一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造及锚固方法

阅读：评论：0

1.本发明涉及锚杆支护技术领域，尤其涉及一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造及锚固方法。

背景技术：

2.常规锚杆采用树脂药卷作为锚固剂，锚固后一定时间内可施加预紧力，但如果遇到富水裂隙发育地段，施工钻孔后，裂隙水将沿着钻孔流出，而常用的树脂锚固剂遇水后锚固强度将弱化甚至失效。
3.对于破碎围岩，常规的树脂药卷锚固剂很难实现理想的锚固效果，若采用传统的注浆锚杆对钻孔进行注浆，浆液将会沿着裂隙外溢至巷道内或流入裂隙深部，注浆压力无法达到预设压力，钻孔内无法实现理想的浆液饱满且有压状态，不仅浪费浆液，还将使得浆液流入巷道难清理。
4.因此，这类问题始终制约着煤矿富水围岩段巷道、裂隙发育巷道、软岩巷道、煤层巷道等锚杆的快速安装锚固速度及效果，以至于影响到巷道围岩安全和正常使用。
5.授权公告号cn205189918u公开了一种膨胀型中空注浆锚杆，通过调节调节螺母，将挤压管沿锚杆体往膨胀管的膨胀段移动，使得膨胀管的膨胀段径向涨开并抵住锚杆孔的围岩孔壁，注浆后浆液渗入到孔壁周边围岩，实现锚杆全长锚固，还说明了在锚杆孔的孔底放适量进行孔底爆破，形成一个扩大孔来加强注浆效果，增强锚杆的端头锚固力。
6.上述公开的专利文献虽能实现良好的锚固效果，但其整体锚固结构复杂，锚杆体采用多段拼装式结构，在锚杆体外安装挤压管、调节螺母和膨胀管等来实现膨胀功能，无法实现锚杆的快速安装。同时整个锚固施工流程操作繁琐，而且浆液渗入到孔壁周边围岩，并不能应用于裂隙围岩发育地段、富水区地段等环境的锚固，也无法实现浆液保压、浆液不外溢等预期效果。

技术实现要素：

7.本发明为了解决现有锚杆支护结构和工艺不能实现对富水裂隙围岩的有效锚固的问题，提供一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造及锚固方法，既能有效保证锚杆快速安装，又能实现全长锚固效果，解决了软岩难支护、破碎围岩难支护、孔内流水巷道难施工、富水区难锚固的难题。
8.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括钻孔洞、锚杆本体、包浆袋、托盘和螺母，所述锚杆本体为中空的圆柱体，锚杆本体内部空腔为通孔；所述锚杆本体上端部为胀列段，具有向外弯折胀裂的作用，所述胀列段上开设有溢流豁口，胀列段内部空腔为锥形变径孔以连通所述溢流豁口，变径孔小径端位于胀列段上端面、且小径端直径小于通孔直径；所述通孔内滑接有至少一个球形滚珠以控制通孔与变径孔的通断；
所述球形滚珠挤压变径孔迫使溢流豁口弯折扩张呈“v”形以连通所述通孔，所述球形滚珠挤压变径孔迫使胀列段向两侧弯折扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞内壁，实现端头锚固；所述锚杆本体外绑扎有透水不透浆的所述包浆袋，锚杆本体连同包浆袋置于所述钻孔洞内，锚杆本体下端伸出钻孔洞连接所述托盘和螺母。
9.进一步地，所述溢流豁口截面呈矩形径向贯穿胀列段，溢流豁口沿胀列段轴向切入以将胀列段分隔为对称的两侧，每侧胀列段和变径孔连接组合后截面呈扇环形。
10.进一步地，所述变径孔小径端直径为d1，变径孔大径端直径为d2，通孔直径为d3，球形滚珠直径为d4，其中d1小于d4，d2等于d3等于d4。
11.进一步地，所述变径孔长度为h，所述球形滚珠数量为1个、2个、3个或n个，n个球形滚珠叠加长度小于h，否则无法使得最后一个球形滚珠挤过溢流豁口实现浆液外溢作用。
12.进一步地，所述包浆袋为尼龙编织袋、聚乙烯袋或纤维袋制成，也可以为具有透水不透浆功能的其他袋子制成，包浆袋套设在锚杆本体外，包浆袋开口端靠近锚杆本体下端，包浆袋开口端设置有捆袋绳以将包浆袋系在锚杆本体上。
13.一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法，基于上述一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括以下步骤：步骤1、锚杆本体的制作：根据钻孔洞长度要求选择合适长度的锚杆本体制作加工，再准备与通孔直径相适配的球形滚珠；步骤2、锚杆本体送入钻孔洞：首先将包浆袋套入锚杆本体，采用捆袋绳将包浆袋开口端捆紧在锚杆本体上，一并送入钻孔洞底部，而后将球形滚珠放入锚杆本体内，锚杆本体下端连接好注浆管路；步骤3、注浆：启动注浆设备，浆液注入锚杆本体内，浆液推动球形滚珠沿着通孔移动至变径孔，到达变径孔后，高压浆液推动球形滚珠继续移动将变径孔初步胀裂；浆液持续注入，多个球形滚珠不断进入变径孔、对变径孔再次胀裂，直至所有球形滚珠均进入变径孔内实现变径孔完全胀裂，此时胀列段扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞内壁；与此同时，通孔与溢流豁口连通，浆液通过溢流豁口快速注入包浆袋内直至完全充满包浆袋，包浆袋扩张填充在钻孔洞内，采用了包浆袋包裹浆液，使浆液不外溢，减少注入浆液用量；步骤4、安装托盘和螺母，并对锚杆本体施加预紧力即可完成整个锚固作业，对富水裂隙围岩支护能够起到良好的作用。
14.进一步地，步骤1中，锚杆本体的制作加工包括通孔、变径孔和溢流豁口的加工。
15.进一步地，步骤3中，在高压浆液的推动作用下，球形滚珠缓慢进入、直至完全处于变径孔内，在此过程中，胀列段逐渐扩张为倒锥形，溢流豁口逐渐扩张呈“v”形。
16.通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的锚固安装流程首先将包浆袋套入中空的锚杆本体上，并对锚杆本体下端注浆，随着注浆浆液送入通孔，球形滚珠将使胀列段产生胀裂，胀裂后锁住围岩孔壁，施加预紧力；注浆浆液将沿着通孔进入变径孔，在高压作用下灌入包浆袋内，浆液中多余的水分和空气将通过透水不透浆的包浆袋渗出，属于“主动支护+全场锚固”，整个锚固流程方法便捷，易于施工、安全可靠、节约成本，还可提供较大的巷道围岩支护强度，很好地解决了软岩
难支护、破碎围岩难支护、孔内流水巷道难施工、富水区难锚固等难题，可满足超前支承压力和采后峰值压力的多重采动影响和控制巷道围岩变形的要求。
17.本发明的锚杆本体属一体锚杆，无需分步安装、预紧力强，可解决传统锚固剂锚固效果欠佳、无法快速提供初撑力的现状，实现安装后通过胀列段的胀裂可立即提供初撑力，方便可靠；再配合全长注浆锚固，是传统全长锚固和端锚锚固无法比拟的，属于一种快速施加预紧力的全长锚固锚杆，从整体上增加了锚杆本体的锚固性能，实现了锚杆本体与围岩最大程度的接触，可适用于富水区、破碎区、采动影响区等复杂地质条件围岩巷道快速支护，具有较好的推广价值和实用性。
附图说明
18.图1是本发明一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的整体结构示意图。
19.图2是本发明图1中锚杆本体上端示意图。
20.图3是本发明图1中锚杆本体下端示意图。
21.图4是本发明一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的胀列段未胀裂状态示意图。
22.图5是本发明一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的胀列段胀裂后示意图，图中g箭头为浆液通过溢浆口的流出指向。
23.图6是本发明一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法的球形滚珠在通孔内移动示意图，图中a图示表示浆液初步推动球形滚珠上移，b图示表示浆液持续推动球形滚珠上移靠近变径孔。
24.图7是本发明一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法的球形滚珠在变径孔内移动示意图，图中c图示表示球形滚珠初步挤压变径孔，d图示表示球形滚珠再次挤压变径孔，e图示表示球形滚珠完全挤压变径孔。
25.附图中标号为：1钻孔洞，2锚杆本体，3包浆袋，4托盘，5螺母，6通孔，7胀列段，8溢流豁口，9变径孔，10球形滚珠，11捆袋绳，12溢浆口。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：如图1~图5所示，一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括钻孔洞1、锚杆本体2、包浆袋3、托盘4和螺母5。其中锚杆本体2为中空的圆柱体，锚杆本体2内部空腔为通孔6，通孔6直径为d3，通孔6也为注浆孔，可作为浆液的流动通道。
27.锚杆本体2上端部为胀列段7，胀列段7在一定作用力的推动下可实现锚杆本体2上端向外变径扩张。胀列段7上开设有溢流豁口8，溢流豁口8截面呈矩形，溢流豁口8径向贯穿胀列段7，溢流豁口8沿胀列段7轴向切入，进而将胀列段7分隔为对称的两侧。
28.胀列段7内部空腔为锥形变径孔9，每侧胀列段7和变径孔9连接组合后截面呈扇环形。变径孔9连通溢流豁口8，溢流豁口8将变径孔9分隔为两个半圆台结构。
29.变径孔9长度为h，变径孔9两端分别为大径端和小径端，其中变径孔9小径端直径为d1，小径端位于胀列段7上端面、且小径端直径d1小于通孔6直径d3。变径孔9大径端直径为d2，d2等于通孔6直径d3。
30.在通孔6内滑接有至少一个球形滚珠10，球形滚珠10直径为d4，d4等于通孔6直径d3，进而球形滚珠10可在通孔6内任意滚动。
31.球形滚珠10数量可以为1个、2个、3个或n个，n个球形滚珠10叠加长度小于变径孔9长度h，目的是要保证所有球形滚珠10都要置于变径孔9内，实现通孔6与溢流豁口8的连通。
32.本实施例中，球形滚珠10数量为三个，三个球形滚珠10之间接触、不存在间隔，通过球形滚珠10滚动位置的不同，可控制通孔6与变径孔9的通断，即当球形滚珠10置于通孔6内时，通孔6与变径孔9不连通，当球形滚珠10置于变径孔9内后，通孔6与变径孔9连通。
33.在浆液的推动作用下，球形滚珠10挤压变径孔9迫使溢流豁口8弯折扩张呈“v”形，进而连通所述通孔6；与此同时，球形滚珠10挤压变径孔9迫使胀列段7向两侧弯折扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞1内壁。
34.锚杆本体2外绑扎有透水不透浆的包浆袋3，包浆袋3可采用尼龙编织袋、聚乙烯袋或纤维袋制成，但并不局限于此，也可采用具有透水不透浆功能的其他袋制成。
35.包浆袋3在安装时，包浆袋3套设在锚杆本体2外，包浆袋3开口端靠近锚杆本体2下端，包浆袋3开口端设置有捆袋绳11以将包浆袋3系在锚杆本体2上。锚杆本体2连同包浆袋3置于钻孔洞1内，锚杆本体2下端伸出钻孔洞1连接托盘4和螺母5。
36.如图6~图7所示，一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法，包括以下步骤：步骤1、锚杆本体2的制作：根据钻孔洞1长度要求选择合适长度的锚杆本体2制作加工，其中锚杆本体2的制作加工包括通孔6、变径孔9和溢流豁口8的加工；再准备与通孔6直径相适配的球形滚珠10。
37.步骤2、锚杆本体2送入钻孔洞1：首先将包浆袋3套入锚杆本体2，采用捆袋绳11将包浆袋3开口端捆紧在锚杆本体2上，一并送入钻孔洞1底部；注浆前，将球形滚珠10放入锚杆本体2内，锚杆本体2下端连接好注浆管路。
38.步骤3、注浆：启动注浆设备，浆液通过注浆管路注入锚杆本体2内，高压浆液推动球形滚珠10沿着通孔6移动至变径孔9，到达变径孔9后，高压浆液推动球形滚珠10继续移动将变径孔9初步胀裂；高压浆液持续注入，多个球形滚珠10依次进入变径孔9、对变径孔9再次胀裂，直至所有球形滚珠10均进入变径孔9内实现变径孔9的完全胀裂；此时胀列段7扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞1内壁，产生预应力，起到锚固作用。
39.在高压浆液的推动作用下，球形滚珠10缓慢进入、直至完全处于变径孔9内，在整个变径孔9胀列过程中，胀列段7逐渐扩张为倒锥形，溢流豁口8逐渐扩张呈“v”形。
40.与此同时，通孔6与溢流豁口8下端连通，即溢流豁口8下端为溢浆口12，溢浆口12只占溢流豁口8的一小部分，浆液通过溢浆口12快速注入包浆袋3内，由于包浆袋3有捆袋绳11束缚，且具有透水不透浆作用，浆液将不会沿着围岩裂隙向钻孔洞1外溢出而无法有效施加足够的注浆压力，随着注入的浆液完全充满包浆袋3，包浆袋3扩张紧密填充在钻孔洞1内，由于胀列段7很紧密的挤压钻孔洞1孔壁，此时便实现端部快速预紧和全长锚固锚杆双重效果。
41.步骤4、安装托盘4和螺母5，并对锚杆本体2施加预紧力即可完成整个锚固作业，可解决在富水裂隙围岩钻孔内、常规锚杆注浆后溢浆不保浆、无法快速安装螺母5和托盘4的
难题。
42.以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

技术特征：

1.一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括钻孔洞（1）、锚杆本体（2）、包浆袋（3）、托盘（4）和螺母（5），其特征在于，所述锚杆本体（2）为中空的圆柱体，锚杆本体（2）内部空腔为通孔（6）；所述锚杆本体（2）上端部为胀列段（7），所述胀列段（7）上开设有溢流豁口（8），胀列段（7）内部空腔为锥形变径孔（9）以连通所述溢流豁口（8），变径孔（9）小径端位于胀列段（7）上端面、且小径端直径小于通孔（6）直径；所述通孔（6）内滑接有至少一个球形滚珠（10）以控制通孔（6）与变径孔（9）的通断；所述球形滚珠（10）挤压变径孔（9）迫使溢流豁口（8）弯折扩张呈“v”形以连通所述通孔（6），所述球形滚珠（10）挤压变径孔（9）迫使胀列段（7）向两侧弯折扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞（1）内壁；所述锚杆本体（2）外绑扎有透水不透浆的所述包浆袋（3），锚杆本体（2）连同包浆袋（3）置于所述钻孔洞（1）内，锚杆本体（2）下端伸出钻孔洞（1）连接所述托盘（4）和螺母（5）。2.根据权利要求1所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，其特征在于，所述溢流豁口（8）截面呈矩形径向贯穿胀列段（7），溢流豁口（8）沿胀列段（7）轴向切入以将胀列段（7）分隔为对称的两侧，每侧胀列段（7）和变径孔（9）连接组合后截面呈扇环形。3.根据权利要求1所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，其特征在于，所述变径孔（9）小径端直径为d1，变径孔（9）大径端直径为d2，通孔（6）直径为d3，球形滚珠（10）直径为d4，其中d1小于d4，d2等于d3等于d4。4.根据权利要求1所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，其特征在于，所述变径孔（9）长度为h，所述球形滚珠（10）数量为1个、2个、3个或n个，n个球形滚珠（10）叠加长度小于h。5.根据权利要求1所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，其特征在于，所述包浆袋（3）为尼龙编织袋、聚乙烯袋或纤维袋制成，包浆袋（3）套设在锚杆本体（2）外，包浆袋（3）开口端靠近锚杆本体（2）下端，包浆袋（3）开口端设置有捆袋绳（11）以将包浆袋（3）系在锚杆本体（2）上。6.一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法，其特征在于，基于权利要求1至5任一项所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括以下步骤：步骤1、锚杆本体（2）的制作：根据钻孔洞（1）长度要求选择合适长度的锚杆本体（2）制作加工，再准备与通孔（6）直径相适配的球形滚珠（10）；步骤2、锚杆本体（2）送入钻孔洞（1）：首先将包浆袋（3）套入锚杆本体（2），采用捆袋绳（11）将包浆袋（3）开口端捆紧在锚杆本体（2）上，一并送入钻孔洞（1）底部，而后将球形滚珠（10）放入锚杆本体（2）内，锚杆本体（2）下端连接好注浆管路；步骤3、注浆：启动注浆设备，浆液注入锚杆本体（2）内，浆液推动球形滚珠（10）沿着通孔（6）移动至变径孔（9），到达变径孔（9）后，高压浆液推动球形滚珠（10）继续移动将变径孔（9）初步胀裂；浆液持续注入，多个球形滚珠（10）不断进入变径孔（9）、对变径孔（9）再次胀裂，直至所有球形滚珠（10）均进入变径孔（9）内实现变径孔（9）完全胀裂，此时胀列段（7）扩张呈倒锥形紧抵在钻孔洞（1）内壁；与此同时，通孔（6）与溢流豁口（8）连通，浆液通过溢流豁口（8）快速注入包浆袋（3）内
直至完全充满包浆袋（3），包浆袋（3）扩张填充在钻孔洞（1）内；步骤4、安装托盘（4）和螺母（5），并对锚杆本体（2）施加预紧力即可完成整个锚固作业。7.根据权利要求6所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法，其特征在于，步骤1中，锚杆本体（2）的制作加工包括通孔（6）、变径孔（9）和溢流豁口（8）的加工。8.根据权利要求6所述的一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法，其特征在于，步骤3中，在高压浆液的推动作用下，球形滚珠（10）缓慢进入、直至完全处于变径孔（9）内，在此过程中，胀列段（7）逐渐扩张为倒锥形，溢流豁口（8）逐渐扩张呈“v”形。

技术总结

本发明涉及一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造，包括钻孔洞、锚杆本体、包浆袋、托盘和螺母，锚杆本体内部空腔为通孔；锚杆本体上端部为胀列段，胀列段上开设有溢流豁口，胀列段内部空腔为锥形变径孔；通孔内滑接有至少一个球形滚珠；球形滚珠挤压变径孔迫使溢流豁口弯折扩张以连通通孔，球形滚珠挤压变径孔迫使胀列段向两侧弯折扩张紧抵在钻孔洞内壁；锚杆本体外绑扎有透水不透浆的包浆袋，锚杆本体连同包浆袋置于钻孔洞内，锚杆本体下端伸出钻孔洞连接托盘和螺母。本发明还涉及一种新型挤压胀裂式注浆不溢浆锚杆构造的锚固方法。本发明属于一种快速施加预紧力的全长锚固锚杆，解决了富水裂隙围岩难锚固的难题，具有较好的推广价值。广价值。广价值。