一种具有自适应功能的二次支护注浆锚杆的制作方法

本实用新型涉及锚杆支护设备技术领域，尤其是一种具有自适应功能的可以二次支护注浆的锚杆。

背景技术：

随着我国经济建设的快速发展，对能源开发、交通运输等基础设施的建设需求不断加大，隧道及地下硐室作为公路、铁路隧道及矿山工程的主要结构组成形式，其施工质量安全对整体工程的安全、质量、进度与经济效益具有决定性影响。我国对于隧道及地下洞室的传统围岩加固方法有锚杆加固、注浆加固、锚索加固、锚网支护等，但是都有一定的弊端。锚杆的长度是制约锚杆加固煤柱的重要因素；注浆支护提高了屈服区的承载能力，但是不能为煤柱提供有效地侧向约束力，不能限制煤柱的屈服区的发展；锚索支护适应不了煤柱大变形而失效，锚网支护同样不能限制煤柱屈服区的发展。经过多年的应用发展，各类支护锚杆形式层出不穷，尽管各种锚杆具有独特的优点，但仍然存在一些缺陷。在这种情况下，需要给出一种更加安全可靠的改进锚杆形式，避免因锚杆缺陷而造成塌方冒顶等工程事故，确保锚杆支护长期的稳定性和经济性。

现国内外在中空锚杆支护方面存在的不足之处主要有：(1)利用锚固剂锚固锚杆时，由于锚固剂初始期仍有流动性，容易造成锚杆因重力等因素下沉而不能居中锚固，砂浆保护层厚度不能满足规范的要求。(2)由于锚固剂形成强度需要一定时间，对于软弱破碎岩层，锚杆不能立即与锚固剂一起共同作用形成初期锚固力，不能够第一时间实现阻止岩体变形、加固支护的目的。(3)中空锚杆临近岩体外端未注浆段为锚杆体防腐盲区，不能保证后期锚杆体稳定有效的工作。(4)锚固剂被锚杆搅碎后很难充分搅拌挤密压实，不能与周边岩体充分粘结，影响中期锚固剂段有效锚固长度。(5)中空锚杆外端垫板与墙体接触面过于直接，不利于垫板与墙体均匀受力与缓冲岩层振动等影响。(6)锚杆注浆时止浆塞不能保证良好气密性，会漏气甚至漏砂浆，不能保证做到注浆饱满的效果。(7)现有锚杆均起到一次性锚固，无法根据巷道围岩或矿山压力的变化做到自行再次加固，无法进一步降低矿山灾害发生的可能性。

基于上述现有影响中空锚杆支护方面的缺陷，以及中国专利申请CN201610152410、 CN201711322431、CN201810076569，发现已有的注浆锚杆均为前期一次注浆增加围岩稳固性，不具备实时监测并根据设置的应力应变阈值自动二次注浆加固围岩的自适应能力，因此本实用新型对现有的锚杆支护设备做了进一步的改进。

技术实现要素：

为解决自动适应矿压变化进行二次注浆加强支护的技术问题，本实用新型提供了一种具有自适应功能的二次支护注浆锚杆，具体技术方案如下。

一种具有自适应功能的二次支护注浆锚杆，包括注浆机构、锚固机构、监测机构和定位机构；所述注浆机构包括注浆箱、注浆电机、单向阀、止浆塞和注浆孔，所述注浆箱内设置有丝杠结构和推板，所述注浆电机和丝杠机构相连，所述注浆箱的出口处设置单向阀，所述杆体前段设置有注浆孔，所述杆体后端设置有止浆塞；所述监测机构包括压力传感器和阀值启动开关，所述压力传感器设置在垫板和钻孔之间；所述定位机构包括滑移定位装置，所述杆体前端设置有滑移定位装置，所述滑移定位装置上设置有滚珠。

优选的是，锚固机构包括内螺母、垫板、外螺母和杆体，所述垫板两侧分别设设置有内螺母和外螺母，所述内螺母和止浆塞相连；

优选的是，杆体为中空管，杆体前段的注浆孔均匀排列布置在杆体周围，所述杆体外侧设置有加强筋。

进一步优选的是，注浆孔包括敞开式注浆孔和半封闭注浆孔，所述敞开式注浆孔和半封闭注浆孔间隔排列布置。

进一步优选的是，半封闭注浆孔的开启阀值为0.4～0.8MPa。

还进一步优选的是，阀值启动开关启动注浆电机的阀值为50～100KN。

还进一步优选的是，滑移定位装置的滚珠之间设置有注浆孔，所述滚珠对称布置。

还进一步优选的是，杆体制作完成后进行放腐蚀处理，所述注浆孔的边缘进行防腐蚀处理；所述防腐处理为涂漆、电镀或表面钝化。

本实用新型的有益效果包括：

(1)锚杆锚固时可以利用杆体前端的滑移定位装置将锚杆固定于钻孔中央，避免由于锚固剂初始期具有流动性造成锚杆因重力等因素下沉不能居中锚固导致砂浆保护层厚度不满足规范要求的情况，且定位滑轮有一定的强度可以使锚固初期有一定的阻止岩体变形的能力。

(2)通过止浆塞来控制最大注浆位置，节省成本、方便调节；止浆塞既可保证杆体的稳固也可阻止二次支护注浆时注浆液大量涌出钻孔不能充满整个钻孔空间的情况；中空锚杆杆体注浆时止浆塞与外螺母的组合体能够保证良好气密性，不会漏气甚至漏砂浆，止浆塞与内螺母的组合体能够保证注浆饱满的效果。

(3)注浆锚杆能够根据矿山压力的变化或巷道围岩的运动自动进行注浆再次加固，降低矿山灾害发生的概率。注浆孔使用了敞开式注浆孔和半封闭注浆孔两种开孔形式，成功的解决了堵孔的问题，为二次注浆提供保障。

(4)对锚杆杆体和注浆孔边缘进行防腐处理，防止浆液和锚杆体长期接触导致杆体锈蚀而失效，以及注浆孔因为锈蚀而堵塞。

附图说明

图1是自适应型二次支护注浆锚杆锚固结构整体示意图；

图2是自适应型二次支护注浆锚杆杆体的前段内部侧面展开部分结构示意图；

图中：1-注浆机构；2-锚固机构；3-监测机构；4-定位机构；11-注浆箱；12-注浆电机； 13-单向阀；14-止浆塞；15-注浆孔；151-开式注浆孔；152-半封闭注浆孔；16-丝杠；17- 推板；21-内螺母；22-垫板；23-外螺母；24-杆体；31-压力传感器；32-阀值启动开关；41- 滑移定位装置。

具体实施方式

结合图1和图2所示，本实用新型提供的一种具有自适应功能的二次支护注浆锚杆及锚杆施工的方法具体实施方式如下。

一种具有自适应功能的二次支护注浆锚杆具体包括注浆机构1、锚固机构2、监测机构3 和定位机构4，如图1所示。注浆锚杆能够根据矿山压力的变化或巷道围岩的运动自动进行注浆再次加固，使中空锚杆杆体24能够在巷道围岩变化与矿山压力改变达到一定限度时自动进行注浆加固，以达到二次支护的目的，能够实现对围岩的长期稳定有效支护，降低矿山灾害发生的概率，从而实现更高的安全性能与技术经济效益。

注浆机构1包括注浆箱11、注浆电机12、单向阀13、止浆塞14和注浆孔15，注浆电机 12和丝杠16机构相连，带动丝杠16转动。注浆箱11内设置有丝杠16结构和推板17，注浆箱11的出口处设置了单向阀13，丝杠16带动推板17推动注浆箱内的浆液通过单向阀13和杆体24送入注浆孔15。杆体24前段设置有多个注浆孔25，杆体24后端设置有止浆塞14。通过止浆塞14来控制最大的注浆位置，节省成本、方便调节。

锚固机构2包括内螺母21、垫板22、外螺母23和杆体24，垫板22两侧分别设置有内螺母21和外螺母23，内螺母21和止浆塞14相连。杆体24为中空管，杆体24前段的注浆孔15均匀排列布置在杆体23周围。杆体23外侧设置有加强筋，用于加固锚杆杆体23。锚杆体23制作完成后进行放腐蚀处理，注浆孔15的边缘进行防腐蚀处理，防腐处理具体为涂漆、电镀或表面钝化。如图2所示，注浆孔15包括敞开式注浆孔151和半封闭注浆孔152，敞开式注浆孔151和半封闭注浆孔152间隔排列布置。半封闭注浆孔152的开启阀值为 0.4～0.8MPa，半封闭的注浆孔152从杆体24内部向杆体外部破裂打开的最小压力为，在半封闭注浆孔152的内部固定设置有格挡条，防止外部压力过大导致半封闭注浆孔152向内开启，从而保证了半封闭注浆孔152只能从内向外开启，不能从外向内开启。中空锚杆杆体24注浆时止浆塞14与外螺母23的组合体能够保证良好气密性，不会漏气甚至漏砂浆，止浆塞14与内螺母21的组合体能够保证注浆饱满的效果。

监测机构3包括压力传感器31和阀值启动开关32，压力传感器31设置在垫板22和钻孔之间。其中阀值启动开关32启动注浆电机12的阀值为50～100KN，根据矿井前期锚杆受力监测情况选择电机启动阀值，当达到启动阀值后启动注浆电机12，推送浆液至注浆孔15。定位机构4包括滑移定位装置41，杆体24前端设置有滑移定位装置41，滑移定位装置41上设置有滚珠。滑移定位装置41的滚珠之间设置有注浆孔15，滚珠对称布置，滚珠可以滚动从而保证了锚杆顺利滑动伸入钻孔内。由于锚固剂初始期具有流动性使锚杆因重力等因素下沉无法居中，导致锚固导致砂浆保护层厚度不满足规范要求的情况，在锚固时可以利用杆体前端的滑移定位装置将锚杆固定于钻孔中央，因此避免了砂浆保护层厚度不满足要求的情况，另外定位滑轮有一定的强度可以使锚杆在初期具有阻止岩体变形的能力。

利用上述锚杆进行锚固支护的施工步骤包括：(1)利用锚固钻机向巷道壁面需要锚固的位置进行打眼，利用准备好的锚固剂将锚杆的锚头及部分杆体24锚固在岩体的内部；(2)在垫板22和内螺母21处设置止浆塞14，止浆塞14位于钻孔的孔口位置，止浆塞14既可保证杆体24的稳固，也可避免二次支护注浆时注浆液大量涌出钻孔而不能充满整个空间的情况； (3)在锚杆托盘或杆体24上设置压力传感器31与阀值启动开关32自行监测一定范围内的矿山压力变化与围岩运动，一旦超过设定好的阈值，就会触发阀值启动开关32，打开注浆电机12通过注浆箱向钻孔内部注浆，以起到自行二次支护的目的，避免矿山压力进一步增大导致支护失效，围岩破坏向已采空间内运动，保证了开采安全。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。