专利名称：一种充填体支护的方法
技术领域：
本发明属于地下矿山开采领域，涉及一种异型钻孔全长锚固锚杆支护充填体的方
法，适用于充填体顶板和侧壁加固以提高其稳定性。
背景技术：
在矿产资源日益短缺和环境保护日益严格的今天，充填采矿法因贫损率低、缓解
区域地压、限制地表岩移而受到重视，是地下矿山开采方法发展的重要研究方向。 在地下矿山中，通常沿垂直方向划分为阶段，采取由上而下逐段回采。在阶段之间
的衔接过程中，上一阶段的第一分层或第一分段常常需要构建高强度充填体，作为下一阶
段的最后一分层或最后一分段的顶板。而在下向进路式充填采矿法中，每一分层的回采都
是在充填体假顶下进行采矿。在充填法矿山对残留矿体、间柱、顶底柱进行回采时，也会遇
到充填体下方或一侧作业的情况。有时，采准工程不得不通过充填体。 为了确保充填体下采矿的安全性，一般事先在采场底板铺设钢筋网，并采用较高 的水泥单耗量形成高质量的充填体。由于在充填过程中存在水泥或砂浆离析现象，以及充 填浓度存在波动性，充填体质量呈现非均匀性的特点，在充填体下方作业时经常出现顶板 垮塌、帮壁滑塌等生产事故，威胁到人员和设备的安全。 针对这一问题，人们常常采用木立柱支护、木棚支护的方式，但这种方式属于被动 支护形式，支护效果差，木材消耗量大、成本高。充填体在形成过程中，充填次数较多，有的 因浓度高、凝固时间短而形成一系列的分层现象。同一层内充填体强度较为均匀，而层与层 之间粘结力较小，类似于层状松软岩层。对于层状岩层，锚杆支护通过悬吊作用、组合作用 来加固岩层，取得了良好的效果。而对于充填体，传统的锚杆支护方式发挥不了应有的锚固 作用，因为钻孔呈园柱体、充填体强度低，钻孔周围的充填体容易发生破坏。例如，机械式锚 杆(管缝式锚杆、爆固式锚杆、水力膨胀式锚杆)因充填体变形大而使摩擦力降低，胶结式 锚杆(砂浆锚杆、水泥巻锚杆)因钻孔与胶结剂之间的粘结力较低，容易使整个锚杆拔出。
在岩土工程中，人们进行了大量探索，诸如通过高压喷射扩孔法(ZL01103578. 1)、 机械扩孔法(ZL200520112651. 6、 ZL200520106373. 3、 ZL200820012775. 0)形成不规则钻 孔，以提高锚杆的锚固力。这些方法主要应用于任何土层、岩土层的边坡工程或基坑工程的 加固，对于充填体内的支护却不适用。这些钻头结构复杂，钻孔直径较大，在充填体内施工 工艺复杂。因此，有必要寻求适用于充填体的支护方法，使锚杆锚固力大、施工工艺简单，便 于推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的充填体支护方法，该方法考虑到充填体的力学 特性采用小直径异形钻孔全长锚固的锚杆支护，结合钢筋网以及喷浆技术，提高充填体整 体质量。该工艺采用常规设备，不需要复杂扩孔钻头，能够自行加工，锚固工艺简单，从而满 足在充填体内构筑空间的工程要求。
—种充填体支护方法，本方法首先在充填体内钻凿锚杆钻孔l，然后再采用扩孔钻 杆2以凿岩机为中心进行偏心旋转，将钻孔1底部扩展成梨状、葫芦状的异型钻孔3 ;接着 将锚固剂4用炮棍送入异型钻孔3内，锚固剂由2 8个经水浸泡的水泥药巻或树脂药巻 组成；再将锚杆5插入药巻4中，锚杆5可以是圆钢或者螺纹钢筋，对于树脂药巻还需将锚 杆5旋转搅动使其药巻4混合均匀，使异型钻孔3全长锚固。在锚杆5的端部加工外螺纹 6，通过螺母7将垫板8固定在充填体表面。充填体支护结构如图1所示。
所述的钻孔1呈圆柱状，直径为①32 44mm之间，长度在1500 2000mm。
所述的扩孔钻杆2是由厚壁钢管加工而成，外径为①16 28mm，壁厚为4 5mm， 长度为1700 2200mm。扩孔钻杆2杆体上焊接有一对或数对扩孔齿，在杆体上呈对称或交 错布置。扩孔齿由钢板加工而成，形状为三角形、半圆形、梯形，其最大外径为①32 44mm。 扩孔钻杆2两端均制作为外螺纹，外螺纹规格为M(16 24) X (30 60)mm。扩孔钻杆2 — 端与钻杆帽9连接，另一端与连接器10连接。扩孔钻杆2的结构如图2所示。
所述的异型钻孔3孔底与孔口均呈圆柱状，直径为①32 44mm，长度1500 2000mm。钻孔3的孔身为一个或数个扩孔槽组成，外形呈梨状或葫芦状，扩孔槽最大外径为 ①38 60mm，长度为200 1000mm。 所述的水泥药巻规格为①(24 35) * (200 240) mm，为快硬水泥组成，在水中 浸泡3 5分钟后逐巻送入孔内，树脂药巻规格为①(23 35) * (350 600) mm，为两种 材料组成，需要搅拌均匀方能快速硬化。所述的圆钢或螺纹钢筋其规格均为①(14 25)* (1800 2500)mm。
所述的锚杆端部由外螺纹6、螺母7和垫板8组成。外螺纹6的规格为M(12 22) X (10 15)mm，垫板规格为(100 150)* (100 150)* (3 5)mm，材质为普通钢。
所述的钻杆帽9是一个圆柱状杆体，在钻孔深度上起定位而非钻进的作用，直径 比钻孔1小2 4mm，长度5 10mm。钻杆帽9的结构如图3所示。所述的连接器IO外形为圆柱体，直径为0 50 80mm，长度100 200mm，两个端
面分别与钻杆2和短钎尾11连接。连接器10 —个端面加工有内螺纹12，与钻杆2的外螺 纹相匹配，另一个加工有圆锥孔13，与短钎尾11规格匹配。内螺纹12与圆锥孔13中心线 相距6 12mm，钻机旋转时使钻杆2以钻孔为中心呈偏心运动。连接器10的结构如图4所 示。 所述的钎尾11长度为300 400mm，通过短钎尾11使凿岩机带动钻杆2进行旋 转。 本发明充分利用充填体强度低、异型钻孔容易成形的特点，采用简单的扩孔钻杆， 使普通钻孔形成异型钻孔，增大锚固剂与充填体的接触面积，从而提高锚杆的锚固力。本发 明适用于胶结充填体顶板、侧壁的支护。
图1充填体支护结构示意图；
图2扩孔钻杆结构示意图；
图3钻杆帽结构示意图；
图4连接器结构示意射l钻孔8垫板2钻杆9钻杆帽3异型钻孔io连接器4药巻11短钎尾5锚杆12内螺纹6工外螺纹13圆锥孔7螺母
具体实施例方式
某铅锌矿正在进行地表残矿回采，主要是阶段顶底柱的回收，大部分位于胶结充 填体之下。充填体为分级尾砂胶结充填，充填体强度为1.5 4.0MPa之间。由于充填体的 均匀性差，充填体呈分层现象，常常出现顶板充填体局部冒落现象，生产安全性受到危胁。 为此，采用异型水泥药巻锚杆进行顶板支护。 采用YT-28型凿岩机钻凿倾斜向上炮孔1，其排倾角为65 70。，炮孔直径 ①40mm，长度为2. Om。之后采用扩孔钻杆2进行扩孔。 扩孔钻杆2外径①20mm，为厚壁钢管，壁厚为4mm，长度为2. 2m。钻杆2外壁焊接 五对扩孔齿，外径为①38mm，其形状为三角形，扩孔齿中心距为100mm。钻杆两端均设有外 螺纹，规格为M18 * 40mm。钻杆前端与钻杆帽9连接，后端与连接器10连接。钻杆帽9是 一个圆柱状套筒，直径为①38mm，长度5mm。连接器10外形为圆柱体，直径为①60mm，长度 160mm，两个端面分别与钻杆2和钎尾11连接。连接器10 —个端面加工有内螺纹12，规格 为M18 * 40mm，另一个加工有圆锥孔13，规格为O38*120mm。内螺纹12与圆锥孔13中心 线相距10mm，使扩孔钻杆2以钻孔1为中心呈偏心运动。 采用扩孔钻杆2形成的异型钻孔3直径①40mm，长度仍为2. Om，扩孔槽居孔底 400mm，最大外径为①58mm，长度为400mm。 之后采用水泥药巻锚杆全长锚固。水泥药巻4规格为①24 * 200mm，为快硬水泥 组成，在水中浸泡3 5分钟后逐巻送入孔内，每个孔需要10巻药巻。锚杆由螺纹钢筋组 成，规格为①18 * 2200mm。锚杆端部通过外螺纹6、螺母7使垫板8紧贴充填体表面上，垫 板规格为150 * 150 * 3mm。 通过现场锚杆拉拔试验，测试异型锚杆的拉拔力平均值为9. 45t。锚杆的网度为 (0.8 1. 1) * (0.8 * 1. l)m。锚杆之间通过挂金属网后，基本上没有充填体离层、掉块现 象发生，采场的安全性得到保证。
权利要求
一种充填体支护方法，其特征在于首先在充填体内钻凿钻孔(1)，之后采用钻杆(2)将钻孔(1)扩展成异型钻孔(3)，将药卷(4)送入异型钻孔(3)内，并插入锚杆(5)，使异型钻孔(3)全长锚固；锚杆(5)的端部加工外螺纹(6)，通过螺母(7)将垫板(8)固定在充填体表面；锚杆(5)为圆钢或螺纹钢筋。
2. 如权利要求l所述一种充填体支护方法，其特征在于所述的钻孔(1)呈圆柱状，直 径为①32 44mm，长度为1500 2000mm钻孔方向垂直于充填体表面或夹角大于45° 。
3. 如权利要求1所述一种充填体支护方法，其特征在于所述的钻杆(2)是由厚壁钢 管加工而成，外径为16 28mm，壁厚为2 5mm，长度为1700 2200mm ;钻杆(2)杆体上焊 接1 10对扩孔齿，在杆体上呈对称或交错布置；扩孔齿由钢板加工而成，形状为三角形、 半圆形、梯形，扩孔齿最大外径为①32 44mm;钻杆(2)两端均制作为外螺纹，外螺纹规格 为M(16 24)X(30 60)mm;钻杆(2) —端与钻杆帽(9)连接，另一端与连接器(10)连 接；钻机旋转时使钻杆(2)以钻孔为中心呈偏心运动。
4. 如权利要求1所述一种支护充填体的方法，其特征在于所述的异型钻孔(3)，其孔 底与孔口均呈圆柱状，直径为①32 44mm，总长度1500 2000mm ;钻孔(3)的孔身为1 10个扩孔槽组成，外形呈梨状或葫芦状，扩孔槽最大外径为①38 60mm，长度为200 1000mm。
5. 如权利要求3所述一种支护充填体的方法，其特征在于所述的钻杆帽(9)是一个 圆柱状杆体，在钻孔深度上起定位而非钻进的作用，直径比钻孔(1)小2 4mm，钻杆帽长度 为5 10mm。
6. 如权利要求3所述一种支护充填体的方法，其特征在于所述的连接器(10)外形为 圆柱体，直径为①50 80mm，长度100 200mm，两个端面分别与钻杆(2)和短钎尾(11) 连接；连接器(10) —个端面加工有内螺纹(12)，与钻杆(2)的外螺纹相匹配，另一个端面 加工有圆锥孔(13)，与钎尾规格匹配；内螺纹(12)与圆锥孔(13)中心线相距6 12mm。
7. 如权利要求(6)所述一种支护充填体的方法，其特征在于所述的短钎尾(11)长度 为300 400mm，通过短钎尾(11)使凿岩机带动自制钻杆(2)进行旋转。
全文摘要
一种充填体支护方法，属于地下矿山开采领域。本发明充分利用充填体强度低、异型钻孔容易成形的特点，采用简单的扩孔钻杆，使普通钻孔形成异型钻孔，增大锚固剂与充填体的接触面积，从而提高锚杆的锚固力。该方法核心技术是，在充填体内钻凿钻孔1，之后采用扩孔钻杆2进行偏心旋转使钻孔1扩展成异型钻孔3，将水泥药卷或树脂药卷4送入异型钻孔3内，并插入圆钢或螺纹钢5使异型钻孔3全长锚固。该方法采用小直径异形钻孔全长锚固的锚杆支护，结合钢筋网以及喷浆技术，提高充填体整体质量。该方法采用常规设备，不需要复杂扩孔设备，能够自行加工，锚固工艺简单，从而满足在充填体内构筑空间的工程要求。本发明适用于胶结充填体顶板、侧壁的支护。
文档编号E21F15/00GK101793157SQ201010131828
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者吴爱祥, 王洪江, 王贻明, 韩斌 申请人:北京科技大学