一种锚孔注浆装置、锚注锚杆及锚注锚索的制作方法

1.本实用新型涉及锚杆或锚索技术领域，用于矿山井巷、隧道、边坡和基坑等岩土工程，尤其适用软岩、破碎带、深井、高应力区井巷支护和加固，具体是指一种锚孔注浆装置、锚注锚杆及锚注锚索。


背景技术：

2.锚注支护技术已广泛应用于隧道和矿山井巷工程。常规的锚注支护方法是通过中空锚杆和中空锚索来实现的，将中空杆体的前端使用机械涨壳锚固头或树脂锚固剂锚固在钻孔底部，通过杆体尾部的预紧结构对杆体施加预应力实现端锚，然后中空杆体与注浆泵连接，利用杆体的中空结构进行注浆，浆液充填满钻孔并向钻孔周围裂隙扩散，实现全长锚固和对围岩的加固。如铁道行业标准tb/t3356-2014预应力中空锚杆与实用新型专利“一种锚注锚索”专利号为zl200920226255.4就属于这一类。中空锚杆及中空锚索与同类的实心锚杆和锚索相比存在两个问题：一是同等力学性能的杆体成本增加30%以上；二是同等直径的杆体破断力降低30%以上。如何在实心锚杆或锚索上实现锚注支护，提高其锚固性能，降低支护成本一直是岩土工程研究的课题。
3.专利一种注浆锚固装置及由该装置组成的可注浆锚杆（专利号2019212039250），提供了一种可注浆的装置及锚注锚杆，采用了实心杆体，但是该专利在使用过程中存在不足：在注浆的过程中，不利于钻孔内气体的排除，容易出现浆液充填不密实的情况。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术的不足，提供一种锚孔注浆装置、锚注锚杆及锚注锚索，不仅实现了采用实心杆体锚固，而且便于钻孔内气体的排出，从而大大提高了浆液充填质量。
5.本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种锚孔注浆装置，包括套设在实心杆体上的注浆套管和注浆环，注浆环的后端与实心杆体之间密封设置，注浆环的前端与注浆套管的后端密封连接，注浆环与实心杆体之间，以及注浆套管与实心杆体之间形成相连通的第一浆液通道，注浆环上设有与所述第一浆液通道连通的注浆孔，注浆套管的前端与实心杆体之间形成出浆口，且在注浆套管前端的侧壁上开设有与第一浆液通道连通的若干出浆孔；注浆套管的外壁与钻孔的孔壁之间形成与所述出浆孔连通的第二浆液通道。
6.通过本方案的设置，在通过注浆孔进行注浆过程中，浆液先沿第一浆液通道向孔底方向即向后流动，然后经出浆孔进入第二浆液通道，并沿第二浆液通道向孔口方向即向前流动，并将锚孔内的气体排出，实现了反向注浆，即浆液的正反向流动，待浆液凝固后实现全锚及对围岩加固。
7.作为优化，所述注浆套管上套设固定有位于钻孔前端的固定塞，所述固定塞上固设有若干沿轴向排布的弹性密封片，弹性密封片的外圆与钻孔内壁适配。本优化方案通过设置固定塞和弹性密封片，在注浆初期，随着浆液的流动，对浆液与固定塞之间的气体被压
缩，压力逐步增大，从而使浆液充填满其流经过的第一浆液通道和第二浆液通道，压力增大至一定程度时，推动密封片变形，被浆液推动的气体经密封片与钻孔孔壁之间排出，实现注浆过程中的钻孔内气体排出。
8.作为优化，所述注浆套管的外壁和/或内壁设有凹槽。本优化方案通过在注浆套管上设置凹槽，增大了注浆套管与锚固材料的咬合度，提高了锚固效果。
9.作为优化，所述注浆套管的前部套设固定有固定架，固定架上固设有沿周向均匀分布的若干固定齿，各固定齿所在的外圆与钻孔内壁适配。本优化方案通过设置固定架，以保持注浆套管与锚孔同心。
10.作为优化，所述注浆环的内壁上固设有位于注浆孔后方的限位环，注浆套管的前端延伸至注浆环的内孔且顶至所述限位环。本优化方案通过设置限位环，方便注浆环与注浆套管之间的定位，并且便于实现注浆环与注浆套管连接处的密封，有利于提高装配效率。
11.作为优化，所述注浆环的内孔前端为前大后小的锥形孔，锥形孔内设置有止浆塞，止浆塞的外壁与锥形孔适配，止浆塞的内孔与实心杆体密封连接。本优化方案通过设置止浆塞，避免了浆液从注浆环与实心杆体之间流出，在预紧时，利用预紧螺母对止浆塞的变形，进一步提高了止浆塞与实心杆体之间的密封效果。
12.本方案还提供一种包括上述锚孔注浆装置的锚注锚杆，所述实心杆体为锚杆的杆体。本方案将锚孔注浆装置与锚杆配合使用，形成锚注锚杆。
13.本方案还提供一种包括上述锚孔注浆装置的锚注锚索，所述实心杆体为锚索的索体。本方案将锚孔注浆装置与锚索配合使用，形成锚注锚索。
14.一种使用上述锚孔注浆装置进行的锚注方法，包括如下步骤：
15.1、对锚杆或锚索进行端部锚固；
16.2、启动注浆泵，通过注浆孔进行注浆，浆液先沿第一浆液通道向孔底方向流动，然后经出浆孔进入第二浆液通道，并沿第二浆液通道向孔口方向流动；
17.3、在注浆过程中，随着浆液的向前流动与锚孔内压力的逐渐增加，将锚孔内的气体依次从第一浆液通道、第二浆液通道内赶出，并最终从固定塞密封片与钻孔壁之间排出，实现了反向注浆，待浆液凝固后实现全锚及对围岩加固。
18.作为优化，对锚杆进行端部锚固时，先将锚固剂放入钻孔中，利用锚孔注浆装置将锚固剂推至钻孔孔底，然后将锚杆的杆体穿入锚孔注浆装置的注浆套管，并延伸出一段作为锚固剂段，再通过转动锚杆的杆体搅拌锚固剂，锚固剂凝固后完成锚杆的端锚；对锚索进行端部锚固时，先将锚固剂放入钻孔中，并将锚孔注浆装置安装在锚索的索体上，锚索延伸出注浆套管一段作为锚固剂段，利用锚孔注浆装置与锚索索体形成的锚注锚索将锚固剂推至钻孔孔底，再通过转动锚注锚索搅拌锚固剂，锚固剂凝固后完成锚索的端锚。
19.本实用新型的有益效果为：
20.（1）实现了实心锚杆或锚索的锚注支护，提高了锚固性能；
21.（2）实现了浆液正反双向流动，有利于排除锚孔内的气体，提高锚孔内注浆的密实度，通过设置的注浆套管增加了浆液固化后的抗变形能力和锚固力；
22.（3）通过设置的固定架和固定塞，提高了注浆套管与锚孔的同轴度，保证了注浆锚固料在杆体、注浆套管具有均匀的厚度；
23.（4）本实用新型加工简单、操作简单、降低了支护成本，提高了支护效果。
附图说明
24.图1为本实用新型锚孔注浆装置结构示意图；
25.图2为图1中固定塞局部放大图；
26.图3为锚孔注浆装置与锚杆装配示意图；
27.图4为图3中局部放大图；
28.图5为锚孔注浆装置与锚索装配示意图；
29.图6为图5中局部放大图；
30.图7为固定架截面示意图；
31.图8为锚孔注浆装置与锚杆装配时注浆环与托盘连接示意图；
32.图9为锚孔注浆装置与锚索装配时注浆环与托盘连接示意图；
33.图中所示：
34.1、注浆连接管，2、止浆塞，3、注浆环，4、固定塞，41、弹性密封片，5、注浆套管，6、固定架，61、固定齿，7、出浆孔，8、实心杆体， 9、托盘，10、锚具，11、减磨组件，12、缩紧螺母。
具体实施方式
35.为了克服现有产品及技术的缺点，本实用新型提供了一种结构简单、加工方便、适用于矿山巷道、隧道等工程支护的锚孔注浆装置，该锚孔注浆装置可以与锚索配合使用，也可以与锚杆配合使用，为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
36.如图1所示一种锚孔注浆装置，包括套设在实心杆体8上的注浆套管5和注浆环3，注浆环为圆形中空结构，注浆环的后端与实心杆体之间密封设置，注浆环的前端与注浆套管的后端密封连接，注浆环与实心杆体之间，以及注浆套管与实心杆体之间形成相连通的第一浆液通道，注浆环上设有与所述第一浆液通道连通的注浆孔，注浆孔处密封连接有注浆连接管1，注浆连接管远离注浆环的一端设有连接螺纹或快插结构。注浆连接管是连接注浆环与注浆管的连接件，空心结构，与注浆管连接端为螺纹或快插结构，方便安装与拆卸。当注浆环安装在托盘内侧时，注浆连接件通过托盘的预留孔，伸到托盘外侧连接注浆管。
37.注浆套管的前端与实心杆体之间形成出浆口，且在注浆套管前端的侧壁上开设有与第一浆液通道连通的若干出浆孔7，本实施例的注浆套管前端通过缩口的方式与实心杆体保证同轴心，杆体可在缩口里自由窜动，实心杆体向前延伸出注浆套管，作为锚固剂锚固段。注浆套管的外壁与钻孔的孔壁之间形成与所述出浆孔连通的第二浆液通道。 具体的，注浆环的内壁上固设有位于注浆孔后方的限位环，注浆套管的前端延伸至注浆环的内孔且顶至所述限位环。注浆环的内孔前端为前大后小的锥形孔，锥形孔内设置有止浆塞2，止浆塞为橡胶或其它柔性材料，止浆塞2的外壁与锥形孔适配，止浆塞的内孔与实心杆体密封连接，止浆塞作用是防止注浆环向外漏浆。
38.注浆套管上套设固定有位于钻孔前端的固定塞4，固定塞为中空柔性塞，有与注浆套管外形相配合的内孔，所述固定塞上固设有若干沿轴向排布的弹性密封片41，弹性密封片的外圆与钻孔内壁适配。本实施例的固定塞和弹性密封片为一体件，采用橡胶材质制成，密封片为三道，密封片外圆的直径大于锚孔直径1-3mm，其作用：一是使注浆套管与锚孔同心，二是将注浆装置固定在锚孔内；三是锚孔内的气体和注浆液在一定的压力下能够挤出
锚孔，浆液在保证锚孔充填密实的情况下也能扩散到钻孔裂隙中。
39.注浆套管的前部套设固定有固定架6，固定架上固设有沿周向均匀分布的若干固定齿61，固定齿至少为三个，各固定齿所在的外圆与钻孔内壁适配。通过设置固定塞和固定架，保证了注浆套管与锚孔同轴。
40.注浆套管的外壁和内壁设有凹槽，为了制作方便，注浆套管为波形管或其它具有粗糙度或带有螺纹的管，薄壁管为佳，作为优选，本实施例的注浆套管由波纹管制成。粗糙的外形能增加注浆套管与锚固材料的咬合度，注浆套管具有一定的柔性，其壁厚为0.1—1mm，长度等于杆体长度减去杆体端锚长度与杆体外露长度之和。注浆套管前端与注浆环插接、螺纹连接或其他方法连接，后端收口使注浆套管与杆体同心，注浆套管在收口一端有多个出浆孔。
41.本实施例还提供一种包括上述锚孔注浆装置的锚注锚杆，所述实心杆体为锚杆的杆体，注浆套管为刚性管，将锚孔注浆装置与锚杆配合使用，形成锚注锚杆。还提供一种包括上述锚孔注浆装置的锚注锚索，所述实心杆体为锚索的索体，注浆套管为柔性管，可随锚索发生弯曲变形，将锚孔注浆装置与锚索配合使用，形成锚注锚索。具体的，一种锚注锚杆，包括紧固件、减磨组件、托盘9、锚孔注浆装置、实心杆体锚杆杆体；一种锚注锚索，包托紧固件、托盘9、锚孔注浆装置、实心杆体为锚索索体。实心杆体穿过锚孔注浆装置的内孔，注浆套管与杆体一起安装到锚孔内，注浆环与托盘接触，该组合实现实心杆体锚注支护。
42.实心杆体可以采用等强螺纹锚杆钢、无纵肋螺纹锚杆钢、钢绞线加工而成或任何形式的杆体。杆体一端安装预紧件，可直接使用锚具预紧，也可尾部带有螺纹，使用螺母预紧。
43.锥形止浆密封塞大头端与减磨组件的垫圈相压合（小头一端与注浆环配合）在锚杆安装施加预紧力时，锥形止浆塞被挤压将杆体与注浆环锥度之间的孔隙填满，防止浆液外流。
44.减磨组件另一端面与螺母压紧，即螺母与锥形止浆塞之间使用减磨组件，螺母施加预紧力旋转时与减磨组件发生磨擦，降低摩擦阻力，利于预紧力施加。
45.托盘可使用平托盘和蝶形托盘，托盘孔穿过实心杆体，托盘可设置在注浆环的任一侧，即可将注浆环安置在蝶形托盘的凹形内，注浆环紧贴托盘，又可将注浆环设置在托盘外侧，根据现场施工要求，做调整。为方便锚注装置调心，将注浆环与托盘接触位置设置为球面接触。
46.一种使用本实施例锚孔注浆装置进行的锚注方法，包括如下步骤：
47.1、对锚杆或锚索进行端部锚固；对锚杆进行端部锚固时，先将锚固剂放入钻孔中，利用锚孔注浆装置将锚固剂推至钻孔孔底，然后将锚杆的杆体穿入锚孔注浆装置的注浆套管，并延伸出一段作为锚固剂段，再通过转动锚杆的杆体搅拌锚固剂，锚固剂凝固后完成锚杆的端锚；对锚索进行端部锚固时，先将锚固剂放入钻孔中，并将锚孔注浆装置安装在锚索的索体上，锚索延伸出注浆套管一段作为锚固剂段，利用锚孔注浆装置与锚索索体形成的锚注锚索将锚固剂推至钻孔孔底，再通过转动锚注锚索搅拌锚固剂，锚固剂凝固后完成锚索的端锚。具体实施时，根据杆体的直径选择合适的钻头，锚杆钻机打锚孔到设计深度，根据锚固长度将适量的树脂锚固剂按快慢顺序放入钻孔内，并将树脂锚固剂顶入钻孔孔底，开动锚杆钻机搅拌树脂锚固剂，达到搅拌树脂锚固剂和等待锚固剂凝固所需的时间，待锚
固剂凝固后，用锚杆机旋转螺母施加预应力或用张力千斤顶张拉预紧施加预应力，预应力达到设计要求后，移去预紧装置，实现了锚杆/索端部锚固。
48.2、用注浆管将注浆泵与注浆连接管连接起来，启动注浆泵，通过注浆孔进行注浆，浆液先沿第一浆液通道向孔底方向流动，然后经出浆孔进入第二浆液通道，并沿第二浆液通道向孔口方向流动；
49.3、在注浆过程中，随着浆液的向前流动与锚孔内压力的逐渐增加，将锚孔内的气体依次从第一浆液通道、第二浆液通道内赶出，并最终从固定塞密封片与钻孔壁之间排出，实现了反向注浆，待浆液凝固后实现全锚及对围岩加固。具体的，浆液向前流动过程中，第二浆液通道内浆液前方的气体压力逐渐增大，浆液在气体压力的反作用下充填满流经过的第一浆液通道和第二浆液通道，浆液在第二浆液通道内顶着一定的压力流动，保证了浆液充填的密实性，当浆液前方的气体压力增大至推动固定塞上的密封片变形时，第二浆液通道内的气体经密封片与钻孔壁之间流出，实现排气；浆液随后也从套管固定塞挤出，在托盘与围岩的裂隙中看到挤出的浆液时，停止注浆，这就实现了锚杆/索全长锚固并对锚孔内的裂隙进行了充填加固。
50.本方案的实心杆体为锚索的实心索体或者锚杆的实心杆体，当锚孔注浆装置与锚杆配合使用时，装配结构如图3所示，锚杆的杆体穿过注浆套管的内孔，并延伸出一段作为树脂锚固段，注浆套管的后端通过缩口与锚杆体保证同轴心，注浆环位于托盘远离钻孔的一侧，且注浆环与托盘的接触面为球面，转动缩紧螺母12，通过减磨组件11传递压力，使止浆塞2变形，提高对注浆环前端的密封性，同时实现预紧。当锚孔注浆装置与锚索配合使用时，装配结构如图5所示，锚索的索体穿过注浆套管的内孔，并延伸出一段作为树脂锚固段，注浆套管的后端通过缩口与锚索体保证同轴心，注浆环位于托盘靠近钻孔的一侧，托盘上开设有供注浆连接管伸出的通孔，注浆环与托盘的接触面为球面，通过锚具10实现预紧。本方案中的端锚和预紧均采用现有技术，在此不再赘述。
51.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。