一種液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆的製作方法
2023-10-27 19:35:22 1
本發明涉及巖土加固支護技術領域，尤其涉及一種液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆。
背景技術：
錨杆支護是解決巖土工程中穩定問題最為經濟有效的方法，其已在邊坡治理、深基坑支護、圍巖加固以及結構物加壓等各類工程中得到廣泛應用。但破碎巖體的支護加固卻一直是巖土錨固工程施工領域的難題，尤其當破碎巖體厚度超過一定距離時，採用錨杆或錨索支護的錨固段只能作用在破碎巖土體中，無法形成懸吊、擠壓等支護作用，無法進行有效的錨固，工程安全性得不到保證。而採用注漿支護或錨注聯合支護時，在破碎巖體裂隙發育不充分的情況下，注漿漿液擴散半徑小、注漿量低，導致主副承載圈的厚度小，在巷道或採場上盤圍巖在應力集中的作用下會逐漸失去平衡，形成新的破壞，難以滿足加固破碎區域圍巖的目的。
針對破碎巖體裂隙連通性差、注漿量小等問題，有人提出採用常規爆破增透注漿的方法進行錨注聯合支護，但炸藥爆炸增透技術由於藥包爆破能量及其釋放方向難以精準控制，可能導致炮孔周圍較密集的徑向裂紋急劇增多，無法形成均勻的裂隙帶，爆破後易對深部圍巖爆炸致裂帶造成新的應力集中，反而影響圍巖的穩定性。同時，傳統炸藥爆破安全係數低，不能排除啞炮的可能，適用條件受限、操作工藝相對複雜，爆破產生的粉塵和大量有害氣體對作業環境造成汙染。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對上述節理裂隙中等發育、連通性差的圍巖進行加固時，提供一種實現爆破過程無汙染、能量可調、洩放方式可控的液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆，以增加圍巖的裂隙帶範圍、擴大漿液的擴散半徑、改善圍巖的注漿效果，提高和改善圍巖力學性能，控制圍巖變形，實現錨杆與注漿雙重支護作用。
為解決上述技術問題，本發明所提供的液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆，包括錨杆杆體和脹殼錨固頭，所述錨杆杆體包括儲液管、固定連接在儲液管前端的洩能頭及可拆卸連接在儲液管後端的充裝頭，所述洩能頭內設有連通儲液管內腔的釋放管路，外壁上設有貫通所述釋放管路的排氣孔；在儲液管內腔與釋放管路之間設有洩能片；所述脹殼錨固頭連接於所述洩能頭的前端；所述充裝頭上設有連通儲液管內腔的充液孔及控制充液孔開閉的閥門，在所述儲液管內腔的後端設有加熱元件。
進一步的，所述脹殼錨固頭包括一螺杆、一楔形螺母及兩瓣對應設置的脹殼夾片，所述螺杆一端與洩能頭前端固定連接，另一端從兩瓣脹殼夾片之間穿過並與楔形螺母之螺孔螺接配合，所述楔形螺母設有與脹殼夾片相配合的楔形面，所述兩瓣脹殼夾片通過前端的錐形端冒連接在一起。
進一步的，所述脹殼夾片的外表面為倒鋸齒狀錐形表面，所述倒鋸齒環向布設。
進一步的，所述錨杆杆體的長度和直徑根據需要進行加工，且儲液管和洩能頭外表面帶有梯形螺紋。
採用上述技術方案的液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆，在所述儲液管的後端設有帶墊板的擋環。
本發明中充裝頭與儲液管通過螺紋連接，儲液管體表面形成梯形螺紋，有利於錨杆採用旋轉方式鑽進並與巖體緊密契合。
該液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆的支護步驟如下：
1、巷道圍巖錨注支護加固施工前，首選開展工程地質調查、巖石物理力學參數測試和巷道鬆動圈測試，獲取巖石物理力學參數，結構面發育狀況，巷道鬆動圈範圍等基本參數；
2、結合圍巖性質，根據相應爆破理論計算確定複合錨杆排氣孔位置，在確定排氣孔位置和深度後，進一步確定錨孔深度和複合錨杆總長度，複合錨杆直徑一般取30-45mm；錨杆杆體可根據實際誘導致裂方向選擇裝配排氣孔布置角度與數量不同的洩能頭，且排氣孔位置可根據需要進行調整；
3、施工直徑小於錨杆的錨孔，複合錨杆沿所述錨孔鑽進，保證儲液管和洩能頭與錨孔壁耦合，增大摩擦力；脹殼錨固頭通過旋轉錨杆杆體使楔形螺母向充裝頭一端移動，通過楔形螺母的楔合作用迫使脹殼錨固頭張開，嵌入孔壁，將錨杆固定在巖體中，儲液管通過尾端的墊板和擋環加固，實現對錨杆施加預應力和形成對巖體徑向阻力；
4、錨杆固定後，通過充裝頭進行液態二氧化碳的充裝，充裝量在巖體物理力學性質和圍巖質量分級的基礎上，根據誘導爆破所需爆破壓力值進行合理確定，確保圍巖的整體性不受破壞；
5、接通加熱元件電源，使液態二氧化碳由液態迅速轉化為氣態，高能(壓)氣流膨脹致使洩能片打開，隨後從洩能頭的排氣孔排出，實現誘導致裂作用，誘導致裂完成後，經過一定時間的裂隙擴展和發育增透階段後，拆卸充裝頭、加熱元件，漿液通過注漿泵泵入儲液管經洩能頭的排氣孔進入錨孔與巖體裂隙，直至充填注滿巖體內裂隙結構面，達到錨注雙重支護的作用。
本發明的有益效果是：利用液態二氧化碳高壓氣體爆破的方式替代傳統炸藥爆破，在保證周邊巖體整體不受破壞的同時，在一定深度的巖體內進行誘導致裂，使裂隙帶範圍定向均勻擴展，有效擴大巖體內裂隙帶範圍，為實施注漿加固創造更有利條件；同時直接利用二氧化碳爆破管作為注漿通道實施巖體注漿加固，實現了誘導爆破與注漿有機結合；採用二氧化碳爆破，排氣孔布置角度與洩能頭數量可根據圍巖性質和結構面特徵進行人為布設，達到聚能射孔爆破效果；以物理爆炸方式取代了傳統的炸藥爆破，爆炸無汙染、無處理啞炮、盲炮的危險，且操作簡單，安全性得到大幅提高，有效改善錨注雙重支護的效果。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明中脹殼錨固頭的結構示意圖；
圖3為本發明中洩能頭橫剖面示意圖；
圖4為運用本發明進行巷道圍巖支護的爆破施工示意圖；
圖5為運用本發明進行進行巷道圍巖支護的注漿施工示意圖；
其中：1-充裝頭；2-活動銷；3-墊板；4-儲液管；5-洩能頭；6-排氣孔；7-螺杆；8-脹殼夾片；9-楔形螺母；10-洩能片；11-加熱元件；12-擋環；13-閥門；14-充液孔；15-錨孔；16-巖體裂隙；17-注漿泵；18-釋放管路；19-錐形端冒。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步地說明。
如圖1-圖5所示，一種液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆，包括錨杆杆體和脹殼錨固頭，所述錨杆杆體包括儲液管4、固定連接在儲液管4前端的洩能頭5及可拆卸連接在儲液管4後端的充裝頭1，所述洩能頭5內設有連通儲液管4內腔的釋放管路18，外壁上設有貫通所述釋放管路的排氣孔6；在儲液管內腔與釋放管路18之間設有洩能片10；具體的，所述洩能頭5旋轉在所述儲液管4內，且通過儲液管4內壁上凸出形成的定位環定位，所述洩能片10位於所述定位環和洩能頭5之間，所述脹殼錨固頭連接於所述洩能頭5的前端；所述充裝頭1上設有連通儲液管內腔的充液孔14及控制充液孔14開閉的閥門13，在所述儲液管內腔的後端設有加熱元件11。
具體的，所述脹殼錨固頭包括一螺杆7、一楔形螺母9及兩瓣對應設置的脹殼夾片8，所述螺杆7一端與洩能頭5前端固定連接，另一端從兩瓣脹殼夾片8之間穿過並與楔形螺母9之螺孔螺接配合，所述楔形螺母9設有與脹殼夾片8相配合的楔形面，所述兩瓣脹殼夾片8通過前端的錐形端冒19連接在一起，所述楔形螺母9的兩楔形面之間的距離從前到後逐漸變小，優選的，所述脹殼夾片8的外表面為倒鋸齒狀錐形表面，所述倒鋸齒環向布設，從而提高脹殼錨固頭與巖層孔壁的摩擦力，進而提高錨杆的錨固力。
其中，錨杆杆體的長度和直徑根據需要進行加工，在儲液管4、洩能頭5的外表面設有梯形螺紋，從而有利於錨杆鑽進。
為便於調整排氣孔6在錨孔內的方向，在所述充裝頭1上設有與排氣孔6位置對應的刻線。
以上技術方案中，在所述儲液管4的後端設有帶墊板3的擋環12，所示擋環12通過活動銷2定位安裝在儲液管4上。
該液態二氧化碳爆破增透注漿複合錨杆的支護步驟如下：
1、巷道圍巖錨注支護加固施工前，首選開展工程地質調查、巖石物理力學參數測試和巷道鬆動圈測試，獲取巖石物理力學參數，結構面發育狀況，巷道鬆動圈範圍等基本參數；
2、結合圍巖性質，根據相應爆破理論計算確定複合錨杆中排氣孔6的位置，在確定排氣孔6位置和深度後，進一步確定錨孔深度和複合錨杆總長度，複合錨杆直逕取35mm；錨杆杆體可根據實際誘導致裂方向選擇裝配排氣孔布置角度與數量不同的洩能頭，且排氣孔位置可根據需要進行調整；在本實施例中，洩能頭5預製相互垂直對稱布置的排氣孔6，共兩排四個。排氣孔6的位置與充裝頭1採用刻線進行對應標註，以便掌握複合錨杆在安裝進入錨孔和固定過程中，調整排氣孔6在巖體內的方向；
3、在巷道圍巖中施工一直徑小於錨杆的錨孔15，複合錨杆沿所述錨孔鑽進，保證錨杆杆體與錨孔壁耦合，增大摩擦力；脹殼錨固頭通過旋轉錨杆杆體使楔形螺母9向充裝頭1方向移動，通過楔形螺母9的楔合作用迫使脹殼夾片8張開，嵌入孔壁，使錨杆固定在巖體中；儲液管4通過尾端的墊板3和擋環12加固，實現對錨杆施加預應力和形成對巖體徑向阻力；
4、錨杆固定後，通過充裝頭1上的充液孔14向儲液管4內充裝一定量的液態二氧化碳，充裝量在巖體物理力學性質和圍巖質量分級的基礎上，根據誘導爆破所需爆破壓力值進行合理確定，確保圍巖的整體性不受破壞；
5、接通加熱元件11電源，使液態二氧化碳由液態迅速轉化為氣態，高能(壓)氣流膨脹致使洩能片10打開，隨後從洩能頭5的排氣孔6排出，實現誘導致裂作用；誘導致裂完成後，經過一定時間的裂隙擴展和發育增透階段後，即可進行注漿。此時，拆卸充裝頭1、加熱元件11，漿液通過注漿泵17泵入儲液管4經洩能頭5的排氣孔6進入錨孔15與巖體裂隙16，直至充填注滿巖體內裂隙結構面，達到錨注雙重支護的作用。
以上僅為本發明具體實施案例說明，不能一次限定本發明的權力保護範圍。凡在發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。