘结剂密封结构3和所述的预紧螺母7之间设置有定位垫片5和托板6，所述的定位垫片5设置在托板6的上侧并螺纹连接在预紧螺纹段12上，所述一步式锚杆杆体1上位于预紧螺纹段12的下侧设置有动力传动连接段13，所述的动力传动连接段13与钻进动力装置的接头插接衔接，所述一步式锚杆杆体1上位于动力传动连接段13的下侧设置有粘结剂注入阀连接段14，通过所述的粘结剂注入阀连接段14与粘结剂注入阀连接。

所述的钻进破岩结构2包括破岩刀头19、粘结剂通孔18及杆体连接部20，破岩刀头19设置在钻进破岩结构2的顶部，可实现对围岩27的破碎，产生易于排出的小粒径钻屑，粘结剂通孔18的数量为两个，分别对称分布在钻进破岩结构2上，可实现粘结剂4的注入和高压水的通过，杆体连接部20与一步式锚杆杆体1顶部的机械连接部16相配合，可与机械连接部16相连接，实现对围岩27的钻进破岩施工过程，所述的钻进破岩结构2与一步式锚杆杆体1的连接不局限于机械连接部16，可以根据实际需要，将钻进破岩结构2与一步式锚杆杆体1加工为一体，也可将钻进破岩结构2加工成其他结构类型。

所述的粘结剂密封结构3的材质为高性能橡胶，可阻止粘结剂4从锚固孔26内外流，所述的粘结剂密封结构3从上往下依次设置有套装通孔21、上端楔形锥面段22、中部螺旋段23及下部圆柱面段24，套装通孔21的内径与粘结剂密封结构安装段11的直径一致，以实现粘结剂密封结构3套装在一步式锚杆杆体1的外部，上端楔形锥面段22，使得粘结剂密封结构3随着一步式锚杆的钻进更易塞入锚固孔26内，中部螺旋段23易于产生弹性变形，使得粘结剂密封结构3塞入锚固孔26后与孔壁形成多个密封腔，达到更好的粘结剂密封效果，下部圆柱面24进一步加强密封效果，防止注入的粘结剂4流出。

所述粘结剂密封结构3的轴向尺寸为8-10cm，中部螺旋段23及下部圆柱面段24的直径稍大于锚固孔26的直径，既可实现对粘结剂4的密封作用，又不妨碍粘结剂密封结构3产生变形后塞入锚固孔26内，在粘结剂密封结构3与锚固孔26的孔壁间相互作用力的作用下，可防止在钻进破岩工序结束时钻进动力装置撤离后一步式锚杆从锚固孔26中掉落，以便连接粘结剂注入阀，开展后续粘结剂4注入施工工序。

所述的定位垫片5设置有垫片内螺纹25，垫片内螺纹25与预紧螺纹段12的螺纹相匹配，待粘结剂密封结构3套装在一步式锚杆杆体1的合适位置后，将定位垫片5紧固在粘结剂密封结构3的下端，以防止其塞入锚固孔26时与一步式锚杆杆体1发生相对滑动，无法实现密封效果。

所述右旋螺旋助9的表面形状为圆滑曲面状，可防止实际应用时一步式锚杆和粘结剂4的接触面出现应力集中现象，降低一步式锚杆支护性能，所述的右旋螺旋助9分布在一步式锚杆杆体1的粘结剂密封结构安装段11的上方。

所述动力传动连接段13的杆体形状为六棱形，所述动力传动连接段13的尺寸与钻进动力装置的接头尺寸相匹配，能够为一步式锚杆钻进提供动力。

所述一步式锚杆杆体1下部的粘结剂密封结构安装段11、预紧螺纹段12及粘结剂注入阀连接段14呈直径尺寸递减的阶梯状，便于各工序和连接装置的相互配合。

所述粘结剂注入阀连接段14上设置有阀门卡紧凹槽15和楔形段17，能够方便粘结剂注入阀与一步式锚杆杆体1尾部的插接，同时也保证两者连接牢固可靠。

一步式锚杆的支护作业方法，具体包括以下步骤：

步骤1）：先将钻进破岩结构2安装到一步式锚杆杆体1的顶端，将粘结剂密封结构3套装在一步式锚杆的粘结剂密封结构安装段11，并通过定位垫片5进行约束，再将托板6套装于一步式锚杆杆体1上，并将预紧螺母7拧到一步式锚杆杆体1的预紧螺纹段12的合适位置，安装成一步式锚杆；

步骤2）：将一步式锚杆放置于支护施工装备的相应位置，将钻进动力装置的接头插接衔接在一步式锚杆的动力传动连接段13上，启动钻进动力装置，钻进破岩结构2在一步式锚杆杆体1的带动下，对围岩27进行钻进破岩形成锚固孔26；

步骤3）：一步式锚杆钻进施工完毕后，撤离钻进动力装置，此时一步式锚杆在粘结剂密封结构3的约束下，仍保留在锚固孔26内；

步骤4）：将一步式锚杆下端的粘结剂注入阀连接段14与粘结剂注入阀连接，启动粘结剂注入系统，通过一步式锚杆杆体1内部的粘结剂注入通道10向锚固孔26内注入粘结剂4；

步骤5）：待粘结剂4注入完成后，撤离粘结剂注入系统；

步骤6）：待粘结剂4固化后，通过调整预紧螺母7在预紧螺纹段12的位置施加预紧力，将托板6压紧围岩27的表面，完成一步式锚杆支护施工过程。

所述步骤6）中，注入的粘结剂4完全固化的等待时间通常为120-180s,即保证各施工工序的顺利开展，又能保证施工速度。

本发明的一步式锚杆，采用钻进破岩结构2可实现锚固孔26钻进施工；通过一步式锚杆杆体1内的粘结剂注入通道10，可向锚固孔26内注入粘结剂4，实现一步式锚杆的锚固安装，同时也作为一步式锚杆钻进过程中高压水通道，起到钻进过程通水降温降尘的作用；在定位垫片5的约束下，粘结剂密封结构3塞入锚固孔26，可防止粘结剂4从锚固孔26内流出；通过预紧螺母7和托板6对一步式锚杆施加预紧力，本发明具有结构合理、操作安全、工序简单、施工效率高的优点；本发明一步式锚杆的支护作业方法是基于掘锚一体机、锚杆钻车等先进施工装备，有效解决了当前施工中的不足，整合了锚杆施工工序，实现了锚杆支护一步式施工流程，提高了锚杆支护施工效率，促进了锚杆支护自动化甚至是无人施工技术的发展。

Claims (10)

1.一步式锚杆，它包括一步式锚杆杆体、钻进破岩结构、粘结剂密封结构、定位垫片、预紧螺母及托板，其特征在于：所述一步式锚杆杆体的顶部设置有机械连接部，通过所述的机械连接部连接有钻进破岩结构，所述一步式锚杆杆体上设置有钻进排渣段，所述钻进排渣段的外表面设置有便于排出钻屑的右旋螺旋助，所述一步式锚杆杆体的内部中心贯穿设置有粘结剂注入通道，所述一步式锚杆杆体的近下端处设置有一段粘结剂密封结构安装段，通过所述的粘结剂密封结构安装段密封安装有粘结剂密封结构，所述一步式锚杆杆体上位于粘结剂密封结构安装段的下侧设置有预紧螺纹段，通过所述的预紧螺纹段螺纹连接有预紧螺母，所述的粘结剂密封结构和所述的预紧螺母之间设置有定位垫片和托板，所述的定位垫片设置在托板的上侧并螺纹连接在预紧螺纹段上，所述一步式锚杆杆体上位于预紧螺纹段的下侧设置有动力传动连接段，所述的动力传动连接段与钻进动力装置的接头插接衔接，所述一步式锚杆杆体上位于动力传动连接段的下侧设置有粘结剂注入阀连接段，通过所述的粘结剂注入阀连接段与粘结剂注入阀连接。

2.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述的钻进破岩结构包括破岩刀头、粘结剂通孔及杆体连接部，破岩刀头设置在钻进破岩结构的顶部，粘结剂通孔的数量为两个，分别对称分布在钻进破岩结构上，杆体连接部与一步式锚杆杆体顶部的机械连接部相配合。

3.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述的粘结剂密封结构的材质为橡胶，所述的粘结剂密封结构从上往下依次设置有套装通孔、上端楔形锥面段、中部螺旋段及下部圆柱面段，套装通孔的内径与粘结剂密封结构安装段的直径一致。

4.根据权利要求3所述的一步式锚杆，其特征在于：所述粘结剂密封结构的轴向尺寸为8-10cm。

5.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述的定位垫片设置有垫片内螺纹，垫片内螺纹与预紧螺纹段的螺纹相匹配。

6.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述右旋螺旋助的表面形状为圆滑曲面状，所述的右旋螺旋助分布在一步式锚杆杆体的粘结剂密封结构安装段的上方。

7.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述动力传动连接段的杆体形状为六棱形，所述动力传动连接段的尺寸与钻进动力装置的接头尺寸相匹配。

8.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述一步式锚杆杆体下部的粘结剂密封结构安装段、预紧螺纹段及粘结剂注入阀连接段呈直径尺寸递减的阶梯状。

9.根据权利要求1所述的一步式锚杆，其特征在于：所述粘结剂注入阀连接段上设置有阀门卡紧凹槽和楔形段。

10.一步式锚杆的支护作业方法，其特征在于；包括以下步骤：

步骤1）：先将钻进破岩结构安装到一步式锚杆杆体的顶端，将粘结剂密封结构套装在一步式锚杆的粘结剂密封结构安装段，并通过定位垫片进行约束，再将托板套装于一步式锚杆杆体上，并将预紧螺母拧到一步式锚杆杆体的预紧螺纹段的合适位置，安装成一步式锚杆；

步骤2）：将一步式锚杆放置于支护施工装备的相应位置，将钻进动力装置的接头插接衔接在一步式锚杆的动力传动连接段上，启动钻进动力装置，钻进破岩结构在一步式锚杆杆体的带动下，对围岩进行钻进破岩形成锚固孔；

步骤3）：一步式锚杆钻进施工完毕后，撤离钻进动力装置，此时一步式锚杆在粘结剂密封结构的约束下，仍保留在锚固孔内；

步骤4）：将一步式锚杆下端的粘结剂注入阀连接段与粘结剂注入阀连接，启动粘结剂注入系统，通过一步式锚杆杆体内部的粘结剂注入通道向锚固孔内注入粘结剂；

步骤5）：待粘结剂注入完成后，撤离粘结剂注入系统；

步骤6）：待粘结剂固化后，通过调整预紧螺母在预紧螺纹段的位置施加预紧力，将托板压紧围岩的表面，完成一步式锚杆支护施工过程。

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