一种液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆的制作方法

本发明涉及岩土加固支护技术领域，尤其涉及一种液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆。

背景技术：

锚杆支护是解决岩土工程中稳定问题最为经济有效的方法，其已在边坡治理、深基坑支护、围岩加固以及结构物加压等各类工程中得到广泛应用。但破碎岩体的支护加固却一直是岩土锚固工程施工领域的难题，尤其当破碎岩体厚度超过一定距离时，采用锚杆或锚索支护的锚固段只能作用在破碎岩土体中，无法形成悬吊、挤压等支护作用，无法进行有效的锚固，工程安全性得不到保证。而采用注浆支护或锚注联合支护时，在破碎岩体裂隙发育不充分的情况下，注浆浆液扩散半径小、注浆量低，导致主副承载圈的厚度小，在巷道或采场上盘围岩在应力集中的作用下会逐渐失去平衡，形成新的破坏，难以满足加固破碎区域围岩的目的。

针对破碎岩体裂隙连通性差、注浆量小等问题，有人提出采用常规爆破增透注浆的方法进行锚注联合支护，但炸药爆炸增透技术由于药包爆破能量及其释放方向难以精准控制，可能导致炮孔周围较密集的径向裂纹急剧增多，无法形成均匀的裂隙带，爆破后易对深部围岩爆炸致裂带造成新的应力集中，反而影响围岩的稳定性。同时，传统炸药爆破安全系数低，不能排除哑炮的可能，适用条件受限、操作工艺相对复杂，爆破产生的粉尘和大量有害气体对作业环境造成污染。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述节理裂隙中等发育、连通性差的围岩进行加固时，提供一种实现爆破过程无污染、能量可调、泄放方式可控的液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆，以增加围岩的裂隙带范围、扩大浆液的扩散半径、改善围岩的注浆效果，提高和改善围岩力学性能，控制围岩变形，实现锚杆与注浆双重支护作用。

为解决上述技术问题，本发明所提供的液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆，包括锚杆杆体和胀壳锚固头，所述锚杆杆体包括储液管、固定连接在储液管前端的泄能头及可拆卸连接在储液管后端的充装头，所述泄能头内设有连通储液管内腔的释放管路，外壁上设有贯通所述释放管路的排气孔；在储液管内腔与释放管路之间设有泄能片；所述胀壳锚固头连接于所述泄能头的前端；所述充装头上设有连通储液管内腔的充液孔及控制充液孔开闭的阀门，在所述储液管内腔的后端设有加热元件。

进一步的，所述胀壳锚固头包括一螺杆、一楔形螺母及两瓣对应设置的胀壳夹片，所述螺杆一端与泄能头前端固定连接，另一端从两瓣胀壳夹片之间穿过并与楔形螺母之螺孔螺接配合，所述楔形螺母设有与胀壳夹片相配合的楔形面，所述两瓣胀壳夹片通过前端的锥形端冒连接在一起。

进一步的，所述胀壳夹片的外表面为倒锯齿状锥形表面，所述倒锯齿环向布设。

进一步的，所述锚杆杆体的长度和直径根据需要进行加工，且储液管和泄能头外表面带有梯形螺纹。

采用上述技术方案的液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆，在所述储液管的后端设有带垫板的挡环。

本发明中充装头与储液管通过螺纹连接，储液管体表面形成梯形螺纹，有利于锚杆采用旋转方式钻进并与岩体紧密契合。

该液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆的支护步骤如下：

1、巷道围岩锚注支护加固施工前，首选开展工程地质调查、岩石物理力学参数测试和巷道松动圈测试，获取岩石物理力学参数，结构面发育状况，巷道松动圈范围等基本参数；

2、结合围岩性质，根据相应爆破理论计算确定复合锚杆排气孔位置，在确定排气孔位置和深度后，进一步确定锚孔深度和复合锚杆总长度，复合锚杆直径一般取30-45mm；锚杆杆体可根据实际诱导致裂方向选择装配排气孔布置角度与数量不同的泄能头，且排气孔位置可根据需要进行调整；

3、施工直径小于锚杆的锚孔，复合锚杆沿所述锚孔钻进，保证储液管和泄能头与锚孔壁耦合，增大摩擦力；胀壳锚固头通过旋转锚杆杆体使楔形螺母向充装头一端移动，通过楔形螺母的楔合作用迫使胀壳锚固头张开，嵌入孔壁，将锚杆固定在岩体中，储液管通过尾端的垫板和挡环加固，实现对锚杆施加预应力和形成对岩体径向阻力；

4、锚杆固定后，通过充装头进行液态二氧化碳的充装，充装量在岩体物理力学性质和围岩质量分级的基础上，根据诱导爆破所需爆破压力值进行合理确定，确保围岩的整体性不受破坏；

5、接通加热元件电源，使液态二氧化碳由液态迅速转化为气态，高能(压)气流膨胀致使泄能片打开，随后从泄能头的排气孔排出，实现诱导致裂作用，诱导致裂完成后，经过一定时间的裂隙扩展和发育增透阶段后，拆卸充装头、加热元件，浆液通过注浆泵泵入储液管经泄能头的排气孔进入锚孔与岩体裂隙，直至充填注满岩体内裂隙结构面，达到锚注双重支护的作用。

本发明的有益效果是：利用液态二氧化碳高压气体爆破的方式替代传统炸药爆破，在保证周边岩体整体不受破坏的同时，在一定深度的岩体内进行诱导致裂，使裂隙带范围定向均匀扩展，有效扩大岩体内裂隙带范围，为实施注浆加固创造更有利条件；同时直接利用二氧化碳爆破管作为注浆通道实施岩体注浆加固，实现了诱导爆破与注浆有机结合；采用二氧化碳爆破，排气孔布置角度与泄能头数量可根据围岩性质和结构面特征进行人为布设，达到聚能射孔爆破效果；以物理爆炸方式取代了传统的炸药爆破，爆炸无污染、无处理哑炮、盲炮的危险，且操作简单，安全性得到大幅提高，有效改善锚注双重支护的效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中胀壳锚固头的结构示意图；

图3为本发明中泄能头横剖面示意图；

图4为运用本发明进行巷道围岩支护的爆破施工示意图；

图5为运用本发明进行进行巷道围岩支护的注浆施工示意图；

其中：1-充装头；2-活动销；3-垫板；4-储液管；5-泄能头；6-排气孔；7-螺杆；8-胀壳夹片；9-楔形螺母；10-泄能片；11-加热元件；12-挡环；13-阀门；14-充液孔；15-锚孔；16-岩体裂隙；17-注浆泵；18-释放管路；19-锥形端冒。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明。

如图1-图5所示，一种液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆，包括锚杆杆体和胀壳锚固头，所述锚杆杆体包括储液管4、固定连接在储液管4前端的泄能头5及可拆卸连接在储液管4后端的充装头1，所述泄能头5内设有连通储液管4内腔的释放管路18，外壁上设有贯通所述释放管路的排气孔6；在储液管内腔与释放管路18之间设有泄能片10；具体的，所述泄能头5旋转在所述储液管4内，且通过储液管4内壁上凸出形成的定位环定位，所述泄能片10位于所述定位环和泄能头5之间，所述胀壳锚固头连接于所述泄能头5的前端；所述充装头1上设有连通储液管内腔的充液孔14及控制充液孔14开闭的阀门13，在所述储液管内腔的后端设有加热元件11。

具体的，所述胀壳锚固头包括一螺杆7、一楔形螺母9及两瓣对应设置的胀壳夹片8，所述螺杆7一端与泄能头5前端固定连接，另一端从两瓣胀壳夹片8之间穿过并与楔形螺母9之螺孔螺接配合，所述楔形螺母9设有与胀壳夹片8相配合的楔形面，所述两瓣胀壳夹片8通过前端的锥形端冒19连接在一起，所述楔形螺母9的两楔形面之间的距离从前到后逐渐变小，优选的，所述胀壳夹片8的外表面为倒锯齿状锥形表面，所述倒锯齿环向布设，从而提高胀壳锚固头与岩层孔壁的摩擦力，进而提高锚杆的锚固力。

其中，锚杆杆体的长度和直径根据需要进行加工，在储液管4、泄能头5的外表面设有梯形螺纹，从而有利于锚杆钻进。

为便于调整排气孔6在锚孔内的方向，在所述充装头1上设有与排气孔6位置对应的刻线。

以上技术方案中，在所述储液管4的后端设有带垫板3的挡环12，所示挡环12通过活动销2定位安装在储液管4上。

该液态二氧化碳爆破增透注浆复合锚杆的支护步骤如下：

1、巷道围岩锚注支护加固施工前，首选开展工程地质调查、岩石物理力学参数测试和巷道松动圈测试，获取岩石物理力学参数，结构面发育状况，巷道松动圈范围等基本参数；

2、结合围岩性质，根据相应爆破理论计算确定复合锚杆中排气孔6的位置，在确定排气孔6位置和深度后，进一步确定锚孔深度和复合锚杆总长度，复合锚杆直径取35mm；锚杆杆体可根据实际诱导致裂方向选择装配排气孔布置角度与数量不同的泄能头，且排气孔位置可根据需要进行调整；在本实施例中，泄能头5预制相互垂直对称布置的排气孔6，共两排四个。排气孔6的位置与充装头1采用刻线进行对应标注，以便掌握复合锚杆在安装进入锚孔和固定过程中，调整排气孔6在岩体内的方向；

3、在巷道围岩中施工一直径小于锚杆的锚孔15，复合锚杆沿所述锚孔钻进，保证锚杆杆体与锚孔壁耦合，增大摩擦力；胀壳锚固头通过旋转锚杆杆体使楔形螺母9向充装头1方向移动，通过楔形螺母9的楔合作用迫使胀壳夹片8张开，嵌入孔壁，使锚杆固定在岩体中；储液管4通过尾端的垫板3和挡环12加固，实现对锚杆施加预应力和形成对岩体径向阻力；

4、锚杆固定后，通过充装头1上的充液孔14向储液管4内充装一定量的液态二氧化碳，充装量在岩体物理力学性质和围岩质量分级的基础上，根据诱导爆破所需爆破压力值进行合理确定，确保围岩的整体性不受破坏；

5、接通加热元件11电源，使液态二氧化碳由液态迅速转化为气态，高能(压)气流膨胀致使泄能片10打开，随后从泄能头5的排气孔6排出，实现诱导致裂作用；诱导致裂完成后，经过一定时间的裂隙扩展和发育增透阶段后，即可进行注浆。此时，拆卸充装头1、加热元件11，浆液通过注浆泵17泵入储液管4经泄能头5的排气孔6进入锚孔15与岩体裂隙16，直至充填注满岩体内裂隙结构面，达到锚注双重支护的作用。

以上仅为本发明具体实施案例说明，不能一次限定本发明的权力保护范围。凡在发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。