CN116771397A - 一种钻锚一体化钻进装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种钻锚一体化钻进装置及其使用方法，属于巷道、隧道及基坑工程支护领域。包括驱动装置、驱动杆体和套筒，其中驱动装置设置在驱动杆体后端，套筒设置在驱动杆体上；驱动装置为一矩形体扶箱，其内设有电动机，依靠电动机驱动主动轮继而驱动从动轮，可带动驱动杆体旋转；驱动杆体为空心杆体结构，其内可预制装配各类锚杆或锚索实现协调驱动，用以钻锚一体化工作进程；驱动杆体周身设置排岩土齿，深入套筒当中，在钻孔时可将碎岩土卷入套筒中，通过排岩土齿将碎岩土排出。该发明结构既能实现钻锚一体化以减少工序、提高施工效率，又可有效解决塌孔现象以解决现有问题，具有功能多样、结构合理、节约成本、经济高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻锚一体化钻进装置及其使用方法，属于巷道、隧道及基坑工程支护领域。
背景技术
锚杆是一种广泛高效应用于地下工程、基坑工程和边坡工程支护领域的支护形式，锚杆支护能够增强地层的承载能力和工程的稳定性，并且其不需要大量的材料与设备，对周围环境和围岩影响小，具有成本低、支护效率高，支护效果好等优点。但是使用锚杆支护就需要预设钻孔，并且要求钻孔尺寸精度高，这便提高了支护的成本与效率。
现阶段巷道锚杆支护作业中，因为空间受限不适宜使用大型机器设备，故采用的仍然是风动或手持式锚杆钻机，其具有较高的效率和灵活性，但在施工钻孔和安装锚杆工程中暴露出以下缺点；第一，锚杆支护需要预先用钻机钻取锚孔，然后再放入锚杆(索)进行注浆锚固或锚固剂锚固，作业工序复杂且作业时间长，导致锚杆支护的施工效率较低而锚杆的锚固成本高；第二，在高应力作用下深部巷道软弱破碎低强度围岩较多，经常碰到钻孔时塌孔现象，即施工锚孔后还没来得及安装锚杆，锚孔已塌落堵孔。为应对在软弱碎岩土中钻孔时塌孔问题，常采用管缝式锚杆，但是管缝式锚杆强度低易被拉断，对岩土体稳定性控制效果较差；第三，岩土体中的预设钻孔对锚孔施工精度要求较高，但由于塌孔等问题在工程中时常出现锚孔与锚杆长度不匹配的情况。基于上述问题，亟需研制一种既能够解决塌孔现象，又能够使锚孔、锚杆尺寸匹配，还能够实现钻孔、锚固一体化作业，以提高锚杆支护效率、降低施工成本的钻进装置，即一种钻锚一体化高效率钻进装置以解决目前锚杆支护存在的技术难题。
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之处，提供一种钻锚一体化钻进装置及其使用方法，其不但能解决塌孔现象，又可使锚孔、锚杆尺寸匹配，还能实现钻孔、锚固一体化作业，以提高锚杆支护效率、降低施工成本。
技术方案：本发明公开一种钻锚一体化钻进装置，包括驱动装置，驱动装置上设有调控把手，驱动装置前端连接有驱动杆体，驱动杆体外侧套设有套筒，驱动杆体前后两端分别设有扩大端，扩大端直径的与套筒相同，套筒前端与驱动杆体前端的扩大端通过轴承II活动连接，套筒后端与驱动杆体后端的扩大端通过轴承I活动连接；其中，驱动杆体前端的扩大端的端部设有破岩土钻头，破岩土钻头上设有岩土渣收集孔，套筒后端侧壁上设有排岩土渣口，套筒与驱动杆体之间形成排土输送通道；
其中驱动装置中部以及驱动杆体内设有同轴结构用以安装的锚杆孔道，破岩土钻头圆心处设有出口，锚杆从驱动装置尾部孔道穿入并通过驱动杆体直至从破岩土钻头的出口伸出，锚杆端部设有端部钻头。
进一步，根据需要，锚杆为实心的常规结构或者为中空结构，当锚杆为中空锚杆时，端部钻头为中空锚杆钻头，锚杆靠近端部钻头的侧壁上设有与内部中空结构连通的注浆孔。
进一步，驱动装置内设有电动机和联动齿轮组，联动齿轮组包括前端与驱动杆体后端扩大端镶嵌并联动的主动轮，主动轮圆心处开有与锚杆匹配的圆孔，锚杆从圆孔穿入驱动杆体内，并从驱动杆体的孔道内穿过，主动轮两侧分别啮合有从动轮，从动轮通过驱动轴与电动机连接。
进一步，破岩土钻头上围绕锚杆端部的出口设有多个异形凸起，破岩土钻头的端面上等间距设有多个破岩土刀头，每个破岩土刀头侧开设岩土渣收集孔；驱动杆体外侧设有用以移动岩土渣的螺旋状排岩土齿。
进一步，破岩土刀头沿破岩土钻头圆周均匀布置3～4个，在每个破岩土刀头旁边紧邻位置设有岩土渣收集孔，便于使钻孔时产生的碎岩土进入套筒当中。
进一步，锚杆端部四周设有用以与异形凸起相匹配的弧形凸起，从而使破岩土钻头上设置的异形凸起能够使锚杆随着驱动杆体一起旋转，但是又不妨碍锚杆轴向移动；当对围岩进行钻孔时，电动机通过驱动主动轮、从动轮转动，进而带动驱动杆体旋转，驱动杆体上的破岩土钻头切割岩土层进行钻孔。此时，破岩土刀头切割下的碎岩土通过岩土渣收集孔进入套筒内，因为驱动杆体上固有螺旋布置的排岩土齿，故可将钻孔切割下来的碎石土输送至排岩土渣口排出。
一种钻锚一体化钻进装置的使用方法，其步骤如下：
在围岩预先标定施工钻-锚位置，根据工程实际情况选取锚杆，锚杆端部设有与破岩土钻头上异形凸起相匹配的弧形凸起；
然后将选取的锚杆从破岩土钻头所在一侧沿孔道推送进钻进装置中，并确保锚杆端部的弧形凸起在装配时端部一段在破岩土刀头之前；
启动驱动装置，通过控制按钮)和转速调节按钮控制驱动装置带动驱动杆体旋转，驱动杆体上的异形凸起通过弧形凸起使锚杆随着驱动杆体一起旋转，破岩土刀头切割围岩上的土层进行钻孔；
钻孔过程中，套筒不旋转，破岩土刀头切割下的碎岩土通过岩土渣收集孔进入套筒内，因为驱动杆体上固有螺旋布置的排岩土齿，从而将钻孔切割下来的碎石土通过岩土渣收集孔进入排土输送通道，并通过旋转的螺旋状排岩土齿输送至排岩土渣口排出；因为锚杆与钻进装置装配时端部一段在破岩土钻头之前，故锚杆端部钻头嵌入岩土层当中；
当钻到预订位置后，因为锚杆长于驱动杆体，故锚杆会打入锚孔底部还要往前的岩层，将钻进装置连带驱动杆体拉出，并将锚杆保留在钻进形成的锚孔中，向锚孔内注浆完成锚固工作。
进一步，当实施注浆全长锚固且选用的锚杆为实心锚杆时，则应在打入锚杆取出钻进装置后，向所钻进形成的锚孔内注入水泥浆液并在锚孔端口处使用阻浆塞封堵，等待固化形成水泥浆液固化体后，在锚孔孔外露部分依次套装托盘和防滑丝螺母。
进一步，当实施注浆端部锚固且选用的锚杆为中空锚杆时，则应在打入中空锚杆后，在中空锚杆的预设位置设置环形阻浆塞，之后利用中空锚杆上设置的注浆孔以及中空锚杆钻头进行注浆，水泥浆液注入位置受环形阻浆塞限制，最终在锚孔中形成水泥浆液固化体，在锚孔孔外露的部分依次套装托盘和防滑丝螺母，通过预紧防滑丝螺母沿螺纹升角提供预紧力。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明兼具有能够解决塌孔现象、使锚孔锚杆尺寸匹配和实现钻孔、锚固一体化作业，以提高锚杆支护效率、降低施工成本的功能。其产生的有益效果毋庸置疑：1)钻锚一体化作业简化了工序，降低了支护成本，提高了支护效率；2)解决了塌孔现象造成的重复返工问题，节省了大量人力、物力；3)避免了锚杆与预钻进形成的锚孔长度不匹配的问题，且该钻进装置可以与各类锚杆/索装配使用。其利用电动机驱动主动轮继而驱动从动轮，进一步可带动驱动杆体旋转；通过破岩土钻头切割岩土层且将破碎岩土卷入套筒当中，进一步通过螺旋布置的排岩土齿将钻孔切割下来的碎石土输送至排岩土渣口排出。所述锚孔装置高效简便，解决了锚杆支护中工序复杂的问题，解决了实际工程中塌孔、锚杆锚孔尺寸不匹配的问题。本发明结构简单，造价低廉，功能稳定，可提高锚杆支护效率，降低施工成本。
附图说明
图1为本发明的实施例中钻锚一体化钻进装置立体示意图；
图2为本发明实施例中钻锚一体化钻进装置的驱动杆体立体示意图；
图3为本发明实施例中钻锚一体化钻进装置的装配锚杆立体示意图；
图4(a)为本发明实施例中钻锚一体化钻进装置驱动普通锚杆钻孔示意图；
图4(b)为本发明实施例中钻锚一体化钻进装置驱动中空锚杆钻孔示意图；
图4(c)为本发明实施例中钻锚一体化钻进装置驱动锚索钻孔示意图；
图5为本发明实施例中破岩土钻头立体示意图；
图6为本发明实施例中主动轮、从动轮立体示意图；
图7为本发明实施例中锚杆全长锚固支护示意图；
图8为本发明实施例中中空锚杆锚固支护示意图。
图中：1-围岩，2-锚杆，3-防滑丝螺母，4-托盘，5-锚孔，6-驱动装置，7-调控把手，8-从动轮，9-驱动轴，10-主动轮，11-电动机，12-轴承I，13-排岩土渣口，14-套筒，15-驱动杆体，16-轴承II，17-环形阻浆塞，18-破岩土刀头，19-岩土渣收集孔，20-异形凸起，21-端部钻头，22-启动控制按钮，23-转速调节按钮，24-阻浆塞，25-水泥浆液固化体，26-中空锚杆，27-注浆孔，28-中空锚杆钻头，29-锚索，30-破岩土钻头，31-弧形凸起，32-排岩土齿。
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所示，本发明的一种钻锚一体化钻进装置，包括驱动装置6，驱动杆体15和套筒14。所述驱动装置6和驱动杆体15沿轴线顺序接连布置，所述套筒14环套于驱动杆体15上，且套筒14两端与驱动杆体15两侧扩大端通过轴承I12和轴承II16接连。故该装置在钻孔锚固时，驱动杆体15旋转递进破岩土向前，而套筒14只是递进向前。
如图2所示，所述驱动杆体15为空心杆体，驱动杆体15前端的扩大端的端部设有破岩土钻头30，破岩土钻头30上设有岩土渣收集孔19，套筒14后端侧壁上设有排岩土渣口13，套筒14与驱动杆体15之间形成排土输送通道；其中驱动装置6中部以及驱动杆体15内设有同轴结构用以安装的锚杆2孔道，破岩土钻头30圆心处设有出口，锚杆2从驱动装置6尾部孔道穿入并通过驱动杆体15直至从破岩土钻头30的出口伸出。
如图3所示，所述破岩土钻头30在中心处预设有孔道，用以将锚杆2或锚索29滑入，其沿孔道周身均匀布置4～6个异形凸起20，用以卡设装配的锚杆(索)，使锚杆(索)和该装置协调工作。所述锚杆(索)在其端部设有与破岩土钻头30上异形凸起20相匹配的弧形凸起31，用以与钻进装置装配协调工作；所述锚杆(索)端部钻头21设有递进式螺纹，用于配合钻进装置钻孔破岩土。
如图4(a)、图4(b)和图4(c)所示，所述驱动装置6前端连接有驱动杆体15，驱动杆体15外侧套设有套筒14，驱动杆体15前后两端分别设有扩大端，扩大端直径的与套筒14相同，套筒14前端与驱动杆体15前端的扩大端通过轴承II16活动连接，套筒14后端与驱动杆体15后端的扩大端通过轴承I12活动连接；其中，驱动杆体15前端的扩大端的端部设有破岩土钻头30，破岩土钻头30上设有岩土渣收集孔19，套筒14后端侧壁上设有排岩土渣口13，套筒14与驱动杆体15之间形成排土输送通道；其中驱动装置6中部以及驱动杆体15内设有同轴结构用以安装的锚杆2孔道，破岩土钻头30圆心处设有出口，锚杆2从驱动装置6尾部孔道穿入并通过驱动杆体15直至从破岩土钻头30的出口伸出，锚杆2端部设有端部钻头21。所述驱动装置6和驱动杆体15可以与多种类型锚杆、锚索搭配工作。
如图5所示，所述破岩土钻头30上围绕锚杆2端部的出口设有多个异形凸起20，破岩土钻头30的端面上等间距设有多个破岩土刀头18，每个破岩土刀头18侧开设岩土渣收集孔19；驱动杆体15外侧设有用以移动岩土渣的螺旋状排岩土齿32。破岩土刀头18沿破岩土钻头30圆周均匀布置3～4个，在每个破岩土刀头18旁边紧邻位置设有岩土渣收集孔19，便于使钻孔时产生的碎岩土进入套筒14当中。
如图7所示，当实施注浆全长锚固且选用的锚杆2为实心锚杆时，则应在打入锚杆2取出钻进装置后，向所钻进形成的锚孔5内注浆，等待水泥浆液固化后，在锚孔5孔外露部分依次套装托盘4和防滑丝螺母3。
如图8所示，当实施注浆端部锚固且选用的锚杆2为中空锚杆26时，则应在打入锚杆2取出钻进装置后，向所钻进形成的锚孔5内注浆，等待水泥浆液固化后，在锚孔5孔外露的部分依次套装托盘4和防滑丝螺母3，通过预紧防滑丝螺母3沿螺纹升角提供预紧力。
Claims (9)
1.一种钻锚一体化钻进装置，其特征在于：包括驱动装置(6)，驱动装置(6)上设有调控把手(7)，驱动装置(6)前端连接有驱动杆体(15)，驱动杆体(15)外侧套设有套筒(14)，驱动杆体(15)前后两端分别设有扩大端，扩大端直径的与套筒(14)相同，套筒(14)前端与驱动杆体(15)前端的扩大端通过轴承II(16)活动连接，套筒(14)后端与驱动杆体(15)后端的扩大端通过轴承I(12)活动连接；其中，驱动杆体(15)前端的扩大端的端部设有破岩土钻头(30)，破岩土钻头(30)上设有岩土渣收集孔(19)，套筒(14)后端侧壁上设有排岩土渣口(13)，套筒(14)与驱动杆体(15)之间形成排土输送通道；
驱动装置(6)中部以及驱动杆体(15)内设有同轴结构用以安装锚杆(2)的孔道，破岩土钻头(30)圆心处设有出口，锚杆(2)从驱动装置(6)尾部孔道穿入并通过驱动杆体(15)直至从破岩土钻头(30)的出口伸出，锚杆(2)端部设有端部钻头(21)。
2.根据权利要求1所述的钻锚一体化钻进装置，其特征在于：根据需要，锚杆(2)为实心的常规结构或者为中空结构，当锚杆(2)为中空锚杆(26)时，端部钻头(21)为中空锚杆钻头(28)，锚杆(2)靠近端部钻头(21)的侧壁上设有与内部中空结构连通的注浆孔(27)。
3.根据权利要求1所述的钻锚一体化钻进装置，其特征在于：驱动装置(6)内设有电动机(11)和联动齿轮组，联动齿轮组包括前端与驱动杆体(15)后端扩大端镶嵌并联动的主动轮(10)，主动轮(10)圆心处开有与锚杆(2)匹配的圆孔，锚杆(2)从圆孔穿入驱动杆体(15)内，并从驱动杆体(15)的孔道内穿过，主动轮(10)两侧分别啮合有从动轮(8)，从动轮(8)通过驱动轴(9)与电动机(11)连接。
4.根据权利要求1所述的钻锚一体化钻进装置，其特征在于：破岩土钻头(30)上围绕锚杆(2)端部的出口设有多个异形凸起(20)，破岩土钻头(30)的端面上等间距设有多个破岩土刀头(18)，每个破岩土刀头(18)侧开设岩土渣收集孔(19)；驱动杆体(15)外侧设有用以移动岩土渣的螺旋状排岩土齿(32)。
5.根据权利要求3所述的钻锚一体化钻进装置，其特征在于：破岩土刀头(18)沿破岩土钻头(30)圆周均匀布置3～4个，在每个破岩土刀头(18)旁边紧邻位置设有岩土渣收集孔(19)，便于使钻孔时产生的碎岩土进入套筒(14)当中。
6.根据权利要求4所述的钻锚一体化钻进装置，其特征在于：锚杆(2)端部四周设有用以与异形凸起(20)相匹配的弧形凸起(31)，从而使破岩土钻头(30)上设置的异形凸起(20)能够使锚杆(2)随着驱动杆体(15)一起旋转，但是又不妨碍锚杆(2)轴向移动；当对围岩(1)进行钻孔时，电动机(11)通过驱动主动轮(10)、从动轮(8)转动，进而带动驱动杆体(15)旋转，驱动杆体(15)上的破岩土钻头(30)切割岩土层进行钻孔。此时，破岩土刀头(18)切割下的碎岩土通过岩土渣收集孔(19)进入套筒(14)内，因为驱动杆体(15)上固有螺旋布置的排岩土齿(32)，故可将钻孔切割下来的碎石土输送至排岩土渣口(13)排出。
7.一种使用上述1～6任一权利要求所述的一种钻锚一体化钻进装置的使用方法，其特征在于步骤如下：
在围岩(1)预先标定施工钻-锚位置，根据工程实际情况选取锚杆(2)，锚杆(2)端部设有与破岩土钻头(30)上异形凸起(20)相匹配的弧形凸起(31)；
然后将选取的锚杆(2)从破岩土钻头(30)所在一侧沿孔道推送进钻进装置中，并确保锚杆(2)端部的弧形凸起(31)在装配时端部一段在破岩土刀头(18)之前；
启动驱动装置(6)，通过控制按钮(22)和转速调节按钮(23)控制驱动装置(6)带动驱动杆体(15)旋转，驱动杆体(15)上的异形凸起(20)通过弧形凸起(31)使锚杆(2)随着驱动杆体(15)一起旋转，破岩土刀头(18)切割围岩(1)上的土层进行钻孔；
钻孔过程中，套筒(14)不旋转，破岩土刀头(18)切割下的碎岩土通过岩土渣收集孔(19)进入套筒(14)内，因为驱动杆体(15)上固有螺旋布置的排岩土齿(32)，从而将钻孔切割下来的碎石土通过岩土渣收集孔(19)进入排土输送通道，并通过旋转的螺旋状排岩土齿(32)输送至排岩土渣口(13)排出；因为锚杆(2)与钻进装置装配时端部一段在破岩土钻头(30)之前，故锚杆(2)端部钻头(21)嵌入岩土层当中；
当钻到预订位置后，因为锚杆(2)长于驱动杆体(15)，故锚杆(2)会打入锚孔底部还要往前的岩层，将钻进装置连带驱动杆体(15)拉出，并将锚杆(2)保留在钻进形成的锚孔(5)中，向锚孔(5)内注浆完成锚固工作。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：当实施注浆全长锚固且选用的锚杆(2)为实心锚杆时，则应在打入锚杆(2)取出钻进装置后，向所钻进形成的锚孔(5)内注入水泥浆液并在锚孔(5)端口处使用阻浆塞(24)封堵，等待固化形成水泥浆液固化体(25)后，在锚孔(5)孔外露部分依次套装托盘(4)和防滑丝螺母(3)。
9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：当实施注浆端部锚固且选用的锚杆(2)为中空锚杆(26)时，则应在打入中空锚杆(26)后，在中空锚杆(26)的预设位置设置环形阻浆塞(17)，之后利用中空锚杆(26)上设置的注浆孔(27)以及中空锚杆钻头(28)进行注浆，水泥浆液注入位置受环形阻浆塞(17)限制，最终在锚孔(5)中形成水泥浆液固化体(25)，在锚孔(5)孔外露的部分依次套装托盘(4)和防滑丝螺母(3)，通过预紧防滑丝螺母(3)沿螺纹升角提供预紧力。
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| CN117514284B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-04-09 | 中交二公局东萌工程有限公司 | 一种隧道土岩层用钻锚设备及其施工方法 |
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