本实用新型属于矿山支护工程锚索支护技术领域，具体涉及钢管水泥砂浆预应力锚索。
背景技术：
在煤矿巷道支护工程中，锚索支护是顶板支护的常用形式。煤矿常用的锚索是7股或19股的钢绞线结构，常用的锚索直径为15.2mm、17.8mm、20mm、22mm。与锚杆支护相比，锚索具有强度大、长度大的优点，锚索能够锚固到顶板深部稳定岩层中，因此锚索支护对顶板稳定性控制具有显著成效。但是，随着煤炭资源的逐步开采，巷道围岩应力环境逐渐恶化，在大变形巷道、软弱围岩巷道及高应力动压巷道中，锚索破断问题日益凸显。在一些复杂困难条件下，一些直径22mm的高强锚索甚至也出现了破断。现场观测表明，锚索破断的位置均出现靠近孔口的前1/3段，或者剪切错动的岩层的层理面处；由断口形态来看，锚索是在“剪破坏和拉破坏”共同作用下的破断。究其原因，当前锚索支护主要存在“局部应力集中、钢绞线在拉剪作用下被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题，如何提高锚索应力集中段的抗拉强度、抗剪强度以及钢绞线的整体性，成为解决锚索破断的关键问题。
技术实现要素：
本实用新型提供钢管水泥砂浆预应力锚索，旨在通过在锚索的索体中间增加钢管水泥砂浆结构以此提高此段索体的抗拉强度和抗剪强度，从而有效解决锚索支护中存在的“索体局部应力集中、钢绞线被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题。同时，所述锚索可以施加较大预应力而实现对岩层的主动支护，并能够通过水泥砂浆包裹防止高应力索体的锈蚀破断。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
钢管水泥砂浆预应力锚索，包括由后向前依次通过索体串联起来的锚固段、钢管水泥砂浆段和锚索附件；锚固段和钢管水泥砂浆段之间的索体部分为第一自由段，钢管水泥砂浆段和锚索附件之间的索体部分为第二自由段，索体前端设置有注浆联接头；
所述钢管水泥砂浆段包括空心钢管，索体穿过空心钢管并与空心钢管同轴线设置，空心钢管前后两端均设置有将空心钢管与索体锁为一体的瓦片式锁具，空心钢管后侧部开设有排气孔，空心钢管、瓦片式锁具以及索体之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体的中心部位设置有注浆管，注浆管后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管前端与注浆联接头连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆。
所述钢管水泥砂浆段位于锚索的前1/3段或者易于发生剪切破断的索体段；所述锚固段采用树脂锚固剂锚固。
锚索附件包括托盘和锚尾锁具。
采用上述技术方案，所述钢管水泥砂浆段的段数及位置由易于发生拉剪破断的索体的段数及位置决定。钢管水泥砂浆预应力锚索的支护方法，包括以下施工步骤：
（1）按照所需加固岩层的地质力学条件，确定钢管水泥砂浆预应力锚索的强度及尺寸、钢管水泥砂浆段的位置、预紧力、锚固长度、间排距支护参数；
（2）按照确定的支护参数在所需加固岩层内打设锚索孔，锚索孔直径大于索体直径10～16mm，锚索孔直径并且大于空心钢管外径4～8mm；锚索孔直径和空心钢管外径根据实际生产条件适当调整；
（3）将索体穿过空心钢管、瓦片式锁具并在设计位置处组装起来形成封闭的水泥砂浆注浆空间，并用索体前端将树脂锚固剂送入锚索孔底部，并采用钻机带动索体旋转充分搅拌树脂锚固剂，待锚固剂固化后形成锚固段；
（4）树脂锚固剂固化后，安装托盘和锚尾锁具，并采用张拉机具对锚索进行张拉预紧，锁紧锚尾锁具后在第一自由段、第二自由段和钢管水泥砂浆段的索体形成预应力，对加固岩层进行主动支护；
（5）对锚索施加预紧力后，采用注浆机具及管路通过注浆联接头对索体中心部位的注浆管进行注浆，注浆材料为高强水泥砂浆，将空心钢管内的水泥砂浆注浆空间注满高强水泥砂浆浆液，在注浆过程中，水泥砂浆注浆空间内部的气体通过排气孔排出，直到水泥砂浆全部充满水泥砂浆注浆空间，水泥砂浆在空心钢管内固结后形成钢管水泥砂浆段；
（6）所述钢管水泥砂浆预应力锚索安装完成后，及时对加固岩层的表面位移、内部变形及离层以及锚索受力状态进行实时动态监测，并评价加固岩层的稳定性和锚索的可靠性，依据评价结果动态调整锚索的支护参数。
采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
第一，本实用新型通过在锚索的索体中间增加钢管水泥砂浆段（结构），可以提高此段索体的抗拉强度和抗剪强度，从而有效解决锚索支护中存在的“索体局部应力集中、钢绞线被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题；
第二，所述锚索可以施加较大预应力，实现对岩层的主动支护，能够及时控制岩层的早期变形和破坏；
第三，在索体的钢管水泥砂浆段，能够通过水泥砂浆包裹防止高应力索体的锈蚀破断；
第四，在索体中设置有多个自由段，充分利用了自由段的延伸率，能够适应围岩的大变形，提高锚索支护的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型钢管水泥砂浆预应力锚索的整体结构图；
图2为本实用新型钢管水泥砂浆段的结构图；
图3为本实用新型钢管水泥砂浆预应力锚索支护布置图；
图1-3中：1为锚固段，2为第一自由段，3为钢管水泥砂浆段，4为第二自由段，5为托盘，6为锚尾锁具，7为注浆联接头，8为空心钢管，9为索体，10为高强水泥砂浆，11为瓦片式锁具，12为排气孔，13为注浆管，14为树脂锚固剂，15为加固岩层，16为锚索孔。
具体实施方式
如图1-图3所示，本实用新型具体实施方式如下：
本实用新型的钢管水泥砂浆预应力锚索，包括由后向前依次通过索体9串联起来的锚固段1、钢管水泥砂浆段3和锚索附件；锚固段1和钢管水泥砂浆段3之间的索体9部分为第一自由段2，钢管水泥砂浆段3和锚索附件之间的索体9部分为第二自由段4，索体9前端设置有注浆联接头7；锚索附件包括托盘5和锚尾锁具6。
钢管水泥砂浆段3包括空心钢管8，索体9穿过空心钢管8并与空心钢管8同轴线设置，空心钢管8前后两端均设置有将空心钢管8与索体9锁为一体的瓦片式锁具11，空心钢管8后侧部开设有排气孔2，空心钢管8、瓦片式锁具11以及索体9之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体9的中心部位设置有注浆管13，注浆管13后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管13前端与注浆联接头7连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆10。
钢管水泥砂浆段3位于锚索的前1/3段或者易于发生剪切破断的索体9段；所述锚固段1采用树脂锚固剂锚固。
钢管水泥砂浆段3的段数及位置由易于发生拉剪破断的索体9的段数及位置决定。
钢管水泥砂浆预应力锚索的支护方法，包括以下施工步骤：
（1）按照加固岩层15的地质力学条件，确定钢管水泥砂浆预应力锚索的强度及尺寸、钢管水泥砂浆段3的位置、预紧力、锚固长度、间排距支护参数；
（2）按照确定的支护参数在所需加固岩层15内打设锚索孔16，锚索孔16直径大于索体9直径10～16mm，锚索孔16直径并且大于空心钢管8外径4～8mm；锚索孔直径和空心钢管外径根据实际生产条件可以适当调整；
（3）将索体9穿过空心钢管8、瓦片式锁具11并在设计位置处组装起来形成封闭的水泥砂浆注浆空间，并用索体9前端将树脂锚固剂14送入锚索孔16底部，并采用钻机带动索体9旋转充分搅拌树脂锚固剂14，待锚固剂固化后形成锚固段1；
（4）树脂锚固剂14固化后，安装托盘5和锚尾锁具6，并采用张拉机具对锚索进行张拉预紧，锁紧锚尾锁具6后在第一自由段2、第二自由段4和钢管水泥砂浆段3的索体9形成预应力，对加固岩层15进行主动支护；
（5）对锚索施加预紧力后，采用注浆机具及管路通过注浆联接头7对索体9中心部位的注浆管13进行注浆，注浆材料为高强水泥砂浆10，将空心钢管8内的水泥砂浆注浆空间注满高强水泥砂浆10浆液，在注浆过程中，水泥砂浆注浆空间内部的气体通过排气孔2排出，直到水泥砂浆10全部充满水泥砂浆注浆空间，水泥砂浆10在空心钢管8内固结后形成钢管水泥砂浆段3；
（6）所述钢管水泥砂浆预应力锚索安装完成后，及时对加固岩层15的表面位移、内部变形及离层以及锚索受力状态进行实时动态监测，并评价加固岩层15的稳定性和锚索的可靠性，依据评价结果动态调整锚索的支护参数。
本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。