一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，包括爆破射孔装置、中空注浆锚杆体、聚能装药、钢筋骨架四个主要部分，本实用新型在中空注浆锚杆体底部焊接有爆破射孔装置，并在其内部装有安装了雷管的起爆药包和聚能装药，爆破射孔装置可以在钻孔底部形成大的空腔体，聚能装药可以在岩土体中形成圆形聚能爆破孔，同时爆破所产生的爆生气体驱使中空注浆锚杆体和粗钢筋尾部发生塑性变形，能立即提供高强锚固力，另外，通过中空注浆锚杆管腔对岩土体注浆，可形成大端头大面积的摩擦——栓塞新型复合锚固和注浆加固的综合支护系统，极大地改善了锚杆对岩土体的加固效果。
【专利说明】一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种中空注浆锚杆，尤其涉及一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆。
【背景技术】
[0002]国内外深部开采的实践表明，开采深度达到800?100m时，某些巷道变形量可达1000?1500mm甚至更大，若不及时采取有效的支护方式，将对生产、安全产生重大威胁。为了获得良好的支护效果，就需要不断改进支护设备、工具的结构、性能。
[0003]中空注浆锚杆是一种常用的支护工具，将其埋设在地层中，可将地层紧紧地连锁在一起，通过锚杆——注浆体——孔壁岩体力的相互作用，调动和提高岩土体的自身强度和自稳能力，改善被锚固岩土体的应力状态以使之稳定，从而减小巷道的变形量。
[0004]然而，目前常用的中空注浆锚杆，在注浆体固结之前几乎不能提供锚固力，或是提供的锚固力较小、锚固面积较小等，它们在大采深高应力锚网支护、软岩锚网支护和破碎煤岩体锚网支护等特殊应用环境中很难适用。因此需要开发出一种能立即提供锚固力、锚固力大、锚杆锚固面积大、锚杆与岩土体一起形成的组合拱强度高的中空注浆锚杆，以保障矿井生产安全进行。
【发明内容】
[0005]为了克服现有中空注浆锚杆，在注浆体固结之前几乎不能提供锚固力或提供的锚固力较小，锚固面积较小，锚杆与岩土体一起形成的组合拱强度低等不足之处，本实用新型提供一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，包括爆破射孔装置(I)、中空注浆锚杆体(2)、聚能装药(5)、钢筋骨架(6)四个主要部分组成；
[0008]所述爆破射孔装置(I)由轴向端铁(19)、固定杆(18)、径向射孔套(22)、弹子
(21)、倒钩(23)和起爆药品(20)组成，其中，两块轴向端铁(19)为圆形板，中间开有孔，可以通过固定杆(18);径向射孔套(22)为圆筒形，被夹在两块轴向端铁(19)之间，其内部放有起爆药品(20)，径向射孔套(22)上的弹孔内放有弹子(21);轴向端铁(19)、装有起爆药品(20)和弹子(21)的径向射孔套(22)、倒钩(23)依次固定通过螺钉被固定在固定杆(18)上，倒钩(23)的钩与轴向端铁(19)反方向设置，并焊接在中空注浆锚杆体(2)底端，即爆破射孔装置(I)位于钻孔底端，其后是中空注浆锚杆体(2);
[0009]所述中空注浆锚杆体(2)为两端开口、圆筒形腔体，中空注浆锚杆体(2)的管壁上开有两列圆形口(17)，两列圆形口交错设置，圆形口(17)延伸到锚杆内部做成圆筒凸起
(9)，用于固定聚能装药(5);中空注浆锚杆体(2)的底端设有雷管(3)和起爆药包(4)，其顶端管腔内填充炮泥(11)，并依次带有锚杆垫板(13)和锚杆当环(16)；
[0010]所述雷管(3)插入起爆药包⑷内，并连有雷管脚线(15)；
[0011]所述聚能装药(5)由炸药和聚能穴(7)组成，其中炸药形状为圆柱体与圆锥体的组合体形，聚能穴(7)为圆锥形，聚能穴(7)中镶嵌有与其相同形状的药型罩，各个聚能装药(5)之间通过导爆索(8)连接在一起，并与所述的爆破射孔装置(I)和起爆药包(4)相连接，导爆索(8)依次穿过爆破射孔装置(I)、起爆药包(4)、聚能装药(5)；
[0012]所述钢筋骨架(6)由箍筋(25)、4根径向钢筋(26)和上下两根粗钢筋(10)组成，它们之间的连接方式为焊接连接，上下两根粗钢筋(10)和径向钢筋(26)焊接在箍筋(25)上，每根粗钢筋(10)的两侧各焊接有两根径向钢筋(26)，其中，径向钢筋(26)的长度小于中空注浆锚杆体(2)的长度，粗钢筋(10)的长度大于中空注浆锚杆体(2)的长度，其底端部与爆破射孔装置(I)的固定杆(18)的端部在同一平面上，其顶端部做螺纹处理，穿过粗钢筋垫板(12)上的圆孔，通过固定螺母(14)来固定；在钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上侧粗钢筋接触部位设有绑起爆药包用的钢筋条(24);钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上下两侧粗钢筋接触部位焊接在中空注浆锚杆体(2)内壁上，在钻孔孔口处也将上下两侧粗钢筋与中空注浆锚杆体(2)内壁做焊接处理。
[0013]工作原理:
[0014]本实用新型是通过在中空注浆锚杆体底部焊接有爆破射孔装置，并在其内部装有安装了雷管的起爆药包和聚能装药，锚杆体内起爆药包爆炸，进而引爆爆破射孔装置和聚能装药；爆炸对中空注浆锚杆壁产生强烈作用，使杆体发生塑性变形，导致杆壁径向扩张挤压岩土体，杆壁凹进岩土体后，可以立即提供一部分锚固力；爆破射孔装置爆炸后其上面的弹子和聚能装药爆炸所产生的聚能射流，压力可达数百万个大气压，具有极高的能量密度，直接对钻孔壁面的岩土体产生巨大的冲击力，将极大地强化炸药爆炸对岩土体的作用使孔壁岩土体粉碎；聚能装药通过中空注浆锚杆体上的圆形口，可以在岩土体中形成圆形聚能爆破孔；爆破射孔装置可以在中空注浆锚杆端部形成一个大的空腔体，爆炸产生的冲击波还可以把钢筋骨架上超过中空注浆锚杆体部分的粗钢筋端部冲击成弯钩形，该弯钩也可以立即提供一部分锚固力；以上两种由中空注浆锚杆壁和粗钢筋塑性变形提供的锚固力，可以有效阻止岩土体与锚杆的相对滑动，从而达到对岩土体即刻锚固的效果；借助爆破射孔装置形成的空腔体，以及圆形聚能爆破孔，通过中空注浆锚杆管腔对岩土体注浆，不仅可以注浆加固岩土体，而且充填于中空注浆锚杆管腔、爆破射孔装置空腔体和圆形聚能爆破孔中的注浆体连成一体,形成锚固。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的优点是:
[0016]本实用新型利用炸药爆炸的能量，使中空注浆锚杆杆体和钢筋骨架上超过中空注浆锚杆体部分的粗钢筋端部发生塑性变形，使杆壁凹进岩土体，粗钢筋端部形成弯钩，进而可以立即提供强大的锚固力，达到对岩土体即刻锚固的效果；其中，中空注浆锚杆体中的钢筋骨架，可以提高注浆体的结构强度，增强锚杆的锚固力度，延长锚杆的使用寿命，中空注浆锚杆内部的注浆体和各个部位的栓塞一块，也增大了锚杆的锚固面积；圆形聚能爆破孔内的注浆栓塞与中空注浆锚杆一起，改变了锚固荷载传递机制，形成摩擦——栓塞新型复合锚固和注浆加固的综合支护系统，极大地改善了锚杆对岩土体的加固效果；爆破射孔装置形成的空腔体内的注浆栓塞与中空注浆锚杆一起可以形成大头锚固锚杆，使原有小接触面积的圆锥漏斗受力结构变为大端头大面积的梯台受力结构，增加组合拱厚度，从而提高了整体支护强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的中空注浆锚杆剖面示意图；
[0018]图2是本实用新型的爆破射孔装置示意图；
[0019]图3是本实用新型的中空注浆锚杆体及其与粗钢筋位置关系示意图；
[0020]图4是本实用新型的聚能装药中炸药与聚能罩示意图；
[0021]图5是本实用新型的粗钢筋垫板示意图；
[0022]图6是本实用新型的钢筋骨架侧向及其横截面示意图；
[0023]图7是爆破后钢筋骨架中粗钢筋尾部变形示意图；
[0024]图8是本实用新型的注浆栓塞结构示意图；
[0025]图9是传统中空注浆锚杆小接触面积的圆锥漏斗受力结构示意图；
[0026]图10是本实用新型的大端头大面积的梯台受力结构示意图。
[0027]图1中:爆破射孔装置一 1，中空注浆锚杆体一2，雷管一3，起爆药包一4，聚能装药一5,钢筋骨架一6,聚能穴一7,导爆索一8,锚杆内壁圆筒凸起一9,粗钢筋一 10,炮泥一11，粗钢筋垫板一 12,锚杆垫板一 13,固定螺母一 14,雷管脚线一 15,锚杆挡环一 16 ；
[0028]图2中:中空注浆锚杆体一2，钢筋骨架一6，圆形口一 17 ；
[0029]图3中:固定杆一18,端铁一19,起爆药品一20,弹子一21,射孔套一22,倒钩一23;
[0030]图6和图7中:钢筋骨架一6，绑起爆药包用的钢筋条一24，箍筋一25，径向钢筋一26 ；
[0031]图8中:注浆体一 27，岩土体一 28，注浆栓塞一 29。
【具体实施方式】
[0032]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0033]一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，包括爆破射孔装置(I)、中空注浆锚杆体(2)、聚能装药(5)、钢筋骨架(6)四个主要部分组成；
[0034]所述爆破射孔装置⑴由轴向端铁(19)、固定杆(18)、径向射孔套(22)、弹子
(21)、倒钩(23)和起爆药品(20)组成，其中，两块轴向端铁(19)为圆形板，中间开有孔，可以通过固定杆(18);径向射孔套(22)为圆筒形，被夹在两块轴向端铁(19)之间，其内部放有起爆药品(20)，径向射孔套(22)上的弹孔内放有弹子(21);轴向端铁(19)、装有起爆药品(20)和弹子(21)的径向射孔套(22)、倒钩(23)依次固定通过螺钉被固定在固定杆(18)上，倒钩(23)的钩与轴向端铁(19)反方向设置，并焊接在中空注浆锚杆体(2)底端，即爆破射孔装置(I)位于钻孔底端，其后是中空注浆锚杆体(2);
[0035]所述中空注浆锚杆体(2)为两端开口、圆筒形腔体，中空注浆锚杆体(2)的管壁上开有两列圆形口(17)，两列圆形口交错设置，圆形口(17)延伸到锚杆内部做成圆筒凸起
(9)，用于固定聚能装药(5);中空注浆锚杆体(2)的底端设有雷管(3)和起爆药包(4)，其顶端管腔内填充炮泥(11)，并依次带有锚杆垫板(13)和锚杆当环(16)；
[0036]所述雷管(3)插入起爆药包⑷内，并连有雷管脚线(15)；
[0037]所述聚能装药(5)由炸药和聚能穴(7)组成，其中炸药形状为圆柱体与圆锥体的组合体形，聚能穴(7)为圆锥形，聚能穴(7)中镶嵌有与其相同形状的药型罩，各个聚能装药(5)之间通过导爆索(8)连接在一起，并与所述的爆破射孔装置(I)和起爆药包(4)相连接，导爆索(8)依次穿过爆破射孔装置(I)、起爆药包(4)、聚能装药(5)；
[0038]所述钢筋骨架(6)由箍筋(25)、4根径向钢筋(26)和上下两根粗钢筋(10)组成，上下两根粗钢筋(10)和径向钢筋(26)焊接在箍筋(25)上，每根粗钢筋(10)的两侧各焊接有两根径向钢筋(26)，其中，径向钢筋(26)的长度小于中空注浆锚杆体(2)的长度，粗钢筋(10)的长度大于中空注浆锚杆体(2)的长度，其底端部与爆破射孔装置(I)的固定杆
(18)的端部在同一平面上，其顶端部做螺纹处理，穿过粗钢筋垫板(12)上的圆孔，通过固定螺母(14)来固定；在钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上侧粗钢筋接触部位设有绑起爆药包用的钢筋条(24);钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上下两侧粗钢筋接触部位焊接在中空注浆锚杆体(2)内壁上，在钻孔孔口处也将上下两侧粗钢筋与中空注浆锚杆体(2)内壁做焊接处理。
[0039]结合附图对本实用新型的工作过程进行说明:
[0040]如图1所示，聚能装药(5)放置在中空注浆锚杆体(2)上的圆形口(17)内，导爆索(8)依次连接爆破射孔装置(I)、起爆药包(4)、和各个聚能装药(5)，雷管(3)插入到起爆药包(4)中并连接有雷管脚线(15);按设计要求对岩土体设置钻孔，将爆破射孔装置(I)和外径比钻孔孔径小I?2mm中空注浆锚杆体(2)顶入钻孔中，然后，在中空注浆锚杆体(2)顶端管腔内填充炮泥(11)；
[0041]利用雷管(3)引爆起爆药包(4)，然后通过导爆索(8)引爆爆破射孔装置(I)和各个聚能装药(5)，爆生气体驱使中空注浆锚杆体(2)和粗钢筋(10)尾部发生塑性变形，中空注浆锚杆体(2)径向扩张挤压进岩土体，粗钢筋(10)尾部产生弯钩，这就能立即提供锚固力，阻止岩土体(28)与锚杆的相对滑动，从而达到即刻锚固的目的；
[0042]同时，爆破射孔装置(I)爆炸后其上面的弹子和聚能装药(5)爆炸所产生的聚能射流，压力可达数百万个大气压，具有极高的能量密度，直接对钻孔壁面的岩土体产生巨大的冲击力，将极大地强化炸药爆炸对岩土体的作用使孔壁岩土体粉碎，聚能装药通过中空注浆锚杆体(2)上的圆形口，可以在岩土体中形成圆形聚能爆破孔，爆破射孔装置(I)可以在中空注浆锚杆体(2)端部形成一个大的空腔体；
[0043]如图8所示，对爆破后的钻孔进行清孔处理，用弯头钢管通入高压风吹净锚杆固定孔中的石屑及细小石块，并依次装上止浆塞、锚杆垫板(13)、锚杆挡环(16)、粗钢筋垫板
(12)、固定粗钢筋用的固定螺母(14)，借助形成的圆形聚能爆破孔和中空注浆锚杆体(2)端部大的空腔体，通过中空注浆锚杆体(2)管腔对岩土体(28)注浆，其中，中空注浆锚杆体
(2)中的钢筋骨架(6)，可以提高注浆体的结构强度，增强锚杆的锚固力度，延长锚杆的使用寿命，中空注浆锚杆内部的注浆体和各个部位的栓塞一块，也增大了锚杆的锚固面积；圆形聚能爆破孔内的注浆栓塞与中空注浆锚杆体(2) —起，改变了锚固荷载传递机制，形成摩擦——栓塞新型复合锚固和注浆加固的综合支护系统，极大地改善了锚杆对岩土体的加固效果；爆破射孔装置(I)形成的空腔体内的注浆栓塞与中空注浆锚杆一起可以形成大头锚固锚杆，使原有小接触面积的圆锥漏斗受力结构(如图9所示)变为大端头大面积的梯台受力结构(如图10所示)这增加组合拱厚度，从而提高了整体支护强度。
【权利要求】
1.一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，包括爆破射孔装置(I)、中空注浆锚杆体(2)、聚能装药(5)、钢筋骨架￠)四个主要部分，其特征是:所述爆破射孔装置(I)由轴向端铁(19)、固定杆(18)、径向射孔套(22)、弹子(21)、倒钩(23)和起爆药品(20)组成，其中，两块轴向端铁(19)为圆形板，中间开有孔，可以通过固定杆(18);径向射孔套(22)为圆筒形，被夹在两块轴向端铁(19)之间，其内部放有起爆药品(20)，径向射孔套(22)上的弹孔内放有弹子(21);轴向端铁(19)、装有起爆药品(20)和弹子(21)的径向射孔套(22)、倒钩(23)依次固定通过螺钉被固定在固定杆(18)上，倒钩(23)的钩与轴向端铁(19)反方向设置，并焊接在中空注浆锚杆体(2)底端，即爆破射孔装置(I)位于钻孔底端，其后是中空注浆锚杆体(2)。
2.根据权利要求1所述的一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，其特征是:所述中空注浆锚杆体(2)为两端开口、圆筒形腔体，中空注浆锚杆体(2)的管壁上开有两列圆形口(17)，两列圆形口交错设置，圆形口(17)延伸到锚杆内部做成圆筒凸起(9)，用于固定聚能装药(5);中空注浆锚杆体(2)的底端设有雷管(3)和起爆药包(4)，其顶端填充炮泥(11)，并依次带有锚杆垫板(13)和锚杆当环(16)。
3.根据权利要求2所述的一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，其特征是:所述雷管(3)插入起爆药包(4)内，并连有雷管脚线(15)，聚能装药(5)由炸药和聚能穴(7)组成，其中炸药形状为圆柱体与圆锥体的组合体形，聚能穴(7)为圆锥形，聚能穴(7)中镶嵌有与其相同形状的药型罩，各个聚能装药(5)之间通过导爆索(8)连接在一起，并与所述的爆破射孔装置(I)和起爆药包(4)相连接，导爆索(8)依次穿过爆破射孔装置(I)、起爆药包(4)、聚能装药(5)。
4.根据权利要求1所述的一种带钢筋骨架的聚能射孔中空注浆锚杆，其特征是:所述钢筋骨架(6)由箍筋(25)、4根径向钢筋(26)和上下两根粗钢筋(10)组成，上下两根粗钢筋(10)和径向钢筋(26)焊接在箍筋(25)上，每根粗钢筋(10)的两侧各焊接有两根径向钢筋(26)，其中，径向钢筋(26)的长度小于中空注浆锚杆体(2)的长度，粗钢筋(10)的长度大于中空注浆锚杆体(2)的长度，其底端部与爆破射孔装置(I)的固定杆(18)的端部在同一平面上，其顶端部做螺纹处理，穿过粗钢筋垫板(12)上的圆孔，通过固定螺母(14)来固定；在钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上侧粗钢筋接触部位设有绑起爆药包用的钢筋条(24);钢筋骨架(6)上距离钻口最远的个箍筋与上下两侧粗钢筋接触部位焊接在中空注浆锚杆体(2)内壁上，在钻孔孔口处也将上下两侧粗钢筋与中空注浆锚杆体(2)内壁做焊接处理。
【文档编号】E21D20/02GK204175323SQ201420644675
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】郑志涛, 徐颖, 汪海波, 陈佩圆 申请人:安徽理工大学