一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆及其使用方法与流程

本发明涉及一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆及其使用方法，适用于硐口、隧道等支护工程施工领域。

背景技术

在硐口破碎带施工的过程中，极易出现坍塌、冒落；施工安全环境差；硐口支护质量要求高，承载能力大。目前常用的施工方法是注浆充填的方法来处理破碎带，造价高，效果差，施工速度慢。而锚杆支护作为一种有效的采准巷道支护方式，由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，加之具有支护成本较低、成巷速度快、劳动强度减轻、提高巷道断面利用率、简化回采面端头维护工艺、明显改善作业环境和安全生产条件等优点，可提高矿井的经济效益，使用越来越广泛，因而成为煤矿企业矿井巷道的一种主要支护形式，代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。但是采用锚杆支护，缺点是它属于隐性支护，对支护质量和可靠性的监测和检测不易，有时会出现无明显先兆的冒顶事故，此外，对变形量很大的软岩、塑性较大的巷道的回采巷道，支护效果不易保证，导致巷道无法使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆及其使用方法，结构紧凑，方便用于解决在硐室、隧道岩层中掘进过程中，围岩较破碎处出现的片帮、冒顶等施工安全问题，使用方法简便。

本发明的技术方案在于：一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆，包括螺杆，所述螺杆的上端设置有树脂锚固剂锚头，螺杆上位于树脂锚固剂锚头的下侧设置有螺杆下拉后展开并用于卡住支护孔侧壁且具有自锁机构的上部支护装置，所述螺杆的杆身上设置有预应力调节装置，螺杆的下部设置有展开后卡住支护孔侧壁的下部旋升支护装置，螺杆上位于下部旋升支护装置的下侧套置有用于顶住支护孔外岩壁的托盘，螺杆上位于托盘的下侧套置有止浆塞并设置有锁紧机构，螺杆上还设置有出浆口位于螺杆上部并由托盘穿出的注浆机构。

进一步地，所述树脂锚固剂锚头包括设置于螺杆上侧的锚头套，所述锚头套的外侧包裹有封装在袋体内的树脂锚固剂。

进一步地，所述上部支护装置包括与树脂锚固剂锚头的下端固定连接的铰接座，所述铰接座的周部间隔铰接有若干根连杆，所述螺杆上部且位于铰接座的下侧固定有固定座，所述固定座上位于连杆的下侧对应铰接有上支护杆，所述连杆的另一端与上支护杆的中部相铰接。

进一步地，所述自锁机构包括自下而上设置于锚头套内的竖向盲孔，所述竖向盲孔内设置有穿过铰接座用于与螺杆上端相连接的连接杆，所述连接杆的上端经弹簧与竖向盲孔的顶部相连接，连接杆上设置有下行后与锚头套相配合的锁定机构。

进一步地，所述锁定机构包括设置于竖向盲孔前、后侧壁的纵向盲孔，所述竖向盲孔的两侧壁且位于纵向盲孔的下侧设置有横向通孔，所述连接杆上部的前后侧分别设置有上部弹簧顶销，连接杆的两侧部且位于上部弹簧顶销的下侧设置有下部弹簧顶销。

进一步地，所述预应力调节装置包括与螺杆上部相螺接的上部固定片，所述上部固定片周部间隔固定有若干根预应力钢绞线，所述螺杆的下部螺接有下部固定片，所述下部固定片的周部间隔螺接有若干根自下而上设置的螺栓，所述螺栓与对应的预应力钢绞线的下端相焊接。

进一步地，所述注浆机构包括设置于螺杆两侧部的一次注浆管和二次注浆管，所述上部固定片和下部固定片的两侧部分别设置有竖向通孔，所述一次注浆管和二次注浆管的上端分别由上部固定片上对应的竖向通孔穿过并经卡扣固定于螺杆上，一次注浆管和二次注浆管的下端分别穿过下部固定片上对应的竖向通孔并由托盘穿出。

进一步地，所述下部旋升支护装置包括与螺杆下部相连接的上固定板，所述上固定板的周部间隔铰接有下支护杆，螺杆上位于上固定板的下侧套置有下固定板，螺杆上螺接有驱动下固定板升降的旋升螺母，所述下固定板的周部对应铰接有上端与下支护杆中部相铰接的支撑杆。

进一步地，所述上固定板包括与螺杆相螺接的上固定螺母，螺杆上位于上固定螺母的下侧套置有用于与下支护杆相铰接的连接板，所述连接板上间隔铰接有四根下支护杆，所述螺杆上位于连接板的下侧螺接下固定螺母；所述下支护杆的另一端设置有吸盘式圆盘。

一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆的使用方法，包括以下步骤：

1）将锚杆旋塞入需巷道或硐室岩层的支护孔内，使树脂锚固剂固定住锚杆；

2）往下拉动螺杆，使上部支护装置被展开并卡住支护孔的孔壁；

3）通过向上旋转旋升螺母，使下部旋升支护装置展开，再次卡住支护孔的孔壁；

4）将托盘牢牢顶住支护孔的孔外岩壁，安装止浆塞，并通过锁紧机构完成止浆塞及托盘的锁定；

5）通过注浆机构往支护孔内注浆，直到管里的浆不能进入孔内为止。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该两端锚固预应力构件注浆锚杆结构简单、紧凑，易操作，实用可行性强，使得硐室、巷道岩层松垮、较破碎、易坍塌片落等作业安全问题到基本控制，有效解决了在硐室、巷道的岩层中掘进过程中，围岩较破碎处出现的片帮、冒顶等施工安全问题，既保证了施工的稳固性与安全性，又提高了施工效率，同时支护效果显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的锚头套的结构示意图；

图3为本发明的图2的a-a剖视图；

图4为本发明的上部支护装置的结构示意图；

图5为本发明的预应力调节装置的结构示意图；

图6为本发明的图5的b-b剖视图；

图7为本发明的下部旋升支护装置的结构示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图7

一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆，包括螺杆10所述螺杆的上端设置有树脂锚固剂锚头20，螺杆上位于树脂锚固剂锚头的下侧设置有螺杆下拉后展开并用于卡住支护孔侧壁且具有自锁机构的上部支护装置30，所述螺杆的杆身上设置有预应力调节装置，螺杆的下部设置有展开后卡住支护孔侧壁的下部旋升支护装置50，螺杆上位于下部旋升支护装置的下侧套置有用于顶住支护孔外岩壁的托盘60，以便通过托盘起到托住水泥浆的作用。所述螺杆上位于托盘的下侧套置有止浆塞71并设置有锁紧机构，从而通过止浆塞封堵托盘上的孔隙，并通过锁紧机构完成托盘及止浆塞的锁定。螺杆上还设置有出浆口位于螺杆上部并由托盘穿出的注浆机构，以便通过注浆机构完成注浆。

本实施例中，所述螺杆材料为带外螺纹的钢筋，以便注浆后带外螺纹的螺杆较普通锚杆（杆身为光滑钢筋）摩擦阻力远远增大，使浆液更加固实，解决了传统锚杆注浆后浆液松垮不紧实的情况。

本实施例中，所述树脂锚固剂锚头包括设置于螺杆上侧的锚头套21，所述锚头套的外侧包裹有封装在袋体内的树脂锚固剂22，以便通过树脂锚固剂与支护孔的上部相连接，完成锚杆的初步固定。

本实施例中，所述上部支护装置包括与树脂锚固剂锚头的下端固定连接的铰接座31，所述铰接座的周部间隔铰接有四根连杆32，所述螺杆上部且位于铰接座的下侧固定有固定座33，所述固定座上位于连杆的下侧对应铰接有上支护杆34，所述上支护杆的数目为四根，所述连杆的另一端与上支护杆的中部相铰接。从而通过向下拉动螺杆使上部支护装置形成一个反向伞式支撑架，并且在杆件自身重力作用下越往下拉越紧固。

本实施例中，所述自锁机构包括自下而上设置于锚头套内的竖向盲孔211，所述竖向盲孔内设置有穿过铰接座用于与螺杆上端相连接的连接杆23，所述连接杆与螺杆上端为焊接、螺纹连接或为螺杆上端的一部分。所述连接杆的上端经弹簧24与竖向盲孔的顶部相连接，连接杆与弹簧焊接，弹簧的上端与竖向盲孔的顶部相焊接，所述连接杆上设置有下行后与锚头套相配合的锁定机构。

本实施例中，所述锁定机构包括设置于竖向盲孔前、后侧壁的纵向盲孔212，所述竖向盲孔的两侧壁且位于纵向盲孔的下侧设置有横向通孔213，所述连接杆上部的前后侧分别设置有上部弹簧顶销231，连接杆的两侧部且位于上部弹簧顶销的下侧设置有下部弹簧顶销232，以便在螺杆向下拉动时，使上部弹簧顶销卡入纵向盲孔内，下部弹簧顶销卡入横向通孔内，进而使上部支护装置展开后完成自锁。

本实施例中，所述上部弹簧顶销、下部弹簧顶销分别包括设置于连接杆内的弹簧233，所述弹簧的两端分别连接有圆柱形卡头。

本实施例中，所述预应力调节装置包括与螺杆上部相螺接的上部固定片41，所述上部固定片周部间隔固定有若干根预应力钢绞线42，所述螺杆的下部螺接有下部固定片43，所述下部固定片的周部间隔螺接有若干根自下而上设置的螺栓44，所述螺栓与对应的预应力钢绞线的下端相焊接或铰接，从而通过旋转螺栓来调整预应力钢绞线的张紧度。

本实施例中，所述预应力钢绞线的数目为3根且间隔120°布设，从而在注浆完成后使预应力钢绞线与螺杆及浆料形成整体，从而进一步调高锚固强度。

本实施例中，所述注浆机构包括设置于螺杆两侧部的一次注浆管11和二次注浆管12，所述上部固定片和下部固定片的两侧部分别设置有竖向通孔，所述一次注浆管和二次注浆管的上端分别由上部固定片上对应的竖向通孔穿过并经卡扣13固定于螺杆上部，一次注浆管和二次注浆管的下端分别穿过下部固定片上对应的竖向通孔45并由托盘穿出。从而通过一次注浆管实现和二次注浆管实现从锚杆的上部开始注浆，使支护孔内填满浆料。

本实施例中，所述下部旋升支护装置包括与螺杆下部相连接的上固定板51，所述上固定板的周部间隔铰接有四根下支护杆52，螺杆上位于上固定板的下侧套置有下固定板53，螺杆上螺接有驱动下固定板升降的旋升螺母54，所述下固定板的周部对应铰接有四根上端与下支护杆中部相铰接的支撑杆55，以便向上旋转旋升螺母后使下支护杆展开并卡住支护孔的侧壁上。

本实施例中，所述上固定板包括与螺杆相螺接的上固定螺母511，螺杆上位于上固定螺母的下侧套置有用于与下支护杆相铰接的连接板512，所述连接板上间隔铰接有四根下支护杆，所述螺杆上位于连接板的下侧螺接下固定螺母513，从而实现连接板的定位，并可根据支护孔具体的深度调整下部旋升支护装置的位置。所述下支护杆的另一端设置有吸盘式圆盘56，以便更好的吸附在支护孔侧壁。

本实施例中，所述锁定机构包括套置于螺杆上并位于止浆塞下侧的垫片72，所述螺杆上位于垫片的下侧螺接有锁紧螺母73，从而通过锁紧螺母完成止浆塞及托盘的锁定。

上述用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆的使用方法，包括以下步骤：

1）将锚杆旋塞入需巷道或硐室岩层的支护孔内，使树脂锚固剂固定住锚杆；

2）往下拉动螺杆，使上部支护装置被展开并卡住支护孔的孔壁；

3）通过向上旋转旋升螺母，使下部旋升支护装置展开，再次卡住支护孔的孔壁；

4）将托盘套在螺杆上使其牢牢顶住支护孔的孔外岩壁，并安装止浆塞，通过锁紧螺母完成止浆塞及托盘的锁定，在锁定止浆塞的安装过程中确保注一次浆管和二次注浆管的另一端端部露在外面；

5）通过注浆机构往支护孔内注浆，直到管里的浆不能进入孔内为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一种用于地下矿山巷道的两端锚固预应力构件注浆锚杆并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。