一種防沖擊間隔注漿錨索的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種防沖擊間隔注漿錨索，包括單向注漿閥、中空注漿鋼鉸線、弧形錨環(huán)、滑動讓壓收縮環(huán)、錐形止?jié){塞、分段密封塞，滑動讓壓收縮環(huán)安裝在弧形錨環(huán)和錐形止?jié){塞之間，中空注漿鋼鉸線內(nèi)柔性注漿管上每間隔一定長度設(shè)置出漿閥，在鋼鉸線膨脹區(qū)前端設(shè)置分段密封塞，實現(xiàn)間隔注漿。本實用新型根據(jù)圍巖條件，設(shè)置注漿段“注漿段”L2n-1和“非注漿段”L2n，科學(xué)的改善支護(hù)體系的受力狀況，緩解了因圍巖劇烈變形導(dǎo)致的錨固段鋼鉸線瞬間高應(yīng)力狀態(tài)，有利于預(yù)防鋼鉸線破斷，提高了錨索利用率。
【專利說明】一種防沖擊間隔注漿錨索
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于巖土、水利、礦山等支護(hù)工程用注漿錨索。
【背景技術(shù)】
[0002]錨索因其錨固深度大、承載能力高、且可施加較大的預(yù)緊力，因而可以獲得比較理想的支護(hù)效果。在實際應(yīng)用中，通常采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)方式，在巷道支護(hù)初期，以錨桿的柔性支護(hù)為主，后期以錨索的懸吊作用為主，兩者取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮了錨桿、錨索整體支護(hù)性能。但在穩(wěn)定性較差的厚煤層動壓巷道，例如沿空掘巷、大斷面切眼、受動壓影響的跨采巷道等，由于錨固長度僅為錨索長度的1/3，其承載能力偏低，對破碎頂煤的加固作用有限，因此，在錨索的基礎(chǔ)上發(fā)展了中空注漿錨索，把注漿錨固錨索和樹脂錨固錨索合二為一，取長補(bǔ)短，實現(xiàn)了全長錨固。近幾年，伴隨煤炭開采強(qiáng)度的增大，煤層開采向縱深發(fā)展，深部巖體開挖處于典型的高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓、機(jī)械開挖動力擾動的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境，煤巖體具有較強(qiáng)的流變、蠕變特性，擴(kuò)容現(xiàn)象突出，變形具有沖擊性。當(dāng)支護(hù)完成后，錨桿、錨索周圍形成強(qiáng)度較高的錨固體，但錨桿、錨索之間的支護(hù)體系很難做到完全協(xié)調(diào)，特別是高地應(yīng)力環(huán)境和煤巖體變形突變區(qū)，由于錨索鋼絞線鋼性較大、延伸率小，在支護(hù)后期，錨索體沿軸向承受較高的拉應(yīng)力，當(dāng)被支護(hù)巷道巖層沿水平變形劇烈增加時，錨索體在受拉狀態(tài)時的徑向讓壓能力較弱，錨索體極易被剪斷，使其失去支護(hù)能力，發(fā)生頂板事故。因此，對于錨索、注漿錨索在深井大變形巷道支護(hù)體系中存在的問題，急需一種新型的錨索結(jié)構(gòu)和支護(hù)方法，提高錨索在支護(hù)體系中的讓壓能力，實現(xiàn)錨索支護(hù)體系的“強(qiáng)讓互補(bǔ)”，對于解決深井大變形巷道的支護(hù)問題提供有效的理論與技術(shù)支持。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決注漿錨索應(yīng)用于深井大變形巷道支護(hù)時存在的問題，本實用新型提供一種防沖擊間隔注漿錨索，通過注漿錨索結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，在錨孔內(nèi)實現(xiàn)間隔注漿，在不降低支護(hù)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，使錨索支護(hù)體系內(nèi)每隔一段距離形成“非注漿段”，根據(jù)支護(hù)區(qū)域巖體力學(xué)參數(shù)設(shè)計“非注漿段”長度L2n，在“非注漿段”錨索體可在錨孔內(nèi)實現(xiàn)一定角度的彎曲旋轉(zhuǎn)，當(dāng)被支護(hù)巷道巖體發(fā)生變形突然劇烈增加時，“非注漿段”內(nèi)錨索體的旋轉(zhuǎn)和彎曲緩解了錨索錨固體高應(yīng)力區(qū)的瞬間應(yīng)力集中程度，一定程度上避免了錨索體瞬間被剪斷現(xiàn)象發(fā)生。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:本實用新型提供一種防沖擊間隔注漿錨索，包括單向注漿閥、中空注漿鋼鉸線、弧形錨環(huán)、滑動讓壓收縮環(huán)、錐形止?jié){塞、分段密封塞，所述單向注漿閥設(shè)置在中空注漿鋼鉸線尾部，用于單向高壓注漿，弧形錨環(huán)、滑動讓壓收縮環(huán)、錐 形止?jié){塞、分段密封塞中間設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線沿通孔穿過。
[0005]所述中空注漿鋼鉸線由中空鋼鉸線、柔性注漿管和鋼鉸線膨脹環(huán)組成，中空鋼鉸線每間隔一定長度設(shè)置鋼鉸線膨脹環(huán)，使鋼鉸線膨脹散開，柔性注漿管沿鋼鉸線中心穿過，根據(jù)施工設(shè)計需要注漿的錨固段L2lri (n=l，2，…，η)位置，在鋼鉸線膨脹散開設(shè)置出漿閥，在“非注漿段” L2n (η=1，2，…，η)位置無需設(shè)置出漿閥。[0006]所述弧形錨環(huán)一端呈弧面結(jié)構(gòu)，與弧形托盤接觸，弧形錨環(huán)內(nèi)部為錐面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝錐形夾片。
[0007]所述滑動讓壓收縮環(huán)由弧形托盤、彈性讓壓收縮環(huán)、弓形托盤組成，弧形托盤一端設(shè)為弧面，與弧形錨環(huán)弧面接觸，另一端設(shè)為平面，與彈性讓壓收縮環(huán)連接，弓形托盤一端為平面，與彈性收縮環(huán)連接，另一端為弓形，中間為平面，與錐形止?jié){塞連接。
[0008]所述錐形止?jié){塞中心設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線從通孔穿過，整體結(jié)構(gòu)為錐形，一端設(shè)為平面，與弓形托盤連接，另一端為錐面，安裝在錨孔內(nèi)。
[0009]所述分段密封塞整體呈圓柱狀或錐形，中心設(shè)有通孔，安裝在鋼鉸線膨脹散開位置前端，根據(jù)注漿段設(shè)計位置，沿鋼鉸線軸線方向，將鋼鉸線在膨脹散開位置分為若干段。
[0010]通過應(yīng)用本實用新型一種防沖擊間隔注漿錨索，根據(jù)圍巖條件，設(shè)置“注漿段”L2lri和“非注漿段” L2n的數(shù)量、位置和長度，在注漿段，注漿壓力可設(shè)計為2MPa~8MPa，通過提高注漿壓力，使?jié){液向鉆孔周圍巖石裂隙中擴(kuò)散，對圍巖起到粘結(jié)固化作用，大大增強(qiáng)了注漿段L2lri區(qū)間的錨固力，提高了錨注區(qū)間的整體強(qiáng)度，科學(xué)的改善了支護(hù)體系的受力狀況。當(dāng)圍巖體沿錨索軸向發(fā)生瞬間較大沖擊變形時，滑動讓壓收縮環(huán)受壓收縮沿錨索滑動，能夠有效緩解圍巖沿軸向?qū)﹀^索的瞬間沖擊作用；當(dāng)被支護(hù)區(qū)域上下巖層沿垂直于錨索軸線方向發(fā)生移動時，常規(guī)錨索無讓壓空間，在巖層交界面處形成較強(qiáng)的剪應(yīng)力，錨索體易被剪斷，失去支護(hù)能力，當(dāng)采用間隔注漿錨索時，當(dāng)巖層交界面處于“非注漿段”時，由于“非注漿段”讓壓空間的存在，錨索可在錨孔中自由旋轉(zhuǎn)移動，有效避免了錨索承受瞬間的高剪應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)用防沖擊間隔注漿錨索，緩解了因圍巖劇烈變形導(dǎo)致的錨固段鋼鉸線瞬間高應(yīng)力狀態(tài)，實現(xiàn)錨索支護(hù)體系“強(qiáng)讓互補(bǔ)”理念，對于解決深井大變形巷道的支護(hù)問題提供了有效的技術(shù)手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實用新型防沖`擊間隔注漿錨索結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是圖2當(dāng)中A-A局部剖視圖；
[0014]圖4是本實用新型緩解被支護(hù)圍巖沿錨索軸向瞬間大變形原理圖；
[0015]圖5是常規(guī)錨索支護(hù)巖層移動錨索受力狀態(tài)分析圖；
[0016]圖6是本實用新型錨索支護(hù)巖層移動錨索受力狀態(tài)分析圖例I ;
[0017]圖7是本實用新型錨索支護(hù)巖層移動錨索受力狀態(tài)分析圖例2。
【具體實施方式】
[0018]如圖1~圖3所示，本實用新型一種防沖擊間隔注漿錨索，包括單向注漿閥1、中空注漿鋼鉸線2、弧形錨環(huán)3、滑動讓壓收縮環(huán)4、錐形止?jié){塞5、分段密封塞6，所述單向注漿閥I設(shè)置在中空注漿鋼鉸線尾部，用于單向高壓注漿，弧形錨環(huán)3、滑動讓壓收縮環(huán)4、錐形止?jié){塞5、分段密封塞6中間設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線2沿通孔穿過。中空注漿鋼鉸線2由柔性注漿管14、中空鋼鉸線15和鋼鉸線膨脹環(huán)16組成，中空鋼鉸線15每間隔一定長度設(shè)置鋼鉸線膨脹環(huán)16，使鋼鉸線膨脹散開，柔性注漿管14沿鋼鉸線中心穿過，根據(jù)施工設(shè)計需要注漿的錨固段L2lri (n=l，2，…，η)位置，在鋼鉸線膨脹散開位置設(shè)置出漿閥17，在“非注漿段”L2n (n=l，2，…，η)位置無需設(shè)置出漿閥?；⌒五^環(huán)3 —端呈弧面結(jié)構(gòu)10，與弧形托盤11弧面接觸，弧形錨環(huán)3內(nèi)部為錐面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝錐形夾片9。滑動讓壓收縮環(huán)4由弧形托盤11、彈性讓壓收縮環(huán)12、弓形托盤13組成，弧形托盤11 一端設(shè)為弧面，與弧形錨環(huán)弧面10接觸，另一端設(shè)為平面，與彈性讓壓收縮環(huán)12連接，弓形托盤13 —端為平面，與彈性讓壓收縮環(huán)12連接，另一端為弓形，中間為平面，與錐形止?jié){塞5連接。錐形止?jié){塞5中心設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線2從通孔穿過，整體結(jié)構(gòu)為錐形，一端設(shè)為平面，與弓形托盤13連接，另一端為錐面，安裝在錨孔內(nèi)，錐形止?jié){塞5采用柔性材料加工，要求具有一定的強(qiáng)度，同時具有收縮密封性能，以保證注漿孔口的密封性，防止注漿時，漿液沿孔口流出。分段密封塞6整體呈圓柱狀或錐形，中心設(shè)有通孔，安裝在鋼鉸線膨脹散開位置18前端，根據(jù)注漿段設(shè)計位置，沿鋼鉸線軸線方向，將鋼鉸線在膨脹散開位置分為若干段。
[0019]一種防沖擊間隔注漿錨索，使用方法包括以下步驟:
[0020]①.對施工地點的頂板巖層取巖芯，測試其巖石力學(xué)參數(shù)，根據(jù)測試結(jié)果確定間隔注漿錨索“注漿段” L2lri長度和“非注漿段” L2n長度，據(jù)此為施工地點加工防沖擊間隔注漿錨索。參照圖1，在“注漿段”長度L2lri區(qū)間鋼鉸線膨脹散開位置設(shè)置出漿閥，在“非注漿段”長度L2n區(qū)間鋼鉸線膨脹散開位置無需設(shè)置出漿閥，以實現(xiàn)間隔注漿；
[0021]②配制注漿材料，注漿材料以水泥凈漿為主，同時添加水泥注漿添加劑，包括早強(qiáng)劑、泵送劑、超塑化劑、膨脹劑等，使注漿材料具有較好的早強(qiáng)與高強(qiáng)性能、良好的流動性及微膨脹性，從而大大改善錨注加固的效果；
[0022]③.應(yīng)用錨桿鉆機(jī)按設(shè)計位置施工錨索孔，對于軟弱易碎頂板或兩幫施工錨索孔時，錨索孔內(nèi)易堆積碎煤巖屑，施工完錨孔后，清理出碎渣及鉆孔位置，便于封孔；
[0023]④將樹脂錨固 劑用間隔注漿錨索推入鉆孔，在錨孔孔口位置進(jìn)行密封處理，應(yīng)用錨桿鉆機(jī)在孔內(nèi)攪均，完成錨索初期錨固后，等待30 min左右達(dá)到錨固強(qiáng)度后安裝錐形止?jié){塞5，裝上錐形止?jié){塞5、滑動讓壓收縮環(huán)4和弧形錨環(huán)3，然后進(jìn)行張拉預(yù)緊；
[0024]⑤準(zhǔn)備好注漿材料和注漿泵7，通過注漿管與防沖擊間隔注漿錨索尾部單向注漿閥I連接，啟動注漿泵7進(jìn)行注漿，注漿速度要緩慢，注漿時注意觀察壓力表，當(dāng)壓力表8有升高趨勢時，要等待2~3分鐘再注漿，以保證注漿段L2lri區(qū)間能夠注滿漿液體，為了能夠獲得更好的支護(hù)效果，根據(jù)需要，注漿壓力可設(shè)計為2MPa~8MPa，提高注漿壓力，使?jié){液向鉆孔周圍巖石裂隙中擴(kuò)散，對圍巖起到粘結(jié)固化作用，增強(qiáng)注漿段L2lri區(qū)間的錨固力，提高錨注區(qū)間的整體強(qiáng)度。
[0025]下面介紹一下本實用新型實施時預(yù)防圍巖大變形及瞬間沖擊造成錨索破壞的原理及工程應(yīng)用注意的問題:
[0026]參照圖4，支護(hù)完成后，對于被支護(hù)的軟弱圍巖體在高地應(yīng)力環(huán)境下，沿錨索軸向易發(fā)生瞬間較大沖擊變形，由于錨索鋼絞線鋼性較大、延伸率小，很可能在圍巖體的沖擊作用下，錨環(huán)脫落或沖擊力超過了鋼絞線的抗拉強(qiáng)度而發(fā)生破斷。當(dāng)采用本實用新型防沖擊間隔注漿錨索時，當(dāng)圍巖體沿錨索軸向發(fā)生瞬間較大沖擊變形時，滑動讓壓收縮環(huán)4受壓收縮為19形狀，有效的緩解了圍巖沿軸向的瞬間沖擊作用，間接保護(hù)了錨索。
[0027]參照圖5，對于常規(guī)的樹脂錨固或注漿錨固，錨索與周圍巖體相互作用形成高應(yīng)力區(qū)，且錨索體沿軸向承受較高的拉應(yīng)力，當(dāng)被支護(hù)區(qū)域上下巖層沿垂直于錨索軸線方向變形劇烈增加，厚度為h的巖層水平移動位移為a時，錨索在巖層交界面20處形成較強(qiáng)的剪應(yīng)力，由于錨索處于高應(yīng)力區(qū)，無讓壓空間，且錨索體在受拉狀態(tài)時的徑向讓壓能力較弱，錨索體極易被剪斷，使其失去支護(hù)能力，發(fā)生頂板事故。當(dāng)采用本實用新型防沖擊間隔注漿錨索時，參照圖6，同樣厚度為Ii1的巖層水平移動位移為a時，當(dāng)巖層交界面處于“非注漿段”區(qū)域接近中間位置時，錨索在“非注漿段”和“注漿段”交界處21、23形成較小的彎曲變形，由于“非注漿段”讓壓空間的存在，錨索可在錨孔中自由旋轉(zhuǎn)移動，該條件下，“非注漿段”空間內(nèi)的錨索在巖層交界面處未受到巖層剪力，有效避免了錨索承受瞬間的高剪應(yīng)力狀態(tài)；參照圖7，當(dāng)下部移動巖層厚度為h2 (Ii2A1)的巖層水平移動位移為a時，巖層交界面處于“非注漿段”區(qū)域靠近下部巖層位置時，錨索在“非注漿段”和“注漿段”交界處24、26同樣形成較小的彎曲變形，“非注漿段”空間內(nèi)的錨索在巖層交界面25受到了巖層剪力，但相比圖5情況，由于“非注漿段”讓壓空間的存在，錨索高剪應(yīng)力狀態(tài)得到了有效緩解。
[0028]可見，巖層移動交界面在“非注漿段”區(qū)域所處的位置對于錨索的受力狀態(tài)也有較大的影響，而巖層弱面、易破壞移動區(qū)域及巖層移動角在實際工程中非線性強(qiáng)，難以判斷，因此，在實際應(yīng)用中，必須對施工地點的頂板巖層取巖芯，測試巖石力學(xué)參數(shù)及頂板分層情況，根據(jù)測試結(jié)果科學(xué)設(shè)置“注漿段”L2lri和“非注漿段”L2n的長度和位置，以保證間隔注漿方案的最優(yōu)化及良好的應(yīng)用效果，實現(xiàn)錨索支護(hù)體系“強(qiáng)讓互補(bǔ)”理念，對于解決深井大變形巷道的支護(hù)問題提供有效的技術(shù)裝備支持。
【權(quán)利要求】
1.一種防沖擊間隔注漿錨索，包括單向注漿閥、中空注漿鋼鉸線、弧形錨環(huán)、滑動讓壓收縮環(huán)、錐形止?jié){塞、分段密封塞，其特征在于:所述單向注漿閥設(shè)置在中空注漿鋼鉸線尾部，用于單向高壓注漿，弧形錨環(huán)、滑動讓壓收縮環(huán)、錐形止?jié){塞、分段密封塞中間設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線沿通孔穿過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防沖擊間隔注漿錨索，其特征在于:所述中空注漿鋼鉸線由中空鋼鉸線、柔性注漿管和鋼鉸線膨脹環(huán)組成，中空鋼鉸線每間隔一定長度設(shè)置鋼鉸線膨脹環(huán)，使鋼鉸線膨脹散開，柔性注漿管沿鋼鉸線中心穿過，根據(jù)施工設(shè)計需要注漿的錨固段L2lri (n=l，2，...，!!)位置，在鋼鉸線膨脹散開位置設(shè)置出漿閥，在“非注漿段”L2n (n=l,2，…，η)位置無需設(shè)置出漿閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防沖擊間隔注漿錨索，其特征在于:所述弧形錨環(huán)一端呈弧面結(jié)構(gòu)，與弧形托盤接觸，弧形錨環(huán)內(nèi)部為錐面結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝錐形夾片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防沖擊間隔注漿錨索，其特征在于:所述滑動讓壓收縮環(huán)由弧形托盤、彈性讓壓收縮環(huán)、弓形托盤組成，弧形托盤一端設(shè)為弧面，與弧形錨環(huán)弧面接觸，另一端設(shè)為平面，與彈性讓壓收縮環(huán)連接，弓形托盤一端為平面，與彈性收縮環(huán)連接，另一端為弓形，中間為平面，與錐形止?jié){塞連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防沖擊間隔注漿錨索，其特征在于:所述錐形止?jié){塞中心設(shè)有通孔，中空注漿鋼鉸線從通孔穿過，整體結(jié)構(gòu)為錐形，一端設(shè)為平面，與弓形托盤連接，另一端為錐面，安裝在錨孔內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防沖擊間隔注漿錨索，其特征在于:所述分段密封塞整體呈圓柱狀或錐形，中心設(shè)有通孔，安裝在鋼鉸線膨脹散開位置前端，根據(jù)注漿段設(shè)計位置，沿鋼鉸線軸線方向 ，將鋼鉸線在膨脹散開位置分為若干段。
【文檔編號】E21D20/02GK203584447SQ201320763045
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】王永龍, 孫玉寧, 宋維賓, 王振鋒 申請人:河南理工大學(xué)