CN220979544U - 一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，属于巷道支护技术领域。本实用新型针对传统锚杆注浆不饱满、拉拔力不足、不耐腐蚀、注浆施工流出繁琐、施工进度慢等缺点以及无法直接预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险的问题，通过膨胀头沿径向均匀膨胀，卡设在锚孔内壁；通过压力传感器监测的实施压力或排气管有注浆液溢出来以实现注浆，通过应力应变传感器实时监测杆体的应力应变，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况，预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，属于巷道支护技术领域。
背景技术
传统的砂浆锚杆虽然构造非常简单，成本低廉，施工便捷同时也大大改善围岩结构，但也存在很多问题。普通砂浆锚杆在施工中因为注浆饱满度受到人为因素控制和止浆措施密闭性差的原因引起砂浆与围岩存在注浆不饱现象出现尤其是仰角过大情况更为严重。这些原因导致了砂浆与围岩接触面积减小、杆件腐蚀加快、砂浆与围岩摩擦力降低的现象出现从而锚杆的抗拉拔能力得不到保证。普通砂浆锚杆先注浆后插入锚杆也导致锚杆居中问题得不到保证，也会导致锚固体受力不均,影响拱效应不能充分发挥。而中空注浆锚杆在注浆方面虽然在注浆施工过程中得到了有效改善但中空注浆锚杆因为中心打孔后同材质相比会降低杆体抗弯强度、抗拉强度。中空自己锚杆的内部空洞需要进行注浆，而注浆难度较大，容易出现漏注、堵塞等问题，从而影响锚固效果。传统砂浆锚杆锚固过程要等到砂浆凝固后方可施工，对于易变形的围岩来说不能及时得到加固控制同时也影响施工进度。砂浆材料的透水性在地下水多的情况下随着时间的增加钢筋容易腐的缺陷无法对围岩形成一定的长期加固作用。砂浆锚杆在安装过程中由于是插入浆液锚杆的悬吊作用得不到有效控制导致预应力效果不佳导致安全事故。
并且，无法直接预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
实用新型内容
针对传统锚杆注浆不饱满、拉拔力不足、不耐腐蚀、注浆施工流出繁琐、施工进度慢等缺点以及无法直接预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险的问题，本实用新型提出了一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，即通过膨胀头沿径向均匀膨胀，卡设在锚孔内壁；通过压力传感器监测的实施压力或排气管有注浆液溢出来以实现注浆，通过应力应变传感器实时监测杆体的应力应变，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况，预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，包括杆体10、锚杆头3、膨胀头4和止浆塞12，杆体10的中部沿周向均匀贴合设置有应力应变传感器19，杆体10的中部固定设置有微震检测仪18，杆体10的两端分别为A端和B端，锚杆头3固定设置在杆体10A端，锚杆头3的端头固定设置有顶卡2，杆体10上固定设置有膨胀头挡垫6，膨胀头4的内螺纹段与杆体10A端的外螺纹段螺纹连接且膨胀头4位于锚杆头3和膨胀头挡垫6之间，膨胀头4的膨胀自由端套设在顶卡2上；止浆塞12固定套设在杆体10的B端，止浆塞12内开设有注浆孔17和注浆塞排气孔13，注浆孔17外接注浆系统，锚杆头3和止浆塞12之间固定设置有与杆体10平行的排气管8，排气管8的进气端头5靠近锚杆头3，排气管8的排气端与注浆塞排气孔13连通，杆体10的A端固定设置有压力传感器7，注浆系统、压力传感器7、应力应变传感器19和微震检测仪18均外接控制系统。
所述压力传感器用以监测注浆过程中的注浆饱满度情况，由于锚杆在放入斜向上的锚孔内注入注浆液，由于重力的作用，注浆液会向下移动，导致锚孔口的压力最大，而锚孔底的压力最小，在压力最小位置设置压力传感器能够更准确的控制注浆效果。
所述应力应变传感器用以实时监测杆体的应力应变，微震检测仪用于实时监测杆体的振动情况；由于注浆后微震监测仪、杆体和围岩融为一体，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况，便可监测围岩的振动情况，巷道支护结构的振动情况和变化趋势，从而判断巷道支护结构的稳定性；有助于及时发现巷道支护结构的损伤和缺陷，并采取相应的维修和加固措施。故，通过实时监测杆体的振动情况，可以优化巷道支护结构设计：通过监测微震信号，可以了解巷道支护结构在不同条件下的振动特性和响应规律，从而优化巷道支护结构的设计和施工方案，提高其安全性能和使用寿命；预警巷道支护结构的失稳风险：通过监测微震信号，可以及时发现巷道支护结构的异常振动和变化，从而预警其失稳的风险；降低维护成本：通过监测微震信号，可以及时发现巷道支护结构的损伤和缺陷，从而采取相应的维修和加固措施，避免因巷道支护结构出现严重故障和事故而导致的停工和延误，降低维护成本。
所述锚杆头3和止浆塞12之间固定设置有与杆体10平行的排气管支架9，排气管8固定设置在排气管支架9上。
所述锚杆头3上固定套设有保护套1，顶卡2和膨胀头4均位于保护套1内，保护套1填充设置有油脂20。
所述保护套1可选用防滑软橡胶，用以保护注浆不到的锚杆头，避免被水盐腐蚀；同时保护套可以增加膨胀头在与围岩接触的摩擦力提高抗滑能力，可以起到减小爆破震动对杆体带来的震动影响；保护套对锚杆头的顶卡及空腔内部的油脂起到约束作用；所述油脂20用以减小保护套与锚杆头的摩擦，并保护膨胀头，避免被水盐腐蚀。
所述止浆塞12外侧壁套设有橡胶密封层21，排气管8的排气端通过固定设置在止浆塞12内部的排气管连接器11与注浆塞排气孔13连通。
所述橡胶密封层21以保证锚孔的密闭性。
所述杆体10的B端为凸型杆头16，凸型杆体16的外侧壁设置有外螺纹，凸型杆体16上螺纹连接有垫板和锚杆托盘14，锚杆托盘14靠近杆体10的B端端头，止浆塞12滑设在杆体10上且止浆塞12位于垫板和锚杆托盘14之间，凸型杆头16的末端螺纹连接有螺帽15。
所述锚杆托盘14和螺帽15可锁定止浆塞；并且锚杆托盘14和螺帽15向上挤压止浆塞，而垫板向下挤压止浆塞，垫板、锚杆托盘14和螺帽15配合同时给止浆塞施加预应力，防止止浆塞下滑出锚杆体；止浆塞受到两端的预应力则沿径向释放压应力而与锚孔贴合卡紧，提高锚杆的锚定效果。
所述膨胀头4的膨胀自由端为沿膨胀头4周向均匀设置的三角锥卡体，相邻三角锥卡体之间的缝隙为膨胀缝；顶卡2包括环形套和沿环形套周向均匀设置的顶卡卡体，环形套固定套设在锚杆头3的端头，顶卡卡体沿轴向固定贴合在锚杆头3上，顶卡卡体的外沿与三角锥卡体的内侧面贴合。
基于所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆的注浆支护方法，包括如下具体步骤：
1)将膨胀头、膨胀头挡垫、顶卡、止浆塞、排气管、压力传感器、应力应变传感器和微震检测仪固定在锚杆头和杆体上形成巷道围岩支护内胀式注浆锚杆；
2)将巷道围岩支护内胀式注浆锚杆向上插入待支护围岩的锚孔中，并沿锚孔底部施加预应力使锚杆头与锚孔底面接触并挤压膨胀头，膨胀头的膨胀自由端初步膨胀并卡设在锚孔侧壁；
3)旋转杆体，顶卡推动膨胀头的膨胀自由端再次均匀膨胀，使锚杆锚定在锚孔内；
4)注浆系统通过止浆塞的注浆孔均匀向锚孔进行注浆至预设注浆时间Tmin，然后再缓慢注浆至压力传感器监测的实施压力p达到预设压力p0或排气管有注浆液溢出，则控制系统控制注浆系统停止注浆；
5)固定止浆塞，完成巷道围岩支护内胀式注浆锚杆的注浆；
6)通过应力应变传感器实时监测杆体的应力应变，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况；根据杆体的应力应变和振动情况，预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过膨胀头沿径向均匀膨胀，卡设在锚孔内壁，提高锚头与围岩的锚固力，提升锚杆的抗拔力，消除了锚杆因抗拔力不足而产生破坏的现象；同时，止浆塞受到两端的预应力则沿径向释放压应力而与锚孔贴合卡紧，提高锚杆的锚定效果；
(2)由于锚杆在放入斜向上的锚孔内注入注浆液，由于重力的作用，注浆液会向下移动，导致锚孔口的压力最大，而锚孔底的压力最小，本实用新型通过在压力最小位置设置压力传感器设置，以监测注浆过程中的注浆饱满度情况，能够更准确的控制注浆效果；
(3)本实用新型通过应力应变传感器实时监测杆体的应力应变，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况，预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
附图说明
图1为巷道围岩支护内胀式注浆锚杆锚结构示意图；
图2为巷道围岩支护内胀式注浆锚杆锚固前轴向剖面图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4为图2的B-B剖面图；
图5为巷道围岩支护内胀式注浆锚杆锚固后轴向剖面图；
图中，1-保护套、2-顶卡、3-锚杆头、4-膨胀头、5-进气端头、6-膨胀头挡垫、7-压力传感器、8-排气管、9-排气管支架、10-杆体、11-排气管连接器、12-止浆塞、13-注浆塞排气孔、14-锚杆托盘、15-螺帽、16-凸型杆头、17-注浆孔、18-微震监测仪、19-应力应变传感器、20-油脂、21-橡胶密封层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆(见图1-5)，包括杆体10、锚杆头3、膨胀头4和止浆塞12，杆体10的中部沿周向均匀贴合设置有应力应变传感器19，杆体10的中部固定设置有微震检测仪18，杆体10的两端分别为A端和B端，锚杆头3固定设置在杆体10A端，锚杆头3的端头固定设置有顶卡2，杆体10上固定设置有膨胀头挡垫6，膨胀头4的内螺纹段与杆体10A端的外螺纹段螺纹连接且膨胀头4位于锚杆头3和膨胀头挡垫6之间，膨胀头4的膨胀自由端套设在顶卡2上；止浆塞12固定套设在杆体10的B端，止浆塞12内开设有注浆孔17和注浆塞排气孔13，注浆孔17外接注浆系统，锚杆头3和止浆塞12之间固定设置有与杆体10平行的排气管8，排气管8的进气端头5靠近锚杆头3，排气管8的排气端与注浆塞排气孔13连通，杆体10的A端固定设置有压力传感器7，注浆系统、压力传感器7、应力应变传感器19和微震检测仪18均外接控制系统；
所述压力传感器用以监测注浆过程中的注浆饱满度情况，由于锚杆在放入斜向上的锚孔内注入注浆液，由于重力的作用，注浆液会向下移动，导致锚孔口的压力最大，而锚孔底的压力最小，在压力最小位置设置压力传感器能够更准确的控制注浆效果；
所述应力应变传感器用以实时监测杆体的应力应变，微震检测仪用于实时监测杆体的振动情况；由于注浆后微震监测仪、杆体和围岩融为一体，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况，便可监测围岩的振动情况，巷道支护结构的振动情况和变化趋势，从而判断巷道支护结构的稳定性；有助于及时发现巷道支护结构的损伤和缺陷，并采取相应的维修和加固措施。故，通过实时监测杆体的振动情况，可以优化巷道支护结构设计：通过监测微震信号，可以了解巷道支护结构在不同条件下的振动特性和响应规律，从而优化巷道支护结构的设计和施工方案，提高其安全性能和使用寿命；预警巷道支护结构的失稳风险：通过监测微震信号，可以及时发现巷道支护结构的异常振动和变化，从而预警其失稳的风险；降低维护成本：通过监测微震信号，可以及时发现巷道支护结构的损伤和缺陷，从而采取相应的维修和加固措施，避免因巷道支护结构出现严重故障和事故而导致的停工和延误，降低维护成本。
实施例2：本实施例巷道围岩支护内胀式注浆锚杆与实施例1的巷道围岩支护内胀式注浆锚杆结构基本一致，不同之处在于：所述锚杆头3和止浆塞12之间固定设置有与杆体10平行的排气管支架9，排气管8固定设置在排气管支架9上；
所述锚杆头3上固定套设有保护套1，顶卡2和膨胀头4均位于保护套1内，保护套1填充设置有油脂20；
所述保护套1可选用防滑软橡胶，用以保护注浆不到的锚杆头，避免被水盐腐蚀；同时保护套可以增加膨胀头在与围岩接触的摩擦力提高抗滑能力，可以起到减小爆破震动对杆体带来的震动影响；保护套对锚杆头的顶卡及空腔内部的油脂起到约束作用；所述油脂20用以减小保护套与锚杆头的摩擦，并保护膨胀头，避免被水盐腐蚀；
所述止浆塞12外侧壁套设有橡胶密封层21，排气管8的排气端通过固定设置在止浆塞12内部的排气管连接器11与注浆塞排气孔13连通；
所述橡胶密封层21以保证锚孔的密闭性。
实施例3：本实施例巷道围岩支护内胀式注浆锚杆与实施例2的巷道围岩支护内胀式注浆锚杆结构基本一致，不同之处在于：所述杆体10的B端为凸型杆头16，凸型杆体16的外侧壁设置有外螺纹，凸型杆体16上螺纹连接有垫板和锚杆托盘14，锚杆托盘14靠近杆体10的B端端头，止浆塞12滑设在杆体10上且止浆塞12位于垫板和锚杆托盘14之间，凸型杆头16的末端螺纹连接有螺帽15；
所述锚杆托盘14和螺帽15可锁定止浆塞；并且锚杆托盘14和螺帽15向上挤压止浆塞，而垫板向下挤压止浆塞，垫板、锚杆托盘14和螺帽15配合同时给止浆塞施加预应力，防止止浆塞下滑出锚杆体；止浆塞受到两端的预应力则沿径向释放压应力而与锚孔贴合卡紧，提高锚杆的锚定效果；
所述膨胀头4的膨胀自由端为沿膨胀头4周向均匀设置的三角锥卡体，相邻三角锥卡体之间的缝隙为膨胀缝；顶卡2包括环形套和沿环形套周向均匀设置的顶卡卡体，环形套固定套设在锚杆头3的端头，顶卡卡体沿轴向固定贴合在锚杆头3上，顶卡卡体的外沿与三角锥卡体的内侧面贴合；
所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆的注浆支护方法，包括如下具体步骤：
1)将膨胀头、膨胀头挡垫、顶卡、止浆塞、排气管、压力传感器、应力应变传感器和微震检测仪固定在锚杆头和杆体上形成巷道围岩支护内胀式注浆锚杆；
2)将巷道围岩支护内胀式注浆锚杆向上插入待支护围岩的锚孔中，并沿锚孔底部施加预应力使锚杆头与锚孔底面接触并挤压膨胀头，膨胀头的膨胀自由端初步膨胀并卡设在锚孔侧壁；
3)旋转杆体，顶卡推动膨胀头的膨胀自由端再次均匀膨胀，使锚杆锚定在锚孔内；
4)控制系统控制注浆系统通过止浆塞的注浆孔均匀向锚孔进行注浆至预设注浆时间Tmin，然后再缓慢注浆至压力传感器监测的实施压力p达到预设压力p0或排气管有注浆液溢出，则控制系统控制注浆系统停止注浆；
5)固定止浆塞，完成巷道围岩支护内胀式注浆锚杆的智能注浆；
6)通过应力应变传感器实时监测杆体的应力应变，通过微震检测仪实时监测杆体的振动情况；根据杆体的应力应变和振动情况，预警巷道围岩支护内胀式注浆锚杆支护的失稳风险。
以上对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：包括杆体(10)、锚杆头(3)、膨胀头(4)和止浆塞(12)，杆体(10)的中部沿周向均匀贴合设置有应力应变传感器(19)，杆体(10)的中部固定设置有微震检测仪(18)，杆体(10)的两端分别为A端和B端，锚杆头(3)固定设置在杆体(10)A端，锚杆头(3)的端头固定设置有顶卡(2)，杆体(10)上固定设置有膨胀头挡垫(6)，膨胀头(4)的内螺纹段与杆体(10)A端的外螺纹段螺纹连接且膨胀头(4)位于锚杆头(3)和膨胀头挡垫(6)之间，膨胀头(4)的膨胀自由端套设在顶卡(2)上；止浆塞(12)固定套设在杆体(10)的B端，止浆塞(12)内开设有注浆孔(17)和注浆塞排气孔(13)，注浆孔(17)外接注浆系统，锚杆头(3)和止浆塞(12)之间固定设置有与杆体(10)平行的排气管(8)，排气管(8)的进气端头(5)靠近锚杆头(3)，排气管(8)的排气端与注浆塞排气孔(13)连通，杆体(10)的A端固定设置有压力传感器(7)，注浆系统、压力传感器(7)、应力应变传感器(19)和微震检测仪(18)均外接控制系统。
2.根据权利要求1所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：锚杆头(3)和止浆塞(12)之间固定设置有与杆体(10)平行的排气管支架(9)，排气管(8)固定设置在排气管支架(9)上。
3.根据权利要求1所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：锚杆头(3)上固定套设有保护套(1)，顶卡(2)和膨胀头(4)均位于保护套(1)内，保护套(1)填充设置有油脂(20)。
4.根据权利要求1所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：止浆塞(12)外侧壁套设有橡胶密封层(21)，排气管(8)的排气端通过固定设置在止浆塞(12)内部的排气管连接器(11)与注浆塞排气孔(13)连通。
5.根据权利要求1所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：杆体(10)的B端为凸型杆头(16)，凸型杆头(16)的外侧壁设置有外螺纹，凸型杆头(16)上螺纹连接有垫板和锚杆托盘(14)，锚杆托盘(14)靠近杆体(10)的B端端头，止浆塞(12)滑设在杆体(10)上且止浆塞(12)位于垫板和锚杆托盘(14)之间，凸型杆头(16)的末端螺纹连接有螺帽(15)。
6.根据权利要求1所述巷道围岩支护内胀式注浆锚杆，其特征在于：膨胀头(4)的膨胀自由端为沿膨胀头(4)周向均匀设置的三角锥卡体，相邻三角锥卡体之间的缝隙为膨胀缝；顶卡(2)包括环形套和沿环形套周向均匀设置的顶卡卡体，环形套固定套设在锚杆头(3)的端头，顶卡卡体沿轴向固定贴合在锚杆头(3)上，顶卡卡体的外沿与三角锥卡体的内侧面贴合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |