一种注浆锚杆构造及其施工方法与流程

本发明属于矿山工程、土木工程岩土支护技术领域，尤其是一种注浆锚杆构造及其施工方法。

背景技术

目前，采用锚杆、锚索等工艺装备在采矿工程支护作业中的应用已十分广泛，其中，在锚杆支护作业过程中，为了增加锚杆支护强度，降低锚杆施工成本，常使用注浆锚杆构造及其施工方法替代实心锚杆的支护工艺，这种注浆锚杆构造及其施工方法一般由杆体、托盘和锁紧螺母组成，将锚杆伸入锚孔以内时，再向锚杆与锚孔之间的空隙内注入适当的浆料，当浆料凝固时，则使锚杆杆体育围岩壁面结合为一体，从而增强锚杆支护强度。但是，现有的注浆锚杆构造及其施工方法施工过程中，当注入浆料时，浆料在凝固以前往往在自身的重力作用下而下落，并沿着锚孔避流出，使浆料无法在杆体与锚孔之间的空隙内填充密实，影响了锚杆支护效果，对巷道支护带来了安全隐患。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种注浆锚杆构造及其施工方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供一种注浆锚杆构造及其施工方法，所述注浆锚杆构造包括中空状杆体、托盘、锁紧螺母、自锁环、定位塞及固结体，岩体上开凿有锚孔，所述自锁环安装于杆体上，所述杆体的一端伸入所述锚孔内，所述杆体的另一端依次穿过所述定位塞、托盘与所述锁紧螺母旋合，将所述托盘盖合于所述锚孔端口处，所述固结体填充于所述杆体与所述锚孔内壁之间的空隙中。

所述杆体外露于所述锚孔端口以外的部分长度不大于150mm。

所述自锁环包括与所述杆体连接在一起的连接部以及与所述锚孔内壁滑动配合的中空状喇叭形卡环。

所述中空状喇叭形卡环是由厚度为2mm～3.0mm的钢板围绕焊接于所述连接部的边沿形成。

所述中空状喇叭形卡环外周面上还均匀地布置有多条宽度为5mm～10mm的限流槽。

所述中空状喇叭形卡环下端外径与所述锚孔内径之差为2～4mm。

此外，本发明还提供了一种使用该注浆锚杆的构造的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：提供注浆管，所述注浆管的材质为钢管；

步骤二：采用凿岩设备在隧道内壁上开凿出锚孔，再使用压缩空气或水清除所述锚孔以内所有杂物；

步骤三：使用如权利要求1至12任一项所述注浆锚杆构造，将所述自锁环旋合安装于所述杆体的头端，再使用锚杆机将所述杆体插入锚孔以内，使所述杆体端部与所述锚孔底壁距离为50mm～100mm，再在所述杆体末端依次套装定位塞、托盘和锁紧螺母，将所述锁紧螺母拧紧后使所述托盘盖合于所述锚孔端口处，使所述定位塞容纳于所述锚孔以内；

步骤四：制备注浆料：将适量磷酸镁水泥、外加剂、掺合料、骨料和水投入搅拌机内搅拌2min～3min，获得注浆料；

步骤五：将步骤一所述注浆管依次贯穿托盘、定位塞之后伸入所述锚孔以内；

步骤六：将步骤四所述注浆料投入注浆设备以内，根据步骤二所述锚孔在岩体内延伸方向，使注浆设备输出端与所述杆体或注浆管的末端连接，开启注浆设备，通过注浆设备向所述锚孔以内注浆，当所述注浆料充满所述锚孔以内时，使用堵头将所述杆体尾端封住，然后停止注浆，待所述注浆料凝结后形成固结体。

步骤二中所述自锁环安装位置与所述杆体的头端之间的距离为200mm～300mm。

当所述杆体长度大于2500mm时，所述自锁环数量为多个，任意相邻两个自锁环之间间距为2000mm～3000mm。

步骤六中，当所述锚孔在岩体内延伸方向相对于水平面向上延伸时，使所述注浆设备输出端与所述注浆管连通，当所述锚孔在岩体内延伸方向相对于水平面向下延伸时，使所述注浆设备输出端与所述杆体连通。

本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，由于杆体上设置有自锁环，当向锚杆杆体与锚孔内壁之间的空隙注入浆料时，浆料只能经由自锁环上卡环之间的空隙中流过，对浆料产生了限流作用，在浆料凝固以前，阻缓了浆料向锚孔端口处流出，从而使浆料填充密实，流经卡环之间空隙的部分浆料到达杆体头端，在其重力作用下，推动自锁环向下移动，直到自锁环两侧的浆料作用力达到平衡时，自锁环停止移动，达到了使浆料更均匀地分布在杆体与锚孔内壁之间空隙的目的，此外，锚孔端口处还设置有定位塞，进一步有效防止了浆料坠落漏出，待浆料凝固后，最终使杆体与围岩粘接在一起，提高了锚杆支护强度，减少了安全隐患。进一步地，注浆料采用磷镁材料，扩展了磷镁材料的使用范围，凝结时间为10min～25min，具有凝结时间短、抗压能力强、粘结性能好等特点，其承受外载荷可达1.5mpa以上，有效使锚杆杆体与围岩锚孔固结在一起，提升了支护效果。

附图说明

图1是本发明注浆锚杆构造施工工艺流程图；

图2是本发明注浆锚杆构造的结构示意图；

图3是本发明自锁环的主视图；

图4是本发明自锁环的俯视图；

图5是本发明定位环的结构示意图。

图中：1-锚孔，2-杆体，3-托盘，4-锁紧螺母，5-自锁环，6-注浆管，7-固结体，8-定位塞，9-定位环，10-堵头，201-透气孔，501-连接部，502-卡环，901-外环，902-内环，903-辐条。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1、图2、图3所示，本发明提供一种注浆锚杆构造及其施工方法，注浆锚杆构造包括中空状杆体2、托盘3、锁紧螺母4、自锁环5、定位塞8及固结体7，岩体上开凿有锚孔1，自锁环5安装于杆体2上，杆体2的一端伸入锚孔1内，杆体2的另一端依次穿过定位塞8、托盘3与锁紧螺母4旋合，将托盘3盖合于锚孔1端口处，固结体7填充于杆体2与锚孔1内壁之间的空隙中。注浆料通过注浆管6注入锚孔1内壁与杆体2之间的空间以内，待浆料7凝结后，使锚孔内壁与杆体2粘接在一起，增强了锚杆支护强度。

采用本发明的技术方案，由于杆体上设置有自锁环，当向锚杆杆体与锚孔内壁之间的空隙注入浆料时，浆料只能经由自锁环上卡环之间的空隙中流过，对浆料产生了限流作用，在浆料凝固以前，阻缓了浆料向锚孔端口处流出，从而使浆料填充密实，流经卡环之间空隙的部分浆料到达杆体头端，在其重力作用下，推动自锁环向下移动，直到自锁环两侧的浆料作用力达到平衡时，自锁环停止移动，达到了使浆料更均匀地分布在杆体与锚孔内壁之间空隙的目的，此外，锚孔端口处还设置有定位塞，进一步有效防止了浆料坠落漏出，待浆料凝固后，最终使杆体与围岩粘接在一起，提高了锚杆支护强度，减少了安全隐患。进一步地，注浆料采用磷镁材料，扩展了磷镁材料的使用范围，凝结时间为10min～25min，具有凝结时间短、抗压能力强、粘结性能好等特点，其承受外载荷可达1.5mpa以上，有效使锚杆杆体与围岩锚孔固结在一起，提升了支护效果。

进一步地，杆体2可采用中空状全螺纹钢管替代。杆体2外露于锚孔1端口以外的部分长度不大于150mm。进一步地，杆体2头端与锚孔1底壁之间间距为50～100mm。自锁环5安装于锚杆杆体2之上以后，将杆体2分隔为上区段和下区段，其中上区段外表面上设置有多个透气孔201，并且将所有布置于上区段外表面上的透气孔201的中心点按照自上而下的顺序依次连接以后，在上区段外表面上形成一条螺旋线。采用本发明的技术方案，杆体2由中空状全螺纹钢管制成，取材方便，制造成本低廉。

进一步地，如图3、图4所示，自锁环5包括与杆体2连接在一起的连接部501以及与锚孔1内壁滑动配合的中空状喇叭形卡环502。连接部501可使用普通钢制螺母替代。中空状喇叭形卡环502是由厚度为2mm～3.0mm的钢板围绕焊接于连接部501的边沿形成。中空状喇叭形卡环502外周面上还均匀地布置有多条宽度为5mm～10mm的限流槽503。限流槽503的数量为4～6条。中空状喇叭形卡环502下端外径与锚孔1内径之差为2～4mm。中空喇叭形卡环502外壁与连接部501中心轴线之间的相交角为25～30度。固结体7的材质为磷镁材料。采用本发明的技术方案，使卡环502末端与锚孔内壁滑动配合在一起，一方面阻缓了杆体2在其自身重力作用下的下落速度，另一方面，使注入浆料通过卡环502之间的间隙分配更均匀，填充更密实。

进一步地，注浆锚杆构造还包括定位塞8，定位塞8套装于锚孔1内靠近端口处，并且注浆管6贯穿定位塞8。定位塞8是由厚度为10mm的橡胶板制成。采用该技术方案，定位塞8使注入浆料始终无法从锚孔端口处漏出，浆料中的空气还可通过注浆管排出，为浆料填充密实奠定了基础。

进一步地，注浆管6的材质为钢管。注浆管6的规格是：外径×长＝φ25mm×6m。进一步地，注浆管6上连接有止回阀，从而阻止浆料回流，注浆管末端连接有型号为jb40/400的搅拌输送一体机，该机器用于将各种干粉原料与水均匀拌和成为混合浆料，再通过输出管将浆料注入杆体与锚孔内壁之间的空隙以内。

进一步地，托盘3的外形规格是：长×宽×厚＝120mm×120mm×6mm至长×宽×厚＝120mm×120mm×8mm。杆体2与托盘3之间的配合间隙是3mm至4mm。如图5所示，注浆锚杆构造还包括定位环9，定位环9套装于杆体2中部并且其外径与锚孔1相配合。托盘3和定位塞9用于对锚孔端口进行封口，定位环9有利于防止锁紧螺母4松脱，防止浆料在凝结之前漏出，促使杆体2于锚孔内壁之间粘接牢固，从而提高了锚杆支护强度，减少了巷道安全隐患。

此外，本发明还提供了一种注浆锚杆构造的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：提供注浆管6，注浆管6的材质为钢管；

步骤二：采用凿岩设备在隧道内壁上开凿出锚孔1，再使用压缩空气或水清除锚孔1以内所有杂物；

步骤三：使用如权利要求1至12任一项注浆锚杆构造，将自锁环5旋合安装于杆体2的头端，再使用锚杆机将杆体插入锚孔1以内，使杆体2端部与锚孔1底壁距离为50mm～100mm，再在杆体2末端依次套装定位塞8、托盘3和锁紧螺母4，将锁紧螺母4拧紧后使托盘3盖合于锚孔1端口处，使定位塞8容纳于锚孔1以内；进一步地，自锁环5安装位置与杆体2的头端之间的距离为200mm～300mm。当杆体2长度大于2500mm时，自锁环5数量为多个，任意相邻两个自锁环5之间间距为2000mm～3000mm。

步骤四：制备注浆料：将适量磷酸镁水泥、外加剂、掺合料、骨料和水投入搅拌机内搅拌2min～3min，获得注浆料；

步骤五：将步骤一注浆管6依次贯穿托盘3、定位塞8之后伸入锚孔1以内；

步骤六：将步骤四注浆料投入注浆设备以内，根据步骤二锚孔1在岩体内延伸方向，使注浆设备输出端与杆体2或注浆管6的末端连接，开启注浆设备，通过注浆设备向锚孔1以内注浆，当注浆料充满锚孔1以内时，使用堵头将杆体2尾端封住，然后停止注浆，待注浆料凝结后形成固结体7。进一步地，当锚孔1在岩体内延伸方向相对于水平面向上延伸时，使注浆设备输出端与注浆管6连通，当锚孔1在岩体内延伸方向相对于水平面向下延伸时，使注浆设备输出端与杆体2连通。

采用本发明的技术方案，由于杆体上设置有自锁环，当向锚杆杆体与锚孔内壁之间的空隙注入浆料时，浆料只能经由自锁环上卡环之间的空隙中流过，对浆料产生了限流作用，在浆料凝固以前，阻缓了浆料向锚孔端口处流出，从而使浆料填充密实，流经卡环之间空隙的部分浆料到达杆体头端，在其重力作用下，推动自锁环向下移动，直到自锁环两侧的浆料作用力达到平衡时，自锁环停止移动，达到了使浆料更均匀地分布在杆体与锚孔内壁之间空隙的目的，此外，锚孔端口处还设置有定位塞，进一步有效防止了浆料坠落漏出，待浆料凝固后，最终使杆体与围岩粘接在一起，提高了锚杆支护强度，减少了安全隐患。进一步地，注浆料采用磷镁材料，扩展了磷镁材料的使用范围，凝结时间为10min～25min，具有凝结时间短、抗压能力强、粘结性能好等特点，其承受外载荷可达1.5mpa以上，有效使锚杆杆体与围岩锚孔固结在一起，提升了支护效果。