一种可注浆的实心锚杆支护装置及网状锚杆支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种可注浆的实心锚杆支护装置及网状锚杆支护结构，属于煤矿井巷支护技术领域。


背景技术：

2.锚杆支护技术在煤矿支护领域起着极为重要的作用，具有明显的经济技术效益，因此被广泛推广应用。近年来，随着煤矿开采深度的增加，在很多矿井都能够遇到软岩大变形巷道，此类巷道原岩应力高，应力扰动复杂，且多数巷道要承受一次或者多次采掘扰动。复杂的开采条件直接影响了锚杆锚固性能和支护性能，对围岩支护的效果产生了严重的影响：
3.1.目前在巷道的支护上往往采用单个锚杆进行固定，单个锚杆受力有限，当锚杆受力超过自身强度时，将会发生锚杆突然断裂，因此往往会出现锚索失效的现象，支护的稳定性和可靠性较低。
4.2.生产力水平对锚注一体化有更高的要求，在较破碎的地质环境下，巷道支护要求兼顾锚杆支护与注浆。
5.为解决现有煤矿锚杆锚固技术中存在的问题，国内近年来研制出了注浆锚杆，目前国内的注浆锚杆主要分为两种，一是中空注浆锚杆，二是组合式注浆锚杆。
6.现有的中空注浆锚杆的杆体为中空结构，锚杆杆体由钢管加工而成。中空注浆锚杆在一定程度上克服了现有锚杆的不足，但是中空锚杆也存在如下问题：1.锚杆强度低，采用中空杆体，严重降低了锚杆的破断力。2.注浆压力低达不到注浆效果，由于采用挤压式封孔，注浆压力不能过大，封孔长度及封孔质量都受到一定限制，影响锚固及注浆效果。
7.3.中空注浆锚杆成本较高，由于加工中空注浆锚杆杆体采用无缝钢管或焊管加工，而且加工中空注浆锚杆工艺相对较复杂，所以中空注浆锚杆要比普通实心锚杆价格高30%以上。
8.组合式注浆锚杆杆体的前端为实心杆体，后端为中空杆体，前后端用连接套连接，但现有的组合式注浆锚杆不适用破碎、松软的煤矿巷道围岩支护，主要存在如下问题：1.组合锚杆均采用锥形止浆塞，在锚杆孔孔口进行封孔止浆，当围
9.岩破碎时浆液易从钻孔周围漏浆，达不到注浆加固的目的。2.组合式注浆锚杆比中空注浆锚杆增加了连接套，连接套与孔壁之间应具有一定的间隙确保浆液流动，这就要求施工的钻孔直径相对要大，大孔径的钻孔施工将影响打眼速度，此外组合式注浆锚杆加工复杂。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是要克服现有技术中存在的不足之处，提供一种适应性强、支护面积大、支护稳定性高、止浆效果好的可注浆的实心锚杆支护装置及网状锚杆支护结构，适用于软岩、破碎带和高应力区巷道支护，特别适用于两帮和底板的深孔支护。
11.本实用新型采用的技术方案是：一种可注浆的实心锚杆支护装置，包括支护架、实心锚杆1以及辅助注浆封孔装置，所述支护架包括圆形支护底板2，支护底板2外侧均匀连接有多个内连接臂7，内连接臂7一端通过铰链连接装置与支护底板2活动连接，另一端通过铰链连接装置与承压垫板8中部活动相连，每两个相邻承压垫板8之间通过外连接臂9连接；
12.支护底板2中间位置和承压垫板8中间位置均设有锚杆孔ⅰ，钢制套管11固定在锚杆孔ⅰ内，实心锚杆1的杆体固定在钢制套管11内，实心锚杆1杆体前部内侧间隔设有三个杆体螺旋端1
‑
1，钢制套管11上和杆体螺旋端1
‑
1对应的管壁上间隔交替设置多个注浆小孔12及铆钉孔13，杆体螺旋端1
‑
1包括多片扇叶，相邻两扇叶之间活动放置有与铆钉孔13对应的铆钉14，杆体螺旋端1
‑
1旋转90度后，铆钉14通过钢制套管11上的铆钉孔嵌入岩层，实心锚杆1杆体末端与辅助注浆封孔装置相连，辅助注浆封孔装置包括环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆口20、密封塞21、注浆杯22和锥形止浆塞23，环形注浆垫板18固定在支护底板2和承压垫板8上方且位于钢制套管11外围，拱形托盘19安装在环形注浆垫板18上方且二者之间形成注浆空间，拱形托盘19一侧设有注浆口20，密封塞21用于密封注浆口20，钢制套管11的末端开口处套有注浆杯22，注浆杯22的底部位于拱形托盘19上方，注浆杯22中部设有锚杆通孔，末端设有锥形塞孔，锥形止浆塞23塞入锥形塞孔内，锥形止浆塞23上部设有安装在实心锚杆1上的螺母24，钢制套管11末端管壁上设有与注浆空间连通的注浆孔16，注浆孔16、钢制套管11内腔及杆体螺旋端1
‑
1中相邻两扇叶之间空隙形成注浆通道17；
13.外连接臂9和连接卡扣10的中间连接位置均设有锚杆孔ⅱ，薄壁钢管25固定在锚杆孔ⅱ内，辅助锚杆26固定在薄壁钢管25内，薄壁钢管25前端的管壁上间隔切有管缝，辅助锚杆26前部设有杆体膨胀端26
‑
1，薄壁钢管25的末端端口处套有拱形垫板27，拱形垫板27固定在连接卡扣10上方且其中间设有辅助锚杆通孔，辅助锚杆通孔与薄壁钢管25接触处垫有半球形垫圈28，半球形垫圈28的上方设有安装在辅助锚杆26上的螺母24。
14.具体地，所述的铰链连接装置包括铰链三爪端3、铰链两爪端4、螺栓5、锁件6，连接，铰链三爪端3、铰链两爪端4分别固定在需要活动连接的两个装置上，螺栓5穿过铰链三爪端3和铰链两爪端4中部的孔，螺栓5两端均由锁件6固定。
15.优选地，所述的环形注浆垫板18下部设有插入钻孔内的折弯部。
16.具体地，所述钢制实心锚杆1全长3米，每个杆体螺旋端1
‑
1长30cm，直径为10cm，相邻两个杆体螺旋端1
‑
1之间的距离为0.7米，钢制套管11全长2.7米，注浆小孔12和铆钉孔13的直径均为3.1cm，铆钉14为钢制的尾部带磁铆钉，铆钉14全长10cm，直径为3cm。
17.优选地，所述的支护底板2、内连接臂7、承压垫板8、外连接臂9、整体连接臂29均为钢板。
18.优选地，所述的杆体螺旋端1
‑
1外径与钢制套管11内径、辅助锚杆26外径与薄壁钢管25内径之间均为间隙配合，配合间隙为1mm。
19.优选地，所述的注浆口20为管壁上带有螺纹钢制的环形管。
20.优选地，所述的密封塞21、锥形止浆塞23的材料为橡胶。
21.一种网状锚杆支护结构，包括多个连接底板30、多个整体连接臂29及多个所述的可注浆的实心锚杆支护装置，每个外连接臂9的中间位置设有连接卡扣10，每个连接卡扣10上设有两个锚杆孔ⅱ，相邻两可注浆的实心锚杆支护装置的外连接臂9通过连接卡扣10连接在一起，每个连接底板30外侧均通过铰链连接装置均匀铰接有多个整体连接臂29，每一
个整体连接臂29的另一端均通过铰链连接装置与一个可注浆的实心锚杆支护装置中的承压垫板8铰接；
22.外连接臂9和连接卡扣10的中间连接位置均设有锚杆孔ⅱ，薄壁钢管25固定在锚杆孔ⅱ内，辅助锚杆26固定在薄壁钢管25内，薄壁钢管25前端的管壁上间隔切有管缝，辅助锚杆26前部设有杆体膨胀端26
‑
1，薄壁钢管25的末端端口处套有拱形垫板27，拱形垫板27固定在连接卡扣10上方且其中间设有辅助锚杆通孔，辅助锚杆通孔与薄壁钢管25接触处垫有半球形垫圈28，半球形垫圈28的上方设有安装在辅助锚杆26上的螺母24。
23.优选地，所述的薄壁钢管25前端管缝的长度与杆体膨胀端26
‑
1的长度相同。
24.本实用新型的有益技术效果是：
25.1、支护架的结构设计合理、方便安装，增加了支护面积。
26.2、铰链连接装置可沿螺栓轴向弯折，适应现场工作环境。
27.3、在支护垫板2中间位置和承压底板8中间位置设置的锚杆孔内均固定有实心锚杆，利用实心锚杆进行锚固，其破断力相比普通锚杆没有损失，能够保证实心锚杆的强度，增强了支护的可靠性，同比现有注浆锚杆又降低了材料成本。
28.4、当杆体螺旋端1
‑
1旋转90度后将所述铆钉14嵌入岩层，当铆钉14嵌入到岩层后，化学浆15通过杆体螺旋端1
‑
1内部的注浆通道17进行注浆，铆钉14嵌入岩层中为实心锚杆提供了预应力，增强了实心锚杆的锚固力，提高了支护的稳定性。
29.5、由环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆口20、密封塞21、注浆杯22和锥形止浆塞23组成的辅助注浆封孔装置能够防止浆液外渗，解决了注浆的封孔问题，增强了实心锚杆的固定效果，实现锚注一体化，提高巷道支护效率；本实用新型将锚杆支护与注浆加固有机结合，有效的解决了复杂环境岩体巷道的支护问题。
30.6、所述辅助锚杆26前部设有杆体膨胀端26
‑
1，当旋转辅助锚杆使其前部的杆体膨胀端26
‑
1完全进入薄壁钢管25内，根据膨胀螺丝原理，使薄壁钢管25前端膨胀嵌入岩层，为辅助锚杆提供预应力，增强辅助锚杆的锚固力。
31.7、每个外连接臂9的中间位置均设有连接卡扣10，每个支护架通过连接卡扣10和铰链连接装置组成网状的锚杆支护结构，增加支护面积，若某个支护架发生松动、滑落的情况不会对整体的支护网状支护结构产生影响，提高了支护的可靠性和安全性。
附图说明
32.图1为本实用新型结构示意图；
33.图2为可注浆的实心锚杆支护装置本体示意图；
34.图3为网状锚杆支护结构总体示意图；
35.图4为网状锚杆支护结构局部示意图；
36.图5为辅助锚杆本体示意图；
37.图6为杆体螺旋端和钢制套管以及铆钉的装配示意图；
38.图7为图2实际应用中铆钉进入岩层时的装配示意图；
39.图8为实际应用中薄壁钢管发生膨胀变形时的剖面图；
40.图9为实际应用中薄壁钢管发生膨胀变形时的左视图；
41.图10为本实用新型中拱形垫板的三维图；
42.图11为本实用新型中环形注浆垫板的三维图。
43.图中各标号为：1
‑
实心锚杆，1
‑1‑
杆体螺旋端，2
‑
支护底板，3
‑
铰链三爪端，4
‑
铰链两爪端，5
‑
螺栓，6
‑
锁件，7
‑
内连接臂，8
‑
承压垫板，9
‑
外连接臂，10
‑
连接卡扣，11
‑
钢制套管，12
‑
注浆小孔，13
‑
铆钉孔，14
‑
铆钉，15
‑
化学浆，16
‑
注浆孔，17
‑
注浆通道，18
‑
环形注浆垫板，19
‑
拱形托盘，20
‑
注浆口，21
‑
密封塞，22
‑
注浆杯，23
‑
锥形止浆塞，24
‑
螺母，25
‑
薄壁钢管，26
‑
辅助锚杆，26
‑1‑
杆体膨胀端，27
‑
拱形垫板，28
‑
半球形垫圈，29
‑
整体连接臂，30
‑
连接底板。
具体实施方式
44.为了加强对本实用新型的理解，下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
45.实施例1：如图1
‑
11所示，一种可注浆的实心锚杆支护装置，包括支护架、实心锚杆1以及辅助注浆封孔装置，所述支护架包括圆形支护底板2，支护底板2外侧均匀连接有多个内连接臂7，内连接臂7一端通过铰链连接装置与支护底板2活动连接，另一端通过铰链连接装置与承压垫板8中部活动相连，每两个相邻承压垫板8之间通过外连接臂9连接；
46.支护底板2中间位置和承压垫板8中间位置均设有锚杆孔ⅰ，钢制套管11固定在锚杆孔ⅰ内，实心锚杆1的杆体固定在钢制套管11内，实心锚杆1杆体前部内侧间隔设有三个杆体螺旋端1
‑
1，钢制套管11上和杆体螺旋端1
‑
1对应的管壁上间隔交替设置多个注浆小孔12及铆钉孔13，杆体螺旋端1
‑
1包括多片扇叶，相邻两扇叶之间活动放置有与铆钉孔13对应的铆钉14，杆体螺旋端1
‑
1旋转90度后，铆钉14通过钢制套管11上的铆钉孔嵌入岩层，实心锚杆1杆体末端与辅助注浆封孔装置相连，辅助注浆封孔装置包括环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆口20、密封塞21、注浆杯22和锥形止浆塞23，环形注浆垫板18固定在支护底板2和承压垫板8上方且位于钢制套管11外围，拱形托盘19安装在环形注浆垫板18上方且二者之间形成注浆空间，拱形托盘19一侧设有注浆口20，密封塞21用于密封注浆口20，钢制套管11的末端开口处套有注浆杯22，注浆杯22的底部位于拱形托盘19上方，注浆杯22中部设有锚杆通孔，末端设有锥形塞孔，锥形止浆塞23塞入锥形塞孔内，锥形止浆塞23上部设有安装在实心锚杆1上的螺母24，钢制套管11末端管壁上设有与注浆空间连通的注浆孔16，注浆孔16、钢制套管11内腔及杆体螺旋端1
‑
1中相邻两扇叶之间空隙形成注浆通道17，化学浆15通过注浆通道17经行注浆；
47.外连接臂9和连接卡扣10的中间连接位置均设有锚杆孔ⅱ，薄壁钢管25固定在锚杆孔ⅱ内，辅助锚杆26固定在薄壁钢管25内，薄壁钢管25前端的管壁上间隔切有管缝，辅助锚杆26前部设有杆体膨胀端26
‑
1，薄壁钢管25的末端端口处套有拱形垫板27，拱形垫板27固定在连接卡扣10上方且其中间设有辅助锚杆通孔，辅助锚杆通孔与薄壁钢管25接触处垫有半球形垫圈28，半球形垫圈28的上方设有安装在辅助锚杆26上的螺母24。
48.进一步地，所述的铰链连接装置包括铰链三爪端3、铰链两爪端4、螺栓5、锁件6，连接，铰链三爪端3、铰链两爪端4分别固定在需要活动连接的两个装置上，螺栓5穿过铰链三爪端3和铰链两爪端4中部的孔，螺栓5两端均由锁件6固定。
49.进一步地，所述的环形注浆垫板18下部设有插入钻孔内的折弯部，折弯部的设置可以很好的起到防漏的效果。
50.进一步地，所述钢制实心锚杆1全长3米，每个杆体螺旋端1
‑
1长30cm，直径为10cm，相邻两个杆体螺旋端1
‑
1之间的距离为0.7米，钢制套管11全长2.7米，注浆小孔12和铆钉孔13的直径均为3.1cm，铆钉14为钢制的尾部带磁铆钉，铆钉14全长10cm，直径为3cm。
51.进一步地，所述的支护底板2、内连接臂7、承压垫板8、外连接臂9均为钢板，结实耐用。
52.进一步地，所述的杆体螺旋端1
‑
1外径与钢制套管11内径、辅助锚杆26外径与薄壁钢管25内径之间均为间隙配合，配合间隙为1mm。
53.进一步地，所述的注浆口20为管壁上带有螺纹钢制的环形管。
54.进一步地，所述的密封塞21、锥形止浆塞23的材料为橡胶，密封效果好。
55.一种网状锚杆支护结构，包括多个连接底板30、多个整体连接臂29及多个所述的可注浆的实心锚杆支护装置，每个外连接臂9的中间位置设有连接卡扣10，每个连接卡扣10上设有两个锚杆孔ⅱ，相邻两可注浆的实心锚杆支护装置的外连接臂9通过连接卡扣10连接在一起，每个连接底板30外侧均通过铰链连接装置均匀铰接有多个整体连接臂29，每一个整体连接臂29的另一端均通过铰链连接装置与一个可注浆的实心锚杆支护装置中的承压垫板8铰接；
56.外连接臂9和连接卡扣10的中间连接位置均设有锚杆孔ⅱ，薄壁钢管25固定在锚杆孔ⅱ内，辅助锚杆26固定在薄壁钢管25内，薄壁钢管25前端的管壁上间隔切有管缝，辅助锚杆26前部设有杆体膨胀端26
‑
1，薄壁钢管25的末端端口处套有拱形垫板27，拱形垫板27固定在连接卡扣10上方且其中间设有辅助锚杆通孔，辅助锚杆通孔与薄壁钢管25接触处垫有半球形垫圈28，半球形垫圈28的上方设有安装在辅助锚杆26上的螺母24。
57.进一步地，所述的薄壁钢管25前端管缝的长度与杆体膨胀端26
‑
1的长度相同。
58.如图3、图4、图5所示，将连接卡扣10放置到每个外连接臂9上，而后先将薄壁钢管25穿过连接卡扣10及外连接臂9中间位置的锚杆孔ⅱ并推送至孔底，再将辅助锚杆26穿过连接卡扣10及外连接臂9中间位置的锚杆孔ⅱ并推送至薄壁钢管25底部，旋转辅助锚杆26使其杆体膨胀端26
‑
1进入薄壁钢管25，根据膨胀螺丝原理，使薄壁钢管25前端膨胀嵌入岩层，为辅助锚杆提供预应力，最后拱形垫板27、半球形垫圈28依次安装在辅助锚杆26末端并用螺母24固定，每个支护架端部均设有铰链连接装置，支护架通过铰链与整体连接臂29相连，整体连接臂29通过铰链与连接底板30相连。通过上述步骤每个支护架通过连接卡扣10和铰链连接装置组成了网状的锚杆支护结构。
59.本实用新型的网状锚杆支护结构及可注浆的实心锚杆支护装置安装过程，具体步骤如下：
60.（1）钻孔并安装支护架及实心锚杆支护装置
61.参考图3施工完成钻孔。参考图1和图2，支护架是一个通过铰链连接的整体结构，包括支护底板2、内连接臂7、承压垫板8、外连接臂9，首先将支护底板2中间位置的锚杆孔ⅰ与钻孔对齐并固定支护架，而后先将钢制套管11穿过支护底板2中间位置的锚杆孔ⅰ并推送至孔底，再将实心锚杆1穿过支护底板2中间位置的锚杆孔ⅰ并推送至钢制套管11底部，最后将实心锚杆1旋转90度，使其杆体螺旋端1
‑
1中的铆钉14嵌入岩层当中，为实心锚杆提供了预应力，对锚杆起到锚固作用，具体效果见图6和图7。
62.（2）安装辅助注浆封孔装置及连接每个支护架。
63.参考图2，环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆杯22是连接在一起的一个整体结构，首先将环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆杯22组成的整体结构放在承压底板8上，使用胶质连接剂将承压底板8与环形注浆垫板18、拱形托盘19、注浆杯22组成的整体结构连接在一起，接下来将锥形止浆塞23安装在实心锚杆1末端并将锥形止浆塞23塞入注浆杯22的锥形塞孔内，最后用螺母24进行固定，辅助注浆封孔装置安装完成。
64.参考图1和图5，将连接卡扣10放置到每个外连接臂9上，而后先将薄壁钢管25穿过连接卡扣10及外连接臂9中间位置的锚杆孔ⅱ并推送至孔底，再将辅助锚杆26穿过连接卡扣10及外连接臂9中间位置的锚杆孔ⅱ并推送至薄壁钢管25底部，旋转辅助锚杆26使其杆体膨胀端26
‑
1进入薄壁钢管25，根据膨胀螺丝原理，使薄壁钢管25前端膨胀嵌入岩层，为辅助锚杆提供预应力，最后拱形垫板27、半球形垫圈28依次安装在辅助锚杆26末端并用螺母24固定，具体效果见图8和图9。每个所述支护架端部均设有铰链连接装置，所述整体连接臂29与支护架通过铰链相连，所述整体连接臂29通过铰链与连接底板30相连。
65.参考图4，每个支护架通过连接卡扣10和铰链连接装置连接完成之后，先将钢制套管11穿过连接底板30中间位置的锚杆孔ⅲ并推送至孔底，再将实心锚杆1穿过支护底板2中间位置的锚杆孔ⅰ并推送至钢制套管11底部，最后将实心锚杆1旋转90度，使其杆体螺旋端1
‑
1中的铆钉14嵌入岩层当中。通过上述步骤每个支护架通过连接卡扣10和铰链连接装置组成了网状的锚杆支护结构，具体效果见图3。
66.（3）注浆并密闭封孔。
67.参考图2和图6，将外部注浆设备连接至注浆口20，进行注浆。化学浆15由注浆口20，经过钢制套管11上的注浆孔16注入，化学浆15沿着注浆通道17和钢制套管11上的注浆小孔12流入，直至孔底和周边裂隙注满。注浆完成后，卸下外部注浆设备，旋转密封塞21封上注浆口20。
68.本实用新型设计合理、方便安装，网状锚杆支护结构增加了支护面积，提高了支护的稳定性和可靠性，连接所用的铰链装置可任意弯折，适应现场工作环境；杆体螺旋端和铆钉以及杆体膨胀端和薄壁钢管的装配设计为锚杆提供了预应力，增强了锚杆的锚固力，提高了支护的强度；通过实心锚杆与钢制套管之间的环状注浆空间进行注浆，锚杆支护与注浆加固有机结合，有效的解决了复杂环境岩体巷道的支护问题。
69.以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。