一种注浆锚杆及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿山支护工程技术领域，尤其涉及一种注浆锚杆及其使用方法，更具体地涉及一种对破碎煤岩体进行注浆加固和支护用的钻锚一体化注浆锚杆及其使用方法。
【背景技术】
[0002]锚杆支护是将锚杆一端锚固于煤岩体内，并在煤岩体外部对锚杆施加轴向预紧力，通过托盘等配套构件，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。锚杆支护作为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道支护中得到大面积推广应用。
[0003]常规的锚杆支护施工方法是利用锚固剂将锚杆3锚固在巷道围岩体I内，其锚杆安装状态如图1所示。该锚杆3锚固时首先使用与锚杆3和锚固剂直径匹配的钻头，在锚杆安装位置打钻孔2。之后，退出钻杆和钻头，并向钻孔2内装入锚固剂，将锚杆3和锚固剂推入钻孔2，同时旋转锚杆3搅拌锚固剂，锚固剂搅拌后固化，在钻孔2底部一定长度1^2范围内，将锚杆3与孔壁粘结。拧紧锚杆尾部螺母5，将托盘4压紧在钻孔2的孔口围岩表面上。
[0004]采用常规工艺进行锚杆支护时，要求巷道的围岩具有较好的结构完整性，能够打设锚杆安装钻孔，并在打完钻孔退出钻杆后，保留完整的钻孔结构和形状。但是，由于煤系地层十分复杂，不仅存在大量的松软岩层，地层内还存在大量褶曲、断层等地质构造。此类围岩，往往结构完整性较差，形成破碎煤岩体。破碎煤岩体钻孔后退出钻杆时孔壁容易對塌，尤其是受到采掘动压影响时，打设锚杆安装钻孔更困难，严重影响锚杆支护的施工质量和速度。
[0005]对于软弱破碎围岩，锚杆支护施工前，需要采用注浆的方法加固围岩，提高围岩结构的完整性。破碎围岩注浆加固一般采用自钻式注浆钻杆，使用自钻注浆钻杆对破碎围岩进行注浆的状态如图2所示。该注浆钻杆6通过钻头30打入破碎围岩9内部之后连接注浆栗，用于向钻头打通的破碎围岩钻孔8和围岩裂隙7内注浆。
[0006]使用自钻注浆钻杆注浆后，破碎围岩形成完整的传力结构，能够显著提高结构完整性，防止或减少锚杆支护施工时钻孔孔壁坍塌，为锚杆支护施工创造条件。但使用自钻注浆钻杆进行注浆时，注浆钻杆的钻孔底端缺少锚固结构，钻杆打入围岩后不能施加轴向预紧力，对围岩的支护作用小。因此，以往破碎围岩注浆加固后必须再次重新打孔，进行锚杆支护，大量增加巷道掘进支护工程量，严重影响掘进支护的施工速度，而且，注浆钻杆不能充分发挥支护作用，造成材料的大量浪费，增加工程成本。
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]本发明要解决的技术问题是提供了一种注浆锚杆及其使用方法，能够在一次施工中连续完成钻进、锚固并注浆，简化破碎围岩注浆加固与支护工艺，提高破碎围岩掘进支护的施工速度。
[0009]( 二)技术方案
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种注浆锚杆及其使用方法。
[0011]—种注浆锚杆，包括同轴设置的锚杆本体、楔体和钻头，所述楔体的一端插入所述锚杆本体，另一端连接所述钻头；所述锚杆本体、楔体和钻头上贯通有注浆通道；
[0012]所述锚杆本体向所述钻头切削的同方向旋转时，所述锚杆本体与所述楔体和钻头的相对位置固定，所述锚杆本体带动所述楔体和钻头同步转动；
[0013]所述锚杆本体向所述钻头切削的反方向旋转时，所述钻头与楔体静止不动，所述锚杆本体沿轴向向靠近所述钻头的一侧移动。
[0014]进一步的，前述锚杆本体包括杆体、托盘、调心球形垫圈和杆尾螺母，所述杆体的一端由外向内依次套设有所述杆尾螺母、调心球形垫圈和托盘，另一端插设所述楔体，所述杆体内沿其轴向设有所述注浆通道。
[0015]进一步的，前述杆尾螺母与所述杆体尾部螺纹配合固定，并且通过剪切销对杆尾螺母沿轴向进行初始定位。
[0016]进一步的，前述杆体内的注浆通道包括光孔段和设置于光孔段两端的螺纹段，所述楔体包括依次沿轴向连接的旋转控制段、连接段和扩张段；所述旋转控制段外表面上沿其轴向设有滚针槽，所述滚针槽内设有滚针；所述连接段的外壁上设有与所述螺纹段上的内螺纹相匹配的外螺纹；所述扩张段为圆锥体结构；所述楔体由旋转控制段插入所述杆体，并且使所述旋转控制段设置于所述光孔段内，形成超越离合器传动结构；所述连接段与所述螺纹段配合。
[0017]进一步的，前述滚针槽的数量为2-4个，且沿所述旋转控制段的圆周方向均匀设置。
[0018]进一步的，前述杆体插设所述楔体的一端还安装有涨壳，所述涨壳套设于所述楔体上，所述涨壳与所述扩张段配合，并对所述杆体和楔体的相对移动距离进行限位。
[0019]进一步的，前述涨壳由两片半圆形管状牙片组成，所述牙片的外壁上沿周向设有环状牙槽，所述牙片的内壁与所述楔体扩张段的锥度相同；所述牙片分别通过弹簧卡固定于所述楔体上。
[0020]进一步的，前述杆体上还套设有封孔胶塞，所述封孔胶塞套装于所述托盘内侧，所述封孔胶塞与所述杆体通过螺纹配合。
[0021 ] 进一步的，前述杆体在安装杆尾螺母一端的注浆通道内设有逆止阀。
[0022]—种注浆锚杆的使用方法，包括如下步骤:
[0023]S1、钻孔:使锚杆钻机向所述钻头切削的同方向旋转，超越离合器传动结构锁紧，楔体与杆体同步转动；楔体带动钻头切割煤岩体；
[0024]S2、锚固:所述杆体前端钻入所述煤岩体后，使杆体向所述钻头切削的反方向旋转，超越离合器传动结构松开，楔体停止转动，钻头停止钻进；连接段由初始位置旋入杆体靠近钻头一端的螺纹孔内；杆体向孔内移动，并沿钻孔轴向推进涨壳；楔体前端扩张段逐渐缩入涨壳内，涨壳径向膨胀，直至涨壳被楔体扩张段挤紧在孔壁上；
[0025]S3、预紧:涨壳压紧孔壁完成锚固后，杆体与楔体被涨壳卡紧并停止转动，使杆尾螺母继续向所述钻头切削的反方向旋转，杆尾螺母剪断剪切销，并沿杆尾螺纹旋进，推动调心球形垫圈，使托盘压紧围岩表面，完成注浆锚杆预紧；
[0026]S4、封孔:注浆锚杆预紧时，封孔胶塞在托盘和调心球形垫圈的推动下，沿杆体挤入孔口内，封孔胶塞内部箍紧杆体，外部压紧孔口段孔壁；
[0027]S5、注浆:注浆锚杆封孔后，在杆体远离钻头的一端安装注浆管接头，并将注浆管接头与注浆系统连接，开动注浆栗向钻孔内注浆；注浆完成后，逆止阀自动关闭，封堵注浆通道。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明的上述技术方案具有以下有益效果:
[0030]本发明提供的一种注浆锚杆，锚杆本体、楔体和钻头上贯通有注浆通道，使其具有注浆的功能；锚杆本体向钻头切削的同方向旋转时，锚杆本体与楔体和钻头的相对位置固定，锚杆本体带动楔体和钻头同步转动，使其具有钻孔功能；锚杆本体向钻头切削的反方向旋转时，钻头与楔体静止不动，销杆本体沿轴向向靠近钻头的一侧移动，推动涨壳沿楔体扩张段轴向滑移，并沿钻孔径向膨胀压紧孔壁，使其具有锚固的功能，因此使该注浆锚杆同时具有钻孔、锚固和注浆的功能。
[0031]本发明提供的一种注浆锚杆的使用方法，可以在一次施工中连续完成钻孔、锚固并预紧的基础上，通过注浆通道对松散围岩进行注浆加固，能够简化破碎围岩注浆加固与支护工艺，提高破碎围岩掘进支护的施工速度。
[0032]本发明提供的一种注浆锚杆，实现巷道破碎围岩一次钻进、锚固，并对锚杆施加预紧力后，进行围岩注浆加固和锚杆全长锚固。解决了巷道破碎围岩注浆加固与锚杆支护的多次施工问题，可显著提高施工效率，降低工程成本。
【附图说明】
[0033]图1为现有技术中的锚杆安装示意图；
[0034]图2为现有技术中的自钻注浆钻杆示意图；
[0035]图3为本发明注浆锚杆的整体结构示意图；
[0036]图4为本发明中的杆体内注浆通道内壁的结构示意图；
[0037]图5为本发明中的楔体结构示意图；
[0038]图6为本发明中的涨壳结构示意图；
[0039]图7为本发明中的涨壳的端面图；
[0040]图8为本发明注浆锚杆楔体与杆体旋合后的示意图；
[0041]图9为本发明注浆锚杆钻进时的示意图；
[0042]图10为本发明注浆锚杆锚固后锚固端的示意图；
[0043]图11为本发明注浆锚杆锚固、预紧并封孔后的示意图。
[0044]其中，1:围岩；2:钻孔；3:锚杆；4:托盘；5:现有技术的杆尾螺母；6:现有技术的注浆钻杆；7:围岩裂隙；8:破碎围岩内钻孔；9:破碎围岩；10:楔体；11:涨壳；12:弹簧卡；13:滚针;14:杆体;15:封孔胶塞；16:调心球形垫圈;17:杆尾螺母；18:剪切销；19:逆止阀