一种可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置及施工方法与流程

本发明涉及一种可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置及施工方法。

背景技术：

随着现代经济以及科学技术的不断发展，地下工程建设特别是井巷工程不断地向深部发展。与此同时，井巷、硐室在复杂应力环境下发大变形现象随处可见。对开挖巷道、硐室、隧道围岩进行合理的支护是防止围岩变形的一个重要手段。现行支护以锚杆支护、配合锚杆所组合成的支护方式已经成为当今井巷工程和隧道施工的一个主要支护方式。

锚杆的发展经历了数次变革，钢体结构锚杆具有很高的抗剪切和抗拉伸强度，施工效果显著，造价成本低等优点，特别是中空锚杆与实心锚杆相比，中空锚杆杆体设计可获得更好的刚度和抗剪强度被普遍使用。但是对于中空树脂锚杆，由于其复杂的施工工艺，不但延长了锚杆支护时间，同时也增加了施工工人的安全隐患；另一方面，也普遍存在着树脂药卷搅拌后不能很好的确定锚杆端头锚固位置，达不到预期锚固效果。此外，由于锚杆施工环境比较恶劣，锚固剂和注入的水泥浆经常受到富含各种化学成分地下水和空气的腐蚀和氧化，导致锚杆锚固强度大大降低；并且锚固剂具有一定的流动性，在安装锚杆过程中以及安装好后受临近工作区域扰动等影响也会出现一定程度的溢出，注浆锚杆在注浆过程中也常见注浆不饱满。由于这些问题的存在，长期情况下支护部位将会形成大面积的变形开裂现象，增加了后期维护成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够提高锚固质量、减少锚固长度，降低支护成本的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置及施工方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置，包括传动杆、托盘、中空锚杆、传动齿轮、固定杆、轴承、锚杆钻头及伸缩钻头；所述的传动杆伸入中空锚杆端与中空锚杆内的主动齿轮连接；所述的托盘通过螺母安装在中空锚杆的后端，所述的锚杆钻头安装在中空锚杆的前端；所述的中空锚杆侧壁上通过轴承安装有多个伸缩钻头；所述的伸缩钻头包括钻头和多级旋转筒，所述的旋转筒外表面上设有若干导孔和若干平行的顺槽，外表面下部有通过导孔的外齿，内表面设有若干向内凹导槽，内表面的上部设有内齿；相邻的两级旋转筒，上级旋转筒的导槽内设有导柱，导柱与下级旋转筒的外表面上的导孔连接，第一级旋转筒的端部设有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，最后一级的旋转筒端部设有钻头。

上述的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置中，所述的导槽呈S型，相邻旋转筒上的导槽的弯曲方向相反。

上述的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置中，所述的导槽的上端设有卡槽。

上述的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置中，所述的中空锚杆侧壁上通过轴承安装有3-4个伸缩钻头，伸缩钻头沿圆周方向均匀布置；所述的从动齿轮为空心结构，所述的主动齿轮为实心结构。

上述的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置中，所述伸缩钻头包括三级旋转筒，所述的旋转筒上的导槽、导柱、导孔和顺槽的数量一致。

一种上述的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置的施工方法，包括如下步骤：

1）将各个部件装配好，然后将中空锚杆与钻机连接，在指定位置开始钻孔；

2）当锚杆钻进至规定设计深度时停止钻孔，分离钻机与锚杆；

3）将传动杆的一端与中空锚杆内的主动齿轮连接，连接好后，套上托盘和螺母，固定好传动杆的位置，将传动杆的另一端与钻机连接；

4）启动钻机，待伸缩钻头伸出锚固后，停止钻机工作；拧紧螺母。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置，通过中空锚杆端部内可伸缩旋转套筒钻头系统进行锚固，解决了锚固剂锚固因为水、粉尘、空气等因素所造成锚固剂锚固强度降低的后期影响。

2、本发明的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置的中空锚杆内部为实体传动杆结构，在支护高应力围岩情况下，可不拆卸传动杆，使传动杆与中空锚杆形成一个整体锚杆结构，能有效地控制围岩变形，增大锚杆锚固强度。

3、本发明的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置结构简单，安装程序简单可行，提高工作效率，可改善工人工作条件，并可彻底消除因为安装锚固剂，杆体插入药卷中，没能搅破外包脱而固化的锚固失效问题。

4、本发明的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置的中空锚杆的侧壁上设有多个伸缩钻头，伸缩钻头可以在围岩内钻孔，实现交叉锚固，锚固质量好，有效减少锚固长度，降低支护成本。

5、本发明的可实现交叉锚固的可钻进锚杆装置在特定情况下还能作为探测周边围岩破碎程度使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的伸缩钻头伸出后的结构图。

图3为本发明的伸缩钻头的俯视图。

图4为本发明的伸缩钻头的剖视图。

图5是本发明的伸缩钻头的第一级旋转筒的剖视图。

图6是本发明的伸缩钻头的中间级旋转筒的剖视图。

图7为图1中的II处剖视图。

图中：1、传动杆，2、固定螺母，3、螺母，4、托盘，5、中空锚杆，6、主动齿轮，7、固定杆，8、轴承，9、锚杆部钻头，10、导槽，11、导柱，12、导孔，13、卡槽，14、钻头，15、内齿，16、外齿，17、顺槽，18、旋转筒，81、从动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-2所示，为本发明锚杆装置的整体结构示意图，本发明锚杆由传动杆1、固定螺母2、螺母3、托盘4、中空锚杆5、主动齿轮6、固定杆7、轴承8、锚杆钻头9和三个伸缩钻头。本发明由外部钻机通过传动杆1为锚杆内部传递伸缩动力。

所述托盘4和固定螺母2开有圆形孔，使传动杆1通过并固定传动杆1的位置。所述的托盘4通过螺母3安装在中空锚杆5的后端，使传动杆1伸入中空锚杆5内，与主动齿轮6连接。所述的锚杆钻头9安装在中空锚杆5的前端，所述的三个伸缩钻头通过轴承8安装在中空锚杆5的侧壁上，三个伸缩钻头沿圆周方向均匀布置。

如图3-5所示，所述的伸缩钻头包括钻头14和三级旋转筒18，所述的旋转筒18外表面上设有若干导孔12和若干平行的顺槽17，外表面下部有通过导孔的外齿16。内表面设有若干向内凹导槽10，导槽10的上端设有卡槽13，旋转筒18内表面的上部设有通过卡槽13的内齿15。相邻的两级旋转筒18，上级旋转筒的导槽10内设有导柱11，导柱11与下级旋转筒的外表面上的导孔12连接，第一级旋转筒的端部设有从动齿轮81，从动齿轮81与主动齿轮6啮合，最后一级的旋转筒端部设有钻头14。所述的旋转筒18上的导槽10、导柱11、导孔12和顺槽17的数量一致，且均为偶数个。

当动力杆1传递动力到主动齿轮6时，主动齿轮6旋转，然后带动旋转筒18转动，第一级旋转筒18通过导柱11和第二级旋转筒的导孔12带动第二级旋转筒移动，导柱11顺着第一级旋转筒18内部导槽上升至顶端卡槽13处卡死，此时第一级旋转筒18内部内齿15与第二级旋转筒外部外齿16啮合，两级旋转筒此时做同心旋转。同理，第二级旋转筒旋转带动第三级旋转筒的伸出。

如图6所示，在中空锚杆侧壁上均匀设有3个中空从动齿轮81及1个与传动杆1连接实心主动齿轮6。在传动杆1转动时，主动齿轮6能同时使3从动齿轮6旋转，伸出伸缩钻头，达到锚固作用。

如图4为本发明的可伸缩钻头系统的俯视图，可伸缩旋转套筒钻头系统由三级旋转筒18套接组成，伸缩部钻头14上有锋利的刀片用于凿孔锚固。

本发明施工过程如下：在施工之前，将各个部件装配好，施工过程中首先将中空锚杆5与钻机联接，在指定位置开始钻孔；当锚杆钻进至规定设计深度时停止钻孔，此时分离钻机与锚杆，将传动杆1的一端与中空锚杆端部主动齿轮6连接，连接好后，套上托盘4、螺母3以及固定螺母2固定好传动杆1的位置，将传动杆1的另一端与钻机连接。待伸缩钻头伸出锚固后，停止钻机工作。此刻拆下传动杆1，拧紧螺母3。完成锚固工作；也可不拆下传动杆1，拧紧螺母3与固定螺母2，完成锚固工作。