一种注浆锚索定长锚与定长注的锚固装置及支护方法

1.本发明涉及一种注浆锚索定长锚与定长注的锚固装置及支护方法，尤其适用于多次扰动煤巷、沿空掘巷使用，属于锚杆支护领域。


背景技术：

2.随着我国煤炭开采深度的不断增加，巷道围岩应力状态逐渐发生恶化，叠加多重采动应力持续扰动加剧了煤巷围岩的劣化程度，因此，深部采动煤巷的围岩控制是亟待解决的工程难题。
3.锚杆锚索与锚注联合支护及注浆加固技术在深部多次扰动煤巷中得到广泛应用，锚注支护通过锚杆/索
‑
注浆胶结联合加固有效提高损伤围岩的锚固强度和提升围岩力学性质，是深部多次扰动煤巷围岩控制的关键技术之一。通过先锚后注或先注后锚实现锚杆索的全长锚注支护，可以实现锚固和注浆加固损伤围岩的双重作用效果，但全长粘结消除了锚杆索杆体的自由段，使锚注结构抗变形能力增强，其预留变形量减少，对于强扩容、长流变深部岩体的变形让压适应性减弱；尤其是在深部冲击矿井中，锚杆锚索全长锚注缓冲让压性能较弱，当受到强冲击时易造成锚固结构整体失效；同时，在当前有限注浆压力限制下，全长注浆加固效果不佳。


技术实现要素：

4.技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种结构简单、操作方便、成本低廉的注浆锚索定长锚与定长注锚固装置及相关支护方法。
5.技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种注浆锚索定长锚与定长注的锚固装置，它包括内部设有进浆管的注浆锚索杆体，注浆锚索杆体尾部设有托盘和锁具，注浆锚索杆体尾部的进浆管接口螺纹连接有封口螺母，注浆锚索杆体的头部设有预留出锚固段距离的锚固剂防漏装置，注浆锚索杆体的中段设有根据需要位置可调且与进浆管连通的出浆口，出浆口的前后两端在注浆锚索杆体上设有位置和间距可调的注浆防漏装置，注浆防漏装置之间在注浆锚索杆体上的区域即为注浆段，其中锚固剂防漏装置和注浆防漏装置的尺寸均与锚固钻孔匹配。
6.所述的锚固剂防漏装置为一个锚环套，所述注浆防漏装置包括在出浆口前端可根据需要调整位置的一个锚环套以及在出浆口后端可根据需要调整位置的一个锚爪套；
7.所述锚环套包括对开分体锥形锚环，锥形管状结构由两个对称设置的构件组成，对开分体锥形锚环外侧设有将两个构件箍住的内锥形环套，对开分体锥形锚环外圆锥面与内锥形环套内圆锥面相贴合，对开分体锥形锚环为一端为大环口一端为小环口的锥形管状结构，靠近对开分体锥形锚环小环口的外侧设有内凹槽，内凹槽内设有缠绕钢丝；内锥形环套包括橡胶套和内锥形钢环；锚环套设置在注浆锚索杆体上时，小环口指向锚杆头、大环口指向托盘设置安装；
8.所述的锚爪套包括环形钢套，环形钢套一侧连接有向外张开的四根弧形钢丝，四
根弧形钢丝外侧覆盖有喇叭状橡胶套，喇叭状橡胶套通过弧形钢丝撑开用以防止浆液漏浆，安装时锚爪套设有弧形钢丝和喇叭状橡胶套的一端指向托盘。
9.注浆锚索杆体的直径为20～22mm，注浆锚索杆体上根据需要设有1～3个出浆口。
10.所述的锚环套的对开分体锥形锚环大环外径为27～29mm，对开分体锥形锚环小环外径为20～22mm，对开分体锥形锚环长度为18～22mm；所述的锚环套的内凹槽槽深2～3mm，内凹槽截面为圆弧形。
11.所述的对开分体锥形锚环内侧与注浆锚索杆体表面之间设有增加摩擦性的锯齿状螺纹，锯齿状螺纹内径与外径之间的孔隙填充有一层用于加强封闭性环氧树脂软胶，锯齿状螺纹外径为19～21mm，锯齿状螺纹内径为18～20mm。
12.所述的内锥形环套直径为28～30mm，内锥形环套截面为椭圆形，其包括橡胶套和内锥形钢环，其中橡胶套设置在内锥形环钢的外侧，两者通过胶粘结。
13.所述的弧形钢丝的强度为1500～1860mpa，所述的喇叭状橡胶套的最大直径为30～32mm，长度为30～40mm。
14.所述锚环形钢套包括钢圆环(3
‑
4)和橡胶圆环(3
‑
5)，其中橡胶圆环(3
‑
5)通过胶粘设置在钢圆环(3
‑
4)外侧，弧形钢丝和喇叭状橡胶套共同固定于钢圆环(3
‑
4)和橡胶圆环(3
‑
5)之间。
15.注浆段的长度范围为500～2000mm，锚固段的长度范围为1000～1500mm。
16.一种注浆锚索定长锚与定长注支护方法，首先确定注浆锚索锚固长度，根据需要设定注浆锚索出浆口数量和对应的出浆口位置，最后施工注浆锚索及滞后定长注浆加固；
17.具体步骤如下：
18.a根据巷道埋深，调节锚环套位置确定注浆锚索锚固段的长度l1，当埋深≤400m时，索固段的长度l1为0.6～1.0m；当400m＜埋深≤800m时，锚固段的长度l1为1.0～1.4m；当埋深＞800m时，锚固段的长度l1为1.4～1.8m；
19.b利用钻孔窥视仪探测新掘巷道围岩裂隙发育位置信息及裂隙扩展长度l2，计算该钻孔需要的注浆段的长度l3＝l2+0.5m，然后根据新掘巷道围岩裂隙发育位置信息调整锚环套和锚爪套的位置和两者之间的距离，将两者之间距离调整为l3，同时确保注浆锚索出浆口置于围岩裂隙扩展的居中区域；
20.c施工注浆锚固钻孔，钻孔直径为26～28mm，依次放入锚固剂和本技术的锚固装置，利用锚杆钻机安装锚固装置，注浆锚索杆体端部的锚环套将锚固剂阻挡在设定的锚固区域使注浆锚索杆体的锚固段充分锚固，采用张拉机具将锚固装置张拉到支护规程中要求的预拉力；
21.d滞后巷道掘进工作面20～50m后，利用注浆泵连接进浆管实施定长注浆，此时浆液通过锚索出浆口流出，并通过锚环套和锚爪套的封堵作用，使浆液只在钻孔的注浆段范围充填，同时使浆液精准流入裂隙区域，待注浆完毕后利用封口螺母旋入注浆锚索进浆管，以此完成对煤巷围岩特定裂隙区域的定长注浆加固。
22.有益效果：本发明克服了注浆锚索全长锚固缓冲让压性能较弱的弊端，可以适应采动煤巷多重应力扰动影响，与现有技术相比具有如下优点：
23.1)强化锚索锚固效果：基于固定在注浆锚索杆体前端的锚环套，限定了锚固剂流动状态，使得锚固剂在固定长度空间下的充分搅拌，增强了注浆锚索
‑
锚固剂
‑
巷道围岩之
间的粘结性能，大幅提高了注浆锚索的锚固效果。
24.2)精准封闭围岩裂隙：在施工注浆锚索之前，先对巷道围岩裂隙特征进行探测，准确获取裂隙萌生的位置及裂隙扩展的区域，利用本发明中锚环套与锚爪套对围岩裂隙区域形成封闭的有限长度空间，并通过滞后注浆可以对围岩裂隙实现精准封闭加固。
25.3)具有缓冲让压特性：相比注浆锚索实现全长锚固支护，整个锚固钻孔内充填浆液来实现围岩的加固，然而这种支护方式大幅降低了巷道围岩的变形弹性，尤其是当巷道遇到冲击矿压或者强采动时，巷道围岩可能发生整体性垮冒，本发明依靠定长注浆加固，在围岩裂隙区域实施注浆加固，在提高围岩强度的同时具有一定的缓冲让压特性，可以使得围岩充分适应采动应力的影响，更有助于巷道的长期稳定。
26.4)节省注浆成本：相对于全长注浆加固，通过对钻孔的定长注浆，减少了注浆浆液的使用量，节省了注浆成本。
附图说明
27.图1是本发明注浆锚索定长锚与定长注的锚固装置的结构示意图。
28.图2是本发明注浆锚索尾部示意图。
29.图3是本发明中锚环套示意图。
30.图4是锚环套的对开分体锥形锚环侧视图。
31.图5是锚环套的对开分体锥形锚环剖视图。
32.图6是锚环套的内锥形环套主视图。
33.图7是锚环套的内锥形环套侧视图。
34.图8是本发明中锚爪套示意图。
35.图9是本发明中锚爪套剖视图。
36.图中：1
‑
注浆锚索杆体；2
‑
锚环套；2
‑1‑
对开分体锥形锚环；2
‑2‑
内锥形环套；2
‑3‑
缠绕钢丝；2
‑4‑
内凹槽；2
‑5‑
锯齿状螺纹；2
‑6‑
环氧树脂软胶；2
‑7‑
橡胶套；2
‑8‑
内锥形钢环；3
‑
锚爪套；3
‑1‑
弧形钢丝；3
‑2‑
喇叭状橡胶套；3
‑3‑
环形钢套；3
‑4‑
钢圆环；3
‑5‑
橡胶圆环；4
‑
拱形托盘；5
‑
锁具；6
‑
进浆管；7
‑
封口螺母；8
‑
出浆口；9
‑
注浆段；10
‑
锚固段。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
38.如图1和图2所示，本发明的一种注浆锚索定长锚与定长注的锚固装置，它包括内部设有进浆管6的注浆锚索杆体1，注浆锚索杆体1尾部设有托盘4和锁具5，注浆锚索杆体1尾部的进浆管6接口螺纹连接有封口螺母7，注浆锚索杆体1的头部设有预留出锚固段10距离的锚固剂防漏装置，注浆锚索杆体1的中段设有根据需要位置可调且与进浆管6连通的出浆口8，出浆口8的前后两端在注浆锚索杆体1上设有位置和间距可调的注浆防漏装置，注浆防漏装置之间在注浆锚索杆体1上的区域即为注浆段9，其中锚固剂防漏装置和注浆防漏装置的尺寸均与锚固钻孔匹配。
39.如图3、图4、图5、图6和图7所示，锚固剂防漏装置为一个锚环套2，所述注浆防漏装置包括在出浆口8前端可根据需要调整位置的一个锚环套2以及在出浆口8后端可根据需要调整位置的一个锚爪套3；所述锚环套2包括对开分体锥形锚环2
‑
1，锥形管状结构由两个对
称设置的构件组成，对开分体锥形锚环2
‑
1外侧设有将两个构件箍住的内锥形环套2
‑
2，对开分体锥形锚环2
‑
1外圆锥面与内锥形环套2
‑
2内圆锥面相贴合，对开分体锥形锚环2
‑
1为一端为大环口一端为小环口的锥形管状结构，靠近对开分体锥形锚环2
‑
1小环口的外侧设有内凹槽2
‑
4，内凹槽2
‑
4内设有缠绕钢丝2
‑
3；内锥形环套2
‑
2包括橡胶套2
‑
7和内锥形钢环2
‑
8；锚环套2设置在注浆锚索杆体1上时，小环口指向锚杆头、大环口指向托盘4设置安装；所述的锚爪套3包括环形钢套3
‑
3，环形钢套3
‑
3一侧连接有向外张开的四根弧形钢丝3
‑
1，四根弧形钢丝3
‑
1外侧覆盖有喇叭状橡胶套3
‑
2，喇叭状橡胶套3
‑
2通过弧形钢丝3
‑
1撑开用以防止浆液漏浆，安装时锚爪套3设有弧形钢丝3
‑
1和喇叭状橡胶套3
‑
2的一端指向托盘4。
40.注浆锚索杆体1的直径为20～22mm，注浆锚索杆体1上根据需要设有1～3个出浆口8。锚环套2的对开分体锥形锚环2
‑
1大环外径为27～29mm，对开分体锥形锚环2
‑
1小环外径为20～22mm，对开分体锥形锚环2
‑
1长度为18～22mm；所述的锚环套2的内凹槽2
‑
4槽深2～3mm，内凹槽截面为圆弧形。对开分体锥形锚环2
‑
1内侧与注浆锚索杆体1表面之间设有增加摩擦性的锯齿状螺纹2
‑
5，锯齿状螺纹2
‑
5内径与外径之间的孔隙填充有一层用于加强封闭性环氧树脂软胶2
‑
6，锯齿状螺纹2
‑
5外径为19～21mm，锯齿状螺纹2
‑
5内径为18～20mm。内锥形环套2
‑
2直径为28～30mm，内锥形环套2
‑
2截面为椭圆形，其包括橡胶套2
‑
7和内锥形钢环2
‑
8，其中橡胶套2
‑
7设置在内锥形环钢2
‑
8的外侧，两者通过胶粘结。
41.如图8和图9所示，所述的弧形钢丝3
‑
1的强度为1500～1860mpa，所述的喇叭状橡胶套3
‑
2的最大直径为30～32mm，长度为30～40mm。所述锚环形钢套3
‑
3包括钢圆环3
‑
4和橡胶圆环3
‑
5，其中橡胶圆环3
‑
5通过胶粘设置在钢圆环3
‑
4外侧，弧形钢丝3
‑
1和喇叭状橡胶套3
‑
2共同固定于钢圆环3
‑
4和橡胶圆环3
‑
5之间。注浆段9的长度范围为500～2000mm，锚固段10的长度范围为1000～1500mm。
42.一种注浆锚索定长锚与定长注的支护方法，首先确定注浆锚索锚固长度，根据需要设定注浆锚索出浆口数量和对应的出浆口位置，最后施工注浆锚索及滞后定长注浆加固；
43.具体步骤如下：
44.a根据巷道埋深，调节锚环套2位置确定注浆锚索锚固段10的长度l1，当埋深≤400m时，索固段10的长度l1为0.6～1.0m；当400m＜埋深≤800m时，锚固段10的长度l1为1.0～1.4m；当埋深＞800m时，锚固段10的长度l1为1.4～1.8m；
45.b利用钻孔窥视仪探测新掘巷道围岩裂隙发育位置信息及裂隙扩展长度l2，计算该钻孔需要的注浆段9的长度l3＝l2+0.5m，然后根据新掘巷道围岩裂隙发育位置信息调整锚环套2和锚爪套3的位置和两者之间的距离，将两者之间距离调整为l3，同时确保注浆锚索出浆口8置于围岩裂隙扩展的居中区域；
46.c施工注浆锚固钻孔，钻孔直径为26～28mm，依次放入锚固剂和本技术的锚固装置，利用锚杆钻机安装锚固装置，注浆锚索杆体1端部的锚环套2将锚固剂阻挡在设定的锚固区域使注浆锚索杆体1的锚固段10充分锚固，采用张拉机具将锚固装置张拉到支护规程中要求的预拉力；
47.d滞后巷道掘进工作面20～50m后，利用注浆泵连接进浆管6实施定长注浆，此时浆液通过锚索出浆口8流出，并通过锚环套2和锚爪套3的封堵作用，使浆液只在钻孔的注浆段9范围充填，同时使浆液精准流入裂隙区域，待注浆完毕后利用封口螺母7旋入注浆锚索进
浆管6，以此完成对煤巷围岩特定裂隙区域的定长注浆加固。