锚杆径向限位碎袋装置及其工作方法与流程

本发明属于矿山、隧道、边坡等支护或加固技术领域，具体涉及一种锚杆径向限位碎袋装置及其工作方法。

背景技术：

锚杆支护技术从二十世纪五十年代开始在我国煤矿岩巷支护中得到应用，历经六十多年的发展，锚杆支护技术从理论基础、支护材料、施工工艺等多方面取得了长足的发展，锚杆类型也从最初的机械锚固锚杆发展到如今的树脂锚杆，支护体对围岩的控制及加固能力得到了显著得提升。但在锚杆支护应用过程中，也存在一些问题，在一定程度上削弱了锚杆支护结构的性能，影响锚杆支护强度，例如，锚杆在钻孔中的居中和树脂锚固剂包装袋的破碎等问题，都会对锚杆支护理论强度产生影响。由于在使用锚杆进行支护时，杆体直径相较于钻孔直径较小，钻孔直径通常为28.0~32.0mm，锚杆杆体公称直径通常采用16.0~25.0mm，同时在遵循施工要求“三径匹配”原则下，杆体直径、钻孔直径和树脂锚固剂直径间又有严格的对应关系，此时施工过程中，锚杆杆体和钻孔壁间会存有较大空间，同时单纯的锚杆杆体在搅拌树脂锚固剂时，也不能对树脂锚固剂包装袋起到充分的破碎作用，有时甚至出现杆体刺破包装袋后，杆体被大面积树脂锚固剂包装袋包裹的现象。锚杆直径小于钻孔直径，往往造成锚杆在钻孔内无法居中，锚杆的居中度，会严重影响应力在支护结构内的分布特点，据已有研究表明锚杆居中度差时，会显著降低锚杆锚固力，同时，包装袋的破碎程度会影响树脂锚固剂搅拌混合及粘结效果，也会严重影响锚杆支护质量。因此针对上述问题，亟需一种的结构简单，操作方便的装置，去有效解决该问题，进一步提高锚杆支护性能。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种锚杆径向限位碎袋装置及其工作方法，其可有效解决锚杆支护施工过程中，锚杆在钻孔内径向位置难以限定、锚杆对中效果差及树脂锚固剂包装袋破碎程度低等问题，显著增强锚杆对围岩变形及破坏的控制能力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：锚杆径向限位碎袋装置，包括锚杆杆体，锚杆杆体上设置有两列关于锚杆杆体中心线对称的左旋结构，每列左旋结构均由沿锚杆杆体的长度方向均匀间隔设置的若干条左旋肋组成，每条左旋肋的的两端的厚度逐渐变薄形成楔形面，楔形面与锚杆杆体外圆平滑过渡，锚杆杆体上套设有至少两个与左旋肋的楔形面定位卡紧的对中破袋构件。

每个对中破袋构件均包括中空且两端通透的圆套筒，圆套筒的内壁设置有两根约束纵筋和两根卡紧纵筋，两根约束纵筋和两根卡紧纵筋均平行于圆套筒的中心线，两根约束纵筋关于圆套筒的中心线对称设置，两根卡紧纵筋关于圆套筒的中心线对称设置，约束纵筋和卡紧纵筋的长度均大于相邻两条左旋肋之间的轴向距离，两根约束纵筋之间的距离等于锚杆杆体的直径，两根卡紧纵筋的距离大于锚杆杆体的直径且小于左旋肋的最大回转直径，距离最近的一根卡紧纵筋与一根约束纵筋所对应的圆心角a小于两列左旋肋紧邻的端部对应的圆心角b；

圆套筒套在锚杆杆体外部，两根约束纵筋与锚杆杆体的外圆接触，两根卡紧纵筋分别与两列左旋肋上的楔形面压接配合。

圆套筒的外圆周沿轴向方向设置有2-4层限位结构，每层限位结构包括沿圆套筒的圆周方向均匀布置的3-4个限位叶片，每个限位叶片均为圆弧形片状结构，单个限位叶片范围所对应的圆心角c为45°~60°，限位叶片的回转直径略小于钻孔的孔径。

每个限位叶片的厚度由中部沿圆套筒的轴向向两侧边逐渐变薄形成两个倒角面，每个倒角面的宽度大于限位叶片宽度的三分之一且小于限位叶片宽度度的二分之一，每个限位叶片右旋的一端均设置有尖锐的切割刀头。

相邻两个对中破袋构件之间的距离为40-60cm。

约束纵筋和卡紧纵筋均为半圆柱结构，约束纵筋的半圆柱半径大于卡紧纵筋的半圆柱半径。

锚杆径向限位碎袋装置的作业方法，包括以下步骤，

（1）将至少两个对中破袋构件安装到锚杆杆体的锚固段；

（2）将树脂锚固剂药卷塞入到已经在围岩上钻好的钻孔内；

（3）锚杆杆体外端安装到钻机上，启动钻机，去掉锚杆杆体右旋转动，锚杆推动树脂锚固剂药卷向钻孔深处移动，将树脂锚固剂药卷推到钻孔的孔底后，锚杆杆体继续旋转并向孔底移动，对中破袋构件对树脂锚固剂药卷进行切割破碎作业；

（4）树脂锚固剂被对中破袋构件切割破碎并充分的搅拌混合，使树脂锚固剂充分发生固化反应，直到锚杆本体和对中破袋构件通过树脂锚固剂与围岩界面锚固后完成锚固作业。

步骤（1）具体过程为，将两组相邻的卡紧纵筋与约束纵筋，分别对应锚杆本体上两列无左旋肋的范围处，由于距离最近的一根卡紧纵筋与一根约束纵筋所对应的圆心角a小于两列左旋肋紧邻的端部对应的圆心角b，因此对中破袋构件可沿锚杆杆体的轴向自由运动，当对中破袋构件移动到安装位置时，将对中破袋构件沿左旋方向扭转一定角度，两根卡紧纵筋分别与两列左旋肋上的楔形面压接配合，两根约束纵筋与锚杆杆体的外圆接触，在两组相邻的卡紧纵筋与约束纵筋作用下，可将对中破袋构件卡紧在锚杆杆体上，以免对中破袋构件与锚杆本体之间发生相对运动。

步骤（3）和（4）中在锚杆杆体旋转并向孔底移动过程中，由于限位叶片的回转直径略小于钻孔的孔径，在限位叶片的限位下，锚杆本体在钻孔中始终保持居中状态；同时，切割刀头随锚杆本体右旋转动过程中，对树脂锚固剂包装袋进行切割破碎。

采用上述技术方案，本发明相对于现有技术，具有以下技术效果：

1、由于对中破袋构件外部的限位叶片的回转直径的最大尺寸与钻孔直径接近，这样就能始终保证锚杆在钻孔内居中，使锚杆和钻孔同轴心。同时，锚杆转动搅拌锚固剂时，切割刀头可对被锚杆刺穿后的树脂锚固剂包装袋进行进一步切割破碎，有效缓解大块包装袋对锚杆锚固质量的影响。

2、限位叶片回转直径的最大尺寸与钻孔直径接近，限位叶片宽度方向上的两边均具有倒角面，即能保证限位叶片对锚杆的径向约束，又能减少在随锚杆右旋转动搅拌树脂锚固剂过程中，限位叶片与钻孔孔壁壁间过多接触带来的摩擦力。

3、限位叶片呈现不同层次分布，既能起到限定锚杆对中位置的作用，又能较少与孔壁的接触范围。

4、切割刀头与限位叶片为一整体结构，可减少空间占用，使结构设计更加紧凑，在锚杆搅拌树脂锚固剂过程中，切割刀头随锚杆一同右旋旋转，对树脂锚固剂包装袋进行进一步的切割破碎。切割刀头沿装置外边面沿右旋方向分布，以便随锚杆右旋旋转时，切割破碎树脂锚固剂包装袋。

5、卡紧纵筋呈半圆柱形，设计有两根，两根卡紧纵筋之间对应圆心角为180°，两个相对分布的卡紧纵筋顶端距离，是根据锚杆左旋肋结构特点确定的，由于左旋肋的两端具有倾斜的楔形面，两根卡紧纵筋的距离大于锚杆杆体的直径且小于左旋肋的最大回转直径，因此在安装对中破袋构件时，卡紧纵筋可卡紧在两列左旋肋端头的楔形面上，防止对中破袋构件在锚杆表面相对运动。

6、约束纵筋呈半圆柱分布，同样设计有两个，约束纵筋半圆柱半径大于卡紧纵筋半圆柱半径，相对分布的两根约束纵筋顶段距离略微大于（或等于）锚杆本体表面无左旋肋处的直径，在对中破袋构件安装时，限定卡紧在锚杆杆体表面无左旋肋处。

综上所述，本发明在设计时，充分考虑了锚杆结构特点，使其更加符合在锚杆支护中的应用，充分保证装置工作效果，提高破袋效率和锚固质量，装置的具有结构设计简单合理、实用性强，工程应用方便，可广泛应用于矿山、隧道、堤坝、边坡等支护施工中，有效提升锚杆支护质量，具有重要的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明工程应用示意图；

图2是对中破袋构件的立体结构图；

图3是对中破袋构件安装在锚杆上后的俯视图。

具体实施方式

如图1-图3所示，本发明的锚杆径向限位碎袋装置，包括锚杆杆体1，锚杆杆体1上设置有两列关于锚杆杆体1中心线对称的左旋结构，每列左旋结构均由沿锚杆杆体1的长度方向均匀间隔设置的若干条左旋肋2组成，每条左旋肋2的的两端的厚度逐渐变薄形成楔形面3，楔形面3与锚杆杆体1外圆平滑过渡，锚杆杆体1上套设有至少两个与左旋肋2的楔形面3定位卡紧的对中破袋构件4。

每个对中破袋构件4均包括中空且两端通透的圆套筒5，圆套筒5的内壁设置有两根约束纵筋6和两根卡紧纵筋7，两根约束纵筋6和两根卡紧纵筋7均平行于圆套筒5的中心线，两根约束纵筋6关于圆套筒5的中心线对称设置，两根卡紧纵筋7关于圆套筒5的中心线对称设置，约束纵筋6和卡紧纵筋7的长度均大于相邻两条左旋肋2之间的轴向距离，两根约束纵筋6之间的距离等于锚杆杆体1的直径，两根卡紧纵筋7的距离大于锚杆杆体1的直径且小于左旋肋2的最大回转直径，距离最近的一根卡紧纵筋7与一根约束纵筋6所对应的圆心角a小于两列左旋肋2紧邻的端部对应的圆心角b；

圆套筒5套在锚杆杆体1外部，两根约束纵筋6与锚杆杆体1的外圆接触，两根卡紧纵筋7分别与两列左旋肋2上的楔形面3压接配合。

圆套筒5的外圆周沿轴向方向设置有2-4层限位结构，每层限位结构包括沿圆套筒5的圆周方向均匀布置的3-4个限位叶片8，每个限位叶片8均为圆弧形片状结构，单个限位叶片8范围所对应的圆心角c为45°~60°，限位叶片8的回转直径略小于钻孔9的孔径。

每个限位叶片8的厚度由中部沿圆套筒5的轴向向两侧边逐渐变薄形成两个倒角面10，每个倒角面10的宽度大于限位叶片8宽度的三分之一且小于限位叶片8宽度度的二分之一，每个限位叶片8右旋的一端均设置有尖锐的切割刀头11。

相邻两个对中破袋构件4之间的距离为40-60cm。

约束纵筋6和卡紧纵筋7均为半圆柱结构，约束纵筋6的半圆柱半径大于卡紧纵筋7的半圆柱半径。

锚杆径向限位碎袋装置的作业方法，包括以下步骤，

（1）将至少两个对中破袋构件4安装到锚杆杆体1的锚固段；

（2）将树脂锚固剂12药卷塞入到已经在围岩13上钻好的钻孔9内；

（3）锚杆杆体1外端安装到钻机上，启动钻机，去掉锚杆杆体1右旋转动，锚杆推动树脂锚固剂12药卷向钻孔9深处移动，将树脂锚固剂12药卷推到钻孔9的孔底后，锚杆杆体1继续旋转并向孔底移动，对中破袋构件4对树脂锚固剂12药卷进行切割破碎作业；

（4）树脂锚固剂12被对中破袋构件4切割破碎并充分的搅拌混合，使树脂锚固剂12充分发生固化反应，直到锚杆本体和对中破袋构件4通过树脂锚固剂12与围岩13界面锚固后完成锚固作业。

步骤（1）具体过程为，将两组相邻的卡紧纵筋7与约束纵筋6，分别对应锚杆本体上两列无左旋肋2的范围处，由于距离最近的一根卡紧纵筋7与一根约束纵筋6所对应的圆心角a小于两列左旋肋2紧邻的端部对应的圆心角b，因此对中破袋构件4可沿锚杆杆体1的轴向自由运动，当对中破袋构件4移动到安装位置时，将对中破袋构件4沿左旋方向扭转一定角度，两根卡紧纵筋7分别与两列左旋肋2上的楔形面3压接配合，两根约束纵筋6与锚杆杆体1的外圆接触，在两组相邻的卡紧纵筋7与约束纵筋6作用下，可将对中破袋构件4卡紧在锚杆杆体1上，以免对中破袋构件4与锚杆本体之间发生相对运动。

步骤（3）和（4）中在锚杆杆体1旋转并向孔底移动过程中，由于限位叶片8的回转直径略小于钻孔9的孔径，在限位叶片8的限位下，锚杆本体在钻孔9中始终保持居中状态；同时，切割刀头11随锚杆本体右旋转动过程中，对树脂锚固剂12包装袋进行切割破碎。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明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，均属于本发明技术方案的保护范围。