一种自钻式胀壳锚头及包含该锚头的锚杆的制作方法

1.本发明涉及岩土工程锚固支护技术领域，特别涉及一种自钻式胀壳锚头及包含该锚头的锚杆。


背景技术：

2.在岩土工程涉及的地下工程、采矿工程、基坑与边坡工程中，为防止底层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层或岩层进行加固的一种主要的形式是采用锚杆插入岩层中作支护作用，通过设置在地层或岩层中的锚杆所具有的高强度抗拉能力及通过锚杆体与锚杆周围的注浆体与地层之间密实结合等方式将地层加固起来，以提高地层或岩层的整体性，起着抗剪、抗拉、抗压等多种力学作用，以控制地层或岩层的变形，使之达到稳定安全的状态。这种技术的应用于发展已有上百年的历史，并提出多种锚杆支护类型及工艺以适应不同的地层与不同条件的需要。
3.胀壳式锚杆：利用锚固头地胀壳力形成点锚力，为非粘结型锚固产生的锚力。由于胀壳力通过胀壳与孔壁磨擦形成，故仅适用于较好的岩层中。
4.现有的胀壳式锚杆由于其锚头上的胀壳片是活动的，因此胀壳片与锚头之间存在间隙，若设置钻头，则冷却水会从间隙流走，不会从钻头上的冷却孔到达钻头，钻头钻进过程不能冷却及润滑。因此现有的胀壳式锚杆不具备在锚头上直接设置钻头的条件，只能采用先钻锚杆孔、抽出钻具及钻杆、再插锚杆的工序。这样的工作方式工序繁琐，锚孔较长时，因钻孔偏差的影响导致锚孔弯曲，锚杆插入锚孔困难，且不能该施工方法不适用工作空间有限的工作环境（如煤矿锚固）。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自钻式胀壳锚头及包含该锚头的锚杆，锚头可配合钻头实现胀壳式锚头的自钻进功能，解决胀壳式锚头只能通过插杆安装的问题，钻进、插锚杆一步到位，简化工序，提高锚固效率的同时可降低对工作空间的要求。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自钻式胀壳锚头，包括内部中空的胀壳内楔和两个可沿胀壳内楔滑动的胀壳片，所述胀壳内楔包括工作部和设置在工作部下部的连接部；所述胀壳片对称设置在工作部上且与所述工作部滑动连接，胀壳片收起时位于工作部内；所述工作部远离连接部的一端设有钻头，所述工作部的侧壁设有用于向钻头供给冷却水的冷却水道；所述工作部和连接部之间设有导向孔，所述导向孔处设有与所述冷却水道连通的进水槽，所述冷却水道通过进水槽与连接部连通；所述导向孔内滑动连接有一端开口另一端封闭的封盖，所述封盖与导向孔形成密封隔断结构将连接部的中空部分与工作部收纳胀壳片的部分隔断；
还包括钻头钻进到位后驱动封盖朝向钻头运动的瞬时高压发生装置。
7.进一步地，所述工作部上端设有工作台，所述工作台与连接部之间设有用于胀壳片收起时存放胀壳片的容纳腔，所述工作台的两侧对称设有由工作台朝向连接部倾斜的倾斜面，两个所述倾斜面上分别设有滑动槽，两个所述滑动槽穿过工作部的轴线呈中心对称设置；所述滑动槽为t字形槽或燕尾槽，所述胀壳片上设有与所述滑动槽滑动配合的滑块，所述滑动槽穿过中心对称面，并排布置于容纳腔中。
8.进一步地，所述冷却水道远离连接部的一端与工作部远离连接部的端面连通。
9.进一步地，所述冷却水道远离连接部的一端与钻头上的冷却孔连通。
10.进一步地，所述滑块通过三角形的连接块与胀壳片相连接，所述滑块、连接块和胀壳片为一体化结构。
11.进一步地，所述连接块底端抵接在所述封盖封口端的端面。
12.一种包含自钻式胀壳锚头的锚杆，包括锚杆本体，所述锚杆本体为中空自钻式锚杆，所述锚杆本体与所述连接部相连接；所述瞬时高压发生装置通过接头与锚杆本体远离锚头的一端相连接。
13.进一步地，所述连接部内同轴设有螺纹孔，所述锚杆本体与所述连接部通过螺纹孔螺纹连接。
14.进一步地，所述瞬时高压发生装置为空气炮。
15.本发明的有益效果是：1）本发明的锚头可配合钻头实现胀壳式锚头的自钻进功能，解决了胀壳式锚头只能通过插杆安装的问题，钻进、插锚杆一步到位，简化了工序，提高锚固效率的同时可降低对工作空间的要求。
16.2）本发明的锚头其胀壳片最大胀开尺寸可达锚头直径的三倍，避免了胀壳片胀开尺寸小锚固效果不好甚至不能形成支护的不足，且由于胀壳片优异的张开尺寸，锚头张开后的余量大，因此可将锚头尺寸缩小，方便锚杆、锚头进入锚孔，且锚固承载力强，有利于节约成本。
附图说明
17.图1为本发明实施例中自钻式胀壳锚头及包含该锚头的锚杆的整体结构示意图；图2为本发明实施例中自钻式胀壳锚头的立体图；图3为本发明实施例中自钻式胀壳锚头的剖视图；图4为本发明实施例中自钻式胀壳锚头的胀壳片胀开时的立体图；图5为本发明实施例中自钻式胀壳锚头的胀壳片胀开时的正视图；图6为图5中a-a向剖视图；图7为本发明实施例中自钻式胀壳锚头的胀壳片胀开时的仰视图；图8为图7中b-b向剖视图；图中，1、胀壳内楔；2、胀壳片；3、工作部；4、连接部；5、钻头；6、冷却水道；7、导向孔；8、进水槽；9、锚杆本体；10、封盖；11、瞬时高压发生装置；12、工作台；13、容纳腔；14、倾斜面；15、滑动槽；16、滑块；17、连接块。
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8，本发明提供一种技术方案：实施例：如图1-图8所示，一种自钻式胀壳锚头，包括内部中空的胀壳内楔1和两个可沿胀壳内楔1滑动的胀壳片2，所述胀壳内楔1包括工作部3和设置在工作部3下部的连接部4；所述胀壳片2对称设置在工作部3上且与所述工作部3滑动连接，胀壳片2收起时位于工作部3内；所述工作部3远离连接部4的一端设有钻头5，所述工作部3的侧壁内部设有用于向钻头5供给冷却水的冷却水道6；所述工作部3和连接部4之间设有导向孔7，所述导向孔7处上设有与所述冷却水道6连通的进水槽8，所述冷却水道6通过进水槽8与连接部4连通；其中导向孔7为台阶孔结构，导向孔远离胀壳片的一端形成支撑封盖的环状的支撑台，进水槽设置在支撑台上。
20.所述导向孔7内滑动连接有一端开口另一端封闭的封盖10，所述封盖10与导向孔7形成密封隔断结构将连接部4的中空部分与工作部3收纳胀壳片2的部分隔断；还包括钻头5钻进到位后驱动封盖10朝向钻头5运动的瞬时高压发生装置11。
21.工作原理：自钻式胀壳锚头（以下简称锚头）通过连接部4与自钻式中空锚杆（以下简称锚杆）相连接，锚杆与钻机连接。钻机驱动锚杆带动锚头钻进。钻进过程，冷却水由锚杆经进水槽8进入冷却水通道到达锚头端部对钻头5冷却和润滑。该过程由于封盖10和支撑台的作用将胀壳片2与连接部4隔开，进而避免冷却水进入后从胀壳片2与锚头之间的间隙流出。
22.钻进到位后，通过瞬时高压发生装置11向封盖10施加瞬时高压，使封盖10朝向工作部3运动。封盖10运动时推动胀壳片2使胀壳片2胀开，完成锚杆的临时支护。胀壳片2胀开后拉动锚杆，由于胀开的胀壳片2卡紧在锚孔的孔壁，随着锚杆的拉动，会将胀壳片2的胀开尺寸拉大（锚杆拉动过程胀壳片2继续沿胀壳内楔1滑动）。之后通过锚杆注浆即可完成锚杆永久锚固。注浆时，浆液由连接部4经导向孔（浆液推动封盖10让位）由胀壳片2让出的槽口进入锚孔。
23.本发明的锚头可配合钻头5实现胀壳式锚头的自钻进功能，解决了胀壳式锚头只能通过插杆安装的问题，钻进、插锚杆一步到位，简化了工序，提高锚固效率的同时可降低对工作空间的要求。
24.进一步地，如图1-图6所示，所述工作部3上端设有工作台12，所述工作台12与连接部4之间设有用于胀壳片2收起时存放胀壳片2的容纳腔13，所述工作台12的两侧对称设有由工作台12朝向连接部4倾斜的倾斜面14，两个所述倾斜面14上分别设有滑动槽15，两个所述滑动槽15穿过工作部3的轴线呈中心对称设置；所述滑动槽15为t字形槽或燕尾槽，所述胀壳片2上设有与所述滑动槽15滑动配合的滑块16，所述滑动槽穿过中心对称面，并排布置于容纳腔中。
25.使用时，封盖10在瞬时高压的作用下推动胀壳片2沿滑动槽15滑动滑动。胀壳片2滑动过程由于倾斜面14（楔形）的作用，两片胀壳片2被撑开。胀壳片2的外表面与锚孔孔壁面紧贴、直至相互挤压形成胀力及摩擦力。其中胀壳片2的撑开度根据实际使用确定，并通过设置不同长度的封盖10实现。封盖10高度为胀壳片2沿锚头轴向的运动距离。
26.胀壳片2撑开过程由于滑块16、连接块17和胀壳片2形成的三角形的底边长度与所述工作部3直径相同，因此两片胀壳片2完全撑开时整个锚头的尺寸可达到未撑开时的三倍（是常规锚头的1.5倍）。由于锚头胀开后尺寸大，锚头张开后的余量大，因此对于同直径的锚孔锚固时，更小尺寸的锚头即可满足锚固需求。锚头尺寸做小后方便锚头及锚杆进入锚孔。胀壳片2胀开尺寸大，因此可提供更大的支撑力，着力强，锚固效果更好。
27.本发明的锚头其胀壳片2最大胀开尺寸可达锚头直径的三倍，避免了胀壳片2胀开尺寸小锚固效果不好甚至不能形成支护的不足，且由于胀壳片2优异的张开尺寸，锚头张开后的余量大，因此可将锚头尺寸缩小，方便锚杆、锚头进入锚孔，且锚固承载力强，有利于节约成本。
28.进一步地，如图1和图2所示，所述冷却水道6远离连接部4的一端与工作部3远离连接部4的端面连通。冷却水道6直接连通至锚头端部即可对钻头5进行冷却。
29.进一步地，所述冷却水道6远离连接部4的一端与钻头5上的冷却孔连通。冷却水道6经钻头5的冷却孔后再到钻头5表面，在对钻头5外表面冷却的同时对钻头5内部进行冷却，冷却效果更好。
30.进一步地，如图3所示，所述滑块16通过三角形的连接块17与胀壳片2相连接，所述滑块16、连接块17和胀壳片2为一体化结构。
31.所述连接块17底端抵接在所述封盖10封口端的端面。
32.封盖10端面可对胀壳片2提供支撑与限位，同时可保证封盖10运动时即可将运动趋势传递至胀壳片2，提高二者联动效率。
33.如图1和图2所示，一种包含自钻式胀壳锚头的锚杆，包括锚杆本体9和瞬时高压发生装置11，所述锚杆本体9为中空自钻式锚杆，所述锚杆本体9与所述连接部4相连接；所述瞬时高压发生装置11通过接头与锚杆本体9远离锚头的一端相连接。
34.所述连接部4内同轴设有螺纹孔，所述锚杆本体9与所述连接部4通过螺纹孔螺纹连接。
35.所述瞬时高压发生装置11为空气炮。
36.锚杆通过钻机驱动带动锚头上的钻头5钻进，钻进到位后拆除钻机，并通过接头将瞬时高压发生装置11与锚杆本体9连接。瞬时高压发生装置11向锚杆本体9内部输出瞬时高压，该瞬时高压作用在封盖10上，驱动封盖10朝向钻头5方向运动，封盖10运动时带动胀壳片2滑动，进而实现胀壳片2的打开。胀壳片2胀开后拉动锚杆，由于胀开的胀壳片2卡紧在锚孔的孔壁，随着锚杆的拉动，会将胀壳片2的胀开尺寸拉大（锚杆拉动过程胀壳片2继续沿胀壳内楔1滑动）。之后拆除瞬时高压发生装置11并接通注浆设备。通过锚杆注浆即可完成锚杆永久锚固。注浆时，浆液由连接部4经导向孔（浆液推动封盖10让位）由胀壳片2让出的槽口进入锚孔。
37.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。