一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法
【专利摘要】本发明一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构，包括注浆钢管注浆装置与注浆钢管两端紧固装置，注浆钢管注浆装置由注浆软管、带孔密封塞、注浆钢管、实心密封塞及注浆钢管流液孔组成；注浆钢管两端紧固装置由紧固螺母、垫圈、托板、移动卡齿管、固定锥形楔、固定卡齿管及移动锥形楔组成。弹性区注浆钢管端部通过固定卡齿管与移动锥形楔紧固，塑性(破碎)区注浆钢管端部通过移动卡齿管与固定锥形紧固。本发明还公开了完成上述大变形巷道围岩注浆紧固承载结构的施工方法，包括施工水平钻孔、注浆钢管里端部紧固、注浆钢管外端部紧固、塑性(破碎)区围岩注浆、封孔及二次紧固。本发明采用锚固药卷配合注浆钢管里外端部机械加强锚固方法，实现了注浆钢管的加长注浆与紧固承载一体化。
【专利说明】一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法，属于岩土工程锚固支护领域，尤其涉及到地下采矿工程巷道围岩再造承载层注浆承载系统。
【背景技术】
[0002]深井大变形巷道一般都表现出地应力大、围岩塑性(破碎)区大以及强流变的特点，使得巷道支护难度加大及不利维护。如果支护不当，易造成巷道围岩的变形加剧至最终破坏失稳。而现有巷道基本支护系统，如锚杆-锚索主动支护系统、型钢被动支护系统及锚杆(索)_型钢耦合主被动支护系统均是作用在巷道围岩塑性(破碎)区内或巷道表面，巷道基本支护系统作用范围以外的塑性(破碎)岩体很难将巷道开掘及支护后重新分布应力向巷道两帮深部弹性区转移。
[0003]深井巷道围岩塑性(破碎)区范围较大时，巷道周边各岩层承载能力下降，巷道表现出整体收敛及大变形特点，采用目前的基本支护系统难以实现有效控制。在巷道两帮下部施工巷道围岩再造承载层，要求承载层和两帮深部的弹性区岩体搭接，由于一般注浆锚杆较短小，不能和弹性区岩体搭接，而注浆钢管较长，但在弹性区端头锚固效果差，在端尾也易出现注浆钢管和钻孔壁松动浆液外漏的情况，难以达到注浆承载一体化的目的。本发明基于巷道围岩应力转移及变形不可抗性，提出一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法，用于实现巷道两帮再造承载层和深部弹性区岩体的搭接与注浆承载紧固，其注浆承载结构简单，易于施工操作，不仅实现了巷道围岩的再造承载层，也促进了锚固围岩的整体稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有大变形巷道注浆锚杆不能达到弹性区、注浆钢管两端紧固性差及难于实现注浆承载一体化的不足，提出了一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构，包括注浆钢管注浆装置与注浆钢管两端紧固装置，其特征在于:所述的注浆钢管注浆装置由注浆软管、带孔密封塞、注浆钢管、实心密封塞及注浆钢管流液孔组成；所述的注浆钢管两端紧固装置由紧固螺母、垫圈、托板、移动卡齿管、固定锥形楔、固定卡齿管及移动锥形楔组成。
[0006]进一步，注浆软管一端通过带孔密封塞与注浆钢管相接，注浆软管另一端与外部注浆泵相接。
[0007]进一步，注浆钢管每隔一定距离开两个对称的注浆流液孔，且注浆钢管两端均设有丝口，注浆钢管里端通过实心密封塞进行封孔。
[0008]进一步，注浆钢管外端部紧固件移动卡齿管和固定锥形楔位于巷道围岩塑性(破碎)区中，注浆钢管里端部紧固件固定卡齿管和移动锥形楔位于巷道围岩弹性区中。[0009]进一步，固定锥形楔与移动锥形楔的初始外径等于钻孔孔径，以保证注浆钢管的安装与紧固。
[0010]进一步，弹性区注浆钢管里端部紧固通过旋转注浆钢管使注浆钢管上固定卡齿管与移动锥形楔之间距离的减小来实现。
[0011]进一步，塑性(破碎)区注浆钢管外端部紧固通过转动紧固螺母使移动卡齿管与固定锥形楔之间距离的减小来实现。
[0012]进一步，注浆液通过注浆软管、注浆钢管、注浆钢管流液孔进入钻孔与塑性(破碎)区裂隙中。
[0013]本发明还涉及一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构的施工方法，包括以下步骤:
[0014](I)选定大变形巷道位置，在巷道两帮围岩表面施工水平钻孔，要求钻孔深度达到围岩弹性区范围，施工孔径等于固定锥形楔与移动锥形楔的初始外径。
[0015](2)在注浆钢管里端部安装实心密封塞与移动锥形楔，使移动锥形楔与固定卡齿管接触，在钻孔内放入锚固药卷，用安装实心密封塞与移动锥形楔的注浆钢管推动锚固药卷至钻孔深部，转动注浆钢管实现锚固药卷搅动锚固及移动锥形楔张开，完成弹性区注浆钢管里端部的紧固稳定。
[0016](3)在注浆钢管外端部依次安装移动卡齿管、托板、垫圈与紧固螺母，转动紧固螺母使垫圈、托板与塑性(破碎)区围岩接触，并通过移动卡齿管移动使固定锥形楔张开与钻孔壁四周紧固。
[0017](4)在注浆钢管外端部安装注浆软管，并采用带孔密封塞进行密封紧固，注浆软管另一端与高压注浆泵相连，高压注浆泵另一端与配置注浆液管道相接。开动高压注浆泵，使注浆液由注浆软管到锚固注浆钢管，并由注浆钢管流液孔进入钻孔及压入塑性(破碎)区围岩裂隙中。
[0018](5)达到注浆泵设定的压力与时间后，关闭高压注浆泵，去掉注浆软管与带孔密封塞，采用实心密封塞进行注浆钢管外端口封闭，二次转动紧固螺母进行注浆钢管外端的二次紧固，完成整个施工过程。
[0019]本发明的优点和有益效果是:注浆钢管在采用锚固药卷进行锚固的同时，配合采用了注浆钢管里端部与外端部机械锚固方法进行加强锚固，不仅提高了大长中空注浆钢管单纯树脂药卷锚固的不足，而且也避免注浆钢管注浆时注浆钢管里端部、外端部的松动与注浆液的渗出，利于实现注浆钢管的合理注浆与耦合承载一体化。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实现本发明一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构示意图。
[0021]图2是紧固螺母3及移动卡齿6主视图。
[0022]图3移动锥形楔14主视图。
[0023]图中:1为注浆软管；2为带孔密封塞；3为紧固螺母；4为垫圈；5为托板；6为移动卡齿管；7为固定锥形楔；8为注衆钢管；9为注衆钢管流液孔；10为钻孔；11为塑性(破碎)区；12为弹性区；13为固定卡齿管；14为移动锥形楔；15为实心密封塞。【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
[0025]本发明提供了一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构及施工方法。
[0026]如图1所示，本发明的【具体实施方式】如下:
[0027](I)选定大变形巷道位置，在巷道两帮围岩表面施工水平钻孔10，要求钻孔10深度达到围岩弹性区12范围内，施工孔径等于固定锥形楔7与移动锥形楔14的初始外径。
[0028](2)在注浆钢管8里端部安装实心密封塞15、移动锥形楔14，使移动锥形楔14与固定卡齿管13接触，在钻孔10内放入锚固药卷，用安装移动锥形楔14的注浆钢管8推动锚固药卷至钻孔10深部，转动注浆钢管8实现锚固药卷搅动锚固及推进移动锥形楔14张开，完成弹性区12注浆钢管8里端部的紧固稳定。
[0029](3)在注浆钢管8外端部依次安装移动卡齿管6、托板5、垫圈4与紧固螺母3，转动紧固螺母3使垫圈4、托板5与塑性(破碎)区11中的围岩接触，并通过移动卡齿管6移动使固定锥形楔7张开与钻孔10内壁四周紧固。
[0030](4)在注浆钢管8外端部安装注浆软管1，并采用带孔密封塞2进行密封紧固，注浆软管I另一端与高压注浆泵相连，高压注浆泵另一端与配置注浆液相接。开动高压注浆泵，使注浆液由注浆软管I到锚固注浆钢管8，并由注浆钢管流液孔9进入钻孔10及压入塑性(破碎)区11的围岩裂隙中。
[0031](5)达到注浆泵设定压力及时间后，关闭高压注浆泵，去掉注浆软管I与带孔密封塞2，采用实心密封塞15进行注浆钢管8外端口封闭，二次转动紧固螺母3进行注浆钢管8外端的二次紧固，完成整个施工过程。
[0032]本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。
【权利要求】
1.一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构，包括注浆钢管注浆装置与注浆钢管两端紧固装置，其特征在于:所述的注浆钢管注浆装置由注浆软管、带孔密封塞、注浆钢管、实心密封塞及注浆钢管流液孔组成；所述的注浆钢管两端紧固装置由紧固螺母、垫圈、托板、移动卡齿管、固定锥形楔、固定卡齿管及移动锥形楔组成。
2.根据权利要求1所述的注浆钢管注浆装置为注浆液通过注浆软管、注浆钢管、注浆钢管流液孔进入钻孔与塑性(破碎)区岩体裂隙中。
3.根据权利要求1所述的注浆钢管两端紧固装置的弹性区注浆钢管里端部通过旋转注浆钢管使注浆钢管上固定卡齿管与移动锥形楔距离减小紧固，塑性(破碎)区注浆钢管外端部通过转动紧固螺母使移动卡齿管与固定锥形楔距离减小紧固。
4.如权利要求1所述的一种大变形巷道围岩注浆紧固承载结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤:(I)施工水平钻孔；(2)注浆钢管里端部紧固；(3)注浆钢管外端部紧固；(4)塑性(破碎)区岩体注浆；(5)封孔及二次紧固； (1)施工水平钻孔:要求钻孔深度达到岩体弹性区范围内，施工孔径等于固定锥形楔与移动锥形楔的初始外径； (2)注浆钢管里端部紧固:在注浆钢管里端部安装实心密封塞与移动锥形楔，同时在钻孔内放入锚固药卷，使注浆钢管推动锚固药卷至钻孔深部，转动注浆钢管实现搅动锚固及移动锥形楔张开，完成弹性区注浆钢管里端部的树脂与机械紧固； (3)注浆钢管外端部紧固:在注浆钢管外端部依次安装移动卡齿管、托板、垫圈与紧固螺母，转动紧固螺母使垫圈、托板与塑性(破碎)区岩体接触，并通过移动卡齿管移动使固定锥形楔张开与钻孔内壁四周紧固； (4)塑性(破碎)区围岩注浆:配置注浆液通过高压注浆泵由注浆软管、注浆钢管、注浆钢管流液孔进入钻孔四周及压入塑性(破碎)区岩体中； (5)封孔及二次紧固:注浆完毕，采用实心密封塞进行注浆钢管外端口封闭，二次转动紧固螺母进行注浆钢管外端部二次紧固。
【文档编号】E21D11/10GK103557012SQ201310577174
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】勾攀峰, 辛亚军, 姬红英 申请人:河南理工大学