CN116792132A - 一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法，属于巷道、隧道地下工程支护领域。包括套筒和锚杆主体两部分，套筒设置在锚杆主体外侧，锚杆主体沿轴线从尾部到头部顺序分为螺纹杆体、中间杆体和让压杆体，在让压杆体处设有高强度螺母和高弹性弹簧，利用高强度螺母对高弹性弹簧的挤压来吸收能量，实现锚杆主体与套筒的相对移动，进而实现让压效果；利用套筒端部的注浆密封盘和中间杆体的固定喷洒来实现分段注浆；最后通过逆时针旋转锚杆主体完成锚杆主体的回收工作。其既能实现让压效果，又可解决分段注浆问题，还能进行回收再利用，具有功能多样、结构合理、节约成本、经济适用的优点。

Description

一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及巷道、隧道地下工程支护领域，是一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法。

背景技术

锚杆是一种广泛应用于巷道、隧道等地下工程围岩控制领域的有效支护形式，锚杆支护相对于其他支护形式具有成本低、使用灵活和支护效果好等特点。但是在实际工程中传统螺纹钢锚杆或现有高强锚杆暴露出以下问题：第一，不能产生较大的伸长变形以满足破碎围岩大变形的要求，即无法进行让压支护；第二，其不可回收性造成了诸多问题，比如煤矿采煤工作面回采时，需要将锚杆抽出，防止割煤机与锚杆切割打出火花，引发瓦斯爆炸。比如传统锚杆或现有锚杆因为其无法回收利用而增加了支护成本；第三，现有的中空注浆锚杆无法进行分段注浆、精准加固，且在实际地下工程施工过程中需按照裂隙大小来选择浆液材料加固围岩，如果笼统地选择特殊浆液(化学浆液、超细水泥浆液等)，不仅极大地增加了支护成本，还难以解决注浆后浆液流向何方、流向何处的问题，这便使注浆加固效果大打折扣。基于上述问题，亟需研制一种既能产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求，又能分段注浆使其高效加固，还能够在地下工程施工结束后对其进行回收再利用的锚杆装置，即一种集分段注浆、回收再利用、变形让压和主动支护功能于一身的锚杆装置以解决存在的工程技术难题。

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，提供一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置及其使用方法，既能产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求，又能分段注浆使其高效加固，还能够在地下工程施工结束后回收再利用。

技术方案：本发明的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，包括空心锚杆结构的锚杆主体，锚杆主体内中轴向设有贯穿的注浆通孔，注浆通孔内设有根据需要插拔移动的注浆钢管；锚杆主体头部设有让压杆体、锚杆主体中段为中间杆体，锚杆主体尾部为螺纹杆体；

其中，螺纹杆体上设有螺纹，并通过上设有螺纹顺序设置有托盘和防滑丝螺母，中间杆体上间隔径向设有多组注浆孔，注浆孔上均设有固定喷洒；

让压杆体与中间杆体之间连接处设有注浆钢管限位装置，让压杆体的锚杆部分外表面上设有螺纹，螺纹上套设有高强度螺母，让压杆体的锚杆部分与高强度螺母上套设有套筒，套筒外截面为圆形，内截面为六边形，套筒插入锚杆主体的开口通过环形盖板密封，套筒靠近环形盖板密封的外侧设有与锚孔匹配防止注浆回流的环形阻浆塞，套筒的六边形内截面与高强度螺母匹配，高强度螺母能够在套筒内进行活塞运动，从而使套筒能够与让压杆体产生相对移动，在工程结束后，可通过逆时针旋转锚杆主体完成锚杆主体的回收工作，高强度螺母与环形盖板之间在锚杆上套设有高弹性弹簧，当围岩发生大变形时，高强度螺母将会挤压高弹性弹簧，以此实现锚杆主体与套筒的相对移动，进而实现让压效果；套筒前端设有与锚杆主体端头一体的注浆密封盘，注浆密封盘的前端开有与注浆通孔连通的孔道，从而使锚杆主体内的浆液从封孔装置端部流出，充填套筒与锚孔之间的空间。

进一步，所述注浆密封盘设置在套筒前端并与锚杆主体端头连接，孔道的末端设有闭孔盘。

进一步，注浆密封盘在孔道的开口位置设有磁力密封盖，所述磁力密封盖包括通过插销连接的固定凸起，固定凸起上设有控制开合的磁铁；在未注浆时，由于磁铁对闭孔盘的吸附而处于闭孔状态；当注入水泥浆液时，由于压力将迫使闭孔盘打开形成通道；当注入完成后，又将处于闭孔状态；待注入的水泥浆液固化后，闭孔盘将再无法打开。

进一步，注浆钢管限位装置为插设在锚杆主体上的螺栓和螺母；在注入水泥浆液时，将注浆钢管推送到螺栓位置通过让压杆体进行端部注浆锚固，当端部锚固完成后再回拉注浆钢管通过中间杆体加固锚孔围岩；让压杆体的锚杆部分深入套筒之中，通过螺纹接有高强度螺母；当高强度螺母对高弹性弹簧的挤压来吸收能量，实现锚杆主体与套筒的相对移动，进而实现让压效果。

进一步，螺纹杆体、中间杆体和让压杆体为中空杆体，三者一体结构且外径相同；螺纹杆体和防滑丝螺母、高强度螺母和让压杆体之间的扭转连接均为顺时针加紧，逆时针松卸。

进一步，所述中间杆体上间隔设置的多组注浆孔，每组注浆孔布设在一个端面上，各断面均匀布置2～4个注浆孔，每一个注浆孔中均设有固定喷洒。注浆时，水泥或超细水泥浆液可在压力作用下通过固定喷洒沿喷洒孔喷射到锚孔壁上。

进一步，注浆钢管为多节钢管拼接构成，或者为钢管与橡胶导管接连构成；注浆钢管的尾部设有防止注浆回流的环形止浆塞。

一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置的使用方法，其步骤如下：

在围岩预先标定的位置施工钻锚孔，将锚杆主体的头段套入套筒之中，在安装上高弹性弹簧后将高强度螺母沿让压杆体上的预设螺纹扭转接连，然后安装上注浆密封盘，安装时应注意将让压杆体上的注浆通孔和注浆密封盘上的孔道匹配；

将锚杆主体和套筒整体送入锚孔之中；

将注浆钢管推入中间杆体中设有螺栓的位置，由于螺栓的阻挡，将限制注浆钢管的进一步推送；

注浆钢管尾部通过橡胶导管与高压注浆泵连接，启动高压注浆泵，水泥浆液通过让压杆体端部注浆孔进入注浆密封盘的孔道中，由于压力将迫使闭孔盘打开形成通道，故注入锚孔孔底实现端部锚固；

待水泥浆液固化后，在围岩外露的螺纹杆体上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；

抽出注浆钢管，此时注入的水泥浆液已经固化，闭孔盘再无法打开，即处于闭孔状态；

直接向螺纹杆体尾端的注浆通孔注射超细水泥浆液或化学浆液以修补锚孔中的小裂隙，由于高压之下，超细水泥浆液或化学浆液将通过固定喷洒沿喷洒孔喷射到锚孔壁上，进而浆液深入到微小裂隙中，从而达到加固围岩的作用；

当围岩发生大变形时，锚杆主体将带动高强度螺母在套筒中产生移动，挤压高弹性弹簧，高弹性弹簧受力压缩，进一步实现锚杆主体与套筒之间的相对错动，从而实现让压的特性满足围岩大变形的要求；

在煤炭开采完或工程结束后，顺序拆下防滑丝螺母和托盘，然后逆时针旋转锚杆主体以完成对锚杆主体的回收利用。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明兼具有产生较大的伸长变形以满足围岩大变形的要求和能够分段注浆使其高效加固的功能，还能够在地下工程施工结束后对其进行回收再利用。其产生的有益效果毋庸置疑：(1)能够主动支护围岩，并且可以产生较大的伸缩变形以满足围岩大变形的要求；(2)能够分段注浆，使其高效加固，注入普通水泥浆液来进行端部锚固，注入超细水泥浆液深入微小裂隙从而高效加固围岩；(3)能够对锚杆主体进行回收再利用，节省了支护成本，避免了割煤机与锚杆切割打出火花，引发瓦斯爆炸的隐患。其利用高强度螺母对高弹性弹簧的挤压来吸收能量，实现锚杆主体与套筒的相对移动，进而实现让压效果；利用套筒端部的注浆密封盘和中间杆体的固定喷洒来实现分段注浆和高效加固；最后通过逆时针旋转锚杆主体完成锚杆主体的回收工作。所述锚杆装置集多种功能于一身，解决了传统锚杆无法让压满足围岩大变形的问题，解决了现有让压锚杆无法注浆或无法分段注浆的问题，解决了传统锚杆或现有锚杆无法进行回收再利用问题。本发明结构简单，造价低廉，功能稳定，可提高支护效果，降低支护成本，且锚杆的变形让压功能又可有效控制围岩大变形破坏而减少事故的发生，保证井下作业人员的施工安全。

附图说明

图1为本发明的实施例中锚孔示意图；

图2为本发明实施例中可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置的安装示意图；

图4为本发明实施例中锚杆主体拆卸回收示意图；

图5(a)为本发明实施例中高强度螺栓所在横截面示意图；

图5(b)为本发明实施例中固定喷洒所在横截面示意图；

图5(c)为本发明实施例中螺栓、螺母所在横截面示意图；

图6为本发明实施例中套筒立体放大示意图；

图7为本发明实施例中注浆钢管和橡胶导管示意图；

图8为本发明实施例中注浆密封盘横截面示意图。

图中：1-围岩，2-锚杆主体，3-防滑丝螺母，4-托盘，5-锚孔，6-中间杆体，7-固定喷洒，8-环形阻浆塞，9-套筒，10-高弹性弹簧，11-高强度螺母，12-注浆密封盘，13-让压杆体，14-螺纹，15-水泥浆液固化体，16-闭孔盘，17-磁铁，18-孔道，19-注浆孔，20-微小裂隙，21-喷洒孔，22-橡胶导管，23-螺栓，24-螺母，25-环形止浆塞，26-注浆钢管，27-插销，28-固定凸起，29-螺纹杆体。

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6所示，包括锚杆主体2和套筒9。所述锚杆主体2包括沿轴线左右布置的螺纹杆体29、中间杆体6和让压杆体13。所述螺纹杆体29周身上设有螺纹，螺纹上顺序设置的托盘4和防滑丝螺母3；所述中间杆体6沿一定间距设有多组注浆孔19，每一个注浆孔19中均设有固定喷洒7。在中间杆体6端部设有螺栓23和螺母24，在注入水泥浆液时，应将注浆钢管26推送到螺栓23位置；所述让压杆体13深入套筒9之中，其上设有螺纹，通过其上螺纹接有高强度螺母11。让压杆体13在靠近锚孔5孔底的端部亦设有注浆孔，且端部直径略小，插入注浆密封盘12当中。其在另一侧通过高弹性弹簧10与套筒9挤压接连，利用高强度螺母11对高弹性弹簧10的挤压来吸收能量，实现锚杆主体2与套筒9的相对移动，进而实现让压效果。所述螺纹杆体29、中间杆体6和让压杆体13为中空杆体，三者一体结构且外径相同。所述螺纹杆体29和防滑丝螺母3、高强度螺母11和让压杆体13之间的扭转连接都为顺时针加紧，逆时针松卸。

所述套筒9为空心杆体，其外截面为圆形，内截面为六边形。套筒9内卡设有高强度螺母11，高强度螺母11通过让压杆体13上预设的螺纹扭转相接，在工程结束后，可通过逆时针旋转锚杆主体2完成锚杆主体2的回收工作。在套筒9与高强度螺母11之间设有高弹性弹簧10，当围岩1发生大变形时，高强度螺母11将会挤压高弹性弹簧10，以此实现锚杆主体2与套筒9的相对移动，进而实现让压效果。所述套筒9靠近锚孔5的端部沿外周身设有环形阻浆塞8，可防止注入的水泥浆液回流；其靠近锚孔5孔底的端部设有注浆密封盘12。所述注浆密封盘12中预留有与让压杆体13注浆孔对应的孔道18，在孔道18的末端设有闭孔盘16。

如图3和图5(c)所示，将注浆钢管26推入中间杆体6中设有螺栓23的位置，由于螺栓23的阻挡，将限制注浆钢管26的进一步推送。注浆钢管26由各段拼接而成，其外露于孔外部分与橡胶导管22接连。将橡胶导管22与高压注浆泵连接，启动高压注浆泵，浆液通过让压杆体13端部注浆孔进入注浆密封盘12的孔道18中，由于压力将迫使闭孔盘16打开形成通道，故注入锚孔5孔底实现端部锚固。待水泥浆液固化后，在围岩1外露的螺纹杆体29上依次套装托盘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。

然后，抽出注浆钢管26，此时注入的水泥浆液已经固化，闭孔盘16再无法打开，即处于闭孔状态。用橡胶导管22直接连接高压注浆泵和螺纹杆体29，再次启动高压注浆泵注射超细水泥浆液(如若裂隙微小，普通水泥浆液无法进入，故所选材料可为超细水泥或化学浆液)，由于高压之下，超细水泥浆液将通过固定喷洒7沿喷洒孔21喷射到锚孔5壁上，进而浆液深入到微小裂隙20中，从而达到加固围岩1的作用。

如图4所示，在煤炭开采完或工程结束后，需要对锚杆进行回收。此时可顺序拆下防滑丝螺母3和托盘4，然后逆时针旋转锚杆主体2以完成对锚杆主体2的再次回收利用的工作。

如图5(b)所示，所述中间杆体6沿一定间距设有多组(断面)注浆孔19，各断面均匀布置2～4个注浆孔19，每一个注浆孔19中均设有固定喷洒7。注浆时，水泥或超细水泥浆液可在压力作用下通过固定喷洒7沿喷洒孔21喷射到锚孔5壁上。

如图7所示，所述注浆钢管26由各段钢管拼接而成，亦可以与橡胶导管22接连。注浆钢管26口处设有环形止浆塞25，环形止浆塞25可在注浆时防止浆液回流。

如图8所示，所述注浆密封盘12在孔道18末端位置设有固定凸起28和磁铁17，闭孔盘16通过插销27与固定凸起28相接。在未注浆时，由于磁铁17对闭孔盘16的吸附而处于闭孔状态；当注入水泥浆液时，由于压力将迫使闭孔盘16打开形成通道；当注入完成后，又将处于闭孔状态；待注入的水泥浆液固化后，闭孔盘16将再无法打开。

Claims (8)

1.一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：包括空心锚杆结构的锚杆主体(2)，锚杆主体(2)内中轴向设有贯穿的注浆通孔，注浆通孔内设有根据需要插拔移动的注浆钢管(26)；锚杆主体(2)头部设有让压杆体(13)、锚杆主体(2)中段为中间杆体(6)，锚杆主体(2)尾部为螺纹杆体(29)；

其中，螺纹杆体(29)上设有螺纹，并通过上设有螺纹顺序设置有托盘(4)和防滑丝螺母(3)，中间杆体(6)上间隔径向设有多组注浆孔(19)，注浆孔(19)上均设有固定喷洒(7)；

让压杆体(13)与中间杆体(6)之间连接处设有注浆钢管(26)限位装置，让压杆体(13)的锚杆部分外表面上设有螺纹(14)，螺纹(14)上套设有高强度螺母(11)，让压杆体(13)的锚杆部分与高强度螺母(11)上套设有套筒(9)，套筒(9)外截面为圆形，内截面为六边形，套筒(9)插入锚杆主体(2)的开口通过环形盖板密封，套筒(9)靠近环形盖板密封的外侧设有与锚孔(5)匹配防止注浆回流的环形阻浆塞(8)，套筒(9)的六边形内截面与高强度螺母(11)匹配，高强度螺母(11)能够在套筒(9)内进行活塞运动，从而使套筒(9)能够与让压杆体(13)产生相对移动，在工程结束后，可通过逆时针旋转锚杆主体(2)完成锚杆主体(2)的回收工作，高强度螺母(11)与环形盖板之间在锚杆上套设有高弹性弹簧(10)，当围岩(1)发生大变形时，高强度螺母(11)将会挤压高弹性弹簧(10)，以此实现锚杆主体(2)与套筒(9)的相对移动，进而实现让压效果；套筒(9)前端设有与锚杆主体(2)端头一体的注浆密封盘(12)，注浆密封盘(12)的前端开有与注浆通孔连通的孔道(18)，从而使锚杆主体(2)内的浆液从封孔装置端部流出，充填套筒(9)与锚孔(5)之间的空间。

2.根据权利要求1所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：所述注浆密封盘(12)设置在套筒(9)前端并与锚杆主体(2)端头连接，孔道(18)的末端设有闭孔盘(16)。

3.根据权利要求2所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：注浆密封盘(12)在孔道(18)的开口位置设有磁力密封盖，所述磁力密封盖包括通过插销(27)连接的固定凸起(28)，固定凸起(28)上设有控制开合的磁铁(17)；在未注浆时，由于磁铁(17)对闭孔盘(16)的吸附而处于闭孔状态；当注入水泥浆液时，由于压力将迫使闭孔盘(16)打开形成通道；当注入完成后，又将处于闭孔状态；待注入的水泥浆液固化后，闭孔盘(16)将再无法打开。

4.根据权利要求1所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：注浆钢管(26)限位装置为插设在锚杆主体(2)上的螺栓(23)和螺母(24)；在注入水泥浆液时，将注浆钢管(26)推送到螺栓(23)位置通过让压杆体(13)进行端部注浆锚固，当端部锚固完成后再回拉注浆钢管(26)通过中间杆体(6)加固锚孔围岩；让压杆体(13)的锚杆部分深入套筒(9)之中，通过螺纹(14)接有高强度螺母(11)；当高强度螺母(11)对高弹性弹簧(10)的挤压来吸收能量，实现锚杆主体(2)与套筒(9)的相对移动，进而实现让压效果。

5.根据权利要求1所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：螺纹杆体(29)、中间杆体(6)和让压杆体(13)为中空杆体，三者一体结构且外径相同；螺纹杆体(29)和防滑丝螺母(3)、高强度螺母(11)和让压杆体(13)之间的扭转连接均为顺时针加紧，逆时针松卸。

6.根据权利要求1所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：所述中间杆体(6)上间隔设置的多组注浆孔(19)，每组注浆孔(19)布设在一个端面上，各断面均匀布置2～4个注浆孔(19)，每一个注浆孔(19)中均设有固定喷洒(7)。注浆时，水泥或超细水泥浆液可在压力作用下通过固定喷洒(7)沿喷洒孔(21)喷射到锚孔(5)壁上。

7.根据权利要求1所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置，其特征在于：注浆钢管(26)为多节钢管拼接构成，或者为钢管与橡胶导管(22)接连构成；注浆钢管(26)的尾部设有防止注浆回流的环形止浆塞(25)。

8.一种使用上述1～7权利要求所述的一种可回收喷洒式分段注浆让压锚杆装置的使用方法，其特征在于步骤如下：

在围岩(1)预先标定的位置施工钻锚孔(5)，将锚杆主体(2)的头段套入套筒(9)之中，在安装上高弹性弹簧(10)后将高强度螺母(11)沿让压杆体(13)上的预设螺纹扭转接连，然后安装上注浆密封盘(12)，安装时应注意将让压杆体(13)上的注浆通孔和注浆密封盘(12)上的孔道(18)匹配；

将锚杆主体(2)和套筒(9)整体送入锚孔(5)之中；

将注浆钢管(26)推入中间杆体(6)中设有螺栓(23)的位置，由于螺栓(23)的阻挡，将限制注浆钢管(26)的进一步推送；

注浆钢管(26)尾部通过橡胶导管(22)与高压注浆泵连接，启动高压注浆泵，水泥浆液通过让压杆体(13)端部注浆孔进入注浆密封盘(12)的孔道(18)中，由于压力将迫使闭孔盘(16)打开形成通道，故注入锚孔(5)孔底实现端部锚固；

待水泥浆液固化后，在围岩(1)外露的螺纹杆体(29)上依次套装托盘(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；

抽出注浆钢管(26)，此时注入的水泥浆液已经固化，闭孔盘(16)再无法打开，即处于闭孔状态；

直接向螺纹杆体(29)尾端的注浆通孔注射超细水泥浆液或化学浆液以修补锚孔(5)中的小裂隙，由于高压之下，超细水泥浆液或化学浆液将通过固定喷洒(7)沿喷洒孔(21)喷射到锚孔(5)壁上，进而浆液深入到微小裂隙(20)中，从而达到加固围岩(1)的作用；

当围岩(1)发生大变形时，锚杆主体(2)将带动高强度螺母(11)在套筒(2)中产生移动，挤压高弹性弹簧(10)，高弹性弹簧(10)受力压缩，进一步实现锚杆主体(2)与套筒(9)之间的相对错动，从而实现让压的特性满足围岩(1)大变形的要求；

在煤炭开采完或工程结束后，顺序拆下防滑丝螺母(3)和托盘(4)，然后逆时针旋转锚杆主体(2)以完成对锚杆主体(2)的回收利用。