套管漲殼型自鑽式中空錨杆的製作方法
2023-12-10 03:30:26
專利名稱：套管漲殼型自鑽式中空錨杆的製作方法
技術領域：
本發明屬於巖土工程錨固支護領域。本發明涉及一種套管漲殼型自鑽式中空錨杆，適用於煤礦巷道頂板的超前支護和永久支護。
背景技術：
錨杆支護作為一種有效的巷道支護方式，由於對巷道圍巖強度的強化作用，可顯著提高圍巖的穩定性，加之具有支護成本較低、成巷速度快等優點，可提高礦井的經濟效益，因而成為世界各國礦井巷道的一種主要的支護形式，代表了煤礦巷道支護技術的主要發展方向。
早在20世紀40年代，美國、前蘇聯就已在井下巷道使用了錨杆支護，我國是從1956年起在煤礦巖巷中使用錨杆支護。幾十年來，世界錨杆支護經歷了如下發展歷程1945～1950年，機械式錨杆研究與應用；1950～1960年，採礦業廣泛採用機械式錨杆，並開始對錨杆支護進行系統研究；1960～1970年，樹脂錨固劑錨杆推出並在礦山得到應用；1970～1980年，發明管縫式錨杆、脹管式錨杆並得到應用，同時研究新的方法，長錨索產生；1980～1990年，組合錨杆、桁架錨杆、特種錨杆等得到應用，樹脂錨固材料得到改進；1990年～至今，樹脂錨固劑錨杆已成為煤礦井下支護的主要形式。
目前樹脂錨固劑錨杆作為煤礦巷道應用最廣的錨杆，樹脂錨固劑錨杆分為全長錨固和端頭錨固兩種形式，其錨固機理是通過攪拌後的樹脂藥卷將錨杆和圍巖粘結在一起，達到粘結錨固的目的。雖然樹脂錨固劑錨杆在煤礦巷道支護中應用廣泛，但在應用過程中也存在一定問題，主要表現在一方面樹脂錨固劑錨杆施工工藝繁瑣，在延長了錨杆支護佔用時間的同時，也增加了施工工人的安全隱患。其施工工藝為首先用錨杆鑽機將孔鑽好，然後放入樹脂藥卷，再把錨杆放入孔中用攪拌器進行攪拌，樹脂藥卷攪拌均勻並初步凝固後，最後對錨杆施加預緊力。另一方面樹脂藥卷攪拌後不能確定錨杆端頭錨固的錨固位置，達不到預期的錨固效果；以及樹脂錨固劑在遇到水後，其錨固力會顯著降低。
雖然目前在鐵路、公路隧道以及邊坡治理中廣泛應用一種自鑽式注漿錨杆，但由於煤礦巖層的複雜性，這種錨杆在煤巷支護中無法應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型的錨杆，解決目前煤巷錨杆支護過程中存在的問題，起到安全作業和快速支護的作用。
根據本發明，提供了一種套管漲殼型自鑽式中空錨杆，該錨杆由一次性鑽頭、鋼塞、漲殼、套管、中空杆體、託盤和螺母七部分組成，一次性鑽頭和鋼塞固定聯接在中空杆體上，漲殼和套管空套在中空杆體上，託盤在下端託住套管，由螺母將其固定。
所述的一次性鑽頭前端焊有硬質合金，該硬質合金可通過熔焊、軟焊或硬焊等方法固定在結合部件上，可根據鑽孔的深淺將硬質合金的耐磨壽命設計為1.5個孔；一次性鑽頭與錨杆體通過螺紋連接，鑽入圍巖後鑽頭不再取出。
所述的鋼塞上端為圓柱形、下端為錐形，安裝在鑽頭的下端，通過螺紋加焊接的方式與錨杆體連接在一起；漲殼為中空體，空套在錨杆體的外部，漲殼的前端內側有倒角，其斜度與鋼塞錐體斜度相同；鋼塞的外表面和漲殼的倒角部分粗糙度小，便於鋼塞擠入漲殼；裝配時鋼塞預先進入漲殼一部分，使鋼塞外表面與漲殼倒角部位完全接觸；當錨杆鑽至設計深度後可立即對錨杆施加機械錨固力，從而對頂板起到了超前錨固作用。
所述的套管壁厚為3mm，在對錨杆施加預緊力時可藉助套管防止漲殼下移，從而使漲殼漲開。
所述的中空錨杆體即為鑽杆，鑽進後杆體不必取出，減少了更換鑽杆、放錨杆等工序，一定程度上節省了時間；中空錨杆體兼具進水和注漿功能，在不影響掘進的情況下通過中空杆體注漿，既對頂板巖層起到了永久支護作用，又減少了掘進機停機時間；中空錨杆體的前端通過螺紋和焊接的方式與鑽頭和鋼塞連接，錨杆體的後端車有螺紋，可安裝螺母，與錨杆鑽機連接部分設計為外六方形。
所述的託盤為蝶形託盤，空套在錨杆體上可以託住套管；螺母安裝在錨杆體下端，通過對螺母施加預緊可提供超前機械錨固力。
運用本發明的新型錨杆支護施工之前，在地面裝配好套管漲殼型自鑽式中空錨杆的各部件，在中空錨杆體自上而下安裝有一次性鑽頭、鋼塞、漲殼、套管、託盤和螺母，組成整套錨杆；支護施工時，直接將整套錨杆插入液壓錨杆鑽機或氣動錨杆鑽機的六方連接套中，開啟錨杆鑽機，由錨杆體的中孔注水進行溼式鑽孔；當錨杆鑽至設計深度，託盤貼住頂板時，停止鑽孔；隨後開始對螺母施加預緊力，通過杆體的下移迫使漲殼漲開，使漲殼的外壁與圍巖緊緊結合在一起，起到機械超前錨固作用，完成錨杆的安裝；最後支完應打錨杆後，掘進機繼續前進，在不影響掘進機割煤的情況下，通過中空錨杆體進行後期注漿，以達到永久支護的目的。
由本發明公開的套管漲殼型自鑽式中空錨杆與現有的煤巷支護錨杆相比，鑽進速度較快，鑽進過程中不存在幹涉現象，鑽進後杆體不再取出，避免了樹脂錨杆施工中換鑽杆、放錨杆、放藥卷等繁瑣工藝；錨杆在安裝過程中，鑽至設計深度後可立即對錨杆施加預緊力，錨杆安裝時間減少，使施工工人在頂板未支護狀態下工作時間縮短，一定程度上為施工工人提供了安全保障；錨杆鑽至設計深度後給其施加的預緊力，可以給頂板提供快速承載能力，此快速承載力符合煤礦安全支護要求，防止了圍巖的快速離層現象；在不影響掘進機掘進的情況下進行後期注漿，不僅使錨杆具有永久支護功能，還使掘進機的割煤時間延長，一定程度上解決了掘進機割煤與錨杆支護不批評問題，提高了經濟效益。
圖1本發明的錨杆結構示意2圖1中所示中空杆體7的主視3圖2中A-A處剖視4圖2中B-B處剖視5圖1中所示鋼塞2的主剖視6圖1中所示漲殼3的主視7圖1中所示託盤5的主剖視圖其中1——一次性鑽頭2——鋼塞3——漲殼4——套管 5——託盤6——螺母7——中空杆體 8——中空杆體7的六稜外表面9——中空杆體7的與螺母連接螺紋 10——中空杆體7的與鑽頭和鋼塞連接螺紋11——中空杆體7的中孔 12——鋼塞2的錐表面13——漲殼3的斜齒 14——漲殼3的裂縫15——託盤5的內表面
具體實施例方式
如圖1為本發明的自鑽式錨杆結構示意圖，本發明的錨杆由一次性鑽頭1、鋼塞2、漲殼3、套管4、託盤5、螺母6和中空杆體7組成。一次性鑽頭1螺紋連接在中空杆體7的前端，鋼塞2也通過螺紋與中空杆體7連接，同時進行焊接；漲殼3和套管4空套在中空杆體7上，套管4的下端由託盤5空套在中空杆體7上託住套管4，最下端由螺母6起到軸向固定。
如圖2為中空杆體7的主視圖，杆體與錨杆鑽機連接部位設計為六稜外表面8，這種設計外形可以使錨杆與鑽機直接結合，提高鑽進效率；杆體與螺母的連接部位設計有螺紋9，螺紋段的長度根據預緊要求而定；在中空杆體7的另一端的外表面同樣設計有螺紋10，此螺紋段的長度根據一次性鑽頭1和鋼塞2的相關尺寸而定。圖3和圖4分別為中空杆體7在A-A處和B-B處的剖視圖，其中11為中空杆體7的中孔，在鑽進過程中用於注水進行溼式鑽孔，在注漿錨固過程中通過中孔11注射水泥砂漿。
如圖5為鋼塞2的主視圖，鋼塞的下端設計為錐表面12，設計時保證與漲殼的緊密接觸配合，在對錨杆施加預緊載荷和圍巖破壞載荷時都是通過鋼塞壓入漲殼3中，迫使其漲開起到錨固作用。
如圖6為漲殼3的主視圖，漲殼的上端設計有斜齒13，並且均布有四個裂縫14將上端分為四瓣。斜齒13在錨固時可增大與圍巖的摩擦從而使錨固性能提高，裂縫14可使鋼塞2在壓入漲殼3中時迫使漲殼更容易漲開。
如圖7為託盤5的主剖視圖，其外形設計為蝶形，這樣可使託盤在承受載荷時通過其外形的變形可起到緩衝作用。託盤5的內表面15為球形，下端為平面，要求能夠託住套管。
在施工之前將各部件按圖1裝配好，施工過程中首先將自鑽式錨杆直接插入錨杆鑽機的六方連接套中，錨杆鑽機可採用氣動或液壓驅動方式；開動鑽機對準頂板指定位置進行鑽孔，鑽進過程中通過中空杆體7注水溼式鑽孔；當錨杆鑽至設計深度，通過擰緊螺母6對錨杆施加預緊力，螺母6的旋進尺寸即為鋼塞2下移尺寸，隨著鋼塞的下移迫使漲殼3漲開與圍巖緊密接觸；預緊結束後隨著頂板圍巖的自然離層錨杆將逐漸承受圍巖的破壞載荷，使漲殼繼續膨脹，錨固摩擦力繼續提高；超前支護結束後，在不影響掘進機割煤的情況下再對所支的自鑽式錨杆進行注漿，以確保自鑽式錨杆的最終錨固性能。
權利要求
1.一種套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於該錨杆由(1)一次性鑽頭、(2)鋼塞、(3)漲殼、(4)套管、(5)中空杆體、(6)託盤和(7)螺母七部分組成，一次性鑽頭和鋼塞固定聯接在中空杆體上，漲殼和套管空套在中空杆體上，託盤在下端託住套管，由螺母將其固定。
2.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(1)一次性鑽頭的設計壽命為鑽1～2個孔，與中空杆體的聯接為螺紋聯接。
3.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(2)鋼塞的下部為圓錐形，上部為圓柱形，與中空杆體通過螺紋聯接並進行焊接；錨杆機械錨固時鑽頭聯接處不受力，鋼塞與中空杆體聯接處受力。
4.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(3)漲殼為前端開有四個縫的鋼管，並且在漲殼的外部加工由斜齒。
5.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(4)套管為具有一定壁厚的鋼管，錨杆預緊時能夠將漲殼頂開。
6.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(5)託盤為碟形託盤，空套在中空杆體上能夠將套管託住。
7.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於所述(6)中空杆體在錨杆鑽進時用於注水，在後期加強錨固時用於注射水泥砂漿。
8.根據權利要求1所述的套管漲殼型自鑽式中空錨杆，其特徵在於施工過程中整套錨杆直接放置於錨杆鑽機聯接處，由中空杆體注水進行溼式鑽孔，鑽孔過程流暢；錨杆鑽至設計深度後，在不更換其它機具的情況下，直接由錨杆鑽機前端所設計的預緊裝置進行預緊，實現機械錨固。
全文摘要
本發明涉及一種套管漲殼型自鑽式中空錨杆，屬於工程支護領域，它包括一次性鑽頭、鋼塞、漲殼、套管、中空杆體、託盤和螺母七部分。一次性鑽頭聯接在中空杆體的最前端，其壽命設計為鑽一個孔；鋼塞與中空杆體螺紋聯接加焊接在一起，鋼塞下端依次空套漲殼和套管；漲殼的上部開有四個縫，且外部加工有斜齒；託盤在下端託住套管，由螺母將其固定。本發明應用於煤礦巷道頂板支護，首先通過機械漲殼超前錨固達到快速承載要求，然後通過注射水泥砂漿實現全長錨固。本發明在施工過程中鑽進和安裝方便，改變了傳統錨杆施工工藝，實現了煤巷支護的鑽錨一體化，有助於煤巷的快速、安全支護。
文檔編號E21D21/00GK101054901SQ20071011124
公開日2007年10月17日 申請日期2007年6月19日 優先權日2007年6月19日
發明者鄭曉雯, 李濤, 吳淼, 孟國營, 劉建功, 張靜凱 申請人:鄭曉雯, 李濤, 吳淼