一种锚杆锚固增效结构及其工作方法

1.本发明属于煤矿巷道支护设备技术领域，具体涉及一种锚杆锚固增效结构及其工作方法。


背景技术：

2.锚固作为岩土工程隧道及煤矿井下巷道支护的主要形式，在国内外已经得到广泛应用，其中锚杆（索）采用树脂锚固应用数量最大，范围最广，由于利用金属锚杆（索）加长或全长树脂锚固围岩时效果良好，因此在现场得到普遍认可和大面积推广应用，成为中国甚至世界各个国家隧道及巷道的主导支护技术，锚固系统的锚固性能对支护效果起关键作用，由于树脂锚固剂搅拌是锚固工程重要的一道工序，锚固性能与锚固剂搅拌效果密切相关。
3.目前，岩土及矿业工程中使用的锚杆搅拌端形状各异，因此，锚杆搅拌端型态（形状及尺寸）与锚固效果关系急需研究，同时国内外大部分地下工程现场在进行锚杆锚固时，基本是按照单一搅拌速率、时间及推进速度来搅拌不同类型的树脂锚固剂，由于搅拌不同固化速度的树脂锚固剂需要不同的动力参数，搅拌参数可能影响锚杆支护质量，锚杆对不同类型树脂锚固剂的最佳搅拌速率、时间及推进速度与锚固效果关系急需研究。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的不足之处，本发明一种针对锚杆锚固效果增效的可实现对不同类型树脂锚固剂采用对应的正确动力搅拌参数进行搅拌和充分破碎混合树脂锚固剂以及封隔不同树脂锚固剂之间的凝固反应的锚杆锚固增效结构及其工作方法，有效提高了锚杆锚固力及其峰值强度承载时间。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种锚杆锚固增效结构，包括插设在钻孔内锚固段的若干根树脂锚固剂棒和一根锚杆，相邻两根树脂锚固剂棒之间设有锚固剂封隔构件，锚杆内端设有用于搅拌树脂锚固剂棒的双楔形搅拌结构。
6.锚固剂封隔构件为采用聚酯复合膜材料通过注塑形成的圆套筒结构，锚固剂封隔构件长度为20mm，锚固剂封隔构件外径与钻孔直径相等，锚固剂封隔构件内径与树脂锚固剂棒直径相等，锚固剂封隔构件内孔中间位置设有厚度为分隔层，分隔层将锚固剂封隔构件内孔分隔为两个凹槽，相邻两根树脂锚固剂棒的端头分别插入到相邻的凹槽内。
7.双楔形搅拌结构包括在锚杆端头设置的两个左右对称的斜面，斜面与锚杆中心线的夹角为30
°
，两个斜面交汇在锚杆内端面形成一条直线段，直线段的长度等于锚杆外径。
8.一种锚杆锚固增效结构的工作方法，包括以下步骤：（1）按照要求制作锚固剂封隔构件和内端头为双楔形搅拌结构的锚杆；（2）在煤矿井下巷道内，按照锚杆支护技术参数进行打孔作业；（3）将按照锚杆支护技术参数的要求类型、数量的树脂锚固剂棒两两之间的端头套入锚固剂封隔构件的凹槽内，将若干根树脂锚固剂棒推放入钻孔至孔底；
（4）将步骤（1）中加工好的双楔形搅拌结构的锚杆外端插入锚杆钻机的动力转子内腔，将锚杆插入钻孔中至刚接触到最外部的一个树脂锚固剂棒，启动锚杆钻机，按照不同树脂锚固剂所对应的搅拌参数对多根树脂锚固剂棒分段进行搅拌，锚杆前端的双楔形搅拌结构将分隔层捅破后对下一段树脂锚固剂棒分段进行搅拌；直至将锚杆推进至钻孔底部停止，卸下锚杆钻机，待树脂锚固剂胶结后，安装锚杆托盘、预紧螺母进行预紧，完成锚杆锚固工作。
9.树脂锚固剂所对应的搅拌参数包括超快速凝固、快速凝固和中速凝固三种，使用超快速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为23mm/s、500r/min和15s；使用快速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为14mm/s、500r/min和25s；使用中速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为21mm/s、600r/min和30s。
10.采用上述技术方案，本发明的双楔形搅拌结构的锚杆在搅拌单一或组合类型树脂锚固剂时，为保证树脂锚固剂具有良好的搅拌效果和不同类型树脂锚固剂搅拌混合过程中彼此不发生凝固反应，采用了锚固剂封隔构件对树脂锚固剂进行正确充分的分段封隔、分段搅拌。
11.双楔形搅拌结构的两个对称的斜面交汇的直线段两端的尖角为切割刃，高速旋转时可将树脂锚固剂棒外部的包装膜切碎同时可捅破分隔层，两个斜面交互旋转对树脂锚固剂进行均匀搅拌。
12.现场采用的不同类型树脂锚固剂的长度无统一标准值，按照上述特定参数值可能无法完成锚固工作，因此根据影响树脂锚固剂锚固力的搅拌动力参数的显著性顺序，即超快速凝固为：选择推进速度优于搅拌速率，最后考虑搅拌时间，快速凝固为：选择搅拌速率优于搅拌时间，最后考虑推进速度；中速凝固为：搅拌时间优于搅拌速率，最后考虑推进速度，选择改变对应类型树脂锚固剂锚固效果的最小影响因素数值以适应不同长度的树脂锚固剂的完全搅拌。
13.本发明的有益效果如下：1、本发明原理可靠、结构简单、易于制备、工程价值显著。
14.2、本发明可实现对不同类型树脂锚固剂采用对应的正确动力搅拌参数进行搅拌和充分破碎混合树脂锚固剂以及封隔不同树脂锚固剂之间的凝固反应。
15.3、本发明可有效提高锚杆锚固力及其峰值强度的承载时间，有效控制了巷道围岩的变形，极大地降低了巷道返修费用和确保了巷道内的人员与设备的安全。
16.综上所述，本发明的有益效果如下：1、本发明原理科学、结构简单、易于制备、工程价值显著，对提高树脂锚固效果具有较大的理论与工程指导价值。
17.2、本发明可实现对不同类型树脂锚固剂采用对应的正确动力搅拌参数进行搅拌和充分破碎混合树脂锚固剂以及封隔不同树脂锚固剂之间的凝固反应。
18.3、本发明可有效提高锚杆锚固力及其峰值强度的承载时间，有效控制了巷道围岩的变形，极大地降低了巷道返修费用和确保了巷道内的人员与设备的安全。
附图说明
19.图1为本发明中锚杆锚固增效结构的应用示意图。
20.图2为图1中锚固剂封隔构件的立体结构图。
21.图中：1-巷道围岩，2-锚杆，3-双楔形搅拌结构，4-树脂锚固剂棒，5-锚固剂封隔构件，6-钻孔，7-分隔层，8-凹槽。
具体实施方式
22.如图1和图2所示，本发明的一种锚杆锚固增效结构，包括插设在钻孔6内锚固段的若干根树脂锚固剂棒4和一根锚杆2，相邻两根树脂锚固剂棒4之间设有锚固剂封隔构件5，锚杆2内端设有用于搅拌树脂锚固剂棒4的双楔形搅拌结构3。
23.锚固剂封隔构件5为采用聚酯复合膜材料通过注塑形成的圆套筒结构，锚固剂封隔构件5长度为20mm，锚固剂封隔构件5外径与钻孔6直径相等，锚固剂封隔构件5内径与树脂锚固剂棒4直径相等，锚固剂封隔构件5内孔中间位置设有厚度为分隔层7，分隔层7将锚固剂封隔构件5内孔分隔为两个凹槽8，相邻两根树脂锚固剂棒4的端头分别插入到相邻的凹槽8内。
24.双楔形搅拌结构3包括在锚杆2端头设置的两个左右对称的斜面，斜面与锚杆2中心线的夹角为30
°
，两个斜面交汇在锚杆2内端面形成一条直线段，直线段的长度等于锚杆2外径。
25.一种锚杆2锚固增效结构的工作方法，包括以下步骤：（1）按照要求制作锚固剂封隔构件5和内端头为双楔形搅拌结构3的锚杆2；（2）在煤矿井下巷道内，按照锚杆2支护技术参数进行打孔作业；（3）将按照锚杆2支护技术参数的要求类型、数量的树脂锚固剂棒4两两之间的端头套入锚固剂封隔构件5的凹槽8内，将若干根树脂锚固剂棒4推放入钻孔6至孔底；（4）将步骤（1）中加工好的双楔形搅拌结构3的锚杆2外端插入锚杆2钻机的动力转子内腔，将锚杆2插入钻孔6中至刚接触到最外部的一个树脂锚固剂棒4，启动锚杆2钻机，按照不同树脂锚固剂所对应的搅拌参数对多根树脂锚固剂棒4分段进行搅拌，锚杆2前端的双楔形搅拌结构3将分隔层7捅破后对下一段树脂锚固剂棒4分段进行搅拌；直至将锚杆2推进至钻孔6底部停止，卸下锚杆2钻机，待树脂锚固剂胶结后，安装锚杆2托盘、预紧螺母进行预紧，完成锚杆2锚固工作。
26.树脂锚固剂所对应的搅拌参数包括超快速凝固、快速凝固和中速凝固三种，使用超快速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为23mm/s、500r/min和15s；使用快速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为14mm/s、500r/min和25s；使用中速凝固的树脂锚固剂所对应的最佳动力参数搭配为推进速度、搅拌速率和搅拌时间分别为21mm/s、600r/min和30s。
27.本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。