本发明涉及巷道支护技术，特别是涉及一种注浆锚杆和巷道弹性支护方法。
背景技术：
在井下开采作业的过程中，支护是必不可少的，目前主流的支护方式是采用锚杆、锚索、锚网、u型支架进行全方位支护，经过近百年的验证，目前这种支护方式十分有效，能够起到相对稳定的井下支护效果、降低开采过程中的塌方、落石概率。
但是随着煤炭资源开发程度的逐渐深入，目前井下开采已经大多进入地下100米以上，其地质结构、开采中巷道的受力状态、冲击地压多变，因此采用传统的支护方式已经无法满足现有的需求，特别是深井开采中，冲击地压、巷道受力状态多变，如果只是采用简单的浅层锚杆、锚索、锚网、支架支护，很难有效抵抗开采中的冲击地压、围岩层裂压等，特别是针对地质疏松的情况，采用现有的打短锚杆技术已经无法满足需求。究其原因主要是注浆时注浆材料渗入围岩中的范围不够，造成支护力度不够。而且在冲击地压形成时，由于大多采用支架进行刚性支撑，因此会对支架造成严重冲击，导致支架受损，引起支护失效或支护效果大大折扣。特别是冲击地压多发地段，这种现象更为严重。
而锚索、锚杆支护主要是通过凝聚围岩的方式进行支撑，因此在应对冲击地压时具有弹性支护的优点。目前的锚索、锚杆支护只要是配合、布置不合理，锚杆结构设计不合理，从而造成无法在有限的空间、支护装置下对巷道进行稳定的弹性支护。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种注浆锚杆和巷道弹性支护方法，其注浆锚杆通过分段式保压注浆，可以有效增加对周围围岩的凝聚力，从而提高支护效果。其巷道弹性支护方法通过合理的锚杆、锚索配合以对巷道进行有效的弹性支护。
为实现上述目的，本发明提供了一种注浆锚杆，包括外管、内管，所述内管安装在外管内，所述外管的外壁上沿着其轴向设置有螺旋分布的螺纹槽，且外管上还设置有注浆孔、密封槽，所述注浆孔贯穿外管的管壁，所述密封槽内侧设置有贯穿的引流孔，所述密封槽内卡合、密封套装有密封圈，密封圈的侧壁与密封槽的侧壁贴紧密封；且密封圈膨胀后可穿出密封槽且与锚杆安装孔的内壁贴紧密封；
所述内管内部为中空的注浆通道，且内管与注浆孔、引流孔对应处分别设置有第一环槽、第二环槽，所述第一环槽、第二环槽内侧分别设置有贯穿的出浆孔、引浆孔，所述出浆孔、引浆孔分别将第一环槽、第二环槽与注浆通道连通；第一环槽与注浆孔连通，第二环槽与引流孔连通；
所述第一环槽内套装有爆裂膜，所述爆裂膜用于将出浆孔外侧密封；所述第二环槽内安装有密封塞，密封塞用于将外管和内管之间的缝隙密封，且第二环槽内端面与密封塞其中一个端面之间构成压力间隙，压力间隙与引浆孔引流孔连通。
作为本发明的进一步改进，在外管内侧设置有花键，同时在内管的外壁上设置与花键卡合装配的花键槽，花键与花键槽卡合装配。
作为本发明的进一步改进，所述密封槽的两个内壁由在外管轴向上的两端、由靠近外管轴线一端向外逐渐相互靠近倾斜设置。
作为本发明的进一步改进，在密封圈的外壁上固定有采用耐磨、高强度、软质材料制成的保护圈，且保护圈在圆周方向上分割为数个独立的部分，初始状态时，多个独立的部分围成一圈完整的保护圈。
作为本发明的进一步改进，所述外管设置有连接头，连接头插装入钻头内部，钻头的外壁上设置有数个钻头凸起，钻头固定在内管上。
作为本发明的进一步改进，所述内管外壁上还设置有连通槽，所述连通槽将两个相邻的第一环槽、第一环槽和第二环槽相互连通，但是在每个第二环槽对应的连通槽处均通过密封塞密封分割。
作为本发明的进一步改进，在第一环槽内、与出浆孔对应处设置有刺破架，刺破架固定在外管内壁上或内管的外壁上，且刺破架与出浆孔对应处设置有刺破锥。
本发明公开的巷道弹性支护方法，包括如下步骤：
s1、将巷道底板卧底处理至拱形；
s2、全断面喷浆封闭；
s3、全断面初次注浆加固：
s31、打设底板及底角注浆孔，安装注浆管；
s32、注浆管一次打装完成，每施工完一根注浆管，必须及时封孔；注浆管垂直底板施工，两侧注浆管垂直倾角45°；
s33、打设两帮和顶板注浆孔，安装注浆管，注浆管一次打装完成，每施工完一根注浆管，必须及时封孔，注浆管垂直岩壁施工；
s34、全断面注浆加固，注浆时，自下向上或分段依次注浆，底板注浆顺序为先中间后两边；
s4、底板锚杆施工，底板锚杆施工时，先布设底板金属网，然后打孔，安装底板锚杆时，增加钢筋梯子梁，让底板锚杆形成整体；
s5、深孔注浆加固：
s51、打设两帮和顶板注浆孔，安装第一注浆锚索、第二注浆锚索、顶板锚杆、注浆锚杆：
s52、全断面深孔注浆加固，注浆时，自下向上或分段依次注浆，底板注浆顺序为先中间后两边；注浆时，按先单后双的间隔复注方式；
s53、在第二注浆锚索两侧和/或第一注浆锚索两侧分别安装注浆锚杆。
作为本发明的进一步改进，第一注浆锚索、第二注浆锚索采用矿用让均压锚索；顶板锚杆采用高强蛇形让均压锚杆，采用树脂锚固剂，树脂锚固剂为：msck2360×1+msk2360×2。
作为本发明的进一步改进，还包括如下步骤：
s6、底板浇筑混凝土施工复注结束后，底板进行浇筑混泥土施工，形成最终巷道断面；
s7、巷道表面安装金属焊接网，锚网锚网索施工后，巷道表面喷混凝土。
本发明的有益效果是：
1、本发明的巷道弹性支护方法，通过长短锚索、高强让压蛇形锚杆、新型的注浆锚杆、亲泥性注浆材料的配合使用，能够对巷道进行有效的支撑，且这种支撑具有弹性，可以有效抵抗冲击地压对巷道的破坏。
2、本发明的注浆锚杆采用分段胀破式设计，能够有效地增加注浆时的渗透压，从而使得注浆材料更有效地渗入围岩中，从而有效增加锚固性能。
附图说明
图1是巷道支护前的断面图。
图2是巷道支护后的断面图。
图3是巷道支护后的顶帮展开图。
图4是沿巷道方向断面注浆顺序示意图，断面1-1为最靠近巷道一侧。
图5-图11是注浆锚杆的结构示意图。其中图8为图7中f1处放大图；图9为零件爆炸图；图10、图11分别为图7中a-a、b-b剖视图。
图12为内管的局部结构示意图。
图13为密封塞、密封圈、爆裂膜结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
本实施例以宁夏王洼煤业有限公司一矿三中车场的现场施工为基础。
参见图1-图3，本实施例的巷道弹性支护方法，包括如下步骤：
s1、将巷道底板卧底处理至拱形，巷道底板中间为腰线往下1400mm，两侧底角为腰线往下1100mm，如图1。
s2、全断面喷浆封闭，底板喷浆厚度为50mm(以堵浆为主要目的)，帮部和顶板喷射厚度100mm，获得图2中的第一喷浆层51、第二喷浆层52。
s3、全断面初次注浆加固：
全断面初次注浆的目的：底板初次注浆充填裂隙恢复部分围岩强度，方便施工反底锚杆，帮顶初次注浆巷道表面围岩裂隙加固，并实现全长锚固。
注浆管9采用无缝钢管(4分管，壁厚3mm)加工，注浆管规格为：φ25×2000×3mm。
s31、打设底板及底角注浆孔，安装注浆管9：
采用矿方自备的手持钻机配合麻花钻杆、φ30或φ32钻头底板打孔，如打孔过程中出现打孔困难，需及时更换输出扭矩大的手持钻机，钻孔深度均为2500mm；
s32、底板按排距1800mm、间距1600mm布置(如图2)；打注浆管时，如果巷道局部十分破碎，成孔困难，采用φ25×1000×3mm的短注浆管(可现场截取)，并加密布置φ25×1000×3mm的短注浆管，注浆管一次打装完成。每施工完一根注浆管，必须及时封孔：
距孔口100mm处采用麻绳或者棉纱缠绕，缠绕长度不少于300mm，然后在蘸取膨胀剂推进钻孔中，并捣实。注浆管垂直底板施工，两侧注浆管垂直倾角45°，施工位置位于底角往上100mm处。
s33、打设两帮和顶板注浆孔，安装注浆管：
采用φ25×2000×3mm的注浆管，按排距1800mm、间距1900mm施打注浆管孔，两帮注浆管按照距底角锚杆1700mm布置(如图2、图3)；注浆管一次打装完成，每施工完一根注浆管，必须及时封孔，注浆管垂直岩壁施工，由于巷道断面较大，建议顶板和两帮注浆孔在搭设的平台上集中施打安装。
底角位置注浆管可布置在距离底板300mm位置，一方面便于施工，另一方面有利于底角加固(角度调整在45°)。
s34、全断面注浆加固
注浆时，自下向上(或分段)依次注浆，底板注浆顺序为先中间后两边。
在注浆过程中，如遇周围有漏浆现象，应及时采用水泥(加适量减水剂)浆体封堵；如果相邻注浆管孔漏浆，则安装球阀封堵。注浆的终压控制在5mpa(或现场确定)。
s4、底板锚杆施工
底板锚杆72施工时，先布设底板金属网42，然后打孔，安装底板锚杆72时，增加钢筋梯子梁8，让底板锚杆72形成整体。
锚杆类型：高强预紧力蛇形让压锚杆
锚杆规格：φ20×2800mm
锚杆杆体材料：q500φ20mm矿用高强螺纹钢，屈服强度为15.7t，抗拉强度为19.8t
树脂锚固剂：msk2370×2
护表措施：采用200×200×10mm高强锚杆托盘，铺设单层金属网，金属网采用φ6.5圆钢焊制，网孔间距100*100mm，网片搭接铺设，搭接量为100mm，并采用14#铅丝双股双排扣扣相联。
预紧力：6～8t(300n·m，现场底板扭矩转化实验确定)。
s5、深孔注浆加固
s51、打设两帮和顶板注浆孔，安装第一注浆锚索2、第二注浆锚索3、顶板锚杆71、注浆锚杆100：
第一注浆锚索2采用skz22-1/1770×4000注浆锚索，规格为：φ17.8×5300mm，整根锚索线最大力为36t；第二注浆锚索3采用skl18-1*7/1860*8300注浆锚索，规格为：φ17.8×8300mm，整根锚索线最大力为36t。第一注浆锚索2、第二注浆锚索3采用矿用让均压锚索。
树脂锚固剂为：msck2360×1+msk2360×2，即按照重量比msck2360：msk2360＝1:2
锚索托盘：300×300×12mm的高强弧形托盘(q345)
预应力：8～10t。
顶板锚杆71采用高强蛇形让均压锚杆，锚杆规格:φ20×2600mm；杆体材料：mg500fcφ20mm左旋无纵肋螺纹钢杆体，采用树脂锚固剂(亲泥性注浆材料)，树脂锚固剂为：msck2360×1+msk2360×2。
锚杆、锚索的间排距及布置形式见图2-图3。
s53、在第二注浆锚索3两侧和/或第一注浆锚索2两侧分别安装注浆锚杆100，注浆锚杆100规格:φ20×2600mm；杆体材料：mg500fcφ20mm，且采用树脂锚固剂为：msck2360×1+msk2360×2。实际施工时，由于注浆锚杆价格偏高，因此可以只在特殊地质段使用，如沙质、碎石较多的部分使用。在地质疏松区域，可以全部采用注浆锚索100全部替换顶板锚杆71。
s52、全断面深孔注浆加固
注浆时，自下向上(或分段)依次注浆，底板注浆顺序为先中间后两边。
在注浆过程中，如遇周围有漏浆现象，应及时采用水泥(加适量减水剂)浆体封堵；如果相邻注浆管孔漏浆，则安装球阀封堵。注浆的终压控制在5mpa。
在注浆过程中，如遇周围有漏浆现象，应及时采用水泥(加适量减水剂)浆体封堵；如果相邻注浆管孔漏浆，则安装球阀封堵。注浆的终压控制在5mpa。
底角位置注浆管可布置在距离底板300mm位置，一方面便于施工，另一方面有利于底角加固(角度调整在45°)。
如果在复注过程中发现注浆量仍较大，现场由设计单位根据实际情况加密注浆孔数量，高压注浆。
复注结束后每10m布置一个检测断面，对注浆效果进行检查，如发现注浆不充实在附近10m范围内进行复注。
参见图4注浆时，按先单后双的间隔复注方式即：先注1-1断面→3-3断面→5-5断面等单数断面(或分段)，待巷道(或分段)单数注完后进行2-2断面→4-4断面→6-6断面等双数断面的复注。
质量浓度50％(现场调整)。
注浆管注浆终压5.0mpa(现场调整)。
压力稳定在终孔压力即可停止注浆。如果注浆量大，注浆压力一直不上升时，应改用浓浆注浆。
s6、底板浇筑混凝土施工
复注结束后，底板进行浇筑混泥土施工，形成最终巷道断面。
s7、巷道表面安装金属焊接网51，锚网锚网索施工后，巷道表面喷混凝土6，厚度100mm。金属焊接网(直径6.5mm)，网孔100×100mm；锚杆托盘选用150×150×10mm高强弧形托盘(q345)；巷道顶板、两帮均采用450×280×4.75mm钢带护板。
参见图5-图12，所述注浆锚杆100包括外管110、内管120，所述内管120固定在外管110内，本实施例中，在外管110内侧设置花键115，同时在内管120的外壁上设置与花键115卡合装配的花键槽121，通过花键115与花键槽121卡合装配，从而实现外管110、内管120在圆周方向上的装配固定。
所述外管110的外壁上沿着其轴向设置有螺旋分布的螺纹槽111，且外管110上还设置有注浆孔113、密封槽112，所述注浆孔113贯穿外管110的管壁，所述密封槽112内侧设置有贯穿的引流孔114，所述密封槽112内卡合、密封套装有密封圈220，所述密封圈220采用弹性材料制成，如橡胶，且密封圈220的侧壁与密封槽112的侧壁贴紧密封。所述密封槽112的两个内壁由在外管110轴向上的两端、由靠近外管110轴线一端向外逐渐相互靠近倾斜设置。这种设计能够使得密封圈膨胀时仍旧保持与密封槽112的两个内壁贴紧密封。且密封圈膨胀后穿出密封槽112且与锚杆安装孔的内壁贴紧密封。从而将在外管轴向上、密封圈两侧的注浆孔113密封分割开来。优选地，为了防止锚杆安装时损坏密封圈，申请人还在密封圈的外壁上固定有采用耐磨、高强度、软质材料制成的保护圈210，所述保护圈210可以采用碳纤维、高强度树脂或橡胶制成。且保护圈210在圆周方向上分割为数个独立的部分，初始状态时，多个独立的部分围成一圈完整的保护圈210。在密封圈220膨胀后，保护圈210随之径向向外膨胀，从而分割为数块。这种设计主要是为了防止保护圈210对密封圈造成过大的阻力，从而影响密封圈的正常使用。
所述外管110底部设置有连接头116，连接头116插装入钻头160内部，钻头160的外壁上设置有数个钻头凸起161，使用时，钻头圆周转动，从而通过钻头凸起161钻入岩土中。
所述内管120内部为中空的注浆通道122，且内管120与注浆孔113、引流孔114对应处分别设置有第一环槽124、第二环槽126，所述第一环槽124、第二环槽126间隔分布或每隔一定数量的第一环槽124后布置一个第二环槽126；所述第一环槽124、第二环槽126内侧分别设置有贯穿的出浆孔123、引浆孔125，所述出浆孔123、引浆孔125分别将第一环槽124、第二环槽126与注浆通道122连通；第一环槽124与注浆孔113连通，第二环槽126与引流孔114连通。
所述第一环槽124内套装有爆裂膜310，所述爆裂膜310用于将出浆孔123外侧密封；所述第二环槽126内安装有密封塞320，密封塞320用于将外管110和内管120之间的缝隙密封，且第二环槽126内端面与密封塞320其中一个端面之间构成压力间隙1261，压力间隙1261与引浆孔125、引流孔114连通。所述内管外壁上还设置有连通槽127，所述连通槽127将两个相邻的第一环槽124、第一环槽124和第二环槽126相互连通，但是在每个第二环槽126对应的连通槽127处均通过密封塞密封分割。通过密封塞的设计可以将外管和内管之间分割为数个独立的腔体，从而便于分段注浆。在注浆时，注浆头装入注浆通道122内且与之密封装配，注浆材料从注浆头内喷出，使得改短注浆通道122内的注浆材料压力逐渐增加，但是此时由于注浆孔被爆裂膜310密封，因此注浆材料会进入引浆孔125内，然后通过压力间隙1261、引流孔114进入密封槽112与密封圈构成的密封空间内；随着注浆材料的压力不断上升，压力驱动密封圈向外膨胀，直到密封圈与锚杆安装孔贴紧，然后压力继续上升，压力压爆暴力膜，从而使得注浆材料从出浆孔123内喷出，喷出的注浆材料通过第一环槽124后穿出注浆孔113，从而进入周围的岩土、围岩中以完成注浆，在注浆压力大大预设阈值时，判断为此段注浆完成，然后将注浆头向外移动至与下一密封圈对应处的注浆通道内，再重新开始注浆，直到完成整个注浆锚杆的注浆后安装堵浆塞140以封闭锚杆安装孔，并旋紧螺母150以将堵浆塞140固定在内管120上，最后采用密封螺柱170装入注浆通道122内以封闭注浆通道122的开放端即可。这种分段式注浆，且需要注浆材料压力达到一定参数后才能进行喷射注浆的方式，可以有效增加注浆材料进入围岩内的行程、压力，从而增加注浆材料对围岩的凝聚效果，也就是增加了锚杆对围岩的锚固效果。
优选地，所述注浆孔113为锥形孔，其由外至内直径注浆变小，这种设计能够增加注浆材料从注浆孔113内喷出时的压力，从而增加注浆材料进入围岩内的行程、压力。
优选地，所述外管110靠近堵浆塞140一端与压紧螺套130一端压紧，压紧螺套130内侧套装在内管120上且与之通过螺纹旋合装配；且钻头160与内管120装配固定。从而在轴向上将外管固定在内管120上。
优选地，为了防止爆裂膜不能有效爆裂，从而影响注浆，发明人在第一环槽124内、与出浆孔123对应处设置有刺破架180，刺破架180固定在外管110内壁上或内管120的外壁上，且刺破架180与出浆孔123对应处设置有刺破锥181。使用时，随着注浆材料压力的增加，会推动爆裂膜310向刺破锥181移动，一旦与刺破锥181压紧，刺破锥181会刺破爆裂膜310，爆裂膜310顺势爆破，从而防止爆裂膜爆裂不完整影响注浆效果。每一个注浆孔分别对应一个刺破锥181。
本发明的注浆锚杆采用分段密封，且限制注浆孔出浆压力的方式，可以有效增加注浆材料进入围岩时的压力，也就使得注浆材料能够在围岩中渗入更远的距离，以增加对围压的凝聚效果，从而实现较好的锚固支护效果。另外本发明的注浆锚杆将外管、内管等零部件设计为可拆卸式结构，能够大大降低制造难度，且增加施工时的灵活性。甚至可以直接去除外管，将内管作为普通的注浆锚杆使用。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。