一种锚杆支护巷道的围岩灾害预警方法及锚固预警装置与流程

本发明属于矿山及地下工程巷道的锚杆支护监测领域，具体涉及一种锚杆支护巷道的围岩灾害预警方法及锚固预警装置。

背景技术：

随着浅部资源逐渐枯竭，国内外超千米开采深度的矿山已经很普遍，岩体工程正在向地下深部发展，为确保矿山及地下工程各类巷道稳定，锚杆支护成为维护巷道围岩稳定的重要支护形式。深部围岩会受到高地应力的作用，造成锚杆支护系统发生破坏或失效，进一步诱发冒顶、片帮、冲击地压等围岩灾害，使得锚杆支护下的围岩灾害具有滞后性、隐蔽性和突发性。为控制围岩灾害发生，通常须提高锚杆的锚固效果，主要以提高锚杆和基本托盘的强度和变形能力为手段；实现围岩灾害的预警方法主要是对锚杆系统受力和锚固围岩位移量的直接观测等。目前，提高锚杆锚固效果的手段，较多关注锚杆杆体性能，但根据锚杆与围岩相互作用原理，锚杆托盘与围岩接触良好是锚杆发挥锚固作用的关键，如果锚杆托盘与围岩接触面积不够，会出现锚杆内陷或悬空，从面导致锚杆的支护性能不能充分发挥。同时，围岩灾害预警装置多为改进锚杆构件并安装应变计和应力计或设置围岩变形位移监测电子元件，这些装置的测量精度虽高，但存在传感件接触稳定性差、生产制造和维护成本高等局限性，电子元件对潮湿、危险环境的适应性差，对安装的环境要求高，限制了电子元件类预警装置的使用。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便且能够有效增强锚杆支护系统承载能力并对锚杆支护巷道围岩灾害进行监测预警的锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置及预警方法。

本发明采用的技术方案是：一种锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置，包括锚杆、螺母、基本托盘、复层托盘和环形均压管；所述的锚杆的尾端由外向内依次设有螺母、基本托盘、环形均压管和复层托盘；所述的环形均压管内设有反光液体，环形均压管上设有液压功能阀。

上述的锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置中，所述复层托盘比基本托盘的承压面积大。

一种利用上述的锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置的锚杆支护巷道的围岩灾害预警方法，包括如下步骤：

（1）根据巷道锚杆支护设计方案，确定锚杆支护位置，并打入锚杆，在锚杆尾端依次套入复层托盘、环形均压管、基本托盘，然后通过螺母将基本托盘、环形均压管和复层托盘压贴在围岩壁上；

（2）在环形均压管中充入反光液体，选择与承压预警值配套的液压功能阀将反光液体封闭于环形均压管中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明根据锚杆支护与巷道围岩的相互作用特点，基本托盘会成为锚杆支护系统中重要承载构件，对巷道围岩受压变形起着关键作用，在基本托盘的基础上再增加尺寸更大的复层托盘，可增大托盘的与围岩的接触面积，提升对围岩的锚固控制作用和锚杆托锚力；充有反光液体并配有液压功能阀的环形均压管设置于基本托盘和复层托盘之间，环形均压管会直接承受托盘所受挤压力，根据锚杆锚固承载极限值，对液压功能阀的合理承压预警值进行结构设计；当地应力异常增大导致围岩变形破坏时，环形均压管所受的挤压力也相应增大，环形均压管的受压增大达到设计的承压预警值，液压功能阀打开，反光液体喷射在托盘周边的围岩壁面，在地下巷道灯光环境中，喷有反光液体的围岩壁面会发亮，从而实现灾害预警。

本发明充分考虑了锚杆与巷道围岩的相互作用，通过增加复层托盘提升锚杆基本托盘承压能力，并对围岩异常承压状态采用反光液体喷出实现预警，具有结构简单，制作简便、操作简单易行、更加适合井下潮湿危险环境的优点。

附图说明

图1为本发明一种锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置结构示意图。

图2为本发明环形均压管示意图。

图3为本发明装置未预警状态示意图。

图4为本发明装置预警状态示意图。

图中：1—复层托盘，2—环形均压管，3—基本托盘，4—螺母，5—锚杆，6—围岩壁，7—液压功能阀，8-反光液体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置，包括锚杆5、螺母4、基本托盘3、复层托盘1和环形均压管2；所述的锚杆5的尾端由外向内设有螺母4、基本托盘3、环形均压管2和复层托盘1，螺母4将复层托盘1压贴在围岩壁6上。所述的环形均压管2内设有反光液体8，环形均压管2上设有液压功能阀7。所述液压功能阀7可以进行叠加控制设计，实现对多种承压应力值的开启响应。

一种利用上述的锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置的锚杆支护巷道的围岩灾害预警方法，包括如下步骤：

（1）根据巷道锚杆支护设计方案，确定锚杆支护位置，并打入锚杆5，在锚杆5尾端依次套入复层托盘1、环形均压管2、基本托盘3，然后通过螺母4将基本托盘3、环形均压管2和复层托盘1压贴在围岩壁6上；

（2）在环形均压管2中充入反光液体8，选择与承压预警值配套的液压功能阀7将反光液体8封闭于环形均压管2中。根据锚杆支护与围岩的相互作用特点，巷道围岩灾害发生前会造成基本托盘3和复层托盘1承受很高的挤压力，进而压缩环形均压管2，当环形均压管2的应力达到设计的承压预警值时，液压功能阀7打开，环形均压管2中的反光液体8喷射在托盘周边围岩壁面，实现灾害预警。

复层托盘1比基本托盘3的尺寸面积要大，可由金属或非金属材料制成，在脆性围岩巷道中，更好地适应脆性围岩表面的剥落破坏，避免由于基本托盘3与围岩壁6的接触面积不够产生的围岩壁表面剥离而导致的锚杆杆体5失效的问题，从而提升了锚杆杆体5的承载能力。

正常情况下，锚杆支护巷道的围岩灾害锚固预警装置起到增加锚杆承载能力的作用，复层托盘1周边的围岩无光亮，如图3所示。当地应力异常增大时，围岩变形导致锚杆杆体5拉伸，使复层托盘1与基本托盘3间的环形均压管2所受的挤压力也增大，当达到设计的承压预警值时，环形均压管2上的液压功能阀7打开，环形均压管2内的反光液体8喷射在托盘周边的围岩壁面6上，如图4所示。在井下黑暗环境中，通过矿灯的照射，喷射有反光液体8的围岩壁6将有亮光产生，即可清晰分辨出巷道围岩应力异常区域，达到围岩灾害预警的目的，进而提前做好隐蔽性围岩灾害的应对准备，对矿井的安全高效生产具有实际意义。

采用本发明的锚杆支护巷道围岩灾害预警方法及锚固预警装置，能够有效提升锚杆托盘的承压能力，并对围岩异常承压状态采用反光液体喷出实现预警，操作简单易行，更适合井下潮湿危险环境。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种锚杆支护巷道的围岩灾害预警方法及锚固预警装置，锚固预警装置包括锚杆、螺母、基本托盘、复层托盘和环形均压管；所述的锚杆的尾端由外向内依次设有螺母、基本托盘、环形均压管和复层托盘；所述的环形均压管内设有反光液体，环形均压管上设有液压功能阀。本发明能够提升锚杆基本托盘承压能力，并对围岩异常承压状态采用反光液体喷出实现预警，具有结构简单、制作简便、操作简单易行、更加适合井下潮湿危险环境的优点。

技术研发人员：王斌;宁勇;冯涛;郭泽洋;赵伏军;彭文斌
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：2017.06.15
技术公布日：2017.08.22