一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置的制作方法

1.本实用新型涉及矿山支护技术领域，具体是一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置。


背景技术：

2.随着采煤技术的发展和开采深度的加大，巷道断面越来越大，旧的支护方法和材料已经不能适应新的需要。保持巷道完好的使用断面是矿井生产和技术发展的关键。巷道支护方式有超前支护，超前支护一般使用巷道支架、单体支柱。
3.然而实践表明，现有巷道支护方式存在以下问题：一是随着巷道深部岩层离层加剧，现在巷道支护方式均无法对深层围岩进行有效加固，增加了井下操作的危险系数；二是对于布置不规则的巷道，使用巷道支架超前支护时，在工作面合茬过程中，巷道支架不易回撤；使用单体支柱超前支护时，由于巷道宽度基本在4.3m-4.6m之间、高度在3.4m-4.6m之间，单体支柱使用数量大，工人劳动强度大。基于此，有必要发明一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置，能够对深部围岩进行加固，并取代传统超前支护方式，以解决巷道深部围岩无法加固、布置不规则的巷道超前支护难以实现的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型为了解决现有巷道支护方式无法加固巷道深部围岩、布置不规则的巷道超前支护难以实现的问题，提供了一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置。
5.本实用新型是采用如下技术方案实现的：
6.一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置，包括由若干根钢丝缠绕而成的中空钢绞线，中空钢绞线的内腔穿设有注浆管；中空钢绞线的左端部固定连接有右外侧壁呈六棱柱形的接头管，接头管与注浆管连通；中空钢绞线的左部套设有自左向右依次布置的锚索锚具、拱形托盘、止浆塞推管、止浆塞，且拱形托盘的开口朝右；所述注浆管的侧壁右部开设有若干对左右分布的注浆孔，且每对注浆孔均呈相对设置；中空钢绞线的右端部套设有位于堵头左侧的紧固套。
7.进一步地，每个注浆孔的右侧均设置有固定于注浆管外侧壁且沿注浆管的径向放置的撑杆，撑杆夹设于两根钢丝之间，且撑杆的端部伸至中空钢绞线的外侧；撑杆的侧面开设有与两根钢丝对应卡接的两个弧形凹槽。
8.进一步地，紧固套的右侧设置有封堵注浆管右端部的堵头，堵头的右表面设置有三根周向等距离分布且径向放置的凸棱条，紧固套、堵头、凸棱条是由钢材制成的一体结构。
9.进一步地，所述止浆塞是由直筒部与设置于直筒部两端且套于中空钢绞线的两个环形卡塞部组成的，所述直筒部与所述环形卡塞部均是由橡胶制成的；两个环形卡塞部均呈相向部外径小于相背部外径的锥形卡塞部。
10.进一步地，所述中空钢绞线为螺旋肋预应力钢绞线，且钢丝的数量为八根。
11.进一步地，所述注浆管是由钢制波纹管制成的。
12.进一步地，所述接头管的左部为与注浆管连通且型号为kj10的中空快速接头。
13.本实用新型结构设计合理可靠，实现了对围岩层深部的整体加固，可取代传统超前支护技术，有效提高了巷道作业的安全系数；并且本锚索装置为中空结构，自带注浆管，可反向注浆，消除了注浆时产生气穴气孔，保证水泥浆液能够充满钻孔和中空钢绞线四周的围岩裂隙内；同时本锚索装置采用里锚外注的方式，内端采用树脂锚固，中间注浆，外端采用锚索锚具锁紧，实现了锚注结合；进一步的，具有方便省时、封堵效果好的优点。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是沿图1中a-a线的剖视示意图；
16.图3是沿图1中b-b线的剖视示意图；
17.图4是沿图1中c-c线的剖视示意图；
18.图5是本实用新型中接头管的结构示意图；
19.图6是本实用新型在巷道内的布置示意图。
20.图中，1-钢丝，2-中空钢绞线，3-注浆管，4-接头管，5-锚索锚具，6-拱形托盘，7-止浆塞推管，8-止浆塞，9-注浆孔，10-堵头，11-紧固套，12-撑杆，13-弧形凹槽，14-凸棱条。
具体实施方式
21.一种可加固深部围岩的中空注浆矿用锚索装置，如附图1-附图5所示；包括由若干根钢丝1缠绕而成的中空钢绞线2，中空钢绞线2的内腔穿设有注浆管3；中空钢绞线2的左端部固定连接有右外侧壁呈六棱柱形的接头管4，接头管4与注浆管3连通；中空钢绞线2的左部套设有自左向右依次布置的锚索锚具5、拱形托盘6、止浆塞推管7、止浆塞8，且拱形托盘6的开口朝右；所述注浆管3的侧壁右部开设有若干对左右分布的注浆孔9，且每对注浆孔9均呈相对设置；中空钢绞线2的右端部套设有位于堵头10左侧的紧固套11。
22.本实用新型通过将中空钢绞线2、注浆管3深入围岩层内部，并利用注浆泵向围岩深部注射水泥浆液，使得水泥浆液经注浆孔9、中空钢绞线2流入围岩深部的裂隙中，待水泥浆液凝固后，便能够对围岩层深部进行整体加固，有效提高了巷道作业的安全系数，可适用于布置不规则的巷道，以替代传统超前支护；止浆塞8能够在注浆过程中封堵钻孔，防止水泥浆液从钻孔中反向渗漏，提高了密封效果；紧固套11的结构设计能够防止钢丝1松散；拱形托盘6通过张拉机具给锚索锚具5施加一定的力矩使拱形托盘6压紧巷道表面，给中空钢绞线2提供预紧力，并使预紧力扩散到中空钢绞线2周围的煤岩体中，从而改善围岩应力状态，抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙的张开，为下一步的注浆提供条件；而且能够在止浆塞推管7的配合下从围岩层外部对止浆塞8承托，防止止浆塞8在高压作用下冲出；此外拱形托盘6能够辅助固定中空钢绞线2和注浆管3的位置，使得中空钢绞线2和注浆管3位于钻孔的中心，提高了注浆精度；接头管4一是能够紧固中空钢绞线2的左端，防止松散；二是能够通过六棱柱形的右外侧壁安装于锚索搅拌器，方便树脂锚固时的搅拌操作；三是能够通过快速接头与注浆泵连接，省去了现场绑扎管路、排气工序。
23.本实用新型中的中空钢绞线2是由金属制成的注浆管3和八根钢丝1捻制而成的中
空钢绞线。制造时，接头管4与中空钢绞线2可通过套接方式固定连接，也可采用焊接方式固定连接。
24.作业过程是采用如下四个步骤实现的：
25.s1：钻孔：首先根据围岩层的厚度确定钻孔的位置以及钻孔的深度，并选择合适长度的本锚索装置，保证本锚索装置能够深入稳定围岩层的长度不小于1m；然后采用钻机配合钻杆、钻头进行钻孔；钻机采用锚杆钻机或轻型专用锚索钻机，钻杆采用型号为b19或b22的钻杆，钻头选用直径为32mm的双翼钻头；在钻孔时，要保持钻机不挪动，以免钻孔轴线不在一条直线上，给本锚索装置的安装带来困难，其工艺类似锚杆钻孔；
26.s2：锚固：钻孔完成后，依次将超快或快速树脂锚固剂和中速树脂锚固剂送入钻孔内，然后利用本锚索装置轻轻将树脂锚固剂送入钻孔底部，接着用锚索搅拌器将本锚索装置和钻机连接起来（此时，本锚索装置不含止浆塞8、止浆塞推管7、拱形托盘6、锚索锚具5），然后启动钻机边搅拌边推进，搅拌20s-30s，使得本锚索装置到达钻孔底部；接着关停钻机，等待1min-2min后，卸下锚索搅拌器，由此完成了本锚索装置右端部的锚固；
27.s3：张拉封孔：根据树脂锚固剂的特性，养护1-8分钟后，在中空钢绞线2上依次安装止浆塞8、止浆塞推管7、拱形托盘6、锚索锚具5，使得止浆塞8位于钻孔孔口、拱形托盘6开口朝向围岩，然后将本锚索装置与张拉千斤顶连接（此外可使用穿心式张拉千斤顶），开启油泵进行第一次张拉（封孔），直至止浆塞8紧密贴合于钻孔孔口、拱形托盘6贴合于围岩表面、锚索锚具5的锚环与夹片紧密卡接，关停油泵，并检查钻孔的封堵是否密实；接着开启油泵进行第二次张拉，同时观察油泵中压力表的读数，当压力值达到设定值时，关停油泵，并卸下张拉千斤顶，由此完成了本锚索装置的封堵、张拉；
28.s4：注浆：首先将注浆泵的连接管与接头管4可靠连接（注浆泵上设有卸压阀与截止阀）；然后打开截止阀，开启注浆泵，水泥浆液缓慢进入注浆管3，水泥浆液经注浆孔9、中空钢绞线2流入围岩深部的缝隙中，注浆过程中观察注浆压力，当压力值达到预设压力值时，关停注浆泵，关闭截止阀；接着打开卸压阀进行卸压，卸压完成后，依次卸下注浆泵、连接管，然后利用堵头i将接头管4封堵，由此完成本锚索装置的注浆过程。注浆过程中，当发现局部跑浆、漏浆时，及时关停注浆泵，并使用棉纱等对跑浆处、漏浆处进行封堵，封堵好后再开启注浆泵直至注浆压力达到预设值；同时要观察本锚索装置的吃浆量，若吃浆量小，影响到浆液质量和注浆质量，则使用三通分流装置分流。本步骤中水泥浆液可替换为化学浆体，以实现本锚索装置的全长锚固和围岩的加固。
29.本实用新型克服了现有巷道支护方式无法加固巷道深部围岩、布置不规则的巷道超前支护难以实现的问题。本锚索装置的右部为搅拌锚固剂端锚，通过左部施加预应力，对自稳性能差的顶板岩层是非常有利和必要的，注浆孔设置在右部，与锚固端留有一定距离，在一定范围的锚索一次注完，在保证注浆通畅的前提下，使索体直径达到最小化，实现了小直径、大吨位，本锚索装置本身满足高压注浆的要求。
30.如附图1、附图3所示；每个注浆孔9的右侧均设置有固定于注浆管3外侧壁且沿注浆管3的径向放置的撑杆12，撑杆12夹设于两根钢丝1之间，且撑杆12的端部伸至中空钢绞线2的外侧；撑杆12的侧面开设有与两根钢丝1对应卡接的两个弧形凹槽13。
31.撑杆12的结构设计能够将两根钢丝1撑开形成出浆缝隙，便于水泥浆液扩散至钻孔和中空钢绞线2四周的围岩裂隙内，同时能够为本锚索装置提供让压作用，提高了锚固效
果；通过弧形凹槽13将撑杆12的形状设置为腰鼓形，在弧形凹槽13作用下撑杆12与两根钢丝1的卡接更加牢固，防止钢丝1在注浆压力作用下在撑杆12的侧表面滑移，增加了本锚索装置的结构可靠性。
32.如附图1、附图4所示；紧固套11的右侧设置有封堵注浆管3右端部的堵头10，堵头10的右表面设置有三根周向等距离分布且径向放置的凸棱条14，紧固套11、堵头10、凸棱条14是由钢材制成的一体结构。
33.堵头10能够封堵注浆管3的右端管口，防止水泥浆液渗漏；凸棱条14是在紧固套11安装后使用夹具将堵头10夹制成三星形而形成的，凸棱条14能够在锚固阶段提升搅拌效果，提高了搅拌均匀度，进而提升了本锚索装置的锚固强度。
34.如附图1所示；所述止浆塞8是由直筒部与设置于直筒部两端且套于中空钢绞线2的两个环形卡塞部组成的，所述直筒部与所述环形卡塞部均是由橡胶制成的；两个环形卡塞部均呈相向部外径小于相背部外径的锥形卡塞部。
35.在水泥浆液向外的压力与止浆塞推管7向内的推力作用下，止浆塞8受到挤压发生变形，变形的同时横截面积增大，进一步提高了封堵钻孔的效果。
36.所述中空钢绞线2为螺旋肋预应力钢绞线，且钢丝1的数量为八根。
37.螺旋肋预应力钢绞线具有强度高、塑性好、松弛值低、伸直性好、与锚固剂的握裹力强等优点，由螺旋肋预应力钢绞线制成的中空钢绞线2提高了锚固强度与锚索延伸率；其中锚固强度比同直径的普通光面钢绞线提高15%左右，锚索延伸率比光面钢绞线提高10%-15%。
38.所述注浆管3是由钢制波纹管制成的。
39.钢制波纹管、中空钢绞线均具有可弯曲的优点，施工时可卷绕成筒状进入巷道内，使得本锚索装置的锚固深度不受到巷道空间的影响，进一步实现了围岩深部的加固。步骤s1钻孔时采用拼接式钻头钻孔，方便在巷道内拼装。
40.所述接头管4的左部为与注浆管3连通且型号为kj10的中空快速接头。
41.型号为kj10的中空快速接头能够与煤矿井下随处可见的型号为kj2-10的直通连接，使得本锚索装置与注浆泵的连接过程既省时又方便。
42.具体实施过程中，所述注浆管3采用的是钢制波纹管；所述锚索锚具包括套设于中空钢绞线2的锚环，锚环与中空钢绞线2之间夹设有三个带有内螺纹的夹片；所述锚索锚具5是由霍州煤电集团霍源通新产业投资有限公司矿用材料分公司生产的型号为km22-1860的矿用锚索锚具，能够采用穿心式千斤顶张拉；在张拉过程中锚索锚具5初始安装时与围岩层的距离为100mm；水泥浆液选用型号为42.5mpa的普通硅酸盐水泥，水泥浆液按水灰比为1:1.5的比例进行配制，并添加水泥注浆添加剂8%-10%，注浆压力一般控制在4mpa左右。钢丝1与注浆管3的组装可通过锚索数控成型设备来实现，并在组装后安装紧固套11以防止索体松散。
43.如附图2、附图3、附图4所示；注浆管3的外径为d1、内径为d1，且d1=10mm、d1=8mm；钢丝1的直径为d2，且d2=6mm；中空钢绞线2的外径为d3，且d3=22
±
0.1mm；中空钢绞线2经撑杆12撑开后的径向最大尺寸为l，且l=26
±
1mm；堵头10的直径为d4，且d4=25
±
1mm。
44.在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。