CN113153394B - 窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法，适用于深井沿空顺槽窄煤柱使用。包括中空锚杆、金属托盘、螺母、止浆塞、金属多孔胀锁体、碳纤维可膨胀性橡胶囊袋、囊袋被动保护羽翼、注浆管及单向阀体组；使用时通过膨胀端头低压注浆，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋膨胀，使囊袋被动保护羽翼展开，待囊袋内浆液凝固，形成膨胀锚固端头，增加锚杆的锚固强度；通过对中空锚杆进行钻孔高压注浆，以改善窄煤柱破碎煤岩体的力学性能和增加窄煤柱的锚固长度，提高锚杆支护效果，实现深井窄煤柱沿空顺槽围岩的稳定控制，具有经济可靠、结构简单、安装便捷的优点。

Description

窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法

技术领域

本发明涉及一种锚固型锚杆结构及方法，尤其适用于深井沿空顺槽窄煤柱使用的一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法，属于沿空顺槽窄煤柱支护技术领域。

背景技术

近年来，对煤炭等矿产资源回收率提出了更高的要求，窄煤柱沿空顺槽(掘巷)技术在我国煤矿领域得到了广泛推广应用；护巷煤柱宽度不断减小，提高了煤炭资源的回采率，避免了资源浪费，但随着煤炭资源开采深度不断加大，面临的开采环境与地质条件越来越复杂，在一些高地应力区域，沿空顺槽围岩发生大变形破坏，造成深井窄煤柱沿空顺槽支护困难，多次返修后顺槽围岩变形仍然较大，对工作人员及生产设备造成巨大的安全威胁，是我国深井矿产资源安全高效开发亟待解决的重点技术难题。

锚杆作为大变形巷道常用的一种有效的高强度支护形式，在矿山领域得到了广泛应用。一般而言，锚杆分为自由段和锚固段，自由段是锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，锚固段则是锚杆与周边煤岩体粘结区域，为锚杆支护提供支护阻力，而受限于沿空顺槽窄煤柱的宽度5.0～8.0m及煤体破碎的情况，存在锚杆锚固长度不够、支护力不足的问题。为解决在沿空顺槽沿空侧应用普通锚杆支护的不足之处，目前结合沿空顺槽及窄煤柱的特性开发出一些沿空顺槽煤柱锚杆锚固方法，如CN103899342A、CN105626111A在上区段下顺槽安装预埋入锚索，锚固后待下区段上顺槽掘进完成后对预埋锚索加长后再进行锚固，CN108487924B将旋喷桩与锚杆结合提高松散煤柱稳定性，CN206477871U在锚索的尾部加入可注浆的扩张囊袋，并使用注浆管对囊袋进行注浆充填，膨胀后装有浆液的囊袋作为锚索的锚固段，实现锚固住锚索的目的。但是，一方面，上述的窄煤柱锚杆锚固装置及其使用方法存在一些设计缺陷，如对预埋锚索进行再加长存在锚索连接强度问题，在预埋锚索的埋设问题上，埋设位置无法根据下区段顺槽掘进完成后煤柱的变形破坏情况进行再调整，缺乏合理性，造成实窄煤柱加固效果不理想。另一方面，已有的窄煤柱锚杆锚固装置虽采用了扩大的锚固端头，并通过注浆管对扩张囊袋等进行注浆加固达到扩大锚杆端头锚固体积的目的，在一定程度上改善了破碎煤岩体的力学性能，但已有的窄煤柱锚杆锚固装置的端头尺寸过大，需要施工直径大的钻孔，而在破碎煤岩体中施工大钻孔的成功率较低；同时在破碎煤岩体约束下因其自身强度不够和缺乏支撑结构，注浆后增大的端头锚固体积较小，锚固效果不理想，仍存在锚杆因锚固长度不足而无法提供足够的锚固力引起脱锚的情况，造成锚杆对窄煤柱的支护效果不佳或支护失效。因此，已有的窄煤柱锚杆锚固装置存在施工步骤繁琐、难度较大、成本较高、操作复杂、适用性较差的缺陷。因此，亟需研制一种经济可靠、结构简单、安装便捷，且兼有提高锚杆端部的锚固强度和对破碎煤岩体注浆加固功能的窄煤柱端头自膨胀增强锚固型锚杆装置，以满足深井沿空顺槽窄煤柱稳定控制的需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足，提供一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置及其使用方法，以弥补现有的普通锚杆在深井窄煤柱锚杆锚固强度及窄煤柱承载力不足方面的缺陷。

技术方案：本发明的窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，包括固定在煤岩体中锚孔内的中空锚杆，所述的中空锚杆头部设有膨胀增强锚固端头，中空锚杆的后部设有用于封堵的止浆塞，止浆塞上设有排气管，排气管穿过止浆塞；中空锚杆的尾部依次安设塑胶垫板、金属托盘和螺母；所述膨胀增强锚固端头包括设置在中空锚杆头部的金属多孔胀锁体，金属多孔胀锁体侧壁上设有碳纤维可膨胀性橡胶囊袋，金属多孔胀锁体的尾端设有将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋外罩的可折叠的囊袋被动保护羽翼，当碳纤维可膨胀性橡胶囊袋膨胀后将外侧的囊袋被动保护羽翼撑开形成伞状结构；

所述中空锚杆与膨胀增强锚固端头之间设有单向阀体组，金属多孔胀锁体内部设有可滑动的橡胶活塞，单向阀体组包括与金属多孔胀锁体之间连接有注浆单向阀B，注浆单向阀B与金属多孔胀锁体之间设有泄压阀，泄压阀上设有注浆单向阀A，所述的注浆单向阀A与泄压阀均通过螺纹与金属多孔胀锁体连接。

所述中空锚杆平行设有注浆管，注浆管一端通过不锈钢弹簧夹与注浆单向阀A连接，另一端穿过止浆塞与注浆设备连接，所述不锈钢弹簧夹包括不锈钢弹片以及紧固螺栓。

所述的金属多孔胀锁体为非等直径厚壁金属圆筒结构，金属多孔胀锁体位于碳纤维可膨胀性橡胶囊袋内侧的筒壁位置布置有多个溢浆孔，金属多孔胀锁体前端对称布置有分别与注浆单向阀A、泄压阀连接的螺纹孔a、螺纹孔b，尾部扩大端的圆心处设置有排气孔，四周设有多个用于连接囊袋被动保护羽翼的铰接端头，囊袋被动保护羽翼与金铰接端头之间使用铰接螺栓a铰接，

所述的囊袋被动保护羽翼单体由金属杆件组成，金属杆件为4～8个，张开角度为0～35°。

所述碳纤维可膨胀性橡胶囊袋通过囊袋固定环b与囊袋固定环a分别固定在金属多孔胀锁体外部前后凹槽上，所述的囊袋固定环b与囊袋固定环a均是由两个金属半圆环组成，使用螺栓b连接。

所述的注浆单向阀A包括金属阀体，金属阀体a内通过弹簧a顶住金属球体构成的阀瓣a，所述的泄压阀的金属阀体b内含有弹簧b与金属球体构成的阀瓣b，所述的注浆单向阀B的金属阀体c的两端具有外螺纹与内螺纹，分别与金属多孔胀锁体、中空锚杆连接，金属阀体c内含有弹簧c与金属球体构成的阀瓣c，所述的金属阀体c上设置有4～6个出浆孔。

一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置的使用方法，其步骤如下：

在中空锚杆的尾部安装注浆单向阀B与金属多孔胀锁体，并在金属多孔胀锁体内部设置可滑动的橡胶活塞，底部设置排气孔，外部设置由囊袋固定环b与囊袋固定环a前后紧固的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋外侧设置囊袋被动保护羽翼，注浆单向阀A与泄压阀对称安装在金属多孔胀锁体前端的螺纹孔a、螺纹孔b，共同组成自膨胀增强锚固结构；

当贯穿窄煤柱的锚孔钻通并清理碎屑后，将窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置安装在锚孔内，利用注浆管对膨胀增强锚固端头进行低压注浆，浆液通过注浆管进入注浆单向阀A，金属阀体内的弹簧受到挤压，浆液通过注浆单向阀A进入到金属多孔胀锁体内部，随着浆液的持续流入，浆液挤压橡胶活塞在金属多孔胀锁体内部滑动，多余的空气经排气孔排出，同时浆液通过溢浆孔流入碳纤维可膨胀性橡胶囊袋，随着浆液的进一步注入金属多孔胀锁体，橡胶活塞滑动至金属多孔胀锁体的底部封闭排气孔构成密闭环境，同时碳纤维可膨胀性橡胶囊袋受到浆液挤压持续膨胀，囊袋被动保护羽翼亦伴随着展开，当注浆压力达到泄压阀泄压标准，注入的多余浆液通过泄压阀排出，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋达到膨胀变形最大值，囊袋被动保护羽翼的展开角度亦达到最大，此时注浆压力不再变化后停止注浆，注浆单向阀A内的弹簧挤压阀瓣阻止浆液回流，待浆液凝固后，膨胀的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋、囊袋被动保护羽翼及凝固的浆液共同组成自膨胀增强锚固端头，增加了锚杆端头锚固的体积，提高了锚杆端头锚固性能，达到扩大锚固端头的效果，为锚固装置提供锚固阻力；

当膨胀增强锚固端头低压注浆结束浆液凝固后，排气管从止浆塞一端插入，止浆塞穿过中空锚杆推入锚孔孔口内，在煤岩体外侧中空锚杆的尾部上安装塑胶垫板和金属托盘；在张拉中空锚杆施加预应力时，使浆液凝固后的自膨胀增强锚固端头挤压采空区一侧的煤岩体，将锚孔采空区侧封闭，安装螺母，使用中空锚杆向钻孔进行钻孔高压注浆，浆液通过注浆单向阀B的出浆孔流入锚孔内，浆液自锚孔底部向孔口处蔓延，直至浆液自排气管排出，经塑胶垫板、金属托盘中空锚杆的缝隙流出，即可停止注浆，在钻孔高压注浆期间窄煤柱煤岩体内部的煤岩体裂隙被浆液填充，将窄煤柱内破碎的煤岩胶结成整体，提高了煤岩体的内聚力和内摩擦角，从而改善了深井窄煤柱的整体强度和自承能力。

安装止浆塞时确保排气管位于水平高处，从而防止钻孔高压注浆浆液未能填满浆液自锚孔。

有益效果：本装置具有提高锚杆端部的锚固强度和对破碎煤岩体注浆加固的双重功能，弥补了现有的普通锚杆在深井窄煤柱锚杆锚固强度及窄煤柱承载力不足方面的缺陷；本发明锚固装置的所有安装操作均在沿空顺槽内进行，避开了在采空区作业的危险性，同时操作时间跨度小，不需要在上区段作业时提前预埋设锚杆，可以根据沿空顺槽掘进完成后的变形情况，在部分变形严重区域对窄煤柱进行锚固加强，更加合理；将锚孔贯穿窄煤柱，向金属多孔胀锁体和碳纤维可膨胀性橡胶囊袋为主体的膨胀体内注浆，增加了锚杆端头锚固的体积，提高了锚杆端头锚固性能，达到扩大锚固端头的效果；同时金属多孔胀锁体尾部上的囊袋被动保护羽翼可有效保护囊袋免受采空区掉落大块岩石的损伤，在张拉中空锚杆施加预应力时，囊袋被动保护羽翼可挤压煤壁提供一定的锚固阻力；金属多孔胀锁体上安装的注浆单向阀A与泄压阀可有效控制浆液进出，保护囊袋过度膨胀，在停止注浆后又可阻止浆液回流，并且该锚固装置的零部件连接均采用螺纹连接，安装简单，可提前组装，节省现场作业时间；通过中空锚杆与注浆单向阀B可向锚孔内进行高压注浆，无需再独立设置高压注浆管及配套的排气管，即可实现锚杆的全长注浆，增加现锚杆的端头锚固长度，以弥补窄煤柱普通锚杆锚固强度不足的缺陷；并且在全长注浆的同时，浆液得以进入到煤柱中的裂隙，使破碎的煤岩体胶结成为整体，改善了破碎煤岩体的力学性能，提高了窄煤柱承载能力，可有效地控制深井窄煤柱沿空顺槽围岩变形与破坏。其结构简单、易安装、锚固性能强及可改善破碎煤岩体力学性能的特点，适用于围岩破碎的深井窄煤柱沿空顺槽支护技术。

附图说明

图1为本发明的锚孔示意图；

图2为在锚孔中装入窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置的示意图；

图3(a)为本发明进行膨胀端头低压注浆前的结构示意图；

图3(b)为本发明膨胀端头开始低压注浆膨胀后的结构示意图；

图3(c)为本发明膨胀端头完成低压注浆膨胀后的示意图；

图4为本发明窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置安装完成后的示意图；

图5(a)为窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置开始钻孔高压注浆示意图；

图5(b)为窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置完成钻孔高压注浆示意图

图6(a)为本发明囊袋固定环a的结构示意图；

图6(b)为本发明不锈钢弹簧夹的结构示意图；

图7(a)为本发明注浆单向阀A的结构示意图；

图7(b)为本发明注浆单向阀B的结构示意图；

图7(c)为本发明泄压阀的的结构示意图；

图8为本发明金属多孔胀锁体剖面及锁体尾部结构示意图。

图中：1-中空锚杆，2-煤岩体，3-锚孔，4-囊袋被动保护羽翼，5-金属多孔胀锁体，51-溢浆孔，52-凹槽，53-排气孔，54-螺纹孔a，55-螺纹孔b，56-铰接端，57-螺栓a，6-囊袋固定环b，7-碳纤维可膨胀性橡胶囊袋，8-囊袋固定环a，81-金属半圆环，82-螺栓b，9-橡胶活塞，10-注浆单向阀A，101-金属阀体a，102-弹簧a，103-挤压阀瓣a，11-泄压阀，111-金属阀体b，112-弹簧b，113-挤压阀瓣b，12-注浆管，13-不锈钢弹簧夹，131-不锈钢弹片，132-紧固螺栓，14-注浆单向阀B，141-金属阀体c，142-弹簧c，143-挤压阀瓣c，15-排气管，16-止浆塞，17-塑胶垫板，18-金属托盘，19-螺母，20-煤岩体裂隙。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1、图2和图4所示，本发明窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，包括固定在煤岩体2中锚孔3内的中空锚杆1，所述的中空锚杆1头部设有膨胀增强锚固端头，中空锚杆1与膨胀增强锚固端头之间设有单向阀体组，膨胀增强锚固端头包括金属多孔胀锁体5，金属多孔胀锁体5通过单向阀体组设置在中空锚杆1前端，金属多孔胀锁体5侧壁上套有碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7通过碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7通过囊袋固定环b6与囊袋固定环a8分别固定在金属多孔胀锁体5外部前后的凹槽52上，固定，金属多孔胀锁体5的尾端设有将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7外罩的可折叠的囊袋被动保护羽翼4，当碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7膨胀后将外侧的囊袋被动保护羽翼4撑开形成伞状结构；中空锚杆1的后部设有用于封堵的止浆塞16，止浆塞16上设有排气管15，排气管15穿过止浆塞16；中空锚杆1的尾部依次安设塑胶垫板17、金属托盘18和螺母19。

碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7内部设置的金属多孔胀锁体5，金属多孔胀锁体5内部设有可滑动的橡胶活塞9，单向阀体组包括设置在中空锚杆1于金属多孔胀锁体5之间的注浆单向阀B14，注浆单向阀B14与金属多孔胀锁体5之间设有泄压阀11，泄压阀11上设有注浆单向阀A10，所述的注浆单向阀A10与泄压阀11均通过螺纹与金属多孔胀锁体5连接。

金属多孔胀锁体5为非等直径厚壁金属圆筒结构，金属多孔胀锁体5位于碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7内侧的筒壁位置布置有多个溢浆孔51，金属多孔胀锁体5前端对称布置有分别与注浆单向阀A10、泄压阀11连接的螺纹孔a54、螺纹孔b55，尾部扩大端的圆心处设置有排气孔53，四周设有多个用于连接囊袋被动保护羽翼4的铰接端头56，囊袋被动保护羽翼4与金铰接端头56之间使用铰接螺栓a57铰接，

如图6(a)和图6(b)所示，所述的囊袋固定环a8是由两金属半圆环81组成，金属半圆环81之间使用螺栓b82连接，其金属半圆环81的内径与金属多孔胀锁体5上凹槽a51的外径大小相等，囊袋固定环b 6与其结构相同；所述的不锈钢弹簧夹13是由不锈钢弹片131与紧固螺栓132组成，所述的不锈钢弹片131为不闭合的不锈钢金属片，其上下两弹片开有孔洞，孔洞直径为3.0～5.0mm，所述的紧固螺栓132直径为3.0～4.5mm，在注浆管12套入注浆单向阀A10的接口后，使用弹性金属片131夹住注浆管12，将紧固螺栓132穿过弹性金属片131上的孔洞拧紧，完成注浆管12与注浆单向阀A10的连接，所述的注浆管12内径约为6.0～8.0mm，外径为10～12mm。

如图7(a)、图7(b)和图7(c)所示，所述的注浆单向阀A10是由金属阀体a101，弹簧a102及阀瓣a103组成，所述的阀瓣a103为金属圆球，直径约为4.0～6.0mm，阀体直径为8.0～10.0mm，阀体表面有螺纹以连接金属多孔胀锁体5，开启压力为0.2～0.5MPa，阀瓣a103位于浆液入口端，弹簧a102位于浆液出口端，浆液挤压阀瓣a103将压力传递至弹簧a102上，使其压缩，阀瓣a103上移，浆液通过阀瓣a103与金属阀体a101的缝隙流入，经阀体出口流出；所述的注浆单向阀B14亦是由金属阀体c141，弹簧c142，阀体c143组成，工作原理与注浆单向阀A10相同，阀瓣c142直径约为10～12mm，阀体开启压力为3.0～4.5MPa，所述的金属阀体c141上开有4～6个浆液出口，提高第二次注浆时的进浆速率；所述的泄压阀11的阀瓣b113与注浆单向阀A10的阀瓣a103大小相同，弹簧b112的挤压强度比弹簧a102高，因此，泄压阀11开启压力较高，为0.6～1.0MPa。

如图8所示，所述的金属多孔胀锁体5的金属筒身外径为30～40mm，内径20～28mm，金属筒身溢浆区的溢浆孔51直径约为4.0～6.0mm，溢浆孔数量为16～24个，对称均匀分布，在溢浆区的两端各设置凹槽52，凹槽的内径约为36～38mm；所述的金属多孔胀锁体5的尾部为扩大段，其直径约为50～52mm，开有排气孔53，直径约为3.0～5.0mm，设有4～6个铰接端56，使用螺栓57连接囊袋被动保护羽翼4；所述的金属多孔胀锁体5的距端部20mm处预留对称的螺纹孔a 54、螺纹孔b 55，其螺纹孔径大小与注浆单向阀A10、泄压阀11的外径相匹配。

一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置的使用方法，其步骤如下：

在中空锚杆1的尾部安装注浆单向阀B14与金属多孔胀锁体5，并在金属多孔胀锁体5内部设置可滑动的橡胶活塞9，底部设置排气孔53，外部设置由囊袋固定环b6与囊袋固定环a8前后紧固的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7外侧设置囊袋被动保护羽翼4，注浆单向阀A10与泄压阀11对称安装在金属多孔胀锁体5前端的螺纹孔a54、螺纹孔b55，共同组成自膨胀增强锚固结构；

如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示，当贯穿窄煤柱的锚孔3钻通并清理碎屑后，将窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置安装在锚孔3内，利用注浆管12对膨胀增强锚固端头进行低压注浆，浆液通过注浆管12进入注浆单向阀A10，金属阀体101内的弹簧102受到挤压，浆液通过注浆单向阀A10进入到金属多孔胀锁体5内部，随着浆液的持续流入，浆液挤压橡胶活塞9在金属多孔胀锁体5内部滑动，多余的空气经排气孔53排出，同时浆液通过溢浆孔51流入碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7，随着浆液的进一步注入金属多孔胀锁体5，橡胶活塞9滑动至金属多孔胀锁体5的底部封闭排气孔53构成密闭环境，同时碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7受到浆液挤压持续膨胀，囊袋被动保护羽翼4亦伴随着展开，当注浆压力达到泄压阀11泄压标准，注入的多余浆液通过泄压阀11排出，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7达到膨胀变形最大值，囊袋被动保护羽翼4的展开角度亦达到最大，此时注浆压力不再变化后停止注浆，注浆单向阀A10内的弹簧102挤压阀瓣103阻止浆液回流，待浆液凝固后，膨胀的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7、囊袋被动保护羽翼4及凝固的浆液共同组成自膨胀增强锚固端头，增加了锚杆1端头锚固的体积，提高了锚杆端头锚固性能，达到扩大锚固端头的效果，为锚固装置提供锚固阻力；

如图5(a)和图5(b)所示，当膨胀增强锚固端头低压注浆结束浆液凝固后，排气管15从止浆塞16一端插入，止浆塞16穿过中空锚杆1推入锚孔3孔口内，在煤岩体2外侧中空锚杆1的尾部上安装塑胶垫板17和金属托盘18；在张拉中空锚杆1施加预应力时，使浆液凝固后的自膨胀增强锚固端头挤压采空区一侧的煤岩体2，将锚孔3采空区侧封闭，安装螺母19，使用中空锚杆1向钻孔进行钻孔高压注浆，浆液通过注浆单向阀B14的出浆孔流入锚孔3内，浆液自锚孔3底部向孔口处蔓延，直至浆液自排气管15排出，经塑胶垫板17、金属托盘18中空锚杆1的缝隙流出，即可停止注浆，在钻孔高压注浆期间窄煤柱煤岩体2内部的煤岩体裂隙20被浆液填充，将窄煤柱内破碎的煤岩胶结成整体，提高了煤岩体2的内聚力和内摩擦角，从而改善了深井窄煤柱的整体强度和自承能力。

实施例一：

在窄煤柱中施工与金属多孔胀锁体5直径相适应的锚孔3，并清理孔内的残余碎屑。

注浆单向阀A10、泄压阀11对称安装在金属多孔胀锁体5上，将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7穿过金属多孔胀锁体5至溢浆区，囊袋的两端确保将凹槽52覆盖，囊袋固定环a8与囊袋固定环b 6将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋7压入金属多孔胀锁体5上预留的凹槽52，使用螺栓b82、螺栓a62紧固，将橡胶活塞9推入金属多孔胀锁体5内距离金属筒体端部35～40mm；将注浆单向阀B14与金属多孔胀锁体5连接，再与中空锚杆1连接，将注浆管12与注浆单向阀A10连接，使用不锈钢弹簧夹13紧固。

将上一步骤中完成组装的构件整体插入到锚孔3内，确保金属多孔胀锁体完全露出锚孔外，需进入采空区，通过注浆管12向金属多孔胀锁体5内进行低压注浆，直至观察到注浆压力不变后，停止注浆。

待膨胀端头低压注浆的浆液凝固后，将注浆管12留置在锚孔3内，将排气管15插入止浆塞16上，使排气管15朝上将止浆塞16穿过中空锚杆1，使用推杆将止浆塞16推入锚孔3内，推入长度为10～15cm，塑胶垫板17、金属托盘18依次穿过中空锚杆1，张拉中空锚杆1，使用螺母19固定中空锚杆1。

通过中空锚杆1进行钻孔高压注浆，浆液通过注浆单向阀B14由锚孔3底部涌出，空气经排气管15排出，直至浆液到达止浆塞16处，浆液通过排气管15流出，并由塑胶垫板17、金属托盘18与中空锚杆1的缝隙流出，继续注浆3.0～5.0min，即可停止注浆。

Claims (8)

1.一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：它包括固定在煤岩体（2）中锚孔（3）内的中空锚杆（1），所述的中空锚杆（1）头部设有膨胀增强锚固端头，中空锚杆（1）的后部设有用于封堵的止浆塞（16），止浆塞（16）上设有排气管（15），排气管（15）穿过止浆塞（16）；中空锚杆（1）的尾部依次安设塑胶垫板（17）、金属托盘（18）和螺母（19）；所述膨胀增强锚固端头包括设置在中空锚杆（1）头部的金属多孔胀锁体（5），金属多孔胀锁体（5）侧壁上设有碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7），金属多孔胀锁体（5）的尾端设有将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）外罩的可折叠的囊袋被动保护羽翼（4），当碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）膨胀后将外侧的囊袋被动保护羽翼（4）撑开形成伞状结构；

所述中空锚杆（1）与膨胀增强锚固端头之间设有单向阀体组，金属多孔胀锁体（5）内部设有可滑动的橡胶活塞（9），单向阀体组包括与金属多孔胀锁体（5）之间连接的注浆单向阀B（14），注浆单向阀B（14）与金属多孔胀锁体（5）之间设有泄压阀（11），泄压阀（11）上设有注浆单向阀A（10），所述的注浆单向阀A（10）与泄压阀（11）均通过螺纹与金属多孔胀锁体（5）连接。

2.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：所述中空锚杆（1）平行设有注浆管（12），注浆管（12）一端通过不锈钢弹簧夹（13）与注浆单向阀A（10）连接，另一端穿过止浆塞（16）与注浆设备连接，所述不锈钢弹簧夹（13）包括不锈钢弹片（131）以及紧固螺栓（132）。

3.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：所述金属多孔胀锁体（5）为非等直径的厚壁金属圆筒，金属多孔胀锁体（5）位于碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）内侧的筒壁位置布置有多个溢浆孔（51），金属多孔胀锁体（5）前端对称布置有分别与注浆单向阀A（10）、泄压阀（11）连接的螺纹孔a（54）、螺纹孔b（55），尾部扩大端的圆心处设置有排气孔（53），四周设有多个用于连接囊袋被动保护羽翼（4）的铰接端头（56），囊袋被动保护羽翼（4）与金铰接端头（56）之间使用铰接螺栓a（57）铰接。

4.根据权利要求3所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：所述的囊袋被动保护羽翼（4）单体由金属杆件组成，金属杆件为4~8个，张开角度为0~35°。

5.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：所述碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）通过囊袋固定环b（6）与囊袋固定环a（8）分别固定在金属多孔胀锁体（5）外部前后凹槽（52）上，所述的囊袋固定环b（6）与囊袋固定环a（8）均是由两个金属半圆环（81）组成，使用螺栓b（82）连接。

6.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构，其特征在于：所述的注浆单向阀A（10）包括金属阀体a（101），金属阀体a（101）内通过弹簧a（102）顶住金属球体构成的阀瓣a（103），所述的泄压阀（11）的金属阀体b（111）内含有弹簧b（112）与金属球体构成的阀瓣b（113），所述的注浆单向阀B（14）的金属阀体c（141）的两端具有外螺纹与内螺纹，分别与金属多孔胀锁体（5）、中空锚杆（1）连接，金属阀体c（141）内含有弹簧c（142）与金属球体构成的阀瓣c（143），所述的金属阀体c（141）上设置有4~6个出浆孔。

7.一种使用上述权利要求1-6中任一条权利要求所述的窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构的使用方法，其特征在于步骤如下：

在中空锚杆（1）的尾部安装注浆单向阀B（14）与金属多孔胀锁体（5），并在金属多孔胀锁体（5）内部设置可滑动的橡胶活塞（9），底部设置排气孔（53），外部设置由囊袋固定环b（6）与囊袋固定环a（8）前后紧固的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7），碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）外侧设置囊袋被动保护羽翼（4），注浆单向阀A（10）与泄压阀（11）对称安装在金属多孔胀锁体（5）前端的螺纹孔a（54）、螺纹孔b（55），共同组成自膨胀增强锚固结构；

当贯穿窄煤柱的锚孔（3）钻通并清理碎屑后，将窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构安装在锚孔（3）内，利用注浆管（12）对膨胀增强锚固端头进行低压注浆，浆液通过注浆管（12）进入注浆单向阀A（10），金属阀体a（101）内的弹簧a（102）受到挤压，浆液通过注浆单向阀A（10）进入到金属多孔胀锁体（5）内部，随着浆液的持续流入，浆液挤压橡胶活塞（9）在金属多孔胀锁体（5）内部滑动，多余的空气经排气孔（53）排出，同时浆液通过溢浆孔（51）流入碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7），随着浆液的进一步注入金属多孔胀锁体（5），橡胶活塞（9）滑动至金属多孔胀锁体（5）的底部封闭排气孔（53）构成密闭环境，同时碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）受到浆液挤压持续膨胀，囊袋被动保护羽翼（4）亦伴随着展开，当注浆压力达到泄压阀（11）泄压标准，注入的多余浆液通过泄压阀（11）排出，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）达到膨胀变形最大值，囊袋被动保护羽翼（4）的展开角度亦达到最大，此时注浆压力不再变化后停止注浆，注浆单向阀A（10）内的弹簧a（102）挤压阀瓣a（103）阻止浆液回流，待浆液凝固后，膨胀的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋（7）、囊袋被动保护羽翼（4）及凝固的浆液共同组成自膨胀增强锚固端头，增加了中空锚杆（1）端头锚固的体积，提高了锚杆端头锚固性能，达到扩大锚固端头的效果，为锚固装置提供锚固阻力；

当膨胀增强锚固端头低压注浆结束浆液凝固后，排气管（15）从止浆塞（16）一端插入，止浆塞（16）穿过中空锚杆（1）推入锚孔（3）孔口内，在煤岩体（2）外侧中空锚杆（1）的尾部上安装塑胶垫板（17）和金属托盘（18）；在张拉中空锚杆（1）施加预应力时，使浆液凝固后的自膨胀增强锚固端头挤压采空区一侧的煤岩体（2），将锚孔（3）采空区侧封闭，安装螺母（19），使用中空锚杆（1）向钻孔进行钻孔高压注浆，浆液通过注浆单向阀B（14）的出浆孔流入锚孔（3）内，浆液自锚孔（3）底部向孔口处蔓延，直至浆液自排气管（15）排出，经塑胶垫板（17）、金属托盘（18）中空锚杆（1）的缝隙流出，即可停止注浆，在钻孔高压注浆期间窄煤柱煤岩体（2）内部的煤岩体裂隙（20）被浆液填充，将窄煤柱内破碎的煤岩胶结成整体，提高了煤岩体（2）的内聚力和内摩擦角，从而改善了深井窄煤柱的整体强度和自承能力。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：安装止浆塞（16）时确保排气管（15）位于水平高处，从而防止钻孔高压注浆浆液未能填满浆液自锚孔（3）。