一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置的制作方法

本实用新型涉及岩土工程及采矿工程技术领域，特别涉及一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置。

背景技术：

在岩土工程及采矿工程领域中，锚杆支护作为一种有效的围岩支护工艺，已经在地下矿山、隧道工程、露天边坡加固及其他岩土工程中广泛应用，但对软弱、破碎和高应力岩体而言，普通的锚杆支护效果不佳；中空注浆锚杆支护工艺的出现，将锚固与注浆工艺一体化，通过中空锚杆向钻孔内高压注入水泥浆液，充填破碎岩体中的节理裂隙，改善围岩的松散结构，提高围岩的整体强度，极大改善了锚杆支护的效果。

对注浆锚杆支护工艺而言，目前常用的注浆压力一般为5MPa-10MPa，较高的注浆压力可保证浆液在破碎岩体中产生较大的扩散范围，实现较好的围岩加固支护效果，但注浆压力的增大，对止浆系统提出了更高的要求：良好的止浆系统可有效实现对锚杆钻孔孔口的封堵，提高钻孔内注浆压力，否则在注浆过程中会出现溢浆、漏浆、喷浆现象，使得钻孔内浆液压力无法达到设计值，极大的影响注浆支护效果。

目前常用的普通型止浆塞多为圆台型橡胶止浆塞或者是圆台型硬质塑料止浆塞，其小直径端尺寸小于钻孔直径，大直径端尺寸大于钻孔直径，其中部有供锚杆穿过的通孔，该普通型止浆塞在实际使用过程中容易出现如下问题：(1)止浆塞变形范围有限，对锚杆和钻孔壁的挤压能力有限，无法实现对较高注浆压力孔的有效封堵；(2)当钻孔所在围岩破碎程度较高，钻孔成形不佳时，止浆塞外沿与钻孔壁之间易形成缝隙，无法封堵进而导致漏浆、喷浆现象；(3)施工时工人劳动强度大，尤其在进行上向锚杆钻孔孔口止浆封堵时，操作极为不便。综上所述，普通型止浆塞在注浆锚杆支护工艺中，存在的最大问题为适应性差，无法为高压注浆提供良好的封堵止浆效果，甚至导致注浆失败，进而使得该注浆钻孔工程报废，不但造成了经济上的损失，更是直接影响到支护效果，形成安全隐患。

为解决普通型止浆塞在工程应用方面存在的问题，人们进行了相关研究：(1)中国专利申请CN 107654249 A公开了一种新型锚杆、锚索用组合式止浆塞，其由弹性材料制成的中心止浆塞和端面止浆塞首尾相连组成，该止浆塞只是在普通型止浆塞基础上进行的改进，依然受限于弹性材料的变形范围和封堵能力，对高压注浆工艺而言，该止浆塞的止浆效果尚不能满足要求；(2)中国专利CN 102296603 B公开了一种锚杆(锚索)用止浆塞及止浆系统，由上、下金属隔板中设置的橡胶材质气囊为主体，该止浆塞在使用过程中需要预先将锚杆(锚索)与止浆装置固定为一体，然后整体放入钻孔，受钻孔设备与工艺限制，该操作在某些注浆锚杆支护工程施工现场无法实施，限制了该专利的应用范围；该止浆系统在使用中需要连接多个管路并观察情况控制阀门，操作过程复杂；该止浆塞使用时橡胶气囊内充满了浆液，浆液凝固后整个止浆塞在碰撞变形的作用下牢牢地卡在钻孔中，无法回收再利用，即使能够将止浆塞取出钻孔，其内部凝固的浆液也使得该装置无法重复使用，增加了成本。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的止浆塞止浆效果不好、适用范围小、结构及操作复杂、不可回收利用等技术问题，本实用新型提供了一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置，具有止浆封堵效果好、止浆能力可控、适用范围广、结构简单、操作方便、可回收重复利用等优点。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置，包括可回收液压扩张止浆塞和注回油泵系统；

所述可回收液压扩张止浆塞包括止浆塞主体，所述止浆塞主体呈圆环柱状，其内壁和外壁之间设有液压油腔，所述止浆塞主体的顶端设有聚四氟乙烯薄膜，所述止浆塞主体的底端设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔均与液压油腔连通，所述第一通孔与安全阀连接，所述第二通孔与注回油阀连接；

所述注回油泵系统包括压力表、调节阀、注回油管和注回油泵，所述注回油泵通过注回油管与注回油阀连接，所述压力表和调节阀设置在注回油管上。

所述止浆塞主体的顶端和止浆塞主体的底端的壁厚均为10-30mm。

所述液压油腔靠近止浆塞主体内壁一侧的壁厚为2-5mm，所述液压油腔靠近止浆塞主体外壁一侧的壁厚为2-5mm。

所述止浆塞主体采用橡胶制成。

所述液压油腔为圆环柱状。

所述调节阀位于靠近注回油泵的一侧，所述压力表位于远离注回油泵的一侧。

所述注回油泵为手动油泵或电动油泵。

所述止浆塞主体的底端的外壁设有钢质箍环。

所述止浆塞主体的底端对称设有钢质拉线，所述钢质拉线远离止浆塞主体的一端设有拉环。

上述一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、选用可回收液压扩张止浆塞，选用与中空注浆锚杆尺寸和钻孔尺寸相适应的可回收液压扩张止浆塞，并将其底端的注回油阀与注回油管连接；

步骤二、安装可回收液压扩张止浆塞，将止浆塞主体的顶端朝向钻孔中的中空注浆锚杆方向，将止浆塞主体中部的锚杆通孔顺着中空注浆锚杆出露于围岩的一端套入，并放置在钻孔孔口，调节注回油泵呈注油状态，打开注回油阀的阀门开关，通过注回油泵向液压油腔注油，在液压油腔压力作用下，可回收液压扩张止浆塞第一侧壁扩张对中空注浆锚杆产生挤压，其第二侧壁扩张对钻孔内壁产生挤压，完成对中空注浆锚杆的临时锚固；

步骤三、将可回收液压扩张止浆塞固定在钻孔中，根据注浆压力要求，通过注回油泵向液压油腔持续注油，通过压力表动态观察并控制液压油腔内的压力，使其达到设计值之后，停止注油，关闭注回油阀的阀门开关，将注回油泵调节为回油状态，卸掉注回油管的压力，断开注回油管与注回油阀之间的连接，此时液压油腔处于高压力状态，在油压的扩张作用下，第一侧壁与第二侧壁分别产生变形和径向挤压力，将可回收液压扩张止浆塞固定在钻孔中，实现高压注浆止浆功能；

步骤四、回收可回收液压扩张止浆塞，对中空注浆锚杆进行高压注浆操作，注浆完成后，待钻孔内浆液凝固，连接注回油管与注回油阀，打开阀门开关，使液压油腔中处于高压状态液压油顺注回油管流回至注回油泵中，此时液压油腔内部油压恢复至初始状态，关闭阀门开关，并断开注回油管与注回油阀之间的连接，随后拉拔可回收液压扩张止浆塞底端的拉环，使其拖拽钢质拉线将可回收液压扩张止浆塞从钻孔取出回收。

本实用新型的有益效果：

(1)采用橡胶材料制成且内部设有液压油腔的的可回收液压扩张止浆塞，在其内部液压油腔高压油的作用下，可产生较大的弹性变形和径向挤压力，对锚杆和钻孔实施有效封堵止浆；

(2)以液压扩张的方式通过橡胶材料与锚杆和钻孔壁之间的高压径向挤压力，产生较大的轴向摩擦力，适用于各种不同注浆压力的注浆锚杆支护工艺；

(3)本实用新型结构简单，操作简便，施工时不受钻孔设备与注浆锚杆工艺影响，施工时工人劳动强度低；

(4)在注浆工艺完成后，通过简单的管路连接和操作，可实现对可回收液压扩张止浆塞的回收重复利用，降低了注浆锚杆支护工艺中的成本，提高了止浆系统的重复利用率；

(5)本实用新型根据中空注浆锚杆施工工艺要求的注浆压力，液压油腔的压力进行控制和调节，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的可回收液压扩张止浆塞的剖面图；

图3是本实用新型图2的A-A向剖视图；

图4是本实用新型的一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置在钻孔中的工作状态示意图。

图中，1-止浆塞主体，2-钢质箍环，3-安全阀，4-注回油阀，5-螺纹接头，6-钢质拉线，7-拉环，8-注回油管，9-压力表，10-调节阀，11-注回油泵，12-聚四氟乙烯薄膜，13-止浆塞主体的顶端，14-第二侧壁，15-第一侧壁，16-液压油腔，17-止浆塞主体的底端，18-第二通孔，19-内螺纹，20-锚杆通孔，21-第一通孔，22-注回油阀螺纹接头，23-中空注浆锚杆，24-钻孔内壁，25-液压油，26-阀门开关。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图4所示，本实用新型提供了一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置，包括可回收液压扩张止浆塞和注回油泵系统；可回收液压扩张止浆塞包括止浆塞主体1，止浆塞主体1采用橡胶制成，止浆塞主体1呈圆环柱状，其内壁和外壁之间设有液压油腔16，液压油腔16为圆环柱状，止浆塞主体的顶端13设有聚四氟乙烯薄膜12，止浆塞主体的底端17设有第一通孔21和第二通孔18，第一通孔21和第二通孔18均与液压油腔16连通，第一通孔21与安全阀3连接，第二通孔18与注回油阀4连接；注回油泵系统包括压力表9、调节阀10、注回油管8和注回油泵11，注回油泵11通过注回油管8与注回油阀4连接，压力表9和调节阀10设置在注回油管8上，调节阀10位于靠近注回油泵11的一侧，压力表9位于远离注回油泵11的一侧，止浆塞主体的顶端13和止浆塞主体的底端17的壁厚均为10-30mm，液压油腔16靠近止浆塞主体1内壁一侧的壁厚为2-5mm，液压油腔16靠近止浆塞主体1外壁一侧的壁厚为2-5mm。

本实施例中，如图1所示，Ⅰ为可回收液压扩张止浆塞，Ⅱ为注回油泵系统。如图2和3所示，止浆塞主体1中央的通孔为锚杆通孔20，在止浆封堵时供中空注浆锚杆23穿过，止浆塞主体1的两端分别为其顶端和底端，且其顶端和底端的壁厚均为20mm，止浆塞主体的顶端13和底端的壁厚均较大，使其在受液压油腔16中的油压作用时不易变形，液压油腔16靠近止浆塞主体1内壁一侧的壁厚为3mm，即图2中的第一侧壁15，液压油腔16靠近止浆塞主体1外壁一侧的壁厚为3mm，即图2中的第二侧壁14，第一侧壁15和第二侧壁14的壁厚均较薄，使其在受液压油腔16中的油压作用时较容易变形，其中，第一侧壁15变形挤压锚杆，第二侧壁14变形挤压钻孔内壁24，从而实现较好的止浆封堵效果，在施工时，止浆塞主体的顶端13位于钻孔孔内，朝向钻孔中的锚杆方向，止浆塞主体的顶端13覆盖有聚四氟乙烯薄膜12，与钻孔内高压注入的浆液及其凝固体接触，降低可回收液压扩张止浆塞与浆液凝固体之间的黏结力，注浆完成后将可回收液压扩张止浆塞从钻孔中取出，重复利用。液压油腔16为圆环柱状空腔，用于容纳液压油25，施工时，液压油腔16内部油压的初始状态为充满液压油25状态，即液压油腔16内部压力与大气压相同，止浆塞主体1无形变，液压油腔16中的液压油25对可回收液压扩张止浆塞无压力，注油加压时无需进行排气操作。第一通孔21和第二通孔18的内壁均设有内螺纹19，第一通孔21与安全阀3螺纹连接，即向第一通孔21拧入安全阀螺纹接头以连接安全阀3，安全阀3用以防止液压油腔16内压力过高损坏可回收液压扩张止浆塞，在液压油腔16内部压力达到极限破坏值之前通过安全阀3实现卸压保护功能；第二通孔18与注回油阀4螺纹连接，即向第二通孔18拧入注回油阀螺纹接头22以连接注回油阀4，注回油阀4用以控制和保持液压油腔16内液压油25的状态，注回油阀4设有阀门开关26，阀门开关26开启时液压油腔16与注回油泵11相通，处于注油加压或回油卸压状态，阀门开关26闭合时，保持液压油腔16内处于稳定状态，因此阀门开关26通常处于闭合状态。

本实施例中，注回油泵11为手动油泵或电动油泵，主要用于向液压油腔16中注入液压油25达到所需的压力，或者将液压油腔16中处于高压状态的液压油25回油卸压至大气压。调节阀10位于靠近注回油泵11的一侧，压力表9位于远离注回油泵11的一侧，压力表9用于动态观察液压油腔16中液压油25的压力状态，通过压力表9中的读数，控制注回油阀4上的阀门开关26，进而实现对液压油腔16内压力的调整，调节阀10位于注回油泵11与压力表9之间，用于调节注回油泵11处于注油加压还是回油卸压的工作状态。止浆塞主体的底端17的外壁设有钢质箍环2，止浆塞主体的底端17径向外壁设有钢质箍环2，钢质箍环2能够限制可回收液压扩张止浆塞在液压油腔16注油受压时发生变形，避免第一通孔21与安全阀3连接处以及第二通孔18与注回油阀4连接处发生漏油现象。止浆塞主体的底端17对称设有钢质拉线6，钢质拉线6远离止浆塞主体1的一端设有拉环7，钢质拉线6靠近止浆塞主体的底端17的中心位置，在高压注浆作业结束及浆液凝固之后，可通过钢质拉线6及拉环7将可回收液压扩张止浆塞从钻孔中拉出予以回收重复利用，止浆塞主体的顶端13设有聚四氟乙烯薄膜12与其底端设有的钢质拉线6和拉环7配合，实现可回收液压扩张止浆塞的重复利用。

上述一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、选用可回收液压扩张止浆塞，选用与中空注浆锚杆23尺寸和钻孔尺寸相适应的可回收液压扩张止浆塞，并将其底端的注回油阀4与注回油管8连接；

步骤二、安装可回收液压扩张止浆塞，将止浆塞主体的顶端13朝向钻孔中的中空注浆锚杆23方向，将止浆塞主体1中部的锚杆通孔20顺着中空注浆锚杆23出露于围岩的一端套入，并放置在钻孔孔口，调节注回油泵11呈注油状态，打开注回油阀4的阀门开关26，通过注回油泵11向液压油腔16注油，在液压油腔16压力作用下，可回收液压扩张止浆塞第一侧壁15扩张对中空注浆锚杆23产生挤压，其第二侧壁14扩张对钻孔内壁24产生挤压，完成对中空注浆锚杆23的临时锚固；

步骤三、将可回收液压扩张止浆塞固定在钻孔中，根据注浆压力要求，通过注回油泵11向液压油腔16持续注油，通过压力表9动态观察并控制液压油腔16内的压力，使其达到设计值之后，停止注油，关闭注回油阀4的阀门开关26，将注回油泵11调节为回油状态，卸掉注回油管8的压力，断开注回油管8与注回油阀4之间的连接，此时液压油腔16处于高压力状态，在油压的扩张作用下，第一侧壁15与第二侧壁14分别产生变形和径向挤压力，将可回收液压扩张止浆塞固定在钻孔中，实现高压注浆止浆功能；

步骤四、回收可回收液压扩张止浆塞，对中空注浆锚杆23进行高压注浆操作，注浆完成后，待钻孔内浆液凝固，连接注回油管8与注回油阀4，打开阀门开关26，使液压油腔16中处于高压状态液压油25顺注回油管8流回至注回油泵11中，此时液压油腔16内部油压恢复至初始状态，关闭阀门开关26，并断开注回油管8与注回油阀4之间的连接，随后拉拔可回收液压扩张止浆塞底端的拉环7，使其拖拽钢质拉线6将可回收液压扩张止浆塞从钻孔取出回收。

本实施例中，本实用新型的一种基于液压扩张的注浆锚杆止浆装置在施工过程中，如图4所示，P为作用于液压油腔16内的压力，首先，钻孔，在设计需要进行注浆锚杆支护的位置，钻凿相应孔径和深度的注浆锚杆孔，将中空注浆锚杆23插入孔内直至孔底，中空注浆锚杆23位于钻孔内部一端，可采用树脂药卷或简易锚头等方式进行端部锚固，也可以暂时无需锚固；其次，选用可回收液压扩张止浆塞，选用内部锚杆通孔20直径略大于中空注浆锚杆23直径、外径略小于钻孔内径、且与中空注浆锚杆23尺寸和钻孔尺寸相配套的可回收液压止浆塞，将注回油阀4与注回油泵11的注回油管8通过螺纹接头5连接，连接方式为螺纹锁紧连接；然后，安装可回收液压扩张止浆塞，将连接有注回油泵11的止浆塞主体的顶端13朝向钻孔中的锚杆方向，顺锚杆出露于围岩的一端将止浆塞主体1中部的锚杆通孔20沿中空注浆锚杆23套入，并放置在钻孔孔口，调节注回油泵11呈注油状态，打开止浆塞底端的注回油阀4，通过注回油泵11向可回收液压扩张止浆塞内部的液压油腔16注油，在液压油腔16压力作用下，可回收液压扩张止浆塞第一侧壁15扩张对锚杆产生挤压，第二侧壁14扩张对钻孔内壁24产生挤压，如果钻孔时没有进行端部锚固，就可以通过可回收液压扩张止浆塞实现对钻孔内锚杆的临时锚固，用以防止中空注浆锚杆23从钻孔中脱落，将中空注浆锚杆23固定在钻孔中，接下来再根据注浆压力要求将可回收液压扩张止浆塞牢牢固定在钻孔中；进一步，将可回收液压扩张止浆塞固定在钻孔中，根据注浆锚杆支护工艺的注浆压力要求，通过注回油泵11向可回收液压扩张止浆塞内部液压油腔16持续注油，通过压力表9动态观察并控制液压油腔16内的压力，使其达到设计值之后，即可停止注油，关闭止浆塞主体的底端17的注回油阀4，将注回油泵11调节为回油状态，卸掉注回油管8的压力，断开注回油管8与注回油阀4之间的连接，此时可回收液压扩张止浆塞内部液压油腔16处于高压力状态，在油压的扩张作用下，其第一侧壁15与第二侧壁14分别产生变形和径向挤压力，将可回收液压扩张止浆塞牢牢固定在钻孔中，实现高压注浆止浆功能；进一步，回收可回收液压扩张止浆塞，按照注浆锚杆支护设计要求，对中空注浆锚杆23进行高压注浆操作，注浆完成后，待钻孔内浆液凝固后，重新连接注回油泵11上的注回油管8与止浆塞主体的底端17注回油阀4，打开阀门开关26，让液压油腔16中处于高压状态液压油25顺注回油管8流回至注回油泵11中，此时液压油腔16内部油压恢复至初始状态，关闭注回油阀4并断开注回油管8与注回油阀4之间的连接，随后拉拔可回收液压扩张止浆塞的拉环7，使其拖拽钢质拉线6将可回收液压扩张止浆塞从钻孔取出回收；最后，施工完成，在锚杆出露围岩一端安装托盘，拧紧预紧螺母，完成注浆锚杆施工过程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。