CN113202531B - 多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置及锚固方法，尤其适用于发生整体下沉、两帮移近及底鼓严重的多次采掘扰动巷道围岩控制领域。利用顶板视频探测装备实现对多次扰动后顶板浅部到深部的裂隙离层破碎带探测，以一种可实现分次定长注浆的锚环套、猫爪套与分区域进浆管装置为基础，与钢绞线相结合，实现对多次扰动巷道多层位分次分区域注浆加固。使得锚索具有一定初锚力的同时，又能对顶板多层位离层裂隙区域进行分次注浆加固，最终实现多次扰动大变形煤巷的围岩稳定性控制。该锚固装置及其锚固方法具有结构简单、操作方便成本低廉及应用效果显著的特点。

Description

多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置及锚固方法

技术领域

本发明涉及一种定长注浆装置及锚固方法，尤其适用于三次及以上采掘扰动及单次扰动强度较大的煤矿巷道围岩控制领域使用的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置及锚固方法。

技术背景

在井工煤矿中，采掘工程引起的采动应力是导致围岩变形破坏、支护承载结构失稳及矿井动力现象发生的根本动力源，也是影响煤矿巷道工程稳定性的根本因素之一。近年来，随着煤矿开采条件趋于大埋深、高地应力态势，回采巷道逐渐趋向全煤化、大断面化的背景下，多次扰动带来的高采动应力将导致裂隙扩展贯通及围岩变形破坏，时刻威胁着我国井工煤矿安全高效生产。锚杆（索）网支护、注浆加固、开槽卸压、二次刷巷及其复合手段是当前解决该问题的主流手段，但该手段长期存在工序复杂、成本高昂、影响生产、加固效果差及工人劳动强度大等一系列问题。

卸压加固和锚注支护是现阶段防治多次扰动煤巷围岩变形破坏的主流手段，针对卸压加固问题，专利CN110685689B提出一种针对采动应力影响下的大变形巷道卸压方法，该方法在爆破卸压的基础上确定优选位置，切断主控制层，达到阻断应力传递路径的目的，以此减弱采动应力影响；专利CN102220866B发明了一种防治深部煤巷冲击地压的卸压加固方法，其本质是利用锚固层与爆破层的交替结构实现卸压与加固的协同作用，进而达到防治目的。针对锚注支护方面，专利CN110566155B发明了一种针对采动区大变形的瓦斯抽采钻孔循环注浆封孔方法，该方法以大小直径钻孔结合，以“钢质套管+浆液封堵与加固“实现多次采动区域钻孔的三重防护与密封。以上装置及方法的提出对多次扰动煤巷围岩控制有着良好的改进效果，对采动巷道围岩控制的变革有着重要参考意义。

另一方面，锚注支护实现的全长锚固其锚注段长、浆液接触面广导致注入端压力均匀分布在单位浆液-岩体接触面的压力大大减少，很大程度上降低了裂隙带注浆效果。同时因为钻孔内部的全长锚固，导致钻孔内部空间完全充实，极大程度降低了支护体让压性能，间接增加了多次采动下巷道围岩的整体破坏，有可能形成冲击性垮冒失稳。

针对上述问题，目前还没有一套科学便捷的适用于多次扰动煤巷维控的注浆装置及滞后锚固方法。当前采用的全长锚注支护及切槽爆破卸压，在浪费支护材料的同时，降低了支护体让压性能，没能达到理想的加固效果，影响了煤巷材物运输，制约了矿井高产高效。

发明内容

技术问题：针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单、成本低廉、操作便捷的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置及锚固方法。。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，它包括注浆锚索杆体，注浆锚索杆体尾部设有注浆锚索托盘和锁具，注浆锚索杆体上设有多个位置可调的精准注浆装置，最接近注浆锚索杆体端部的精准注浆装置前端即为端部树脂锚固段，所述精准注浆装置包括设置在注浆锚索杆体上的锚爪套和锚环套，其中锚环套设置在锚爪套前端，锚爪套和锚环套之间的注浆锚索杆体上设有正对裂隙带的注浆锚索出浆口，注浆锚索杆体内设有与注浆锚索出浆口位置连接的分次分区域中空进浆管，分次分区域中空进浆管与设置在注浆锚索杆体尾端的封口螺母连接。

所述精准注浆装置在注浆锚索杆体上设有三组或者三组以上，其中三组精准注浆装置与顶板中掘进扰动裂隙带、一次回采扰动离层发育带及二次回采扰动裂隙带位置相匹配；三组以上精准注浆装置适用于近距离煤层群上下开采中，后置位开采煤层巷道所受三次以上扰动时，顶板产生的较多层位裂隙扩展发育情况。

所述锚爪套包括四根弧形钢丝、喇叭状橡胶套和环形钢套，其中四根弧形钢丝分别固定在环形钢套上，喇叭状橡胶套覆盖在四根弧形钢丝和环形钢套上形成一个喇叭状结构，从而实现封堵浆液，防止流失，其中环形钢套包括胶粘在钢圆环内部的橡胶圆环，所述的弧形钢丝和喇叭状橡胶套共同固定于钢圆环和橡胶圆环之间；所述的弧形钢丝强度为1500~1860MPa，所述的喇叭状橡胶套最大直径为38-40mm，长度为30~40mm，锚爪套和锚环套之间距离为注浆长度，注浆长度视离层破碎带区域厚度而定，为400~800mm。

所述的锚环套包括分体锥形锚环、内锥形环套及缠绕钢丝，分体锥形锚环大环侧朝向托盘安装在注浆锚索杆体上，分体锥形锚环小环侧朝向注浆锚索杆体前端；所述的分体锥形锚环外圆锥面与内锥形环套内圆锥面相贴合；分体锥形锚环为对称设置的两个构件，通过设置在分体锥形锚环前端的内凹槽，内凹槽内设有缠绕钢丝固定。

所述的锚环套的分体锥形锚环大环外径为38-40mm，分体锥形锚环小环外径为30~32mm，分体锥形锚环长度为18~22mm。

所述的锚环套的内凹槽槽深2~3mm，内凹槽截面为圆弧形，分体锥形锚环内环设置锯齿状螺纹，锯齿状螺纹外径为19~21mm，锯齿状螺纹内径为18~20mm，所述的锯齿状螺纹内径与外径之间的孔隙填充环氧树脂软胶，所述的内锥形环套直径为28~38mm，内锥形环套的橡胶套截面为椭圆形，橡胶套与锥形环胶粘结。

所述的注浆锚索直径为22~30mm，所述的分次定长注锚固装置根据精准注浆装置的数量设置出浆口，出浆口设置在精准注浆装置之间，注浆锚索杆体尾端设有与出浆口数量相等的进浆口，注浆锚索杆体内设有用与出浆口相等数量的分次分区域中空进浆管。

中空进浆管包括设置在注浆锚索杆体内的中空注浆管、进浆管封孔螺母、多个止浆圆盘、分区段进浆管，中空注浆管内部有6个以上圆盘放置槽，槽深1-3mm，厚度2-4mm，用于安装6个以上止浆圆盘，根据止浆圆盘区域位置功能不同，布置有分区段进浆管，其与止浆圆盘连接采用焊接方式，分区段进浆管尾部进浆口处安设封孔螺母，其中所有的止浆圆盘与精准注浆装置的位置匹配。

一种多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆锚固方法，包括：对多次扰动煤巷进行顶板窥视测试，测定顶板岩层物理力学性质，划定巷道不同时期不同扰动下不同层位围岩裂隙离层带范围、确定离层破碎区与完整区范围分界线；确定分次注浆锚索长度与支护密度；设定注浆锚索出浆口位置与注浆长度；既分别在掘进期间、一次回采期间、二次回采期间进行分次分区域精准定长注浆加固，实现多层位分区段锚固，对多次采掘扰动后的煤巷顶板中掘进扰动裂隙带、一次回采扰动离层发育带及二次回采扰动裂隙带的窥视与探测。待明确离层裂隙发育带位置后再确定定长注浆装置的相对位置，在巷道掘进期间对顶板施工多层位分次定长注浆装置在锚固完成后，分别对掘进扰动、一次回采扰动及二次回采扰动期间煤巷顶板不同区域裂隙带与离层发育带进行分次精准注浆工作，从而对多次扰动煤巷围岩起到稳定控制作用，达到良好的控制效果。

具体步骤如下：

a 利用钻孔窥视仪探测不同时期巷道顶板围岩裂隙发育位置、范围及裂隙扩展深度，划定巷道掘进扰动裂隙带一次回采扰动裂隙带及二次回采扰动裂隙带；若存在三层裂隙带以上情况：在近距离多煤层后置位煤层开采时，巷道掘进初期对顶板进行窥视探测，勘察其受附近煤层开采扰动的裂隙发育状况，之后分别在本煤层开采一次、二次回采扰动时进行裂隙发育带窥视，最终得出三次以上扰动下，顶板的多层裂隙发育带信息；

b 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道围岩浅部离层破碎带裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙破碎带裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带裂隙扩展长度L3，测定深部裂隙带深度L4，确定注浆锚索长度L=L4+2m；若存在三层裂隙带以上情况：则近距离煤层群后置位煤层开采时，受附近煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L1、L2、L3，将本煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L4、L5、L6，测定最深部扰动裂隙带深度L7，确定注浆锚索长度L=L7+2m.

c 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道围岩浅部离层破碎带裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙破碎带裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带裂隙扩展长度L3，将注浆锚索出浆口置于裂隙扩展的居中位置，依据裂隙带发育不同位置，加工中空注浆管的圆盘放置槽并依次安装止浆圆盘分区段进浆管进浆管封孔螺母及注浆管封孔螺母。通过调节锚爪套（5-6）和锚环套的位置，确定掘进期间浅部离层破碎带注浆区域长度L5=L1+0.3m，一次回采扰动裂隙破碎带注浆区域长度L6=L2+0.3m，二次回采扰动裂隙带注浆区域长度L7=L3+0.3m。

d 施工注浆锚索钻孔，因注浆材料与现场工程地质条件不同，分次多层位锚注装置直径大小也不同，定义为多层位分次注浆锚索直径范围22~32mm，在掘进期间向顶板施工钻孔直径为26~38mm，并依次放入锚固剂、分次多层位注浆锚索，利用锚杆钻机安装分次多层位注浆锚索，采用张拉机具对多层位注浆锚索张拉预拉力200kN。

e 煤巷掘进期间，在滞后迎头20~50m待掘进扰动稳定后，对分次注浆锚索的浅部区域实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母与注浆管封孔螺母。在巷道经受临近工作面回采时，滞后回采工作面50~100m，对顶板中深部区域实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母与注浆管封孔螺母。在巷道经受二次回采扰动时，滞后回采工作面50~100m，对顶板深部区域实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母与注浆管封孔螺母。以此完成对多次扰动煤巷围岩多层位离层破碎带实现定长注浆加固。

有益效果：基于本发明相关技术要求实施后，与现有技术相比具有如下优势：

1）首次实现不同扰动时期单根锚索多次分区域注浆加固。利用本发明中分次分区域进浆管可实现在掘进期间施工定长注浆锚索，用树脂锚固剂实现端头锚固，在掘进期间采用注浆料实现一次扰动下浅部裂隙注浆封堵，在一次回采期间实现二次扰动下中深部裂隙的注浆封堵，在二次回采期间，采用相关注浆材料实现三次扰动下深部裂隙带的注浆封堵。通过该方法实现不同扰动时期的精准分次滞后注浆加固。极大缩短滞后加固时间，降低工人劳动强度，提高围岩控制效果。

2）实现多次扰动巷道多层裂隙带精准加固控制。在对煤矿巷道顶板岩层物理力学性质及裂隙发育带进行精准视频探测后，利用本发明中锚环套与锚爪套对围岩裂隙区域形成封闭的有限长度空间，并通过不同时期的分次注浆可以对围岩多层位裂隙离层带实现精准封闭加固；能够有效改善多次扰动后顶板控制不好导致巷道两帮和底板变形鼓起的

3）大幅降低支护材料成本，提高控制效果。与传统多次扰动巷道的多次锚杆索梁补强支护相比，该控制方法，减少支护材料用量，降低了工人劳动强度，短时间内形成对顶板裂隙离层带的加固。与传统单一化全长注浆加固相比，本发明的定长注浆装置可实现多层位多区域的定位注浆加固，减少浆液使用量，避免加固材料浪费，降低支护成本。与传统的多次扰动完毕后滞后注浆加固相比，本发明的分次多层位定长注浆装置可实现不同工程时期的分次注浆，极大缩短滞后时间，降低巷道因多次累计扰动造成的维护成本，提高作业安全环境。

附图说明

图1 是本发明多次扰动下煤巷多层位定长锚注控制方法示意图；

图2 是本发明中空定长注浆锚索示意图；

图3 是本发明中猫爪套示意图；

图4 是本发明锚爪套剖视图；

图5是本发明锚环套的内锥形环套侧视图；

图6是本发明中锚环套示意图；

图7是锚环套的分体锥形锚环剖视图；

图8是锚环套的分体锥形锚环侧视图；

图9是锚环套的内锥形环套主视图；

图10是本发明中分次分区域中空进浆管示意图；

图11是本发明中空定长注浆锚索尾部示意图。

图中：1-多次扰动煤巷；2-顶板中掘进扰动裂隙带；3-一次回采扰动离层发育带；4-二次回采扰动离层发育带；5-多层位分次定长注浆装置；5-1-注浆锚索托盘；5-2-锁具；5-3-出浆口；5-4-精准注浆装置；5-5-初次端部锚固段；5-6-猫爪套；5-6-1-弧形钢丝；5-6-2-喇叭状橡胶套；5-6-3-环形钢套；5-7-锚环套；5-7-1-分体锥形锚环；5-7-2-内锥形环套；5-7-3-缠绕钢丝；5-7-4-内凹槽；5-7-5-锯齿状螺纹；5-7-6-环氧树脂软胶；5-8-注浆锚索杆体；5-9-进浆管；5-9-1-中空注浆管；5-9-2-尾部进浆口；5-9-3-进浆管封孔螺母；5-9-4-上圆盘放置槽；5-9-5-止浆圆盘；5-9-6-分区段进浆管；5-9-7-掘进扰动注浆区域；5-9-8-一次回采扰动注浆区域；5-9-9-二次回采扰动注浆区域。5-10-注浆管封孔螺母；6-底板鼓起；7-采空区侧煤柱在多次扰动下产生的变形鼓出；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的一种多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，安装后能够有效防止顶板控制不好多次扰动导致的巷道底板鼓起6以及采空区侧煤柱在多次扰动下产生的变形鼓出7；它包括注浆锚索杆体5-8，注浆锚索杆体5-8尾部设有注浆锚索托盘5-1和锁具5-2，注浆锚索杆体5-8上设有多个位置可调的精准注浆装置5-4，最接近注浆锚索杆体5-8端部的精准注浆装置5-4前端即为端部树脂锚固段5-5，所述精准注浆装置5-4包括设置在注浆锚索杆体5-8上的锚爪套5-6和锚环套5-7，其中锚环套5-7设置在锚爪套5-6前端，锚爪套5-6和锚环套5-7之间的注浆锚索杆体5-8上设有正对裂隙带的注浆锚索出浆口5-3，注浆锚索杆体5-8内设有与注浆锚索出浆口5-3位置连接的分次分区域中空进浆管5-9，分次分区域中空进浆管5-9与设置在注浆锚索杆体5-8尾端的封口螺母5-10连接。所述精准注浆装置5-4在注浆锚索杆体5-8上设有三组或者三组以上，其中三组精准注浆装置5-4与顶板中掘进扰动裂隙带2、一次回采扰动离层发育带3及二次回采扰动裂隙带4位置相匹配；三组以上精准注浆装置适用于近距离煤层群上下开采中，后置位开采煤层巷道所受三次以上扰动时，顶板产生的较多层位裂隙扩展发育情况。

如图3、图4所示，所述锚爪套5-6包括四根弧形钢丝5-6-1、喇叭状橡胶套5-6-2和环形钢套5-6-3，其中四根弧形钢丝5-6-1分别固定在环形钢套5-6-3上，喇叭状橡胶套5-6-2覆盖在四根弧形钢丝5-6-1和环形钢套5-6-3上形成一个喇叭状结构，从而实现封堵浆液，防止流失，其中环形钢套5-6-3包括胶粘在钢圆环5-6-4内部的橡胶圆环5-6-5，所述的弧形钢丝5-6-1和喇叭状橡胶套5-6-2共同固定于钢圆环5-6-4和橡胶圆环5-6-5之间；所述的弧形钢丝强度为1500~1860MPa，所述的喇叭状橡胶套5-6-2最大直径为38-40mm，长度为30~40mm，锚爪套5-6和锚环套5-7之间距离为注浆长度，注浆长度视离层破碎带区域厚度而定，为400~800mm。

如图6、图7、图8和图9所示，所述的锚环套5-7包括分体锥形锚环5-7-1、内锥形环套5-7-2及缠绕钢丝5-7-3，分体锥形锚环5-7-1大环侧朝向托盘5-1安装在注浆锚索杆体5-8上，分体锥形锚环5-7-1小环侧朝向注浆锚索杆体5-7前端；所述的分体锥形锚环5-7-1外圆锥面与内锥形环套5-7-2内圆锥面相贴合；分体锥形锚环5-7-1为对称设置的两个构件，通过设置在分体锥形锚环5-7-1前端的内凹槽5-7-4，内凹槽5-7-4内设有缠绕钢丝5-7-3固定。所述的锚环套5-7的分体锥形锚环5-7-1大环外径为38-40mm，分体锥形锚环5-7-1小环外径为30~32mm，分体锥形锚环5-7-1长度为18~22mm。所述的锚环套5-7的内凹槽5-7-4槽深2~3mm，内凹槽截面为圆弧形，分体锥形锚环5-7-1内环设置锯齿状螺纹5-7-5，锯齿状螺纹5-7-5外径为19~21mm，锯齿状螺纹5-7-5内径为18~20mm，所述的锯齿状螺纹5-7-5内径与外径之间的孔隙填充环氧树脂软胶5-7-6，所述的内锥形环套5-7-2直径为28~38mm，内锥形环套5-7-2的橡胶套截面为椭圆形，橡胶套与锥形环胶粘结。所述的注浆锚索直径为22~30mm，所述的分次定长注锚固装置根据精准注浆装置5-4的数量设置出浆口5-3，出浆口5-3设置在精准注浆装置5-4之间，注浆锚索杆体5-8尾端设有与出浆口5-3数量相等的进浆口5-9-2，注浆锚索杆体5-8内设有用与出浆口5-3相等数量的分次分区域中空进浆管5-9。

如图10和图11所示，中空进浆管5-9包括设置在注浆锚索杆体5-8内的中空注浆管5-9-1、进浆管封孔螺母5-9-3，多个止浆圆盘5-9-5、分区段进浆管5-9-6，中空注浆管5-9-1内部有6个以上圆盘放置槽5-9-4，槽深1-3mm，厚度2-4mm，用于安装6个以上止浆圆盘5-9-5，根据止浆圆盘5-9-5区域位置功能不同，布置有分区段进浆管5-9-6，其与止浆圆盘5-9-5连接采用焊接方式，分区段进浆管5-9-6尾部进浆口5-9-2处安设封孔螺母5-9-3，其中所有的止浆圆盘5-9-5与精准注浆装置5-4的位置匹配。

一种多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆锚固方法，包括对多次扰动煤巷1进行顶板窥视测试，测定顶板岩层物理力学性质，划定巷道不同时期不同扰动下不同层位围岩裂隙离层带范围、确定离层破碎区与完整区范围分界线；确定分次注浆锚索长度与支护密度；设定注浆锚索出浆口位置与注浆长度；既分别在掘进期间、一次回采期间、二次回采期间进行分次分区域精准定长注浆加固，实现多层位分区段锚固，对多次采掘扰动后的煤巷1顶板中掘进扰动裂隙带2、一次回采扰动离层发育带3及二次回采扰动裂隙带4的窥视与探测。待明确离层裂隙发育带位置后再确定定长注浆装置的相对位置，在巷道掘进期间对顶板施工多层位分次定长注浆装置5在锚固完成后，分别对掘进扰动、一次回采扰动及二次回采扰动期间煤巷顶板不同区域裂隙带2与离层发育带3进行分次精准注浆工作，从而对多次扰动煤巷1围岩起到稳定控制作用，达到良好的控制效果。

具体步骤如下：

a 利用钻孔窥视仪探测不同时期巷道1顶板围岩裂隙发育位置、范围及裂隙扩展深度，划定巷道掘进扰动裂隙带2、一次回采扰动裂隙带3及二次回采扰动裂隙带4；若存在三层裂隙带以上情况：在近距离多煤层后置位煤层开采时，巷道掘进初期对顶板进行窥视探测，勘察其受附近煤层开采扰动的裂隙发育状况，之后分别在本煤层开采一次、二次回采扰动时进行裂隙发育带窥视，最终得出三次以上扰动下，顶板的多层裂隙发育带信息；

b 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道围岩浅部离层破碎带2裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙破碎带3裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带3裂隙扩展长度L3，测定深部裂隙带深度L4，确定注浆锚索长度L=L4+2m；若存在三层裂隙带以上情况：则近距离煤层群后置位煤层开采时，受附近煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L1、L2、L3，将本煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L4、L5、L6，测定最深部扰动裂隙带深度L7，确定注浆锚索长度L=L7+2m.

c 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道围岩浅部离层破碎带2裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙破碎带3裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带3裂隙扩展长度L3，将注浆锚索出浆口置于裂隙扩展的居中位置，依据裂隙带发育不同位置，加工中空注浆管5-9-1的圆盘放置槽5-9-4并依次安装止浆圆盘5-9-5分区段进浆管5-9-6进浆管封孔螺母5-9-3及注浆管封孔螺母5-10。通过调节锚爪套5-6和锚环套5-7的位置，确定掘进期间浅部离层破碎带2的掘进扰动注浆区域5-9-7长度L5=L1+0.3m，一次回采扰动裂隙破碎带3注浆区域5-9-8长度L6=L2+0.3m，二次回采扰动裂隙带4注浆区域5-9-9长度L7=L3+0.3m。

d 施工注浆锚索钻孔，因注浆材料与现场工程地质条件不同，分次多层位锚注装置直径大小也不同，定义为多层位分次注浆锚索直径范围22~32mm，在掘进期间向顶板施工钻孔直径为26~38mm，并依次放入锚固剂、分次多层位注浆锚索，利用锚杆钻机安装分次多层位注浆锚索，采用张拉机具对多层位注浆锚索张拉预拉力200kN。

e 煤巷掘进期间，在滞后迎头20~50m待掘进扰动稳定后，对分次注浆锚索的掘进扰动注浆区域5-9-7实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母5-9-3与注浆管封孔螺母5-10。在巷道经受临近工作面回采时，滞后回采工作面50~100m，对顶板中深部区域5-9-8实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母5-9-3与注浆管封孔螺母5-10。在巷道经受二次回采扰动时，滞后回采工作面50~100m，对顶板深部区域5-9-9实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母5-9-3与注浆管封孔螺母5-10。以此完成对多次扰动煤巷围岩多层位离层破碎带实现定长注浆加固。

Claims (8)

1.一种多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：它包括注浆锚索杆体（5-8），注浆锚索杆体（5-8）尾部设有注浆锚索托盘（5-1）和锁具（5-2），注浆锚索杆体（5-8）上设有多个位置可调的精准注浆装置（5-4），最接近注浆锚索杆体（5-8）端部的精准注浆装置（5-4）前端即为端部树脂锚固段（5-5），所述精准注浆装置（5-4）包括设置在注浆锚索杆体（5-8）上的锚爪套（5-6）和锚环套（5-7），其中锚环套（5-7）设置在锚爪套（5-6）前端，锚爪套（5-6）和锚环套（5-7）之间的注浆锚索杆体（5-8）上设有正对裂隙带的注浆锚索出浆口（5-3），注浆锚索杆体（5-8）内设有与注浆锚索出浆口（5-3）位置连接的分次分区域中空进浆管（5-9），分次分区域中空进浆管（5-9）与设置在注浆锚索杆体（5-8）尾端的注浆管封孔螺母（5-10）连接；

所述的分次定长注锚固装置根据精准注浆装置（5-4）的数量设置出浆口（5-3），出浆口（5-3）设置在精准注浆装置（5-4）之间，注浆锚索杆体（5-8）尾端设有与出浆口（5-3）数量相等的进浆口（5-9-2），注浆锚索杆体（5-8）内设有用与出浆口（5-3）相等数量的分次分区域中空进浆管（5-9）；

中空进浆管（5-9）包括设置在注浆锚索杆体（5-8）内的中空注浆管（5-9-1）、进浆管封孔螺母（5-9-3）、多个止浆圆盘（5-9-5）、分区段进浆管（5-9-6），中空注浆管（5-9-1）内部有6个以上圆盘放置槽（5-9-4），用于安装6个以上止浆圆盘（5-9-5），根据止浆圆盘（5-9-5）区域位置功能不同，布置有分区段进浆管（5-9-6），其与止浆圆盘（5-9-5）连接采用焊接方式，分区段进浆管（5-9-6）尾部进浆口（5-9-2）处安设进浆管封孔螺母（5-9-3），其中所有的止浆圆盘（5-9-5）与精准注浆装置（5-4）的位置匹配；

多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆锚固方法，步骤如下：

a 利用钻孔窥视仪探测不同时期巷道（1）顶板围岩裂隙发育位置、范围及裂隙扩展深度，划定顶板中掘进扰动裂隙带（2）、一次回采扰动裂隙带（3）及二次回采扰动裂隙带（4）；若存在三层裂隙带以上情况：在近距离多煤层后置位煤层开采时，巷道掘进初期对顶板进行窥视探测，勘察其受附近煤层开采扰动的裂隙发育状况，之后分别在本煤层开采一次、二次回采扰动时进行裂隙发育带窥视，最终得出三次以上扰动下，顶板的多层裂隙发育带信息；

b 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道顶板中掘进扰动裂隙带（2）的裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙带（3）的裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带（4）的裂隙扩展长度L3，测定深部裂隙带深度L4，确定注浆锚索长度L=L4+2m；若存在三层裂隙带以上情况：则近距离煤层群后置位煤层开采时，受附近煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L1、L2、L3，将本煤层掘进、一次、二次回采扰动所产生的裂隙带分别命名为L4、L5、L6，测定最深部扰动裂隙带深度L7，确定注浆锚索长度L=L7+2m.

c 利用钻孔窥视仪探测掘进扰动期间巷道顶板中掘进扰动裂隙带（2）的裂隙扩展深度L1、一次回采扰动裂隙带（3）的裂隙扩展深度L2，二次回采扰动裂隙带（4）的裂隙扩展长度L3，将注浆锚索出浆口置于裂隙扩展的居中位置，依据裂隙带发育不同位置，加工中空注浆管（5-9-1）的圆盘放置槽（5-9-4）并依次安装止浆圆盘（5-9-5）分区段进浆管（5-9-6）进浆管封孔螺母（5-9-3）及注浆管封孔螺母（5-10）；通过调节锚爪套（5-6）和锚环套（5-7）的位置，确定顶板中掘进扰动裂隙带（2）的掘进扰动注浆区域（5-9-7）长度L5=L1+0.3m，一次回采扰动裂隙带（3）的一次回采扰动注浆区域（5-9-8）长度L6=L2+0.3m，二次回采扰动裂隙带（4）的二次回采扰动注浆区域（5-9-9）长度L7=L3+0.3m；

d 施工注浆锚索钻孔，因注浆材料与现场工程地质条件不同，分次多层位锚注装置直径大小也不同，定义为多层位分次注浆锚索直径范围22~32mm，在掘进期间向顶板施工钻孔直径为26~38mm，并依次放入锚固剂、分次多层位注浆锚索，利用锚杆钻机安装分次多层位注浆锚索，采用张拉机具对多层位注浆锚索张拉预拉力200kN；

e 煤巷掘进期间，在滞后迎头20~50m待掘进扰动稳定后，对分次注浆锚索的掘进扰动注浆区域（5-9-7）实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母（5-9-3）与注浆管封孔螺母（5-10）；在巷道经受临近工作面回采时，滞后回采工作面50~100m，对一次回采扰动注浆区域（5-9-8）实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母（5-9-3）与注浆管封孔螺母（5-10）；在巷道经受二次回采扰动时，滞后回采工作面50~100m，对二次回采扰动注浆区域（5-9-9）实施注浆，注浆完毕后，依次安装进浆管封孔螺母（5-9-3）与注浆管封孔螺母（5-10）；以此完成对多次扰动煤巷围岩多层位离层破碎带实现定长注浆加固。

2.根据权利要求1所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述精准注浆装置（5-4）在注浆锚索杆体（5-8）上设有三组或者三组以上，其中三组精准注浆装置（5-4）与顶板中掘进扰动裂隙带（2）、一次回采扰动裂隙带（3）及二次回采扰动裂隙带（4）位置相匹配；三组以上精准注浆装置适用于近距离煤层群上下开采中，后置位开采煤层巷道所受三次以上扰动时，顶板产生的较多层位裂隙扩展发育情况。

3.根据权利要求1所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述锚爪套（5-6）包括四根弧形钢丝（5-6-1）、喇叭状橡胶套（5-6-2）和环形钢套（5-6-3），其中四根弧形钢丝（5-6-1）分别固定在环形钢套（5-6-3）上，喇叭状橡胶套（5-6-2）覆盖在四根弧形钢丝（5-6-1）和环形钢套（5-6-3）上形成一个喇叭状结构，从而实现封堵浆液，防止流失，其中环形钢套（5-6-3）包括胶粘在钢圆环（5-6-4）内部的橡胶圆环（5-6-5），所述的弧形钢丝（5-6-1）和喇叭状橡胶套（5-6-2）共同固定于钢圆环（5-6-4）和橡胶圆环（5-6-5）之间；所述的弧形钢丝强度为1500~1860MPa，所述的喇叭状橡胶套（5-6-2）最大直径为38-40mm，长度为30~40mm，锚爪套（5-6）和锚环套（5-7）之间距离为注浆长度，注浆长度视离层破碎带区域厚度而定，为400~800mm。

4.根据权利要求1所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述的锚环套（5-7）包括分体锥形锚环（5-7-1）、内锥形环套（5-7-2）及缠绕钢丝（5-7-3），分体锥形锚环（5-7-1）大环侧朝向托盘（5-1）安装在注浆锚索杆体（5-8）上，分体锥形锚环（5-7-1）小环侧朝向注浆锚索杆体（5-8）前端；所述的分体锥形锚环（5-7-1）外圆锥面与内锥形环套（5-7-2）内圆锥面相贴合；分体锥形锚环（5-7-1）为对称设置的两个构件，通过设置在分体锥形锚环（5-7-1）前端的内凹槽（5-7-4），内凹槽（5-7-4）内设有缠绕钢丝（5-7-3）固定。

5.根据权利要求1所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述的锚环套（5-7）的分体锥形锚环（5-7-1）大环外径为38-40mm，分体锥形锚环（5-7-1）小环外径为30~32mm，分体锥形锚环（5-7-1）长度为18~22mm。

6.根据权利要求4所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述的锚环套（5-7）的内凹槽（5-7-4）槽深2~3mm，内凹槽截面为圆弧形，分体锥形锚环（5-7-1）内环设置锯齿状螺纹（5-7-5），锯齿状螺纹（5-7-5）外径为19~21mm，锯齿状螺纹（5-7-5）内径为18~20mm，所述的锯齿状螺纹（5-7-5）内径与外径之间的孔隙填充环氧树脂软胶（5-7-6），所述的内锥形环套（5-7-2）直径为28~38mm，内锥形环套（5-7-2）的橡胶套截面为椭圆形，橡胶套与锥形环胶粘结。

7.根据权利要求1所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：所述的注浆锚索直径为22~30mm。

8.根据权利要求7所述的多次扰动下煤巷顶板多层位分次定长注浆装置，其特征在于：圆盘放置槽（5-9-4）的槽深1-3mm，厚度2-4mm。