一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆及其施工工艺的制作方法

本发明涉及巷道支护技术领域，具体涉及一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆及其施工工艺。

背景技术：

安全、高效、经济的巷道支护技术是保证矿井安全、高效生产的必要条件。锚杆支护技术在国外重要的产煤国家得到了广泛应用,其中以美国、澳大利亚最为典型,这与他们煤层地质条件比较简单、埋藏浅以及国家重视该项技术密切相关,形成了从支护设计、配套施工机具、适用于不同条件的系列锚杆锚索支护产品和可靠的监测手段等成套支护技术体系,整个体系较为科学、安全和可靠。据不完全统计,我国国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达上万公里,其中80%以上是煤巷与半煤岩巷。锚杆支护已经成为我国煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护形式，对于深埋高应力松软破碎围岩巷道锚杆支护，预应力施加值越高越能显著控制围岩变形。

左旋无纵筋螺纹钢是目前煤矿巷道支护采用的主要锚杆杆体形式，它是基于建筑用螺纹钢轮廓进一步改造而成。左旋无纵筋螺纹钢锚杆的特点为：由于杆体采用左旋螺纹，在锚杆安装设备的旋转推动过程中，将树脂固化剂不断向前推送，可使得树脂充填密实。但目前巷道支护技术所使用的左旋无纵筋全长预应力锚杆还存在以下不足：锚杆安装过程中，钻孔中预先依次放入快凝树脂药卷和慢凝树脂药卷，钻机在推送锚杆时，杆体前端头先与慢凝树脂药卷接触，杆体前端头前方的慢凝树脂药卷被搅破后，在左旋螺纹搅拌推送作用下，被打破包装的慢凝锚固剂将会向钻孔深部流动，使得慢凝锚固剂与快凝锚固剂相互混合，导致实际的快凝锚固剂在钻孔前端部的锚固长度褪化。与此同时，在锚杆左旋螺纹推送作用下，原本为快凝树脂锚固剂锚固的区段内部分临近杆体的树脂环被慢凝树脂取代，若施加较高预应力，在螺纹横肋处引起高应力集中，超过树脂材料强度后则引起前端部慢凝、速凝混合树脂锚固剂破坏，进一步削弱锚固作用。总之，施加高预应力的先决条件是前端部的快凝树脂应具备足够的锚固长度与锚固强度；但左旋螺纹的搅拌作用下导致快凝树脂有效锚固长度变短、前端部锚固强度降低，不利于高预应力的施加。

因此，需要一种能够防止在安装过程中引起前端部锚固失效的且能够施加高预应力的左旋无纵筋预应力锚杆以及施工工艺，以适用于高应力松软破碎巷道支护。

技术实现要素：

本发明的目的主要是为了解决上述技术问题，而提供一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆及其施工工艺。

本发明一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆包括托盘、螺母、端头螺栓、左旋锚杆杆体、爆破阀和慢凝树脂药卷，所述托盘设有锚杆杆体穿过孔，托盘固定安装在锚杆钻孔的洞口处，所述左旋锚杆杆体的一端设有端头螺栓，左旋锚杆杆体内设有纵向通孔和一组横向通孔，所述一组横向通孔分别与纵向通孔相连通，左旋锚杆杆体的端头螺栓穿过托盘的锚杆杆体穿过孔，并通过螺母锁紧，所述左旋锚杆杆体的位于锚杆钻孔内，左旋锚杆杆体与锚杆钻孔之间为树脂锚固剂，一组横向通孔的两侧端口分别装配有爆破阀。

所述慢凝树脂药卷8由材料A和材料B组成，所述材料A为树脂胶泥，由不饱和聚酯树脂80-100份、环烷酸钴0.0025-0.015份、无机填料300-600份按照重量份比例混合而成，所述材料B为普通慢凝固化剂，由过氧化甲乙酮0.04-0.12份、邻苯二甲酸二甲酯0.01-0.05份、滑石粉0.03-0.15份按重量份比例组成。

一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆的施工工艺，包括以下步骤：

①.测量、定位锚杆钻孔；

②.用锚杆钻机按设计尺寸打钻眼；

③.高压水冲洗钻孔；

④.用左旋锚杆杆体将数根慢凝树脂药卷推入钻孔，保证树脂药卷数量能够实现全长锚固；

⑤.用锚杆钻机安装左旋螺纹钢杆体；

⑥. 待左旋锚杆杆体4前端头完全钻入孔底时，通过纵向通孔5、横向通孔6及爆破阀7注入锚固材料C，锚固材料C与已被搅拌的慢凝树脂药卷8混合后形成速凝树脂药卷11，实现端部速凝，外部树脂液体流入横向通孔6内造成堵塞，爆破阀为单向开启，当横向通孔（6）内的注入压力超过爆破阀开启压力后，爆破阀7开启，材料C流入杆体与钻孔之间，实现锚杆前端部速凝；

⑦.加速搅拌锚固剂达到预定的搅拌阻力后，停止搅拌；

⑧.待左旋锚杆杆体前端部的树脂完全固化，安装托盘和螺母；

⑨.通过纵向通孔向纵向通孔和一组横向通孔的孔内充填材料D。

所述材料C由二甲基对甲苯胺DMT0.6-1.5份、二甲基苯胺DMA0.2-1.5份、溶剂0.5-3份按照重量份比例混合；所述材料D由不饱和聚酯树脂80-120份、无机填料200-300份、BPO粉末5-10份按照重量份比例混合而成。

本发明优点是：本发明的应用可有效避免在安装过程中因左旋螺纹搅拌作用下导致快凝与慢凝锚固剂相互混合、速凝锚固长度褪化的问题，从而可对锚杆施加高预应力，增强预应力在围岩中的扩散作用，提高对高应力松软破碎围岩的控制作用，具有很好的应用推广价值。

附图说明

图1是一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆加入材料C形成速凝树脂药卷结构示意图。

图2是左旋锚杆杆体和爆破阀组装结构示意图。

图3是一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆的施工工艺流程图。

图4是慢凝锚固剂组分示意图。

图5是速凝锚固剂组分示意图。

图中：1、托盘；2、螺母；3、端头螺栓；4、左旋锚杆杆体；5、纵向通孔；6、一组横向通孔；7、爆破阀；8、慢凝树脂药卷；9、锚固剂；10、锚杆钻孔；11、速凝树脂药卷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、2、3、4、5所示，本发明一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆包括托盘1、螺母2、端头螺栓3、左旋锚杆杆体4、爆破阀7和慢凝树脂药卷8，所述托盘1设有锚杆杆体穿过孔，托盘1固定安装在锚杆钻孔10的洞口处，所述左旋锚杆杆体4的一端设有端头螺栓3，左旋锚杆杆体4内设有纵向通孔5和一组横向通孔6，所述一组横向通孔6分别与纵向通孔5相连通，左旋锚杆杆体4的端头螺栓3穿过托盘1的锚杆杆体穿过孔，并通过螺母2锁紧，所述左旋锚杆杆体4的位于锚杆钻孔10内，左旋锚杆杆体4与锚杆钻孔10之间为树脂锚固剂，一组横向通孔6的两侧端口分别装配有爆破阀7。

所述慢凝树脂药卷8由材料A和材料B组成，所述材料A为树脂胶泥，由不饱和聚酯树脂80-100份、环烷酸钴0.0025-0.015份、无机填料300-600份按照重量份比例混合而成，所述材料B为普通慢凝固化剂，由过氧化甲乙酮0.04-0.12份、邻苯二甲酸二甲酯0.01-0.05份、滑石粉0.03-0.15份按重量份比例组成。

一种左旋无纵筋全长高预应力锚杆的施工工艺，包括以下步骤：

①.测量、定位锚杆钻孔；

②.用锚杆钻机按设计尺寸打钻眼；

③.高压水冲洗钻孔；

④.用左旋锚杆杆体4将数根慢凝树脂药卷8推入钻孔，保证树脂药卷数量能够实现全长锚固；

⑤.用锚杆钻机安装左旋螺纹钢杆体；

⑥. 待左旋锚杆杆体4前端头完全钻入孔底时，通过纵向通孔5、横向通孔6及爆破阀7注入锚固材料C，锚固材料C与已被搅拌的慢凝树脂药卷8混合后形成速凝树脂药卷11，实现端部速凝，外部树脂液体流入横向通孔6内造成堵塞，爆破阀为单向开启，当横向通孔（6）内的注入压力超过爆破阀开启压力后，爆破阀7开启，材料C流入杆体与钻孔之间，实现锚杆前端部速凝；

⑦.加速搅拌锚固剂达到预定的搅拌阻力后，停止搅拌；

⑧.待左旋锚杆杆体4前端部的树脂完全固化，安装托盘1和螺母2；

⑨.通过纵向通孔5向纵向通孔5和一组横向通孔6的孔内充填材料D。

所述材料C由二甲基对甲苯胺DMT0.6-1.5份、二甲基苯胺DMA0.2-1.5份、溶剂0.5-3份按照重量份比例混合；所述材料D由不饱和聚酯树脂80-120份、无机填料200-300份、BPO粉末5-10份按照重量份比例混合而成。

工作方式及原理：安装锚杆时，向钻孔内填充慢凝树脂药卷，然后通过纵向通孔、横向通孔及爆破阀向锚杆前端部注入材料C，爆破阀的作用是防止在安装锚杆过程中搅拌树脂药卷时外部树脂药卷液体流入横向通孔内，当锚杆安装至预定位置时，注入材料C的压力超过爆破阀开启压力后，爆破阀开启，C流入钻孔前端，并与慢凝树脂药卷混合后可实现前端部速凝；

按照以上工艺步骤进行施工可有效避免在安装过程中因左旋螺纹搅拌作用下导致快凝与慢凝锚固剂相互混合、速凝锚固长度褪化的问题，从而可对锚杆施加高预应力，增强预应力在围岩中的扩散作用，提高对高应力松软破碎围岩的控制作用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。