一种塑性卡阻式树脂锚固剂防坠尾翼及喷射锚固方法与流程

本发明属于采矿业或者交通隧道行业的锚杆锚索支护领域，具体是一种塑性卡阻式树脂锚固剂防坠尾翼及喷射锚固方法。

背景技术：

当前地下矿井或交通隧道巷道施工时，其锚护作业流程为：首先在巷道顶部打出符合长度和直径的钻孔；其次，施工人员一手将一根或若干根树脂锚固剂推入钻孔，另一手用锚杆顶住锚固剂尾部，防止其跌落；然后，施工人员慢慢用锚杆将树脂锚固剂推入到钻孔合适的深度；采用搅拌器将树脂锚固剂搅拌均匀；等待一定时间后，上托盘和紧固螺母。

现有施工方法存在以下问题：

1）施工人员位于无支护高瓦斯区域，锚固剂安装还需登高作业，危险系数大，劳动强度高，劳动效率低。

2）树脂锚固剂需要人工登高插入到钻孔内，当一个钻孔内安装多根锚固剂时，后续锚固剂需要顶住上一根锚固剂，一起推入。由于锚固剂偏软，随着单孔内插入锚固剂数量的增多，插入难度剧增。

3）安装树脂锚固剂后，为防止锚固剂跌落，必须马上插入锚杆，将该钻孔锚固。

4）现有树脂锚固剂很难用于无人工干预的全自动锚护作业流程中（人工不干预时，锚固剂会从钻孔内跌落）。

技术实现要素：

本发明为了解决背景技术提到的问题，提供一种塑性卡阻式树脂锚固剂防坠尾翼及喷射锚固方法。

本发明采取以下技术方案：一种塑性卡阻式树脂锚固剂防坠尾翼，包括塑性翼片、细颈和薄壁圆筒，薄壁圆筒内设置树脂锚固剂，薄壁圆筒底部设置细颈，细颈的直径小于薄壁圆筒的直径，细颈将薄壁圆筒一端封闭，在细颈径向伸出若干个均匀分布的塑性翼片，塑性翼片一端连接在细颈上，另一端自由悬空，舒展状态时，塑性翼片悬空段内接圆直径大于钻孔直径。

喷射装置包括软管、摆臂、液压油管、喷嘴、框架和喷射仓，摆臂一端与框架铰接连接，摆臂和框架之间连接有摆动油缸，摆臂另一端与喷嘴固定，喷嘴与软管连接，喷嘴包括外套管和内喷管，外套管顶部和底部的侧面分别设有上腔油口和下腔油口，内喷管设置在外套管内，内喷管顶部设有排气孔，内喷管外侧设有卡环，外套管顶部设有可以卡住卡环的环形台，软管与喷射仓连接，喷射仓内设有塑性翼片导向槽，横向上塑性翼片导向槽的断面形状与塑性翼片的形状相同，塑性翼片导向槽槽体断面为矩形，纵向上塑性翼片导向槽前端的尺寸大于后端的尺寸，塑性翼片导向槽后端的尺寸与塑性翼片的尺寸一致，喷射仓底部设有推杆，喷射仓底部一侧设有进气嘴。

具体步骤如下，摆动油缸一端固定在框架上，另一端带动摆臂转动，摆臂与喷嘴固联，当摆动油缸收缩到极限位置时，喷嘴保证对准已经钻好的钻孔，通过液压油管中的液压油的作用实现喷嘴与钻孔的接触与分离，当完成喷射后摆动油缸带动喷嘴复位；下腔油口进油推动内喷管沿外套筒向上移动与钻孔接触，当带防坠尾翼的树脂锚固剂在软管内喷射时，塑性翼片导向槽形状与弹力翼片相匹配，塑性翼片导向槽前端设有倾斜并逐渐加厚的导向段，保证在推杆将树脂锚固剂推到发射位时塑性翼片与塑性翼片导向槽相对应，排气孔将带防坠尾翼的树脂锚固剂前端的空气排入大气中，当带防坠尾翼的树脂锚固剂进入钻孔时，带防坠尾翼的树脂锚固剂前端的空气通过尾翼的间隙和排气孔排入大气中，当带防坠尾翼的树脂锚固剂喷入钻孔后，上腔油口进油推动内喷管沿外套筒向下年移动与钻孔脱离接触。

喷嘴高压气的喷射时间t的计算由如下公式得到：

（1）

其中：m—为带防坠尾翼的树脂锚固剂质量；

f—带防坠尾翼的树脂锚固剂在管中阻力，专用试验台测定；

g—重力加速度；

h—喷射高度，由传感器测定；

s—防坠尾翼和树脂锚固剂在软管7中的投影面积；

p—压力，专用试验台测定。

通过控制两位两通阀开闭时间实现对带防坠尾翼的树脂锚固剂的喷射进行精确控制，通过对程序的设定，实现在同一个钻孔中喷射若干个树脂锚固剂，相邻树脂锚固剂喷射依次减少0.1s的喷射时间，实现树脂锚固剂在钻孔中的均匀排列。

软管内涂有耐磨底阻材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明设计了一种简单易安装与现有树脂锚固剂上的防坠尾翼，既不影响锚固剂插入钻孔内，又可以防止锚固剂从垂直钻孔内坠落,此外防坠尾翼在喷射软管中还能够增加喷射时压缩气体推动锚固剂的作用面积。解除安装锚固剂工序与插入锚杆工序之间的时间连续不可分割关系。令两个工序独立，便于实现整个锚钻过程的全自动化。

附图说明

图1本发明的外形及与树脂锚固剂配合图；

图2树脂锚固剂防坠尾翼的剖面图；

图3树脂锚固剂上升过程中防坠尾翼的姿态图；

图4树脂锚固剂卡阻在钻孔内时防坠尾翼的姿态图；

图5单孔多根锚固剂时的使用状态图；

图6树脂锚固剂防坠尾翼的仰视图；

图7喷射装置结构示意图；

图8喷嘴结构及工作过程示意图i；

图9喷嘴结构及工作过程示意图ii；

图10带有塑性翼片树脂锚固剂在软管中的示意图；

图11带有塑性翼片树脂锚固剂在喷射仓示意图；

图12喷射仓断面图；

图13喷嘴控制原理图；

图14为喷嘴结构示意图；

图中，1-塑性翼片，2-细颈，3-薄壁圆筒，4-树脂锚固剂，5-钻孔，6-顶板煤壁，7-软管，8-摆臂，9-液压油管，10-喷嘴，11-框架，12-上腔油口，14-内喷管，15-排气孔，16-外套管，17-下腔油口，18-两位两通阀，19-减压阀，20-摆动油缸，21-环形台，22-油腔，23-卡环，30-喷射仓，31-进气嘴，32-推杆，33-塑性翼片导向槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种塑性卡阻式树脂锚固剂防坠尾翼，包括塑性翼片1、细颈2和薄壁圆筒3，薄壁圆筒3内设置树脂锚固剂，薄壁圆筒3底部设置细颈2，细颈2的直径小于薄壁圆筒3的直径，细颈2将薄壁圆筒一端封闭，在细颈2径向伸出若干个均匀分布的塑性翼片1，塑性翼片1一端连接在细颈2上，另一端自由悬空，舒展状态时，塑性翼片1悬空段内接圆直径大于钻孔直径。

喷射装置包括软管7、摆臂8、液压油管9、喷嘴10、框架11和喷射仓30，摆臂8一端与框架11铰接连接，摆臂8和框架11之间连接有摆动油缸20，摆臂8另一端与喷嘴10固定，喷嘴10与软管7连接。如图14所示，喷嘴10包括外套管16和内喷管14，外套管16顶部和底部的侧面分别设有上腔油口12和下腔油口17，内喷管14设置在外套管16内，内喷管14顶部设有排气孔15，内喷管14外侧设有卡环23，外套管16顶部设有可以卡住卡环23的环形台21，软管7与喷射仓30连接，喷射仓30内设有塑性翼片导向槽33，横向上塑性翼片导向槽33的断面形状与塑性翼片1的形状相同，塑性翼片导向槽33槽体断面为矩形，纵向上塑性翼片导向槽33前端的尺寸大于后端的尺寸，塑性翼片导向槽33后端的尺寸与塑性翼片1的尺寸一致，后端逐渐加厚，喷射仓30底部设有推杆32，喷射仓30底部一侧设有进气嘴31。

本发明的防坠原理如下：当带有塑性卡阻式防坠尾翼的树脂锚固剂4在钻孔内通行时，由于防坠尾翼上的塑性翼片1很软，受阻后极易变形，不影响锚固剂4在钻孔5内的通行。当树脂锚固剂4到达钻孔5顶部后，由于重力作用，将产生下滑跌落的趋势。当锚固剂下滑1~3cm后，此时防坠尾翼上的各片塑性翼片1由在锚固剂下端形成扣碗状变为反扣碗状抱住锚固剂下端，翼片末端外接圆直径将超过钻孔直径，由于钻孔非常粗糙，翼片末端与钻孔之间的摩擦阻力非常大，锚固剂被卡阻在钻孔内不得跌落。

如图1所示，本发明防坠尾翼安装在树脂锚固剂的袋体尾部，二者之间采用胶粘或者过盈配合固连在一起。

图2为树脂锚固剂防坠尾翼的剖面图，本发明中薄壁圆筒3的内径通常比锚固剂4的外径小1~3mm，这样可以保证防坠尾翼牢靠的与树脂锚固剂4固连；薄壁圆筒3的外径需要比钻孔5孔径小3~6mm，以便树脂锚固剂4在钻孔内顺利通过，到达钻孔底部。塑性翼片1很软，受阻后极易变形，不影响锚固剂4在钻孔5内的通行。

如图3所示，本实施案例使用时，树脂锚固剂安装姿态应与图3一致，即要保证塑性卡阻式防坠尾翼在树脂锚固剂的下端，方能产生防坠效果。

如图4所示，本实施案例实现防坠效果时的状态为各塑性翼片1呈反扣碗状抱紧树脂锚固剂末端，挤满钻孔，达到卡阻防坠的效果。

作为优选，通过调整薄壁圆筒3的内外径、细颈2的外径及塑性翼片1的尺寸，故本发明建议每根树脂锚固剂上安装一个防坠尾翼。

作为优选，本发明的原理说明采用的是三片塑性翼片1的实施案例，但本发明不限于此，两片式、三片式及多片式防坠尾翼，只要原理与本发明一致，均在保护范围之内，如图6所示。

作为优选施工工艺，本发明可以在树脂锚固剂出厂前进行预装，可以更加节省现场锚固时间，提升巷道支护效率。

如图7所示，本实施案例实现带防坠尾翼的树脂锚固剂实现了自动喷射。摆动油缸20一端固定在框架上，另一端带动摆臂8转动，摆臂8与喷嘴10固联，当摆动油缸20收缩到极限位置时，喷嘴10能够保证对准已经钻好的钻孔5，通过液压油管9中的液压油的作用实现了喷嘴10与钻孔5的接触与分离。当完成喷射后摆动油缸20带动喷嘴10复位。

如图8和图9所示，本实施案例实现喷嘴10与钻孔5的接触与分离。下腔油口17进油推动内喷管14沿外套筒16向上移动与钻孔5接触。当带防坠尾翼的树脂锚固剂在软管7内喷射时，排气孔15将带防坠尾翼的树脂锚固剂前端的空气排入大气中，以减少前进阻力。当带防坠尾翼的树脂锚固剂进入钻孔5时，带防坠尾翼的树脂锚固剂前端的空气通过尾翼的间隙和排气孔15排入大气中，以减少前进阻力。当带防坠尾翼的树脂锚固剂喷入钻孔5后，上腔油口12进油推动内喷管14沿外套筒16向下年移动与钻孔5脱离接触。相对于传统的液压接触弹簧复位，采用全液压驱动保证了接触和脱离的可靠性，杜绝了弹簧因长时间压缩而失去弹性而无法脱离的危险。

如图10所示，本实施案例实现带防坠尾翼的树脂锚固剂与软管尺寸的适配，并保证高速底阻移动。软管7内部涂有耐磨底阻材料，保证软管7有500次喷射寿命。软管7长度10米，实现了0至7米巷道任意高度，水平到垂直任意角度的自动喷射。

如图11所示，本实施案例设计了专用喷射仓30，喷射仓30内部根据所匹配的不同的塑性翼片设计成不同的塑性翼片导向槽，包括2槽、3槽和4槽。塑性翼片导向槽形状与塑性翼片相匹配，用来减少漏气。塑性翼片导向槽前端设有倾斜并逐渐加厚的导向段，保证在推杆将树脂锚固剂推到发射位时塑性翼片与塑性翼片导向槽相对应。最后，有喷嘴喷射高压气体带动树脂锚固剂前进。

如图13所示，本实施案例通过对高压气的喷射时间精确控制实现了带防坠尾翼的树脂锚固剂喷射高度的精准控制。喷嘴的高压气的喷射时间t的计算由如下公式得到：

（1）

其中：m—为带防坠尾翼的树脂锚固剂质量；

f—带防坠尾翼的树脂锚固剂在管中阻力（专用试验台测定）；

g—重力加速度；

h—喷射高度，由传感器测定；

s—防坠尾翼和树脂锚固剂在软管7中的投影面积；

p—压力（专用试验台测定）。

plc通过公式（1）的计算来控制图12中的两位两通阀开闭时间可实现对带防坠尾翼的树脂锚固剂的喷射进行精确控制。通过对程序的设定，可实现在同一个钻孔5中喷射多个带防坠尾翼的树脂锚固剂的情况下，依次减少0.1s的喷射时间来实现多个带防坠尾翼的树脂锚固剂在钻孔5中的均匀排列，以实现更佳的锚固效果，如图5。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。