CN113482683B - 一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件及其工作方法，包括安装固定在锚索上端部的搅拌破碎构件和套装在锚索中上部的封堵导升构件；搅拌破碎构件包括一体结构的上部的锥形钻头和下部的圆筒体，锥形钻头外圆设有破碎搅拌桨，圆筒体外圆自上而下依次设有聚合搅拌叶片和导升搅拌叶片；封堵导升构件包括上下通透的套筒，套筒外圆自上而下依次设有封堵导升螺旋叶片和居中定位环。本发明可设计并确保有效锚固长度，不仅提高了有效锚固长度，而且增强该处的锚索的抗剪能力，可有效持续封堵树脂锚固剂向下外流，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实；有效提高锚索锚固力及其峰值强度的承载时间，有效控制了含软弱夹层顶板巷道围岩的离层变形。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件及其工作方法。
背景技术
树脂锚杆索锚固支护作为煤矿井下巷道支护的主要形式，在国内外已经得到广泛应用，由于利用钢绞线锚索加长或全长树脂锚固时控制围岩离层效果良好，因此在煤矿井下现场得到大面积推广应用，而锚固系统的锚固性能对支护效果起着关键作用，由于搅拌树脂锚固剂是锚索锚固工程中重要的一道工序，树脂锚固剂的搅拌效果与锚固性能息息相关。
目前针对锚索锚固增效方面的研究较少，由于锚索外表无肋较光滑，且锚固深度大，搅拌路径长，仅依靠锚索无法对树脂锚固剂进行有效破碎和均匀搅拌，尤其是在含软弱夹层顶板围岩环境中，锚固效果更为不好。对此，部分矿井也采用在锚索端部焊接铁刺或钢条、卡箍及将锚索端部先穿入树脂锚固剂，待到达孔底后直接搅拌等方法来改变无法有效搅拌树脂锚固剂的现状，但效果甚微，甚至还严重影响了锚索锚固效果。因此，研发锚索锚固增效组件，并提出一种锚固增效方法，对提升含软弱夹层巷道顶板锚索锚固质量具有重要的工程和社会意义。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件及其工作方法, 其可避免由于锚固孔孔壁塌落使得部分树脂锚固剂堆积未搅拌反应而造成的有效锚固长度减少的问题，并可有效封堵树脂锚固剂向下外流，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实并且使锚索、锚固孔、环形锚固药体居中，极大的提升了锚索树脂锚固效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件，包括安装固定在锚索上端部的搅拌破碎构件和套装在锚索中上部的封堵导升构件；
搅拌破碎构件包括一体结构的上部的锥形钻头和下部的圆筒体，圆筒体内孔为下端敞口的锚索安装腔，锚索上端插设并固定在锚索安装腔内部，锥形钻头为上细下粗的圆锥状结构，锥形钻头外圆设有破碎搅拌桨，圆筒体外圆自上而下依次设有聚合搅拌叶片和导升搅拌叶片；
封堵导升构件包括上下通透的套筒，套筒内孔为锚索穿装孔，锚索穿过锚索穿装孔并与套筒固定连接，套筒外圆自上而下依次设有封堵导升螺旋叶片和居中定位环。
优选的，锥形钻头高度为20mm，锥形钻头下端直径为22mm，圆筒体高度为40mm，圆筒体外圆直径为22mm，锚索安装腔长度为38mm，锚索安装腔直径为17.8mm；锥形钻头的圆锥形外圆设有右螺旋三角刀片。
优选的，破碎搅拌桨沿锥形钻头圆周方向均匀设有三片，每片破碎搅拌桨均为右旋布置的旋割式螺旋桨结构，破碎搅拌桨的上侧边和外侧面均为刀刃，破碎搅拌桨的上侧边外端为破碎刀尖，右螺旋三角刀片在三片破碎搅拌桨处为断开结构；三片破碎搅拌桨的最大回转直径为22mm。
优选的，聚合搅拌叶片沿圆筒体圆周方向均匀设有六片，聚合搅拌叶片厚度为2mm，聚合搅拌叶片沿圆筒体径向方向的尺寸为2mm，聚合搅拌叶片沿竖向的尺寸为16mm，聚合搅拌叶片为上部向左偏斜、下部竖直的弧形条状结构。
优选的，导升搅拌叶片为从圆筒体底部左旋向上布置的矩形螺纹肋条结构，导升搅拌叶片厚度为2mm，导升搅拌叶片沿圆筒体径向方向的尺寸为2mm，导升搅拌叶片沿圆筒体轴向方向的尺寸为18mm。
优选的，封堵导升构件的套筒高度为30mm、外圆直径为22mm、内圆直径为17.8mm，封堵导升螺旋叶片为从套筒顶部左旋向下布置的矩形螺纹肋条结构，封堵导升螺旋叶片厚度为2.5mm，封堵导升螺旋叶片沿套筒径向方向的尺寸为2.5mm，封堵导升螺旋叶片沿套筒轴向方向的尺寸长度为28mm；
居中定位环为与套筒下端面平齐且同轴向布置的圆环，居中定位环外径为26mm、厚度为2mm、内径为22mm。
优选的，搅拌破碎构件和封堵导升构件沿锚索长度方向的间距为100-150cm。
一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件的工作方法，包括以下步骤：
（1）在层状顶板巷道中按照锚索支护技术参数钻打顶板锚固孔；
（2）将封堵导升构件的套筒套到锚索下端部一定位置并黏结固定，再将搅拌破碎构件的锚索安装腔套装并黏结在锚索端头，封堵导升构件和搅拌破碎构件之间的范围为设计锚固长度；
（3）按照锚索支护技术参数，将规定数量的树脂锚固剂药卷分别放入锚固孔中，用搅拌破碎构件上端的锥形钻头尖部顶住树脂锚固剂药卷一直推送至顶板锚固孔底；
（4）启动锚杆钻机，驱动锚索做顺时针推进旋转运动，在锚索的传动作用下，固定在锚索上的搅拌破碎构件和封堵导升构件开始同步随着锚索顺时针旋转推进；
（5）当搅拌破碎构件与树脂锚固剂药卷接触时，搅拌破碎构件上部的锥形钻头外圆的右螺旋三角刀片易于钻进的特性，在树脂锚固剂自重作用下轻松钻进树脂锚固剂，同时会对树脂锚固剂产生一个螺旋向下拖曳的作用力，避免树脂锚固剂遭受锚索强力挤压后，使树脂锚固剂之间或树脂锚固剂在孔壁塌落处发生交错、弯折或重叠，导致搅拌不均匀，有效锚固长度大幅降低，随着锥形钻头的钻进，树脂锚固剂与破碎搅拌桨接触，破碎搅拌桨的破碎刀尖和刀刃开始对树脂锚固剂及其包装袋充分切削破碎和二次搅拌，接着树脂锚固剂运移至聚合搅拌叶片处，在螺旋推进过程中，聚合搅拌叶片上部偏左偏斜结构可搅拌并向上推送树脂锚固剂，使树脂锚固剂向上移动再次参与混合反应；
（6）当树脂锚固剂向下运移至导升搅拌叶片处，导升搅拌叶片以矩形螺纹肋条结构的导升和定位特性，继续向上搅拌推送树脂锚固剂，并保证锚索、锚固孔与形成的环形锚固药体居中及药体环向厚度均匀，当锚索端头快要到达锚固孔孔底前，树脂锚固剂已运移至设有左旋向下的矩形螺纹肋条结构且外径略小于锚固孔直径的封堵导升构件处，封堵导升螺旋叶片将树脂锚固剂向上导升，封堵导升构件的居中定位环持续封堵树脂锚固剂向下外流，在导升和定位作用下，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实；
（7）待树脂锚固剂胶结后，安装锚索托盘、锁具进行预紧，完成锚索锚固工作。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、本发明原理科学、结构简单、易于制备、操作方便、工程价值显著。
2、本发明可设计并确保有效锚固长度，在锚索、锚固孔、树脂锚固剂药卷“三径匹配”的前提下，可通过调整搅拌破碎构件与封堵导升构件之间的长度实现不同的锚固长度。
3、本发明可有效提高含软弱夹层的层状顶板巷道的锚固效果，由于软弱夹层处孔壁破坏塌落且多卷树脂锚固剂药卷间的端头接触部位自由无约束，在锚索搅拌推进作用下，锚固剂易发生弯折和重叠，尤其易在孔壁塌落处聚集，因此增效组件以其独有的结构特性使得孔壁塌落处充满均匀搅拌反应的树脂锚固剂，不仅提高了有效锚固长度，而且增强该处的锚索的抗剪能力。
4、本发明可有效持续封堵树脂锚固剂向下外流，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实。
5、本发明可有效提高锚索锚固力及其峰值强度的承载时间，有效控制了含软弱夹层顶板巷道围岩的离层变形，极大地确保了巷道内的人员和设备安全。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为搅拌破碎构件的立体结构图；
图3为封堵导升构件的立体结构图；
图中附图标记分别为，1：锚索，2：搅拌破碎构件，3：封堵导升构件，4：锥形钻头，5：破碎搅拌桨，6：聚合搅拌叶片，7：导升搅拌叶片，8：锚索安装腔，9：封堵导升螺旋叶片，10：居中定位环，11：锚索穿装孔，12：右螺旋三角刀片，13：圆筒体，14：套筒，15：刀刃，16：破碎刀尖。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明的一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件，包括安装固定在锚索1上端部的搅拌破碎构件2和套装在锚索1中上部的封堵导升构件3；
搅拌破碎构件2包括一体结构的上部的锥形钻头4和下部的圆筒体13，圆筒体13内孔为下端敞口的锚索安装腔8，锚索1上端插设并固定在锚索安装腔8内部，锥形钻头4为上细下粗的圆锥状结构，锥形钻头4外圆设有破碎搅拌桨5，圆筒体13外圆自上而下依次设有聚合搅拌叶片6和导升搅拌叶片7；
封堵导升构件3包括上下通透的套筒14，套筒14内孔为锚索穿装孔11，锚索1穿过锚索穿装孔11并与套筒14固定连接，套筒14外圆自上而下依次设有封堵导升螺旋叶片9和居中定位环10。
锥形钻头4高度为20mm，锥形钻头4下端直径为22mm，圆筒体13高度为40mm，圆筒体13外圆直径为22mm，锚索安装腔8长度为38mm，锚索安装腔8直径为17.8mm；锥形钻头4的圆锥形外圆设有右螺旋三角刀片12。
破碎搅拌桨5沿锥形钻头4圆周方向均匀设有三片，每片破碎搅拌桨5均为右旋布置的旋割式螺旋桨结构，破碎搅拌桨5的上侧边和外侧面均为刀刃15，破碎搅拌桨5的上侧边外端为破碎刀尖16，右螺旋三角刀片12在三片破碎搅拌桨5处为断开结构；三片破碎搅拌桨5的最大回转直径为22mm。
聚合搅拌叶片6沿圆筒体13圆周方向均匀设有六片，聚合搅拌叶片6厚度为2mm，聚合搅拌叶片6沿圆筒体13径向方向的尺寸为2mm，聚合搅拌叶片6沿竖向的尺寸为16mm，聚合搅拌叶片6为上部向左偏斜、下部竖直的弧形条状结构。
导升搅拌叶片7为从圆筒体13底部左旋向上布置的矩形螺纹肋条结构，导升搅拌叶片7厚度为2mm，导升搅拌叶片7沿圆筒体13径向方向的尺寸为2mm，导升搅拌叶片7沿圆筒体13轴向方向的尺寸为18mm。
封堵导升构件3的套筒14高度为30mm、外圆直径为22mm、内圆直径为17.8mm，封堵导升螺旋叶片9为从套筒14顶部左旋向下布置的矩形螺纹肋条结构，封堵导升螺旋叶片9厚度为2.5mm，封堵导升螺旋叶片9沿套筒14径向方向的尺寸为2.5mm，封堵导升螺旋叶片9沿套筒14轴向方向的尺寸长度为28mm；
居中定位环10为与套筒14下端面平齐且同轴向布置的圆环，居中定位环10外径为26mm、厚度为2mm、内径为22mm。
搅拌破碎构件2和封堵导升构件3沿锚索1长度方向的间距为100-150cm。
一种锚索1锚固多级增效搅拌导升组件的工作方法，包括以下步骤：
（1）在层状顶板巷道中按照锚索1支护技术参数钻打顶板锚固孔；
（2）将封堵导升构件3的套筒14套到锚索1下端部一定位置并黏结固定，再将搅拌破碎构件2的锚索安装腔8套装并黏结在锚索1端头，封堵导升构件3和搅拌破碎构件2之间的范围为设计锚固长度；
（3）按照锚索1支护技术参数，将规定数量的树脂锚固剂药卷分别放入锚固孔中，用搅拌破碎构件2上端的锥形钻头4尖部顶住树脂锚固剂药卷一直推送至顶板锚固孔底；
（4）启动锚杆钻机，驱动锚索1做顺时针推进旋转运动，在锚索1的传动作用下，固定在锚索1上的搅拌破碎构件2和封堵导升构件3开始同步随着锚索1顺时针旋转推进；
（5）当搅拌破碎构件2与树脂锚固剂药卷接触时，搅拌破碎构件2上部的锥形钻头4外圆的右螺旋三角刀片12易于钻进的特性，在树脂锚固剂自重作用下轻松钻进树脂锚固剂，同时会对树脂锚固剂产生一个螺旋向下拖曳的作用力，避免树脂锚固剂遭受锚索1强力挤压后，使树脂锚固剂之间或树脂锚固剂在孔壁塌落处发生交错、弯折或重叠，导致搅拌不均匀，有效锚固长度大幅降低，随着锥形钻头4的钻进，树脂锚固剂与破碎搅拌桨5接触，破碎搅拌桨5的破碎刀尖16和刀刃15开始对树脂锚固剂及其包装袋充分切削破碎和二次搅拌，接着树脂锚固剂运移至聚合搅拌叶片6处，在螺旋推进过程中，聚合搅拌叶片6上部偏左偏斜结构可搅拌并向上推送树脂锚固剂，使树脂锚固剂向上移动再次参与混合反应；
（6）当树脂锚固剂向下运移至导升搅拌叶片7处，导升搅拌叶片7以矩形螺纹肋条结构的导升和定位特性，继续向上搅拌推送树脂锚固剂，并保证锚索1、锚固孔与形成的环形锚固药体居中及药体环向厚度均匀，当锚索1端头快要到达锚固孔孔底前，树脂锚固剂已运移至设有左旋向下的矩形螺纹肋条结构且外径略小于锚固孔直径的封堵导升构件3处，封堵导升螺旋叶片9将树脂锚固剂向上导升，封堵导升构件3的居中定位环10持续封堵树脂锚固剂向下外流，在导升和定位作用下，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实；
（7）待树脂锚固剂胶结后，安装锚索1托盘、锁具进行预紧，完成锚索1锚固工作。
以上实施例说明了本发明的基本结构和特点，但上述仅仅说明了本发明的较优实施例，并不受所述实施例的限制。本领域的普通技术人员在本专利的启发下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式变形和改进，这些均属于本发明的保护范围之内。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。
Claims (1)
1.一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件的工作方法，其特征在于：所述的一种锚索锚固多级增效搅拌导升组件包括安装固定在锚索上端部的搅拌破碎构件和套装在锚索中上部的封堵导升构件；
搅拌破碎构件包括一体结构的上部的锥形钻头和下部的圆筒体，圆筒体内孔为下端敞口的锚索安装腔，锚索上端插设并固定在锚索安装腔内部，锥形钻头为上细下粗的圆锥状结构，锥形钻头外圆设有破碎搅拌桨，圆筒体外圆自上而下依次设有聚合搅拌叶片和导升搅拌叶片；
封堵导升构件包括上下通透的套筒，套筒内孔为锚索穿装孔，锚索穿过锚索穿装孔并与套筒固定连接，套筒外圆自上而下依次设有封堵导升螺旋叶片和居中定位环；
破碎搅拌桨沿锥形钻头圆周方向均匀设有三片，每片破碎搅拌桨均为右旋布置的旋割式螺旋桨结构，破碎搅拌桨的上侧边和外侧面均为刀刃，破碎搅拌桨的上侧边外端为破碎刀尖，右螺旋三角刀片在三片破碎搅拌桨处为断开结构；三片破碎搅拌桨的最大回转直径为22mm；
聚合搅拌叶片沿圆筒体圆周方向均匀设有六片，聚合搅拌叶片厚度为2mm，聚合搅拌叶片沿圆筒体径向方向的尺寸为2mm，聚合搅拌叶片沿竖向的尺寸为16mm，聚合搅拌叶片为上部向左偏斜、下部竖直的弧形条状结构；
锥形钻头高度为20mm，锥形钻头下端直径为22mm，圆筒体高度为40mm，圆筒体外圆直径为22mm，锚索安装腔长度为38mm，锚索安装腔直径为17.8mm；锥形钻头的圆锥形外圆设有右螺旋三角刀片；
导升搅拌叶片为从圆筒体底部左旋向上布置的矩形螺纹肋条结构，导升搅拌叶片厚度为2mm，导升搅拌叶片沿圆筒体径向方向的尺寸为2mm，导升搅拌叶片沿圆筒体轴向方向的尺寸为18mm；
封堵导升构件的套筒高度为30mm、外圆直径为22mm、内圆直径为17.8mm，封堵导升螺旋叶片为从套筒顶部左旋向下布置的矩形螺纹肋条结构，封堵导升螺旋叶片厚度为2.5mm，封堵导升螺旋叶片沿套筒径向方向的尺寸为2.5mm，封堵导升螺旋叶片沿套筒轴向方向的尺寸长度为28mm；
居中定位环为与套筒下端面平齐且同轴向布置的圆环，居中定位环外径为26mm、厚度为2mm、内径为22mm；
搅拌破碎构件和封堵导升构件沿锚索长度方向的间距为100-150cm；
所述的工作方法包括以下步骤：
（1）在层状顶板巷道中按照锚索支护技术参数钻打顶板锚固孔；
（2）将封堵导升构件的套筒套到锚索下端部一定位置并黏结固定，再将搅拌破碎构件的锚索安装腔套装并黏结在锚索端头，封堵导升构件和搅拌破碎构件之间的范围为设计锚固长度；
（3）按照锚索支护技术参数，将规定数量的树脂锚固剂药卷分别放入锚固孔中，用搅拌破碎构件上端的锥形钻头尖部顶住树脂锚固剂药卷一直推送至顶板锚固孔底；
（4）启动锚杆钻机，驱动锚索做顺时针推进旋转运动，在锚索的传动作用下，固定在锚索上的搅拌破碎构件和封堵导升构件开始同步随着锚索顺时针旋转推进；
（5）当搅拌破碎构件与树脂锚固剂药卷接触时，搅拌破碎构件上部的锥形钻头外圆的右螺旋三角刀片易于钻进的特性，在树脂锚固剂自重作用下轻松钻进树脂锚固剂，同时会对树脂锚固剂产生一个螺旋向下拖曳的作用力，避免树脂锚固剂遭受锚索强力挤压后，使树脂锚固剂之间或树脂锚固剂在孔壁塌落处发生交错、弯折或重叠，导致搅拌不均匀，有效锚固长度大幅降低，随着锥形钻头的钻进，树脂锚固剂与破碎搅拌桨接触，破碎搅拌桨的破碎刀尖和刀刃开始对树脂锚固剂及其包装袋充分切削破碎和二次搅拌，接着树脂锚固剂运移至聚合搅拌叶片处，在螺旋推进过程中，聚合搅拌叶片上部偏左偏斜结构可搅拌并向上推送树脂锚固剂，使树脂锚固剂向上移动再次参与混合反应；
（6）当树脂锚固剂向下运移至导升搅拌叶片处，导升搅拌叶片以矩形螺纹肋条结构的导升和定位特性，继续向上搅拌推送树脂锚固剂，并保证锚索、锚固孔与形成的环形锚固药体居中及药体环向厚度均匀，当锚索端头快要到达锚固孔孔底前，树脂锚固剂已运移至设有左旋向下的矩形螺纹肋条结构且外径略小于锚固孔直径的封堵导升构件处，封堵导升螺旋叶片将树脂锚固剂向上导升，封堵导升构件的居中定位环持续封堵树脂锚固剂向下外流，在导升和定位作用下，最大程度保证设计锚固长度内锚固药体均匀密实；
（7）待树脂锚固剂胶结后，安装锚索托盘、锁具进行预紧，完成锚索锚固工作。
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