锚固方法与流程

1.本发明涉及矿产资源开发技术领域，尤其是涉及一种锚固方法。


背景技术：

2.锚杆支护作为一种围岩体锚固技术已被广泛应用于岩土、边坡、隧道以及地下空间利用等工程技术领域。特别是以煤矿井工开采为代表的矿产资源开发领域已将锚杆支护作为地下空间维护的主要方式。
3.相关技术中，破碎围岩体内钻孔质量普遍较差，在钻孔中进行锚杆锚固面临较大困难，特别是对于上行锚杆将锚固剂完整推送至孔底的难度更大，在推送过程中，树脂药卷容易出现破损、弯折、锚固剂流出等情况，造成锚杆锚固力低、锚固位置差异大、锚固长度不稳定、破碎围岩锚杆主动支护效果差等问题，严重影响围岩锚固效果和锚杆主动支护作用的发挥。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的实施例提出一种锚固方法，所述锚固方法可以有效提高锚杆在破碎围岩内的锚固效果。
6.根据本发明实施例的锚固方法包括：在巷道内钻设钻孔；检测所述钻孔内的围岩破碎状况，根据检测结果判断所述钻孔内的破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度；如果破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度低，则直接按锚固参数设计要求将锚固剂送入所述钻孔内，如果破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高，则在锚固剂上安装锚固剂保护组件后再将所述锚固剂与所述锚固剂保护组件送入所述钻孔内；使用锚杆端头抵住所述锚固剂或所述锚固剂保护组件的一端，并使用所述锚杆将所述锚固剂推送至所述钻孔底部；将所述锚杆与锚杆钻机连接，并通过所述锚杆钻机将锚杆推至所述钻孔底部，所述锚固剂在锚杆杆体旋转搅拌和推进挤压的作用下由药卷内挤出并充分混合，待所述锚固剂凝固后，退下所述锚杆钻机，拧紧锚杆螺母至设计预紧力，完成所述锚杆的锚固和安装。
7.根据本发明实施例的锚固方法，通过对钻孔内围岩的破碎情况进行检测，并根据检测结果选择是否使用锚固剂保护组件，针对不同的钻孔选择不同的方式进行锚固，从而保证锚固剂可以完整地推送至孔底，从而提高锚杆锚固的可靠性，为锚杆提供足够的锚固力。
8.在一些实施例中，检测所述钻孔内围岩破碎状况的方法为采用钻孔成像仪对所述钻孔进行定量测量。
9.在一些实施例中，破碎围岩对锚杆锚固效果影响程度的判断条件包括：所述钻孔内裂隙宽度大于50mm、所述钻孔内破碎带长度超过锚固剂长度50％、所述钻孔内空洞深度超过所述锚固剂直径的3倍，如果所述钻孔内的不良孔段满足上述三者中的任意两者，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高。
10.在一些实施例中，如果所述钻孔内破碎带到所述钻孔的孔口之间的距离与所述钻孔深度之比为0.4
‑
0.8，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高。
11.在一些实施例中，在所述锚杆锚固完成后，应对锚杆的锚固力进行检测并根据检测结果评价破碎围岩内锚杆的锚固效果。
12.在一些实施例中，所述锚固剂保护组件包括首端保护套、尾端保护套和连接保护套，所述首端保护套适于套设在首部锚固剂的首端，所述首端保护套用于引导所述首部锚固剂进入钻孔内，所述尾端保护套适于套设在尾部锚固剂的尾端，所述连接保护套包括第一套段和第二套段，所述第一套段和所述第二套段沿所述连接保护套的轴向相连，所述第一套段适于套设在所述首部锚固剂的尾端或中部锚固剂的尾端，所述第二套段适于套设在所述尾部锚固剂的首端或中部锚固剂的首端，以便所述连接保护套连接所述首部锚固剂和所述尾部锚固剂，或者，以便所述连接保护套连接所述首部锚固剂、所述中部锚固剂和所述尾部锚固剂，所述首端保护套、所述连接保护套和所述尾端保护套沿所述连接保护套的轴向布置。
13.在一些实施例中，所述连接保护套还包括隔板，所述隔板设在所述第一套段和所述第二套段之间。
14.在一些实施例中，所述第一套段的轴向长度与所述首部锚固剂的轴向长度之比大于等于0.2，所述第二套段的轴向长度与所述尾部锚固剂的轴向长度之比大于等于0.2，所述第二套段的轴向长度与所述中部锚固剂的轴向长度之比大于等于0.2。
15.在一些实施例中，所述首端保护套包括第三套段和第四套段，所述第三套段与所述第四套段沿所述首端保护套的轴向相连，所述第四套段适于套设在所述首部锚固剂的首端，所述第三套段的横截面积在所述首端保护套的轴向上沿远离所述第四套段的方向逐渐减小。
16.在一些实施例中，所述第四套段的轴向长度与所述首部锚固剂的轴向长度之比大于等于0.2。
17.在一些实施例中，所述尾端保护套包括第五套段，所述第五套段适于套设在所述尾部锚固剂的尾端，所述第五套段的一端封闭，所述第五套段封闭的一端用于与锚杆相连。
18.在一些实施例中，所述第五套段的轴向长度与所述尾部锚固剂的轴向长度之比大于等于0.2。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例的锚固方法的流程图；
20.图2是根据本发明实施例的锚固剂保护组件的示意图；
21.图3是根据本发明实施例的锚固剂在完整围岩内的示意图；
22.图4是根据本发明实施例的锚固剂在具有空洞的破碎围岩内示意图；
23.图5根据本发明实施例的锚固剂在具有裂隙的破碎围岩内示意图；
24.图6是现有技术的一个示例性示意图；
25.图7是现有技术的另一个示例性示意图。
26.附图标记：
27.首端保护套1，第三套段11，第四套段12，
28.连接保护套2，第一连接保护套21，第二连接保护套22，第三连接保护套23，第一套段25，第二套段26，隔板27，
29.尾端保护套3，第五套段31，
30.首部锚固剂4，
31.中部锚固剂5，
32.尾部锚固剂6，
33.锚杆7，
34.钻孔8。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.如图1所示，根据本发明实施例的锚固方法包括如下步骤：
37.s1:按照巷道支护设计的锚杆布置图，在巷道内钻设钻孔，钻孔应满足设计的角度、直径、深度等几何参数要求；
38.s2:检测钻孔内的围岩破碎状况，检测内容包括但不限于钻孔内部节理裂隙存在的位置及最大裂隙宽度、破碎带位置及对应破碎程度、孔壁空洞位置及对应尺寸、深度等钻孔质量信息，并根据检测结果判断所述钻孔内的破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度；
39.s3:如果破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度低，则直接将锚固剂送入钻孔内，如果破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高，则在锚固剂上安装锚固剂保护组件后再将锚固剂与锚固剂保护组件送入钻孔内，锚固剂保护组件用于保护锚固剂，防止锚固剂在推送过程中发生弯折、破损的情况；
40.s4:使用锚杆的端头抵住锚固剂或锚固剂保护组件的一端，并使用锚杆将锚固剂推送至钻孔底部；
41.s5:将锚杆尾部与锚杆钻机连接，开启锚杆钻机，通过锚杆钻机将锚杆推至钻孔底部，锚固剂在锚杆的旋转搅拌和推力作用下由药卷内挤出并充分混合，待锚固剂凝固后，退下锚杆钻机，拧紧锚杆螺母至设计预紧力，完成锚杆的锚固与安装。
42.需要说明的是，如图6和图7所示，因矿产资源赋存环境不同，井下巷道围岩条件差别较大，对于沉积岩(如煤系地层)多存在较多的断层、割理、向斜、背斜、陷落柱等地质构造；对于变质岩矿体(如有色金属矿山)则存在大量的节理裂隙、绿泥石等结构弱面和破碎带。巷道支护要求围岩开挖后应及时安装锚杆并施加足够的预紧力，实现对破碎围岩的主动支护，控制围岩的持续变形破坏。然而，破碎围岩体内钻孔质量普遍较差，在钻孔中进行锚杆锚固面临较大困难，特别是对于上行锚杆将锚固剂完整推送至孔底的难度更大，极易出现锚固剂弯折和损坏的情况。
43.如图4和图5所示，根据本发明实施例的锚固方法，通过对钻孔内围岩的破碎情况进行检测，并根据检测结果选择是否使用锚固剂保护组件，针对钻孔条件选择不同的方式进行锚固，从而保证锚固剂可以完整地推送至孔底，从而提高锚杆锚固的可靠性，实现锚杆对破碎围岩的有效支护。
44.在一些实施例中，步骤s2中检测钻孔内的围岩破碎状况的方法为采用钻孔成像仪
对所述钻孔进行定量测量。
45.具体地，钻孔在钻设完成后，采用中空钻杆冲洗钻孔孔壁，并使用钻孔成像仪对孔壁粗糙度、节理裂隙发育状况、破碎带或空洞存在位置等进行定量观测，评估钻孔内破碎围岩对锚杆锚固质量的影响程度。
46.步骤s2中破碎围岩对锚杆锚固效果影响程度的判断条件包括以下三者：钻孔内裂隙宽度大于50mm、钻孔内破碎带长度超过锚固剂长度的50％、钻孔内空洞深度超过锚固剂直径的3倍，如果钻孔内的不良孔段的条件满足上述三者中的任意两者，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高，如果钻孔内不良孔段的条件仅满足上述三者中的一者，或者均不满足，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度低。
47.步骤s2中破碎围岩对锚杆锚固效果影响程度的判断条件还包括：如果钻孔内破碎带到钻孔孔口之间的距离与钻孔深度之比为0.4
‑
0.8，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度高，如果钻孔内破碎带到钻孔的孔口之间的距离与钻孔深度之比不在上述区间范围内，则判定破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度低。
48.需要补充的是，步骤s2中破碎围岩对锚杆锚固效果的影响程度的判断方法还包括：按照国家标准《煤矿巷道锚杆支护技术规范》(gb/t35056
‑
2018)中锚杆拉拔试验的方法，分别对相同锚固参数条件下完整围岩和破碎围岩巷道的锚杆锚固力进行检测，若破碎围岩锚杆锚固力抽样合格率低于完整围岩锚杆锚固力抽样合格率30％时，则判定围岩的破碎程度已对锚杆的锚固效果造成较高程度的影响。
49.在一些实施例中，步骤s5之后，即在锚杆锚固完成后，还应该对锚杆的锚固力进行检测并根据检测结果评价破碎围岩内锚杆的锚固效果。检测方法为《煤矿巷道锚杆支护技术规范》(gb/t35056
‑
2018)规定的锚杆锚固力检测方法，以此保证所有锚杆有效锚固的可靠性。
50.本发明适用于破碎围岩巷道或硐室药卷式锚固剂锚杆的可靠锚固，特别是针对上行锚杆。一般地，锚杆钻孔仰角0
‑
90度的巷道顶板、肩角以及两帮上部锚杆均可使用该方法。工程实践显示，采用上述方法能够显著提高破碎围岩上行锚杆锚固的可靠性，破碎围岩上行锚杆安装成功率达到90％以上，平均拉拔力提高50％以上，有效改善了破碎围岩的锚杆支护效果，扩大了锚杆支护技术的工程应用范围。
51.如图3所示，根据本发明实施例的锚固方法所使用的锚固剂保护组件，主要为针对上行锚杆7所使用的药卷式锚固剂，所述锚固剂包括首部锚固剂4、尾部锚固剂6和中部锚固剂5中的一者或者多者，其中首部锚固剂4指的是最先进入到钻孔8中的锚固剂，即最靠近钻孔8孔底的锚固剂，同理，尾部锚固剂6指的是最后进入到钻孔8中的锚固剂，中部锚固剂5指的是位于首部锚固剂4和尾部锚固剂6之间的锚固剂，首部锚固剂4和尾部锚固剂6均为一个，中部锚固剂5可以为一个或多个。并且以下所述的任一锚固剂的首端均指的是靠近钻孔8底部的一端，任一锚固剂的尾端均指靠近钻孔8开口的一端。
52.如图3所示，在一些实施例中，锚固剂保护组件包括首端保护套1、尾端保护套3和连接保护套2，首端保护套1适于套设在首部锚固剂4的首端，首端保护套1用于引导首部锚固剂4进入钻孔8底部，尾端保护套3适于套设在尾部锚固剂6的尾端。
53.首端保护套1主要用于保护首部锚固剂4，防止其在行进过程中与孔壁之间摩擦力过大发生破损，此外，首端保护套1还可以引导首部锚固剂4沿直线进入到钻孔8内，防止首
部锚固剂4在进入钻孔8底部的过程中发生弯曲，钻入空洞或裂隙中。尾端保护套3主要用于保护尾部锚固剂6，防止尾部锚固剂6在行进过程中与孔壁之间的摩擦而导致的破损，还可以防止尾部锚固剂6在上行推进过程中被锚杆7推挤而导致的破损。
54.如图2所示，连接保护套2包括第一套段25和第二套段26，第一套段25和第二套段26沿连接保护套2的轴向相连，第一套段25适于套设在首部锚固剂4的尾端或中部锚固剂5的尾端，第二套段26适于套设在尾部锚固剂6的首端或中部锚固剂5的首端，以便连接保护套2连接首部锚固剂4和所述尾部锚固剂6，或者，以便所述连接保护套2连接首部锚固剂4、中部锚固剂5和尾部锚固剂6，首端保护套1、连接保护套2和尾端保护套3沿连接保护套2的轴向间隔布置。
55.可以理解的是，连接保护套2起到保护首部锚固剂4的尾端、尾部锚固剂6的首端以及中部锚固剂5的两端的作用，防止上述锚固剂在行进过程中发生破损，此外，连接保护套2还起到了连接相邻两支锚固剂的作用，连接保护套2的数量可根据所需锚固剂的数量确定，即使钻孔8的长度较长，也可以保证将锚固剂推送到钻孔8的底部，还避免了相邻锚固剂在推进过程中发生错位、卡阻进而造成药卷破损的情况发生。
56.需要说明的是，连接保护套2的数量与中部锚固剂5的数量根据钻孔8的深度和锚固参数确定。
57.施工人员可以根据钻孔8孔壁围岩条件单独或联合使用首端保护套1、尾端保护套3和连接保护套2，保证了在任何条件下，锚固剂均可以完整地进入到钻孔8内，避免锚固剂在推进过程中发生弯曲或者破损，大大提高了药卷式锚固剂锚杆支护的可靠性，且锚固剂保护组件的结构简单，安装方便，可有效提高锚固效率。
58.如图2所示，在一些实施例中，连接保护套2还包括隔板27，隔板27设在第一套段25和第二套段26之间。隔板27用于将相邻的锚固剂间隔开，进一步避免了在推进过程发生锚固剂错位、卡阻进而导致药卷破损的情况发生。
59.在一些实施例中，第一套段25的轴向长度与首部锚固剂4的轴向长度之比大于等于0.2，第二套段26的轴向长度与尾部锚固剂6的轴向长度之比大于等于0.2，第二套段26的轴向长度与中部锚固剂5的轴向长度之比大于等于0.2。
60.如此设置，第一套段25和第二套段26套设在锚固剂上的部分占锚固剂长度的比例较大，可以有效提高保护效果，防止锚固剂发生弯曲、破损和折断的问题。
61.如图2所示，在一些实施例中，首端保护套1包括第三套段11和第四套段12，第三套段11与第四套段12的一端相连，第四套段12适于套设在首部锚固剂4的首端，第三套段11的横截面积在首端保护套1的轴向上沿远离第四套段12的方向逐渐减小，优选地，第三套段11为锥形。
62.可以理解的是，第四套段12起到了保护首部锚固剂4的作用，防止其发生破损和弯曲，第三保护套的横截面积在首端保护套1的轴向上沿远离第四套段12的方向逐渐减小，由此，第三保护套可以减小首端保护套1在推进过程中受到的阻力，起到了前端导航作用，保证被保护的锚固剂可以顺利通过破碎带并成功推送至孔底。
63.同样地，第四套段12的轴向长度与首部锚固剂4的轴向长度之比大于等于0.2，以提高首端保护套1对首部锚固剂4的保护能力。需要说明的是，首端保护套1的长度应达到钻孔8内裂隙宽度的1.5
‑
1.8倍，以保证锚固剂可以顺利通过破碎带并成功被推送至孔底。
64.如图2所示，在一些实施例中，尾端保护套3包括第五套段31，第五套段31适于套设在尾部锚固剂6的尾端，第五套段31的一端封闭，第五套段31封闭的一端用于与锚杆7相连。
65.如此设置，尾端保护套3可以有效起到保护尾部锚固剂6尾端的作用，防止锚杆7在推进过程中将尾部锚固剂6扎破。
66.需要说明的是，第五套段31封闭一端的壁厚相较于其他位置处的壁厚，应适当增加，以保证不会被锚杆击破。
67.同样地，第五套段31的轴向长度与尾部锚固剂6的轴向长度之比大于等于0.2，以提高尾端保护套3对尾部锚固剂6的保护能力。
68.在一些实施例中，首端保护套1、连接保护套2和尾端保护套3的材料均为脆性材料，例如玻璃、陶瓷。
69.如此设置，锚杆钻机带动锚杆7杆体旋转搅拌和推进锚固剂时，能够将锚固剂保护组件击碎，对锚固剂充分搅拌，并且被击碎的保护套还可以作为锚固剂的骨料，增强锚杆7的锚固效果。
70.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“轴向”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。
71.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
74.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。