一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法，属于机械领域，包括头部扩腔器、中部杆体、套管和中部转换器；中部杆体与头部扩腔器和中部转换器通过焊接进行连接；套管与头部扩腔器和中部杆体通过螺纹连接。本发明通过锚杆端部扩腔装置将锚杆锚固端在水平方向实现体积的扩展，以有效提升锚固端的悬吊能力，配合该锚杆端部扩腔装置设计一整套利用锚杆注浆加固围岩的施工方法，使应对软弱围岩的支护能力得到有效地提升，最终保证了地下工程的安全稳定。
【专利说明】
一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法
技术领域
[0001 ]本发明属于机械领域，具体涉及一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法。
【背景技术】
[0002]在地下工程的掘进过程中，开挖之后应及时对围岩进行支护，而围岩展现出多样性与特殊性，使支护难度大大增加，尤其是对于软弱围岩的支护，软弱围岩整体性差，易风化，遇水易膨胀、崩解，由于地下水的作用，在遇水或潮湿的环境下，围岩发生膨胀、崩解现象，自稳能力大大降低，且在这种情况下，普通锚杆的锚固端往往会逐渐丧失锚固能力，使得围岩处于极不稳定的环境中，甚至发生冒顶、坍塌等危险情况。这就要求锚杆的锚固端具有较高的锚固能力，通过一定的方法有效提高锚固能力，即使是在锚杆锚固段失效的前提下，锚杆的锚固端依然可以发挥一定的作用。
[0003]为了提高锚杆锚固端的锚固能力，可以对锚杆锚固端的形状进行设计，传统的打钻形成的圆柱形空孔洞发挥的能力有限。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法，克服了现有技术的不足，通过锚杆端部扩腔装置将锚杆锚固端在水平方向实现体积的扩展，以有效实现锚固端的悬吊能力，配合该锚杆端部扩腔装置设计一整套利用锚杆注浆加固围岩的施工方法，使应对软弱围岩的支护能力得到有效地提升。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种锚杆端部扩腔装置，包括头部扩腔器、中部杆体、套管和中部转换器;所述中部杆体为中空圆柱形杆体，与头部扩腔器和中部转换器通过焊接进行连接;所述套管的表面设置有外螺纹，所述头部扩腔器和中部杆体内均设置有与套管表面的外螺纹相配合的内螺纹，所述套管与头部扩腔器和中部杆体通过螺纹连接；
[0007]所述头部扩腔器的顶部设置有2个对称分布的扩腔器喷射口；
[0008]所述头部扩腔器内设置有若干对称分布的圆柱形扩腔器进水通道；
[0009]所述头部扩腔器包括第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节和第四伸缩节，第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节之间通过滑杆进行连接，第一伸缩节和第四伸缩节的内壁之间通过弹簧进行连接，第四伸缩节的外端部连接有破岩刀头；
[0010]所述套管包括套管端部，套管端部的下方设置有套管外壁，套管外壁的相对两侧向外开有依次分布的套管孔口，套管外壁的其中一侧分布的套管孔口和另一侧分布的套管孔口对称分布；
[0011]所述中部杆体的中下部设置有旋转卡口，用于连接外部转动设备；
[0012]所述中部转换器包括进液管，用于连接外部高压栗。
[0013]优选地，所述滑杆的外侧端部设置有橡胶垫层层。
[0014]优选地，所述破岩刀头包括齿状刀头、面状刀头、片状刀头、刀头杆体以及刀头底座，所述齿状刀头设置在刀头底座的中间，所述面状刀头设置在齿状刀头的一侧，所述片状刀头设置在齿状刀头的另一侧，所述片状刀头设置在刀头杆体上，所述刀头杆体设置在刀头底座上，所述破岩刀头通过带有螺纹的刀头底座与第四伸缩节固定连接。
[0015]优选地，所述片状刀头包括全片状刀头和半片状刀头。
[0016]优选地，所述中部转换器包括中部转换器主体，所述中部转换器主体内设置有橡胶隔离层。
[0017]优选地，所述套管和进液管均为中空圆柱形杆体。
[0018]优选地，所述头部扩腔器的外壁、中部杆体的外壁以及进液管的外壁均采用不锈钢材质，且厚度范围均为3_6mm。
[0019]优选地，所述头部扩腔器在完全扩展的情况下，其水平长度范围为100-200mm，在完全收缩的情况下，其水平长度范围为40-100mm。
[0020]此外，本发明还提到一种锚杆端部扩腔装置的施工方法，该方法采用上述的一种锚杆端部扩腔装置，包括以下步骤:
[0021 ]步骤I:按设计要求钻杆打孔结束后，首先将锚杆端部扩腔装置置入孔腔内，直至放入最底端，然后加入外部转动设备，放置在中部杆体的旋转卡口处；
[0022]步骤2:将套管向上旋拧，使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通，将外部高压栗与中部转换器内的进液管连接；
[0023]步骤3:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，之后启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使之在1.5-2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动外部转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6_10次；
[0024]步骤4:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向下旋转使其中部和下部的套管孔口与扩腔器进水通道分别相吻合；
[0025]步骤5:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压栗向头部扩腔器注水，调节外部高压栗出水口压力，使之在5-8MPa范围内，第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节逐渐扩展打开，破岩刀头与孔腔壁接触，开始二次破岩，通过外部转动设备使锚杆端部扩腔装置自上而下移动，移动速度为3-5mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动10-20次；
[0026]步骤6:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向上旋转使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通；
[0027]步骤7:启动外部转动设备，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使之在0.8-1.2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为10-30mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动5-8次；
[0028]步骤8:将注入外部高压栗内的液体换为速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，调节外部高压栗出水口压力，使之在I.5_2MPa范围内，注入速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为100-160s，水玻璃浆液最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6-10次；
[0029]步骤9:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将锚杆端部扩腔装置缓缓从孔腔内完全取出；
[0030]步骤10:向孔腔内置入注浆锚杆，然后向扩大的锚杆端部腔体内注入缓凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为300-500S，保持注浆终压为1.2-1.6MPa，最终形成具有端部放大效果的锚杆加固体系。
[0031 ]本发明所带来的有益技术效果:
[0032]本发明锚杆端部扩腔装置通过设计可伸缩的头部扩腔器配合可上下旋转移动的套管，通过高压喷射水将围岩软化，并实现初次破岩，然后通过高压水的压力使头部扩腔器逐渐扩展，通过转动设备带动锚杆端部扩腔装置高速旋转，利用破岩刀头进行二次破岩;破岩刀头底座上的片状刀头最先接触围岩，通过片状刀片法向切割将围岩划分成多个离散片段，然后齿状刀头沿正面切割，间隔地将离散的围岩切割下来，最后面状刀头沿正面全面切害J，将围岩完全切割下来，通过三次逐次增加切割强度切割围岩，有利于提高破岩效率与能力；通过二次高压水喷射将切割后的围岩表面松散颗粒清除干净，使得裸露的围岩为稳固接触面，然后喷射速凝类浆液，实现对表面围岩的快速封闭，然后注入缓凝类浆液形成稳固的锚固端;通过对头部扩腔器内部压力的控制以及弹簧的伸缩，可很好地对水平扩腔的半径进行控制，已达到最佳效果;通过可以上下旋转移动的套管可控制注入液体的进入通道，向上旋转至最大程度实现了高压喷射水破岩的目的，向下旋转至最大程度实现了高压水打开头部扩腔器的目的；中部转换器使得即使上部的头部扩腔器、中部杆体和套管在高速旋转的过程中，进液管可以不被带动旋转，并且在橡胶隔离层的作用下，保证了注入液体的密封性。
[0033]本发明锚杆端部扩腔装置的施工方法通过预先打孔，置入锚杆端部扩腔装置，通过高压喷射水旋喷对孔腔底部的围岩进行浸湿、软化，并且实现初次破岩;通过对头部扩腔器施加压力，将其逐渐打开，通过高速旋转的刀盘实现二次破岩;通过喷射水清洗破岩后的围岩表面，使得围岩表面松散颗粒被冲刷掉落，保证裸露的围岩能与浆液稳定接触;在达到预先设计的破岩效果之后，通过扩腔器喷射口注入速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，实现了对围岩表面的快速封堵，并且提高了整个扩大腔体的稳定能力;然后通过注浆锚杆注入缓凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，最终实现在锚杆端部形成一个稳固的较大体积的锚固体。
[0034]本发明锚杆端部扩腔装置及其施工方法，实现了锚杆锚固端在水平方向上体积的扩展，同时使得锚杆锚固端的体积大大增加，使锚杆的锚固能力显著提升;解决了现有的传统锚杆有限体积的锚固端在地下工程的软弱围岩环境中，由于围岩风化或地下室导致围岩的崩解、膨胀，极易造成锚固端无法有效承载外部荷载而失效的情况，通过科学的施工方法使得锚杆即使是在锚固端失效的前提下也能够发挥一定的锚固作用，尤其是在地下工程中针对整体性差的软弱围岩，在实际工程中，锚杆锚固端通过与围岩的胶结，无法提升锚固力的情况下，该锚杆端部扩腔装置及其施工方法通过扩腔形成放大的锚固端最大程度地提升锚固能力，使软弱围岩的支护效果得到有效提升，最终保证地下工程的安全稳定。
【附图说明】
[0035]图1为本发明锚杆端部扩腔装置的整体剖面图。
[0036]图2为本发明锚杆端部扩腔装置中头部扩腔器的剖面图。
[0037]图3为本发明锚杆端部扩腔装置中头部扩腔器俯视图
[0038]图4为本发明锚杆端部扩腔装置中套管的剖面图。
[0039]图5为本发明锚杆端部扩腔装置中破岩刀头的正视图。
[0040]图6为本发明锚杆端部扩腔装置中破岩刀头的俯视图。
[0041 ]图7为本发明锚杆端部扩腔装置中片状刀头的俯视图。
[0042]图8为本发明锚杆端部扩腔装置中中部转换器的剖面图。
[0043]图9为本发明锚杆端部扩腔装置中旋转卡口的正视图。
[0044]图10为本发明锚杆端部扩腔施工方法的流程框图。
[0045]其中，1-头部扩腔器;2-中部杆体;3-套管;4-中部转换器;5-扩腔器进水通道;6_第三伸缩节;7-滑杆;8-第二伸缩节;9-第一伸缩节；10-套管端部；11-扩腔器喷射口 ； 12-橡胶垫层;13-弹簧;14-破岩刀头；15-第四伸缩节；16-套管孔口 ； 17-套管外壁;18-齿状刀头；19-面状刀头；20-片状刀头；21-刀头杆体;22-刀头底座；23-全片状刀头；24-半片状刀头；25-橡胶隔离层;26-中部转换器主体;27-进液管;28-旋转卡口。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0047]实施例1:
[0048]如图1-9所示，一种锚杆端部扩腔装置，包括头部扩腔器1、中部杆体2、套管3和中部转换器4;所述中部杆体2为中空圆柱形杆体，与头部扩腔器I和中部转换器4通过焊接进行连接;所述套管3的表面设置有外螺纹，所述头部扩腔器I和中部杆体2内均设置有与套管3表面的外螺纹相配合的内螺纹，所述套管3与头部扩腔器I和中部杆体2通过螺纹连接。
[0049]所述头部扩腔器I的顶部设置有2个对称分布的扩腔器喷射口11。
[0050]所述头部扩腔器I内设置有若干对称分布的圆柱形扩腔器进水通道5;根据不同的围岩情况设计不同的扩腔器进水通道5，这里设计4个扩腔器进水通道5。
[0051]所述头部扩腔器I包括第一伸缩节9、第二伸缩节8、第三伸缩节6和第四伸缩节15，第一伸缩节9、第二伸缩节8、第三伸缩节6和第四伸缩节15之间通过滑杆7进行连接，第一伸缩节9和第四伸缩节15的内壁之间通过弹簧13进行连接，第四伸缩节15的外端部连接有破岩刀头14。
[0052]所述套管3包括套管端部10，套管端部10的下方设置有套管外壁17，套管外壁17的相对两侧向外开有依次分布的套管孔口 16，套管外壁17的其中一侧分布的套管孔口 16和另一侧分布的套管孔口 16对称分布;根据不同的围岩情况设计不同的套管孔口 16，套管孔口16的个数与扩腔器喷射口 11和扩腔器进水通道5的总数相等，并且当套管端部10与头部扩腔器I的顶部接触时，套管3的中部和下部的套管孔口 16封闭，套管3的上部的套管孔口 16与头部扩腔器I的顶部连通;当套管3在最低端时，套管3的中部和下部的套管孔口 16与扩腔器进水通道5分别相吻合。
[0053]这里在套管外壁17的相对两侧向外开有3对套管孔口16，分别是上部2个、中部2个、下部2个，当套管端部10与头部扩腔器I的顶部接触时，套管3的中部和下部的4个套管孔口 16封闭，套管3的上部的2个套管孔口 16与头部扩腔器I的顶部连通;将套管3向下旋转至最大程度时，其中部和下部的4个套管孔口 16与4个扩腔器进水通道5分别相吻合。
[0054]所述中部杆体2的中下部设置有旋转卡口28，用于连接外部转动设备。
[0055]所述中部转换器4包括进液管27，用于连接外部高压栗。
[0056]所述滑杆7的外侧端部设置有橡胶垫层12。
[0057]所述破岩刀头14包括齿状刀头18、面状刀头19、片状刀头20、刀头杆体21以及刀头底座22，所述齿状刀头18设置在刀头底座22的中间，所述面状刀头19设置在齿状刀头18的一侧，所述片状刀头20设置在齿状刀头18的另一侧，所述片状刀头20设置在刀头杆体21上，所述刀头杆体21设置在刀头底座22上，所述破岩刀头14通过带有螺纹的刀头底座22与第四伸缩节15固定连接。
[0058]所述片状刀头20包括全片状刀头23和半片状刀头24。
[0059]所述中部转换器4包括中部转换器主体26，所述中部转换器主体26内设置有橡胶隔尚层25。
[0060]所述套管3和进液管27均为中空圆柱形杆体。
[0061]所述头部扩腔器I的外壁、中部杆体2的外壁以及进液管27的外壁均采用不锈钢材质，且厚度范围均为3_6mm。
[0062]所述头部扩腔器I在完全扩展的情况下，其水平长度范围为100-200mm，在完全收缩的情况下，其水平长度范围为40-100mm。
[0063]实施例2:
[0064]在上述实施例的基础上，在埋深为300m，围岩等级为IV类的软弱围岩，开拓直墙半圆拱形巷道，顶板距离底板最大距离为3.Sm，在顶板上中部钻孔，孔深2m，钻孔直径60mm，本发明提供一种锚杆端部扩腔装置的施工方法(如图10所示)，用于实现在锚杆端部形成一个稳固的较大体积的锚固体，其中，按照如下步骤进行:
[0065]步骤I:按设计要求钻杆打孔结束后，设计锚杆端部扩腔装置的头部扩腔器，其在完全扩展的情况下，其水平长度为120mm，在完全收缩的情况下，其水平长度为40mm;将锚杆端部扩腔装置置入孔腔内，直至放入最底端;然后加入外部转动设备，放置在中部杆体的旋转卡口处，支撑整个锚杆端部扩腔装置保持稳定，并且可以带动整个锚杆端部扩腔装置沿轴向转动；
[0066]步骤2:将套管向上旋拧，使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通，将外部高压栗与中部转换器内的进液管连接；
[0067]步骤3:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，之后启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使栗出水口压力为1.6MPa，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动外部转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为30mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动8次；
[0068]步骤4:停止外部高压栗工作，之后停止外部转动设备工作，将套管向下旋转至最大程度，使其中部和下部的4个套管孔口与4个扩腔器进水通道相吻合；
[0069]步骤5:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为6000转/分钟，启动外部高压栗向头部扩腔器注水，栗出水口压力为6MPa，第二、三、四伸缩节逐渐扩展打开，破岩刀头与孔腔壁接触，开始二次破岩;通过转动设备使锚杆端部扩腔装置自上而下移动，移动速度为3mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动12次；
[0070]步骤6:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向上旋转使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通；
[0071 ]步骤7:启动外部转动设备，转速为6000转/分钟，启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使外部高压栗出水口压力为0.8MPa，水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，对锚杆孔腔产生一定的冲击，对破岩后的围岩表面起到清洗作用;然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6次；
[0072]步骤8:将注入外部高压栗内的液体换为速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，调节外部高压栗出水口压力，使外部高压栗出口压力为1.5MPa，注入速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为120s，水玻璃浆液最终从扩腔器喷射口旋转喷出，对已经扩大的腔体外壁表面进行封堵，保证腔体的稳定，并且起到很好的堵水效果;然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为30mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动8次；
[0073]步骤9:停止外部高压栗工作，之后停止外部转动设备工作，将锚杆端部扩腔装置缓缓从孔腔内完全取出；
[0074]步骤10:向孔腔内置入注浆锚杆，然后向扩大的锚杆端部腔体内注入缓凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为360s，保持注浆终压为1.2MPa，最终形成具有端部放大效果的锚杆加固体系。
[0075]本发明锚杆端部扩腔装置及其施工方法，实现了锚杆锚固端在水平方向上体积的扩展，同时使得锚杆锚固端的体积大大增加，使锚杆的锚固能力显著提升;解决了现有的传统锚杆有限体积的锚固端在地下工程的软弱围岩环境中，由于围岩风化或地下室导致围岩的崩解、膨胀，极易造成锚固端无法有效承载外部荷载而失效的情况;通过扩腔形成放大的锚固端提升了锚固能力，使软弱围岩的支护效果得到有效提升，最终保证地下工程的安全稳定。
[0076]当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种锚杆端部扩腔装置，其特征在于:包括头部扩腔器、中部杆体、套管和中部转换器;所述中部杆体为中空圆柱形杆体，与头部扩腔器和中部转换器通过焊接进行连接;所述套管的表面设置有外螺纹，所述头部扩腔器和中部杆体内均设置有与套管表面的外螺纹相配合的内螺纹，所述套管与头部扩腔器和中部杆体通过螺纹连接； 所述头部扩腔器的顶部设置有2个对称分布的扩腔器喷射口； 所述头部扩腔器内设置有若干对称分布的扩腔器进水通道； 所述头部扩腔器包括第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节和第四伸缩节，第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节之间通过滑杆进行连接，第一伸缩节和第四伸缩节的内壁之间通过弹簧进行连接，第四伸缩节的外端部连接有破岩刀头； 所述套管包括套管端部，套管端部的下方设置有套管外壁，套管外壁的相对两侧向外开有依次分布的套管孔口，套管外壁的其中一侧分布的套管孔口和另一侧分布的套管孔口对称分布； 所述中部杆体的中下部设置有旋转卡口，用于连接外部转动设备； 所述中部转换器包括进液管，用于连接外部高压栗。2.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述滑杆的外侧端部设置有橡胶垫层。3.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述破岩刀头包括齿状刀头、面状刀头、片状刀头、刀头杆体以及刀头底座，所述齿状刀头设置在刀头底座的中间，所述面状刀头设置在齿状刀头的一侧，所述片状刀头设置在齿状刀头的另一侧，所述片状刀头设置在刀头杆体上，所述刀头杆体设置在刀头底座上，所述破岩刀头通过带有螺纹的刀头底座与第四伸缩节固定连接。4.根据权利要求3所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述片状刀头包括全片状刀头和半片状刀头。5.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述中部转换器包括中部转换器主体，所述中部转换器主体内设置有橡胶隔离层。6.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述套管和进液管均为中空圆柱形杆体。7.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述头部扩腔器的外壁、中部杆体的外壁以及进液管的外壁均采用不锈钢材质，且厚度范围均为3-6_。8.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于:所述头部扩腔器在完全扩展的情况下，其水平长度范围为100-200mm，在完全收缩的情况下，其水平长度范围为40-1OOmm09.一种锚杆端部扩腔装置的施工方法，其特征在于:采用如权利要求1所述的一种锚杆端部扩腔装置，按照如下步骤进行: 步骤1:按设计要求钻杆打孔结束后，首先将锚杆端部扩腔装置置入孔腔内，直至放入最底端，然后加入外部转动设备，放置在中部杆体的旋转卡口处； 步骤2:将套管向上旋拧，使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通，将外部高压栗与中部转换器内的进液管连接； 步骤3:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，之后启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使之在1.5-2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动外部转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6-10次； 步骤4:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向下旋转使其中部和下部的套管孔口与扩腔器进水通道分别相吻合； 步骤5:启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压栗向头部扩腔器注水，调节外部高压栗出水口压力，使之在5-8MPa范围内，第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节逐渐扩展打开，破岩刀头与孔腔壁接触，开始二次破岩，通过外部转动设备使锚杆端部扩腔装置自上而下移动，移动速度为3-5mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动10-20次； 步骤6:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向上旋转使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通； 步骤7:启动外部转动设备，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压栗，调节外部高压栗出水口压力，使之在0.8-1.2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为10-30mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动5-8次； 步骤8:将注入外部高压栗内的液体换为速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，调节外部高压栗出水口压力，使之在1.5-2MPa范围内，注入速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为100-160S，水玻璃浆液最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6-10次； 步骤9:使外部高压栗停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将锚杆端部扩腔装置缓缓从孔腔内完全取出； 步骤10:向孔腔内置入注浆锚杆，然后向扩大的锚杆端部腔体内注入缓凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为300-500S，保持注浆终压为1.2-1.6MPa，最终形成具有端部放大效果的锚杆加固体系。
【文档编号】E21B10/60GK105863694SQ201610250840
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】宋伟杰, 乔卫国, 林登阁, 宋雪梅, 李伟, 吴多华
【申请人】山东科技大学