用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索及对煤柱注浆的方法

1.本发明涉及煤柱加固和裂隙封闭领域，具体涉及一种用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索及对煤柱注浆的方法。


背景技术：

2.近年来，随着对煤炭资源需求量和开采强度的增加，多数矿井为了尽可能加大产量和采出率，导致矿井开采留设煤柱日益减小。在上述条件背景下，对煤柱的维护愈发困难，特别对于浅部矿井，煤柱带有裂隙的情况下，地面空气和煤柱连通时，煤自燃和瓦斯爆炸的风险增加，为矿井生产安全带来了严重威胁。
3.目前，针对上述煤柱，治理设备和方法尚未得到完善，对此类煤柱的维护大多局限于常规方法，效果不显著。此外，对于单一采区，生产时采掘接替紧张，故需要采用双巷掘进的掘进方法，即上一条巷道要保留下来用作下区段的回风巷道，在此条件下，受采动影响，煤柱的变形变得更为严重。为此，亟需开发一种用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索，用于提高煤柱承载能力和封闭煤柱裂隙。
4.该双向注浆锚索可以对煤柱进行双向锚注，且注浆效果显著，可以很好地对窄小煤柱进行裂隙填充和保护，避免了煤柱裂隙与地面空气导通，减少煤自燃和瓦斯爆炸的风险，为生产安全带来了可观效果。


技术实现要素：

5.为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种更好地对煤柱进行加固和裂隙封闭、改善矿井生产安全环境、操作简单、成本低且效果显著的用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索及对煤柱注浆的方法。
6.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索，包括锚索本体，所述锚索本体贯穿煤柱，所述锚索本体的中间为注浆管，所述注浆管外部缠绕有中空钢绞丝，所述注浆管的两端为注浆口、中部为出浆段，所述出浆段的管壁上开设有出浆口，所述出浆段的管内的两端均设置有压力滚动钢球，靠近所述注浆口的出浆段两端设置有阻球器，至少一个所述压力滚动钢球通过与其对应的注浆口涌入的浆液推动其在出浆段内移动。
7.优选地，任意一个所述注浆口均能与封闭螺丝密封连接。如果采用单侧顺序注浆方式，则对一侧注浆时，需在锚索另一侧安装封闭螺丝，结合采用阻球器以防止压力滚动钢球脱落的“双层防泄漏保护”，防止浆液外漏。
8.优选地，所述锚索本体的两端分别从内至外依次安装有外置式止浆塞、托盘、锚具，所述锚具抵紧托盘使其紧贴煤柱侧面，紧贴的所述托盘迫使外置式止浆塞密封嵌入煤柱。
9.优选地，所述阻球器为与入浆口连通的弧形结构，所述弧形结构与压力滚动钢球的外形匹配。
10.一种利用锚索对煤柱注浆的方法，其中的锚索采用上述任意一种用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索，具体包括如下步骤：
11.步骤一，在煤柱一侧进行锚索钻孔的施工，并在打穿煤柱后安装双向注浆对穿锚索，将外置式止浆塞、托盘、锚具、按顺序依次安装，在双向注浆对穿锚索安装后，利用双向注浆对穿锚索对煤柱两侧进行张拉，对煤柱两侧实现张拉使煤柱围压得以恢复；
12.步骤二，检测采动扰动下煤柱裂隙的发育情况，依据采动煤柱损伤情况，确定采用单侧顺序注浆方式或双侧同时注浆方式；
13.步骤三，若采用单侧顺序注浆方式，则对一侧注浆时，需在锚索另一侧安装封闭螺丝，结合阻球器防止压力滚动钢球脱落；若采用双侧同时注浆方式，则依靠双向注浆对穿锚索的两端的阻球器防止压力滚动钢球脱落。
14.优选地，在步骤三中，一侧注浆或是双侧同时注浆时，通过增大注浆压力推动压力滚动钢球移动距离增加，进而增大注浆范围，实现分段注浆。
15.本发明产生的有益效果是：可在对煤柱两侧施加张拉以恢复煤柱围压并提高煤柱承载能力后，进行煤柱两侧注浆，封闭煤柱采动裂隙。煤柱采动裂隙在通过注浆被填充后，地面空气导通路径被切断，从而减小煤自燃和瓦斯爆炸的风险，为矿井煤炭产出的效率和安全性带来了可观的效果。
附图说明
16.图1为双向注浆对穿锚索结构示意图；
17.图2为双向注浆对穿锚索煤柱支护示意图；
18.图3为双向注浆对穿锚索区域a中注浆管内结构示意图；
19.图4为双向注浆对穿锚索i-i剖面图；
20.图中标号：1-中空钢绞丝，2-外置式止浆塞，3-托盘，4-锚具，5-丝堵，6-阻球器，7-压力滚动钢球，8-出浆口，9-阻球器入浆开口，10-注浆管，11-煤柱，12-间隙。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
22.参见附图1-4所示，本实施例的一种用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索，包括锚索本体，锚索本体贯穿煤柱11，锚索本体的中间为注浆管10，注浆管10外部缠绕有中空钢绞丝1，注浆管10的两端为注浆口、中部为出浆段，任意一个注浆口均能与封闭螺丝5密封连接。
23.出浆段的管壁上开设有出浆口8，出浆段的管内的两端均设置有压力滚动钢球7，靠近注浆口的出浆段两端设置有阻球器6，本实施例中的阻球器6为与入浆口连通的弧形结构，弧形结构与压力滚动钢球7的外形匹配，至少一个压力滚动钢球7通过与其对应的注浆口涌入的浆液推动其在出浆段内移动；锚索本体的两端分别从内至外依次安装有外置式止浆塞2、托盘3、锚具4，锚具4抵紧托盘3使其紧贴煤柱11侧面，紧贴的托盘3迫使外置式止浆塞2密封嵌入煤柱11。
24.双向注浆对穿锚索两端结构对称，在双向注浆对穿锚索安装以后，煤柱11的两侧围压得以恢复；然后针对采动煤柱11损伤情况采用单侧依次注浆和双侧同时注浆两种不同
的注浆方式中的一种，注浆侧通过调整注浆压力推动压力滚动钢球移动，进而确定注浆范围。在注浆时，通过增大注浆压力可以推动压力滚动钢球移动距离增加，进而增大注浆范围，实现分段注浆，保证注浆效果。注浆压力、压力滚动钢球7移动距离和注浆范围已通过实验精确测量。
25.在对双向注浆对穿锚索注浆时采用“双层防泄漏保护”，即在采用单侧顺序注浆方法时，双向注浆对穿锚索的另一侧装有封闭螺丝堵住外漏浆液，且双向注浆锚索中两侧均有阻球器，通过阻球器可以防止压力指示钢球脱落，从而防止浆液外漏。
26.本实施例的一种利用锚索对煤柱注浆的方法，其中的锚索采用上述的用于煤柱加固的双向注浆对穿锚索，包括如下步骤：
27.步骤一，在煤柱11一侧进行锚索钻孔的施工，并在打穿煤柱11后安装双向注浆对穿锚索，在双向注浆对穿锚索安装后，将外置式止浆塞2、托盘3、锚具4、按图1的顺序依次安装，利用双向注浆对穿锚索对煤柱11两侧进行张拉，对煤柱11两侧实现张拉使煤柱11围压得以恢复，使煤柱11的承载能力得以提升并提高煤柱11的承载能力；
28.步骤二，检测采动扰动下煤柱11裂隙的发育情况，依据采动煤柱11损伤情况，确定采用单侧顺序注浆方式或双侧同时注浆方式；
29.步骤三，若采用单侧顺序注浆方式，则对一侧注浆时，需在锚索另一侧安装封闭螺丝5，结合阻球器6防止压力滚动钢球7脱落的“双层防泄漏保护”，防止浆液外漏；若采用双侧同时注浆方式，则依靠双向注浆对穿锚索的两端的阻球器6防止压力滚动钢球7脱落导致浆液泄露即可。
30.在步骤三中，一侧注浆或是双侧同时注浆时，通过增大注浆压力推动压力滚动钢球7移动距离增加，进而增大注浆范围，实现分段注浆。对煤柱11进行注浆过程中，在注浆压力的作用下，推动压力滚动钢球7移动，进而确定注浆锚索的注浆范围，增大或减小注浆压力后，压力滚动钢球7的移动距离相应地增加或减小，进而增加或减小双向注浆对穿锚索的注浆范围。
31.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。