一种裂隙水预警式锚杆的制作方法

本发明属于土木工程领域，特别是涉及一种裂隙水预警式锚杆。

背景技术：

锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。我国锚杆支护技术快速发展是在上个世纪90年代，从澳大利亚引进树脂锚固支护技术后，自此我国锚杆支护技术展开了新的篇章。

煤炭是我国重要的工业能源和化工原料，是我国主体能源，占我国一次能源生产和消费的70%左右。我国煤矿的开采方式主要是地下井工开采，安全、有效、快速的巷道支护技术是保证矿井安全、高效生产的必要条件。为了实现长期安全高效开采的目的，需要维持巷道稳定性，保证巷道稳固和提高巷道支护效率对煤矿安全快速生产具有非常重要的意义。以锚杆为主体的主动支护技术是我国煤矿巷道最经济、最高效和最安全的支护方式，目前被广泛应用。我国煤矿巷道支护中以锚杆支护为主的主动支护技术超过了70%，我国有的煤矿以锚杆支护为主的主动支护技术超过了甚至达到90%以上。煤矿巷道广泛采用锚杆支护其主要特点在于增强巷道围岩体的强度，提高围岩自身承载的承载能力，改善巷道围岩体的应力分布特征，且取得了巨大的社会、经济和技术效益。

根据锚杆的锚固方式可分为机械式锚固型和黏结锚固型两类。锚固装置或锚杆杆体和孔壁接触，靠摩擦力起锚固作用的锚杆，属于机械锚固型锚杆；锚杆杆体部分或全长利用树脂、砂浆、快硬水泥等胶结材料将锚杆杆体和锚杆孔壁黏结固定在一起，靠粘结力起锚固作用的锚杆属于黏结型锚杆。

澳大利亚、美国等国的煤层地质条件比较简单，埋藏浅，护巷煤柱宽度大，而且大力推广应用锚杆支护，技术比较先进，煤矿巷道锚杆支护所占的比重几乎达到100%。实际上，在这两个国家，如果一个矿区煤层顶板不适合采用锚杆支护，那么便认为开采这样的煤层在经济上是不合理的。澳大利亚锚杆支护技术已经形成比较完整的体系，煤矿巷道几乎全部采用w钢带树脂全长锚固组合锚杆支护。尽管其巷道断面比较大，但支护效果良好。对于复合顶板、破碎顶板，以及巷道交叉点、大断面硐室等难维护的条件，还采用锚索注浆进行补强加固，控制围岩的强烈变形。美国煤矿巷道锚杆消耗量很大，锚杆种类也比较多，有涨壳式锚杆、树脂锚杆、混合锚固锚杆，组合件有钢带和桁架。具体应用时，根据岩层条件选择不同的支护方式和参数。

欧洲一些主要产煤国家，过去一直主要采用金属支架支护巷道。但随着巷道支护难度加大和支护成本增高，将巷道支护方式转向了锚杆支护，积极开展了锚杆支护技术的研究、试验与推广应用。英国曾是欧洲主要产煤国中采用金属支架支护的典型代表。1987年以前，英国煤矿巷道支护90%以上采用金属支架，导致巷道支护效果差、成本高，回采工作面产量与效益低，亏损严重。由于国际市场的激烈竞争，英国煤炭工业面临严重的危机。在这种情况下，英国果断地把采用锚杆支护取代传统的金属支架支护作为提高其煤炭工业竞争力的三大策略之一。于1987年从澳大利亚引进了先进的锚杆支护技术，彻底扭转了过去被动的局面，锚杆支护技术得到迅速发展。到1990年，英国煤巷锚杆支护所占比例便从八十年代中期几乎为零增长到50%，1994年达到80%，1997年达到90%。英国煤矿通过采用锚杆支护技术取得了显著的技术经济效益。巷道支护费用和吨煤成本显著降低，回采工作面产量、全员效率大幅度提高，事故率明显下降，巷道安全状况得到保证。一些濒临倒闭的矿井也因此获得了新生。在英国，锚杆支护技术被看成是煤矿巷道支护技术的一次变革，而且还没有那次技术变革能像锚杆支护这样在短时间内给煤矿带来如此巨大的效益。德国使用u型钢支架最早，技术成熟、先进，使用量大。无论是永久巷道还是回采巷道大多采用u型钢可缩性支架。但是从20世纪80年代以来，随着矿井开采深度和开采强度增加，重型采掘设备的采用，要求巷道断面越来越大，导致巷道围岩变形加剧，支护困难。为了解决巷道支护难题，不得不增加型钢重量、减小支架棚距，致使巷道支护费用增高，而且带来施工、运输等一系列问题。尽管如此，巷道支护状况并没有得到根本改观，为此，开展了锚杆支护技术的研究与试验。锚杆支护在鲁尔矿区试验成功后得到推广应用，现已应用于埋深千米的深井巷道中，取得较好的支护效果。

我国在1955年开始使用锚杆，但只是在近些年，我国锚固技术尤其是煤炭锚杆支护技术才得到迅速发展。近些年来我国锚杆应用领域和规模不断扩大。锚杆支护技术除在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程中继续保持着良好的发展态势外，在重力坝加固工程、桥梁工程以及抗倾覆、抗地震工程中也有了长足的进展。锚杆支护的标准化建设也日趋完善。中国于1986年颁发了国家标准gbj86285锚杆喷射混凝土支护技术规范，1990年颁发了cecs22∶90土层锚杆设计施工规范，2001年，修订后的gb5008622001锚杆喷射混凝土支护技术规范已经出台。近十年来，用于加固重力坝的锚杆的极限承载力、长度和锚固力的集中度均有稳步增长的趋势。国内石泉、李家峡等电站的混凝土重力坝相继采用承载力设计值为6000kn～10000kn的预应力锚杆加固。李家峡电站在大坝加固中应用了承载力设计值为10000kn的预应力锚杆。我国高承载力锚固体系的设计和施工开始进入世界先进行列。在煤炭行业中，当巷道位于含水层下方时，随着煤层的开挖，岩层裂隙开展，含水岩层中水会沿裂隙流动，导致两种现象发生，一是水进入锚杆孔，对孔壁的渗透、侵蚀以及剥离作用，使孔壁破坏，锚杆与围岩锚固失效，锚杆脱落，围岩失去控制而塌落，造成安全事故；二是水经过锚杆孔或杆体，越过隔水岩层而进入非含水岩层，使非含水岩层强度降低并出现膨胀、水解或者泥化等现象，导致围岩大量变形和移动，造成安全事故。目前裂隙发育岩层的锚固中常采用普通自进式锚杆，不能对裂隙水的发展进行预警。

中空自进式锚杆主要用于断层破碎带开挖支护施工，在复杂地质条件下取代普通砂浆锚杆，克服了普通砂浆锚杆诸如塌孔、无法插杆、注浆不饱满等难题，解决了大管棚施工时的塌孔问题，能够保证复杂地质条件下的注浆效果，发挥了锚杆支护的作用，提高了围岩的承载能力，保证了围岩的整体稳定，在抗弯、抗剪强度和表面粘结等方面明显优于截面相同的常规砂浆锚杆，可以任意切割、连接、施加预应力和荷载释放，并可作注浆管使用，所需的机具设备、材料没有特殊要求，工艺简单，具有很大的应用价值。

中空自进式锚杆在经济、快速、加固性能、构造和强度上都具有显著的优越性。

1）自进式中空注浆锚杆采用良好的厚壁无缝钢管材料、完美快捷的表面螺纹成形工艺以及做工精良的配件，真正实现了自钻式锚杆钻孔、注浆、锚固等功能的统一。

2）自进式中空注浆锚杆前有穿透力强的钻头，在一般凿岩机械的作用下，可以轻易穿透各类岩石。

3）具有连续的国际标准波形螺纹，可以作为钻杆配合钻头完成钻孔成锚孔。

4）钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。

5）高效能的止浆塞使注浆能保持较强的注浆压力，充分地充填空隙，固定破碎岩体，高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到围岩与锚杆互为支护的目的。

6）由于该类锚杆三位一体的功能使得它在各类围岩条件下施工时，不需套管护壁、预注浆等特殊手法也能形成锚孔并保证锚固与注浆效果。

技术实现要素：

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种裂隙水预警式锚杆，主要为了开发一种能够有效预警裂隙水发展、构造简单、安全可靠、节约材料和施工方便的自进式锚杆，可以在岩层裂隙发育过程中，能够有效的解决自进式锚杆对裂隙水的预警等问题，对岩层裂隙水发展进行有效预警，从而保障支护围岩安全性。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种裂隙水预警式锚杆，包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置通过引流线连接，所述自进式锚杆包括锚杆主体、中空合金钻头、引流线、堵浆塞、螺母、垫板、止浆塞、连接套，所述锚杆主体头部设有中空合金钻头，中空合金钻头外侧及顶部设有入水孔，杆身内侧设有引流线，引流线一端置于中空合金钻头内，另一端穿过止浆塞与裂隙水预警装置连接，所述自进式锚杆采用连接套加长杆体，杆体尾部由垫板、螺母、止浆塞、堵浆塞组成，所述与自进式锚杆连接的裂隙水预警装置包括预警溶液、防水保护套，所述预警溶液置于防水保护套内。

进一步地，所述锚杆主体为中空钢柱，杆身外侧自带自进式螺纹，杆体均布注浆孔。

进一步地，所述引流线为外表面包裹有橡胶材料的棉线，裂隙水通过中空合金钻头上的入水孔流入到中空合金钻头内，经引流线引流至预警装置。

进一步地，所述预警装置由预警溶液及溶液防水保护套组成，预警溶液成分为无水氧化钴及荧光成分，防水保护套为透明塑料材质，预警溶液放置在密封的防水保护套中，防水保护套设有引流线的连接孔，裂隙水通过引流线流入预警装置引起预警溶液变色，起到预警裂隙水发展的作用。

本发明的有益效果：

本发明的效果和优点是裂隙水通过入水孔流入中空合金钻头，通过引流线将裂隙水引入预警装置，引起预警溶液变色，起到预警裂隙水发展的作用。本发明结构简单，预警装置结构简单，支护效果好高、施工方便、施工速度快、经济成本低，施工步骤简单，缩短工时，降低造价。

附图说明

图1为本发明一种带有裂隙水预警装置的新型自进式锚杆结构主视图。

图2为本发明一种带有裂隙水预警装置的新型自进式锚杆杆体剖面图。

图3为本发明裂隙水预警装置结构图。

附图标记说明

图中，1为锚杆主体；2为中空合金钻头；3为引流线；4为裂隙水预警装置；5为堵浆塞；6为螺母；7为垫板；8为止浆塞；9为连接套；10为防水保护套；11为预警溶液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述：

实施例：如图1—图3所示，包括相互连接的自进式锚杆与裂隙水预警装置，所述自进式锚杆与裂隙水预警装置通过引流线连接，所述自进式锚杆包括锚杆主体、中空合金钻头、引流线、堵浆塞、螺母、垫板、止浆塞、连接套，所述锚杆主体头部设有中空合金钻头，中空合金钻头外侧及顶部设有入水孔，所述锚杆主体为中空钢柱，杆身外侧自带自进式螺纹，杆体均布注浆孔，杆身内侧设有引流线，引流线一端置于中空合金钻头内，另一端穿过止浆塞与裂隙水预警装置连接，所述自进式锚杆采用连接套加长杆体，杆体尾部由垫板、螺母、止浆塞、堵浆塞组成，所述与自进式锚杆连接的裂隙水预警装置包括预警溶液、防水保护套，所述预警溶液置于防水保护套内。

如图1、图2所示，所述引流线为外表面包裹有橡胶材料的棉线，裂隙水通过中空合金钻头上的入水孔流入到中空合金钻头内，经引流线引流至预警装置。

如图3所示，所述预警装置由预警溶液及溶液防水保护套组成，预警溶液成分为无水硫酸铜成分，防水保护套为透明塑料材质，预警溶液放置在密封的防水保护套中，防水保护套设有引流线的连接孔，裂隙水通过引流线流入预警装置引起预警溶液变色，起到预警裂隙水发展的作用。

本发明一种裂隙水预警式锚杆，采取自进式插入方式。使用时，通过杆身外侧自进螺纹及钻头，旋转拧入围岩后。经中空的锚杆体灌注水泥砂浆，水泥砂浆通过注浆孔灌入，砂浆填充通孔与锚杆体之间空隙，注浆完毕后将堵浆塞旋入锚杆体尾部，完成支护加固。当裂隙水沿岩石裂隙经中空合金钻头进水孔接触引流线，经引流线流入预警装置，裂隙水预警装置中预警溶液变色，在巷道中预警溶液中的荧光成分使溶液变色效果明显，便于观察，从而对裂隙水发展进行预警。