一步式树脂卷预应力中空锚杆及其使用方法与流程

1.本发明涉及锚杆支护技术领域，特别涉及一种一步式树脂卷预应力中空锚杆及其使用方法。


背景技术：

2.目前，岩土及矿山、隧道领域中，通常采用锚杆支护，常用锚杆有树脂锚杆和砂浆锚杆等。矿井巷道支护系统中，树脂锚杆具有凝固时间短、受力快的特点，但树脂材料成本很高。
3.树脂锚杆的施工过程为：（1）钻锚孔、（2）将树脂卷送入锚孔内、（3）插入锚杆、（4）锚杆转动搅碎树脂卷，使树脂卷混合凝固后对锚杆进行锚杆。其中第二步，树脂卷的送入通常通过高压水或高压气直接将树脂卷推入锚孔的底部，但是使用过程，由于锚孔的轴线不是标准直线（即孔不直）、树脂卷与锚孔之间摩擦力大以及树脂卷本身柔软，导向性差等因素的影响，导致树脂卷很难送到位。
4.同时，锚杆使用基数大，若采用树脂卷对每根锚杆进行全长锚固，则成本太高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一步式树脂卷预应力中空锚杆及其使用方法，将树脂卷设置在锚杆内部，树脂送入锚孔时仅需将锚杆插入锚孔后通过压力液体将树脂推出至锚孔即可，树脂送入锚孔过程树脂卷与锚杆内壁之间的摩擦力小，且锚杆对树脂具有导向作用，因此树脂送入锚孔更轻松；同时还将锚杆的树脂锚固和砂浆锚固融为一体，且树脂锚固过程和注浆过程互不干涉，在降低锚固成本的同时有效保证了锚固效果。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一步式树脂卷预应力中空锚杆，包括中空锚杆本体、树脂卷、破碎刀片、用于向中空锚杆本体内输出瞬时高压的压力发生器和用于向中空锚杆本体内输出压力液体的输送装置；所述树脂卷和破碎刀片均设置在中空锚杆本体内部，所述树脂卷设置在破碎刀片远离中空锚杆本体端部的一侧，所述压力发生器与所述中空锚杆本体的内部连通；所述中空锚杆本体上设有至少一个与中空锚杆本体内部连通的出浆孔，所述出浆孔设有与之适配的密封塞。
7.进一步地，所述中空锚杆本体为中空自钻式锚杆、机械涨壳式锚杆或普通中空锚杆。
8.进一步地，所述压力发生器为空气炮。
9.进一步地，所述中空锚杆本体包括第一锚接段和第二锚接段，所述第一锚接段和第二锚接段通过注浆连接器相连接，所述出浆孔设置在所述注浆连接器上。
10.进一步地，所述破碎刀片和中空锚杆本体端部之间设有树脂混合器。
11.进一步地，所述树脂卷远离中空锚杆本体端部的一端设有推动活塞。
12.一种一步式树脂卷预应力中空锚杆的使用方法，包括如下步骤：s10、安装中空锚杆本体：使中空锚杆本体位于锚孔内，为树脂锚固作准备；s20、树脂锚固：向中空锚杆本体内部注浆，浆液推动树脂卷朝向中空锚杆本体端部运动，运动过程树脂卷由破碎刀片破碎后送入锚孔；树脂卷送入锚孔后，搅动中空锚杆本体使树脂锚固剂混合充分，等待t1时间至树脂锚固剂凝固；s30、注浆准备：通过压力发生器向中空锚杆本体内部输出瞬时高压，瞬时高压使密封塞脱离出浆孔；s40、砂浆锚固：向中空锚杆本体内部注入砂浆，砂浆由出浆孔进入锚孔。
13.进一步地，所述步骤s10包括如下步骤：s101、自钻安装：中空锚杆本体通过端部的钻头钻出锚孔，钻头到位时，中空锚杆本体到位；其中，中空锚杆本体为中空自钻式锚杆。
14.进一步地，所述步骤s10包括如下步骤：s102、插杆安装：通过钻具钻出锚孔，钻具钻出锚孔后退出；将中空锚杆本体插入锚孔直至中空锚杆本体到位；其中，中空锚杆本体为机械胀壳式锚杆或普通中空锚杆。
15.进一步地，所述步骤s20中还包括如下步骤：s201、树脂混合：树脂卷由破碎刀片破碎后经树脂混合器混合后送入锚孔。
16.本发明的有益效果是：本发明将树脂卷设置在锚杆内部，树脂送入锚孔时仅需将锚杆插入锚孔后通过压力液体将树脂推出至锚孔即可，树脂送入锚孔过程树脂卷与锚杆内壁之间的摩擦力小，且锚杆对树脂具有导向作用，因此树脂送入锚孔更轻松；同时还将锚杆的树脂锚固和砂浆锚固融为一体，且树脂锚固过程和注浆过程互不干涉，在降低锚固成本的同时有效保证了锚固效果。
附图说明
17.图1为本发明实施例中一步式树脂卷预应力中空锚杆的整体结构示意图；图2为本发明实施例中一步式树脂卷预应力中空锚杆的剖视图；图3为图2中局部a处的放大示意图；图中，1、中空锚杆本体；2、树脂卷；3、破碎刀片；4、压力发生器；5、输送装置；6、出浆孔；7、密封塞；8、注浆孔；9、第一锚接段；10、第二锚接段；11、注浆连接器；12、树脂混合器；13、推动活塞。
具体实施方式
18.下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
19.参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：实施例1：
如图1-图3所示，一步式树脂卷预应力中空锚杆，包括中空锚杆本体1、树脂卷2、破碎刀片3、用于向中空锚杆本体1内输出瞬时高压的压力发生器4和用于向中空锚杆本体1内输出压力液体的输送装置5；所述树脂卷2和破碎刀片3均设置在中空锚杆本体1内部，所述树脂卷2设置在破碎刀片3远离中空锚杆本体1端部的一侧，所述压力发生器4和输送装置5分别与所述中空锚杆本体1的内部连通；所述中空锚杆本体1上设有至少一个与中空锚杆本体1内部连通的出浆孔6，所述出浆孔6设有与之适配的密封塞7。
20.所述压力发生器4为空气炮。将空气炮产生的瞬时高压应用在锚杆锚固为本领域首例，具有开创性意义。
21.如图2所示，其中压力发生器4通过三通接头与中空锚杆本体1连接，三通接头另一个接口连接输送装置5。输送装置5可以是但不局限于注浆设备，其还可以是高压水输出装置（通过高压水推动树脂卷2运动）。
22.工作原理：将中空锚杆本体1安装到锚杆孔内后开始进行树脂锚固。树脂锚固过程为：启动输送装置5向中空锚杆本体1内输送压力液体，输入的压力液体推动树脂卷2朝向中空锚杆本体1的端部运动。树脂卷2运动过程树脂卷2的外皮由破碎刀片3破碎后树脂卷2内部的树脂随着挤压由锚杆端部的注浆孔8进入锚孔。进入锚孔树脂经8-180s时间凝固（凝胶时间由树脂类型决定，如超快速型树脂凝胶时间为8-40s，快速型树脂凝胶时间为41-90s，中速型树脂凝胶时间为91-180s），进而在中空锚杆本体1前端形成树脂锚固段l1，树脂锚固段l1作为临时支护。
23.待树脂凝固后，通过空气炮向中空锚杆本体1内输出瞬时高压气体，由于中空锚杆本体1端部的注浆孔8由凝固后的树脂密封，因此瞬时高压气体作用在密封塞7上，克服密封塞7与出浆孔6之间的静摩擦力，进而将密封塞7顶出，并使密封塞7落在锚孔内不影响后续注浆。出浆孔6打开后，通过注浆设备向中空锚杆本体1内部注入浆液，浆液经出浆孔6进入锚孔，进而对中空锚杆本体1剩余长度进行永久性锚固，浆液凝固后形成砂浆锚固段l2。其中浆液的水灰比为0.35-0.4。
24.本发明将树脂卷2设置在锚杆内部，树脂送入锚孔时仅需将锚杆插入锚孔后通过压力液体将树脂推出至锚孔即可，树脂送入锚孔过程树脂卷2与锚杆内壁之间的摩擦力小，且锚杆对树脂具有导向作用，因此树脂送入锚孔更轻松；同时还将锚杆的树脂锚固和砂浆锚固融为一体，且树脂锚固过程和注浆过程互不干涉，在降低锚固成本的同时有效保证了锚固效果。
25.进一步地，所述中空锚杆本体1为中空自钻式锚杆、机械涨壳式锚杆或普通中空锚杆。中空自钻式锚杆指锚杆端部设置钻头，机械涨壳式锚杆或普通中空锚杆指锚杆端部设置锚头，而前述中空锚杆本体1的前端指中空锚杆本体1设置钻头或锚头的一端。其中，钻头或锚头上设有注浆孔，注浆孔设置及具体结构为本领域公知常识。
26.中空锚杆本体1为中空自钻式锚杆时：通过锚杆的自钻进实现中空锚杆本体1与锚孔的安装，安装后的操作如上述。中空锚杆本体1钻进时，由于密封塞7的设置，低压冷却水（由于压力小，不足以推动树脂卷2被破碎刀片3破碎。）仍可由中空锚杆本体1内部进入钻头，对钻头冷却、润滑。
27.中空锚杆本体1为机械涨壳式锚杆或普通中空锚杆时：首先通过钻具钻出锚孔，取出钻具后，将中空锚杆本体1插入锚孔完成安札股，安装后的操作如前述。
28.进一步地，如图2和图3所示，所述中空锚杆本体1包括第一锚接段9和第二锚接段10，所述第一锚接段9和第二锚接段10通过注浆连接器11相连接，所述出浆孔6设置在所述注浆连接器11上。
29.其中，第一锚接段9外径大于第二锚接段10外径，且第一锚接段9靠近中空锚杆本体1端部设置；注浆连接器11为圆柱套管型结构，第一锚接段9套设在注浆连接器11左端外部，注浆连接器11的右端套设在第二锚接段10外部，注浆连接器11可以是但不局限于与第一锚接段9和第二锚接段10螺纹连接。
30.中空锚杆本体1设置为多段连接式结构，可保证中空锚杆本体1长度满足不同锚固长度的需求。其次树脂锚固段即第一锚接段9尺寸大于砂浆锚固段及第二锚接段10尺寸，这样设置可减小树脂锚固段树脂的用量，降低成本；同时增加砂浆锚固段浆液的用量，提高砂浆锚固段永久性支护的锚固效果。
31.进一步地，如图2所示，所述破碎刀片3和中空锚杆本体1端部之间设有树脂混合器12。设置的树脂混合器12可使树脂卷2内流出的树脂充分混合后再进入锚孔，进而提高树脂锚固段的锚固效果。
32.进一步地，如图3所示，所述树脂卷2远离中空锚杆本体1端部的一端设有推动活塞13。设置的推动活塞13用于在浆液或高压水作用下推动树脂卷2前进，避免高压液体直接挤压树脂卷2，导致树脂卷2破碎后，高压液体与树脂卷2混合，降低树脂的锚固效果。
33.实施例2：一种一步式树脂卷2预应力中空锚杆的使用方法，包括如下步骤：s10、安装中空锚杆本体1：使中空锚杆本体1位于锚孔内，为树脂锚固作准备；s101、自钻安装：中空锚杆本体1通过端部的钻头钻出锚孔，钻头到位时，中空锚杆本体1到位；其中，中空锚杆本体1为中空自钻式锚杆。
34.s20、树脂锚固：向中空锚杆本体1内部注浆，浆液推动树脂卷2朝向中空锚杆本体1端部运动，运动过程树脂卷2由破碎刀片3破碎后，经树脂混合器12混合后送入锚孔；树脂卷送入锚孔后，搅动中空锚杆本体使树脂锚固剂混合充分，等待t1时间至树脂锚固剂凝固；其中t1具体时间根据树脂锚固剂要求确定，具体如前述。
35.s30、注浆准备：通过压力发生器4向中空锚杆本体1内部输出瞬时高压，瞬时高压使密封塞7脱离出浆孔6；s40、砂浆锚固：向中空锚杆本体1内部注入砂浆，砂浆由出浆孔6进入锚孔。
36.实施例3：本实施例与实施例2的区别在于，一种一步式树脂卷2预应力中空锚杆的使用方法，包括如下步骤：s10、安装中空锚杆本体1：使中空锚杆本体1位于锚孔内，为树脂锚固作准备；s102、插杆安装：通过钻具钻出锚孔，钻具钻出锚孔后退出；将中空锚杆本体1插入锚孔直至中空锚杆本体1到位；其中，中空锚杆本体1为机械胀壳式锚杆或普通中空锚杆。
37.s20、树脂锚固：向中空锚杆本体1内部注浆，浆液推动树脂卷2朝向中空锚杆本体1端部运动，运动过程树脂卷2由破碎刀片3破碎后，经树脂混合器12混合后送入锚孔；树脂卷
送入锚孔后，搅动中空锚杆本体使树脂锚固剂混合充分，等待t1时间至树脂锚固剂凝固；其中t1具体时间根据树脂锚固剂要求确定，具体如前述。
38.s30、注浆准备：通过压力发生器4向中空锚杆本体1内部输出瞬时高压，瞬时高压使密封塞7脱离出浆孔6；s40、砂浆锚固：向中空锚杆本体1内部注入砂浆，砂浆由出浆孔6进入锚孔。
39.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。