一种采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法与流程

本发明涉及一种采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法，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采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法，有利于解决在硐室、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。

本发明的技术方案在于：一种采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法，包括以下步骤：

1）钻孔：在矿山破碎岩层钻支护孔；

2）清孔：钻孔结束后，清理支护孔内的残余岩块；

3）安装预应力构件锚杆：将设置于预应力构件锚杆锚头上的树脂锚固剂搅拌均匀，之后将锚杆塞入支护孔内，使预应力构件锚杆上端固定，确保预应力构件锚杆锚固牢固为准；

4）锚固端部的施工：确保树脂锚固剂锚固紧以后，下拉预应力构件锚杆使设置于预应力构件锚杆上的上部支护装置展开并完成自锁，并通过螺母旋转机构使设置于预应力构件锚杆上的下部旋升支护装置展开；

5）托盘安装：在预应力构件锚杆的下部安装用于顶住支护孔外岩壁的托盘；

6）一次注浆：通过设置于预应力构件锚杆上且出口通到预应力构件锚杆上部的一次注浆管向支护孔内注浆，浆液从上往下注，以注不进去为注满的标准；

7）二次注浆：一次注浆后2-3天，通过设置于预应力构件锚杆上的二次注浆管进行二次注浆。

进一步的，所述步骤2）中采用高压水枪清理钻孔内的残余岩块，以钻孔中间没有岩块堵塞钻孔为标准。

进一步的，所述预应力构件锚杆包括螺杆，所述螺杆的上端设置有锚头，所述锚头的外侧包裹有封装在袋体内的树脂锚固剂，螺杆上位于锚头的下侧设置有螺杆下拉后展开并卡住支护孔侧壁的上部支护装置，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，所述托盘套置于螺杆上并位于下部旋升支护装置的下侧，所述螺杆上位于托盘的下侧套置有止浆塞并螺接有锁紧螺母，螺杆的两侧部对应设置有出浆口分别位于螺杆上部的一次注浆管和二次注浆管，所述一次注浆管和二次注浆管的另一端分别由托盘穿出。

进一步的，所述锚头包括锚头套，所述锚头套内设置有自下而上的竖向盲孔，所述竖向盲孔的前后侧壁分别设置有纵向盲孔，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，所述竖向盲孔内设置有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。

进一步的，所述上部支护装置包括与锚头的下端固定连接并用于螺杆穿过的的铰接座，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。

进一步的，所述预应力构件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。

进一步的，所述步骤3）中，在安装之前，检查预应力钢绞线是否牢固，同时施加预应力，确保预应力钢绞线加载了预应力。

进一步的，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同一端分别穿过下部固定片上对应的竖向通孔并由托盘中部的通孔穿出；在托盘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。

进一步的，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。

进一步的，所述步骤4）中的螺母旋转机构包括用于套在螺杆上的套管，所述套管的上端设置有与旋升螺母相配合的内六角孔，套管中部焊接有轴承，套管下端设置有用于与扳手相连接的外六角结构。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法，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，有利于有效解决在硐室、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；实用可行性强，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为本发明的预应力构件锚杆的结构示意图；

图2为本发明的锚头的结构示意图；

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；

图8为本发明的螺母旋转机构的结构示意图。

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8

一种采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法，包括以下步骤：

1）钻孔：通过矿山常用的钻孔设备在矿山破碎岩层钻支护孔，；

2）清孔：钻孔结束后，清理支护孔内的残余岩块；

3）安装预应力构件锚杆：将设置于预应力构件锚杆锚头上的树脂锚固剂搅拌均匀，之后将锚杆塞入支护孔内，使预应力构件锚杆上端固定，确保预应力构件锚杆锚固牢固为准；

4）锚固端部的施工：确保树脂锚固剂锚固紧以后，下拉预应力构件锚杆，使锚头内的自锁机构卡到卡槽内，设置于预应力构件锚杆上的上部支护装置展开并在重力作用下实现自锁，通过螺母旋升机构将设置于预应力构件锚杆上的下部旋升支护装置展开并支撑在支护孔的侧壁；

5）托盘安装：在预应力构件锚杆的下部安装用于顶住支护孔外岩壁的托盘；

6）一次注浆：托盘安装后锚固整体已经张拉，可以立即注浆，通过设置于预应力构件锚杆上且出口通到预应力构件锚杆上部的一次注浆管向支护孔内注浆，浆液从上往下注，以注不进去为注满的标准；

7）二次注浆：一次注浆后2-3天，通过设置于预应力构件锚杆上的二次注浆管进行二次注浆，二次注浆管的出浆口在螺杆的上端，通过二次注浆确保上端的上部支护装置形成一个正伞状体。

本实施例中，所述步骤2）中采用高压水枪清理钻孔内的残余岩块，以钻孔中间没有岩块堵塞钻孔为标准。

本实施例中，所述预应力构件锚杆包括螺杆10，所述螺杆的上端设置有锚头20，所述锚头的外侧包裹有封装在袋体内的树脂锚固剂22，螺杆上位于锚头的下侧设置有螺杆下拉后展开并卡住支护孔侧壁的上部支护装置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，所述托盘60套置于螺杆上并位于下部旋升支护装置的下侧，所述螺杆上位于托盘的下侧套置有止浆塞71、垫片72并螺接有锁紧螺母73，从而通过止浆塞封堵托盘上的孔隙，并通过锁紧螺母完成托盘及止浆塞的锁定。螺杆的两侧部对应设置有出浆口分别位于螺杆上部的一次注浆管11和二次注浆管12，所述一次注浆管和二次注浆管的另一端分别由托盘穿出，以便通过一次注浆管和二次注浆管完成注浆过程。

本实施例中，所述锚头包括锚头套21，所述锚头套内设置有自下而上的竖向盲孔211，所述竖向盲孔的前后侧壁分别设置有纵向盲孔212，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，所述竖向盲孔内设置有用于与螺杆上端相连接的连接杆23，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，本实施例中，所述上部支护装置包括与锚头的下端固定连接并用于螺杆或连接杆穿过的的铰接座31，所述铰接座的周部间隔铰接有若干根连杆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，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。所述步骤3）中，在安装之前，检查预应力钢绞线是否牢固，同时施加预应力，确保预应力钢绞线加载了预应力。

本实施例中，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45，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，一次注浆管和二次注浆管的同一端分别穿过下部固定片上对应的竖向通孔并由托盘中部用于螺杆穿过的通孔缝隙穿出；在托盘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，以便后期注浆。

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。使用中通过旋转旋升螺母的圈数可以知道底端结构是否张开到合适的位置。

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，所述步骤4）中的螺母旋转机构包括用于在使用时自下而上套在螺杆上的套管81，所述套管的上端设置有与旋升螺母相配合的内六角孔82，套管中部焊接有轴承83，套管下端设置有用于与扳手相连接的外六角结构84（如图8所示），从而通过扳手或套筒带着套管旋转，进而使旋升螺母上升，支护杆展开后即可将套管卸下。

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，设计出不同形式的采用预应力构件锚杆支护矿山破碎岩层的施工方法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。