CN112682080A - 一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿资源安全高效开采技术领域的一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法，包括锚索索体、锁具、锚索托盘、丝堵、止浆塞、活塞推移装置、阻浆膜、注浆孔、止水条和端头自锚固装置，活塞推移装置包括内活塞环、外活塞环和阻浆膜，活塞推移装置上安装压力传感器，阻浆膜贴在活塞推移装置后方；本发明加工便捷，通过活塞推移装置能够使锚索自主动态调整注浆压力，实现由里向外，由深到浅，在额定注浆压力下依次分级分区稳压注浆，通过端头自锚固装置，不需树脂药卷进行端头锚固，实现注浆时安装迅速，操作方便，经济效益好，大幅度提高支护效果，有效解决以往巷道浅表注浆易优先渗入，造成浅表跑浆、深部注浆效率低的工程难题。

Description

一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法

技术领域

本发明涉及煤矿资源安全高效开采技术领域，具体涉及一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法。

背景技术

在岩土工程领域，关于破碎岩体通常采用竖向注浆加固或传统的锚索、锚杆加固。随着煤矿开采深度的增加，矿井开采条件愈发复杂，巷道支护越来越困难，矿压治理问题已成为制约矿井发展的难题。为了保证巷道围岩的支护效果，通常采用注浆锚索、注浆锚杆等注浆加固方法提高支护强度，常规做法是采用“锚索补强加固”、“注浆加固”、“锚架联合支护”、“锚锚联合支护”、“长短锚索结合注浆支护”等措施，或者是采用多措并举来保证巷道的支护效果，达到加固围岩，显著提高支护、堵水等效果。

虽然常规注浆锚索对巷道的支护效果有一定的改善，但是在高应力巷道中巷道浅表易优先渗入，造成浅表跑浆，同时需树脂药卷进行锚固，造成深部注浆效率低，杆体较长，注浆压力不足造成围岩裂隙间注浆不足，浆液扩散半径小，支护效果不太理想，导致工序复杂，施工速度慢，效率低下成本高。

基于此，本发明设计了一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的问题，提供了一种活塞式分级注浆锚索及注浆方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活塞式分级注浆锚索，包括锚索索体、锁具、锚索托盘、丝堵、止浆塞、活塞推移装置、阻浆膜、注浆孔、止水条和端头自锚固装置，所述活塞推移装置包括内活塞环、外活塞环和阻浆膜，所述活塞推移装置上安装压力传感器，所述活塞推移装置内设置有环型凹槽，所述外活塞环和内活塞环被装配到相对应的环型凹槽内，所述阻浆膜贴在活塞推移装置后方，所述端头自锚固装置内设置圆柱形腔体，所述圆柱形腔体包括下腔体和上腔体，所述下腔体和上腔体内分别装有聚氨酯封孔药A料和B料，所述下腔体和上腔体之间由环型聚脂薄膜密封分隔，所述圆柱形腔体外壁贴有止水条，所述止水条紧贴锚索索体内壁，所述圆柱形腔体底部设置有阻浆膜。

进一步地，所述锚索索体端头处设有出浆口，所述注浆孔在锚索索体上呈螺旋上升式布置。

进一步地，所述锚索索体由注浆管和多根钢绞线螺旋缠绕而成。

进一步地，所述下腔体底部设置有螺纹卡座，所述螺纹卡座螺接锚索索体。

进一步地，所述圆柱形腔体直径略大于锚索索体直径。

进一步地，所述环型凹槽内添加有润滑油，所述内活塞环和外活塞环厚度大于环型凹槽深度，所述内活塞环与环型凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间，所述外活塞环与环型凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间。

进一步地，所述内活塞环和外活塞环断面形状为楔形，侧壁的倾角在30°-45°

一种活塞式分级注浆锚索进行注浆的方法，包括以下步骤：

第一步：在支护体上用锚索钻机打孔，孔深等于锚索预埋长度，在锚索索体上呈螺旋上升式打注浆孔，同时将所有组件准备齐全；

第二步：将所述止浆塞、活塞推移装置和锚索托盘依次穿入到锚索索体上，再将锁具旋入到锚索索体上，并抵在锚索托盘的外端面上，用加载装置对锁具施加预紧力锁紧锚索托盘，最后安装丝堵进行封孔；

第三步：安装端头自锚固装置，首先将螺纹卡座和锚索索体之间采用螺纹安装旋紧，然后在下腔体和上腔体中分别放置之间聚氨酯封孔药A料和B料，其次在下腔体底部封装阻浆膜，圆柱形腔体外壁布置若干止水条，最后将圆柱形腔体套装在螺纹卡座上；

第四步：注浆设备与锚索索体连接，当钢绞线穿过阻浆膜和环型聚脂薄膜，促使聚氨酯封孔药A料和B料药物充分混合，反应膨胀形成锚固力，配合止水条遇浆液膨胀和钻孔紧密接触，实现锚索端头自锚固作用；

第五步：在端头自锚固装置完成锚索锚固后，注浆泵施加2MPA的稳定注浆压力，当注浆压力达到额定注浆压力时，调整注浆压力稳定在3MPA，活塞推移装置在内活塞环和外活塞环的径向弹力作用下，一级注浆区形成密闭区段，浆液通过注浆孔进入围岩裂隙中；当注浆压力超过4MPA时，在活塞推移装置的轴向压力与内活塞环和外活塞环沿侧壁的摩擦力共同作用下，此时在一级注浆区中浆液产生的轴向压力大于活塞推移装置的最大注浆压力，活塞环受弹力向环形凹槽下沉，轴向压力推动活塞推移装置沿锚索索体轴向运动，从而进入二级注浆区，开启下一级的注浆过程；

第六步：整个注浆过程由围岩裂隙的发育程度控制活塞推移装置，同时通过压力传感器对注浆区段压力进行监测，适时调整注浆压力，若围岩裂隙较发育，需要注浆泵在额定注浆压力内加大注浆压力，若围岩裂隙不发育，需要注浆泵在额定注浆压力内减小注浆压力，保证以平稳速度注浆，缩短整体注浆时间；

第七步：在钻孔内浆液进入初凝状态后，应迅速卸下注浆管，将注浆管底部丝堵拔出，在钻孔内进行浆液补浆，然后对钻孔进行封堵，待钻孔周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩，分级注浆完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设计活塞推移装置和端头自锚固装置，能够使锚索自主动态调整注浆压力，保证每段锚孔围岩体注浆压力一致，从而以平稳的速度注浆，注浆更加均匀平缓，浆液能够充分渗透到围岩裂隙中,缩短整体注浆时间，同时不需树脂药卷进行端头锚固，加工便捷，注浆时安装迅速，操作方便，经济效益好；实现由里向外，由深到浅，在额定注浆压力下依次分级分区稳压注浆，注浆支护效果大幅度提高，有效解决以往巷道浅表注浆易优先渗入，造成浅表跑浆、深部注浆效率低等工程难题，给岩土工程巷道注浆工作带来很大的便利，适合大规模生产和市场推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明作业施工示意图；

图3为本发明的端头自锚固装置结构示意图；

图4为本发明图1中I-I位置剖面图；

图5为本发明活塞推移装置结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、锚索索体；2、锁具；3、锚索托盘；4、丝堵；5、止浆塞；6、环型聚脂薄膜；7、内活塞环；8、活塞推移装置；9、外活塞环；10、阻浆膜；11、注浆孔；12、出浆口；13、止水条；14、端头自锚固装置；15、压力传感器；16、螺纹卡座；17、圆柱形腔体；18、下腔体；19、上腔体；20、煤岩体。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本实施例提供一种技术方案：一种活塞式分级注浆锚索，包括锚索索体1、锁具2、锚索托盘3、丝堵4、止浆塞5、活塞推移装置8、阻浆膜10、注浆孔11、止水条13和端头自锚固装置14，活塞推移装置8包括内活塞环7、外活塞环9和阻浆膜10，活塞推移装置8上安装压力传感器15，活塞推移装置8内设置有环型凹槽，外活塞环9和内活塞环7被装配到相对应的环型凹槽内，阻浆膜10贴在活塞推移装置8后方，防止浆液渗流。端头自锚固装置14内设置圆柱形腔体17，圆柱形腔体17包括下腔体18和上腔体19，下腔体18和上腔体19内分别装有聚氨酯封孔药A料和B料，下腔体18和上腔体19之间由环型聚脂薄膜6密封分隔，圆柱形腔体17外壁贴有止水条13，止水条13紧贴锚索索体1内壁，浆液从出浆口12经过注浆孔11流出遇到止水条13膨胀，能够与钻孔密实接触，圆柱形腔体17底部设置有阻浆膜10。当钢绞线穿过阻浆膜10和环型聚脂薄膜6，促使聚氨酯封孔药A料和B料药物充分混合，聚氨酯封孔药反应膨胀形成锚固力，配合止水条13和钻孔紧密接触，实现锚索端头自锚固作用。

锚索索体1由注浆管和多根钢绞线螺旋缠绕而成。锚索索体1端头处设有出浆口12，注浆孔11在锚索索体1上呈螺旋上升式布置，实现多区段均匀注浆。下腔体18和上腔体19的材质和长度根据钻孔煤岩地质条件确定；聚氨酯封孔药根据需要进行材料配比，包括添加添加剂控制膨胀倍数、膨胀时间、凝结时间和凝结强度、粘结强度；初凝及终凝时间及相关物理力学性能要求，根据各装置的不同工程需求进行最优级配。

内活塞环7和外活塞环9安装在活塞推移装置8的环型凹槽内，内活塞环7和外活塞环9表面进行镀铬，镀铬层结晶细致紧密光滑，硬度达到850HV以上，也可根据具体情况选择热喷漆、电镀、氮化和磷化处理活塞环表面，使其具有良好的耐磨性和耐蚀性；阻浆膜10由高分子无机吸水膨胀材料和橡胶混炼而成，贴在活塞推移装置8后方，进一步保证注浆过程中浆液不会渗流；内活塞环7和外活塞环9在环型凹槽内添加有润滑油，内活塞环7和外活塞环9尺寸厚度大于环型凹槽深度，内活塞环7与环形凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间，外活塞环9与环形凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间，保证两者接触良好。内活塞环7和外活塞环9的弹力、硬度、环在环形凹槽内的标椎下沉量根据钻孔煤岩地质条件确定；内活塞环7和外活塞环9断面形状为楔形，侧壁的倾角在30°-45°，材料为合金铸铁，也可根据钻孔煤岩地质条件选择灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁，保证内活塞环7和外活塞环9具有良好的耐磨性和弹性。

一种活塞式分级注浆锚索进行注浆的方法，包括以下步骤：

第一步：在支护体上用锚索钻机打孔，孔深等于锚索预埋长度，在锚索索体1上呈螺旋上升式打注浆孔11，同时将所有组件准备齐全；

第二步：将所述止浆塞5、活塞推移装置8和锚索托盘3依次穿入到锚索索体1上，再将锁具2旋入到锚索索体1上，并抵在锚索托盘3的外端面上，用加载装置对锁具2施加预紧力锁紧锚索托盘3，最后安装丝堵4进行封孔；

第三步：安装端头自锚固装置14，首先将螺纹卡座16和锚索索体1之间采用螺纹安装旋紧，然后在下腔体18和上腔体19中分别放置之间聚氨酯封孔药A料和B料，其次在下腔体18底部封装阻浆膜10，圆柱形腔体17外壁布置若干止水条13，最后将圆柱形腔体17套装在螺纹卡座16上；

第四步：注浆设备与锚索索体1连接，当钢绞线穿过阻浆膜10和环型聚脂薄膜6，促使聚氨酯封孔药A料和B料药物充分混合，反应膨胀形成锚固力，配合止水条13遇浆液膨胀和钻孔紧密接触，实现锚索端头自锚固作用；

第五步：在端头自锚固装置14完成锚索锚固后，注浆泵施加2MPA的稳定注浆压力，当注浆压力达到额定注浆压力时，调整注浆压力稳定在3MPA，活塞推移装置8在内活塞环7和外活塞环9的径向弹力作用下，一级注浆区形成密闭区段，浆液通过注浆孔11进入围岩裂隙中；当注浆压力超过4MPA时，在活塞推移装置8的轴向压力与内活塞环7和外活塞环9沿侧壁的摩擦力共同作用下，此时在一级注浆区中浆液产生的轴向压力大于活塞推移装置8的最大注浆压力，活塞环受弹力向环形凹槽下沉，轴向压力推动活塞推移装置8沿锚索索体1轴向运动，从而进入二级注浆区，开启下一级的注浆过程；

第六步：整个注浆过程由围岩裂隙的发育程度控制活塞推移装置8，同时通过压力传感器15对注浆区段压力进行监测，适时调整注浆压力，若围岩裂隙较发育，需要注浆泵在额定注浆压力内加大注浆压力，若围岩裂隙不发育，需要注浆泵在额定注浆压力内减小注浆压力，保证以平稳速度注浆，缩短整体注浆时间；

第七步：在钻孔内浆液进入初凝状态后，应迅速卸下注浆管，将注浆管底部丝堵4拔出，在钻孔内进行浆液补浆，然后对钻孔进行封堵，待钻孔周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩，分级注浆完成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种活塞式分级注浆锚索，包括锚索索体(1)、锁具(2)、锚索托盘(3)、丝堵(4)、止浆塞(5)、活塞推移装置(8)、阻浆膜(10)、注浆孔(11)、止水条(13)和端头自锚固装置(14)，其特征在于：所述活塞推移装置(8)包括内活塞环(7)、外活塞环(9)和阻浆膜(10)，所述活塞推移装置(8)上安装压力传感器(15)，所述活塞推移装置(8)内设置有环型凹槽，所述外活塞环(9)和内活塞环(7)被装配到相对应的环型凹槽内，所述阻浆膜(10)贴在活塞推移装置(8)后方，所述端头自锚固装置(14)内设置圆柱形腔体(17)，所述圆柱形腔体(17)包括下腔体(18)和上腔体(19)，所述下腔体(18)和上腔体(19)内分别装有聚氨酯封孔药A料和B料，所述下腔体(18)和上腔体(19)之间由环型聚脂薄膜(6)密封分隔，所述圆柱形腔体(17)外壁贴有止水条(13)，所述止水条(13)紧贴锚索索体(1)内壁，所述圆柱形腔体(17)底部设置有阻浆膜(10)。

2.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述锚索索体(1)端头处设有出浆口(12)，所述注浆孔(11)在锚索索体(1)上呈螺旋上升式布置。

3.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述锚索索体(1)由注浆管和多根钢绞线螺旋缠绕而成。

4.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述下腔体(18)底部设置有螺纹卡座(16)，所述螺纹卡座(16)螺接锚索索体(1)。

5.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述圆柱形腔体(17)直径略大于锚索索体(1)直径。

6.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述环型凹槽内添加有润滑油，所述内活塞环(7)和外活塞环(9)厚度大于环型凹槽深度，所述内活塞环(7)与环型凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间，所述外活塞环(9)与环型凹槽槽壁间隙位于0.15-0.25毫米之间。

7.根据权利要求1所述的一种活塞式分级注浆锚索，其特征在于：所述内活塞环(7)和外活塞环(9)断面形状为楔形，侧壁的倾角在30°-45°。

8.根据权利要求1-7任意一个所述的一种活塞式分级注浆锚索进行注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在支护体上用锚索钻机打孔，孔深等于锚索预埋长度，在锚索索体(1)上呈螺旋上升式打注浆孔(11)，同时将所有组件准备齐全；

第二步：将所述止浆塞(5)、活塞推移装置(8)和锚索托盘(3)依次穿入到锚索索体(1)上，再将锁具(2)旋入到锚索索体(1)上，并抵在锚索托盘(3)的外端面上，用加载装置对锁具(2)施加预紧力锁紧锚索托盘(3)，最后安装丝堵(4)进行封孔；

第三步：安装端头自锚固装置(14)，首先将螺纹卡座(16)和锚索索体(1)之间采用螺纹安装旋紧，然后在下腔体(18)和上腔体(19)中分别放置之间聚氨酯封孔药A料和B料，其次在下腔体(18)底部封装阻浆膜(10)，圆柱形腔体(17)外壁布置若干止水条(13)，最后将圆柱形腔体(17)套装在螺纹卡座(16)上；

第四步：注浆设备与锚索索体(1)连接，当钢绞线穿过阻浆膜(10)和环型聚脂薄膜(6)，促使聚氨酯封孔药A料和B料药物充分混合，反应膨胀形成锚固力，配合止水条(13)遇浆液膨胀和钻孔紧密接触，实现锚索端头自锚固作用；

第五步：在端头自锚固装置(14)完成锚索锚固后，注浆泵施加2MPA的稳定注浆压力，当注浆压力达到额定注浆压力时，调整注浆压力稳定在3MPA，活塞推移装置(8)在内活塞环(7)和外活塞环(9)的径向弹力作用下，一级注浆区形成密闭区段，浆液通过注浆孔(11)进入围岩裂隙中；当注浆压力超过4MPA时，在活塞推移装置(8)的轴向压力与内活塞环(7)和外活塞环(9)沿侧壁的摩擦力共同作用下，此时在一级注浆区中浆液产生的轴向压力大于活塞推移装置(8)的最大注浆压力，活塞环受弹力向环形凹槽下沉，轴向压力推动活塞推移装置(8)沿锚索索体(1)轴向运动，从而进入二级注浆区，开启下一级的注浆过程；

第六步：整个注浆过程由围岩裂隙的发育程度控制活塞推移装置(8)，同时通过压力传感器(15)对注浆区段压力进行监测，适时调整注浆压力，若围岩裂隙较发育，需要注浆泵在额定注浆压力内加大注浆压力，若围岩裂隙不发育，需要注浆泵在额定注浆压力内减小注浆压力，保证以平稳速度注浆，缩短整体注浆时间；

第七步：在钻孔内浆液进入初凝状态后，应迅速卸下注浆管，将注浆管底部丝堵(4)拔出，在钻孔内进行浆液补浆，然后对钻孔进行封堵，待钻孔周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结加固破碎围岩，分级注浆完成。

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