[发明专利]套管涨壳型自钻式中空锚杆

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程锚固支护领域。本发明涉及一种套管涨壳型自钻式中空锚杆，适用于煤矿巷道顶板的超前支护和永久支护。

背景技术

锚杆支护作为一种有效的巷道支护方式，由于对巷道围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，加之具有支护成本较低、成巷速度快等优点，可提高矿井的经济效益，因而成为世界各国矿井巷道的一种主要的支护形式，代表了煤矿巷道支护技术的主要发展方向。

早在20世纪40年代，美国、前苏联就已在井下巷道使用了锚杆支护，我国是从1956年起在煤矿岩巷中使用锚杆支护。几十年来，世界锚杆支护经历了如下发展历程：1945～1950年，机械式锚杆研究与应用；1950～1960年，采矿业广泛采用机械式锚杆，并开始对锚杆支护进行系统研究；1960～1970年，树脂锚固剂锚杆推出并在矿山得到应用；1970～1980年，发明管缝式锚杆、胀管式锚杆并得到应用，同时研究新的方法，长锚索产生；1980～1990年，组合锚杆、桁架锚杆、特种锚杆等得到应用，树脂锚固材料得到改进；1990年～至今，树脂锚固剂锚杆已成为煤矿井下支护的主要形式。

目前树脂锚固剂锚杆作为煤矿巷道应用最广的锚杆，树脂锚固剂锚杆分为全长锚固和端头锚固两种形式，其锚固机理是通过搅拌后的树脂药卷将锚杆和围岩粘结在一起，达到粘结锚固的目的。虽然树脂锚固剂锚杆在煤矿巷道支护中应用广泛，但在应用过程中也存在一定问题，主要表现在：一方面树脂锚固剂锚杆施工工艺繁琐，在延长了锚杆支护占用时间的同时，也增加了施工工人的安全隐患。其施工工艺为：首先用锚杆钻机将孔钻好，然后放入树脂药卷，再把锚杆放入孔中用搅拌器进行搅拌，树脂药卷搅拌均匀并初步凝固后，最后对锚杆施加预紧力。另一方面树脂药卷搅拌后不能确定锚杆端头锚固的锚固位置，达不到预期的锚固效果；以及树脂锚固剂在遇到水后，其锚固力会显著降低。

虽然目前在铁路、公路隧道以及边坡治理中广泛应用一种自钻式注浆锚杆，但由于煤矿岩层的复杂性，这种锚杆在煤巷支护中无法应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的锚杆，解决目前煤巷锚杆支护过程中存在的问题，起到安全作业和快速支护的作用。

根据本发明，提供了一种套管涨壳型自钻式中空锚杆，该锚杆由一次性钻头、钢塞、涨壳、套管、中空杆体、托盘和螺母七部分组成，一次性钻头和钢塞固定联接在中空杆体上，涨壳和套管空套在中空杆体上，托盘在下端托住套管，由螺母将其固定。

所述的一次性钻头前端焊有硬质合金，该硬质合金可通过熔焊、软焊或硬焊等方法固定在结合部件上，可根据钻孔的深浅将硬质合金的耐磨寿命设计为1.5个孔；一次性钻头与锚杆体通过螺纹连接，钻入围岩后钻头不再取出。

所述的钢塞上端为圆柱形、下端为锥形，安装在钻头的下端，通过螺纹加焊接的方式与锚杆体连接在一起；涨壳为中空体，空套在锚杆体的外部，涨壳的前端内侧有倒角，其斜度与钢塞锥体斜度相同；钢塞的外表面和涨壳的倒角部分粗糙度小，便于钢塞挤入涨壳；装配时钢塞预先进入涨壳一部分，使钢塞外表面与涨壳倒角部位完全接触；当锚杆钻至设计深度后可立即对锚杆施加机械锚固力，从而对顶板起到了超前锚固作用。

所述的套管壁厚为3mm，在对锚杆施加预紧力时可借助套管防止涨壳下移，从而使涨壳涨开。

所述的中空锚杆体即为钻杆，钻进后杆体不必取出，减少了更换钻杆、放锚杆等工序，一定程度上节省了时间；中空锚杆体兼具进水和注浆功能，在不影响掘进的情况下通过中空杆体注浆，既对顶板岩层起到了永久支护作用，又减少了掘进机停机时间；中空锚杆体的前端通过螺纹和焊接的方式与钻头和钢塞连接，锚杆体的后端车有螺纹，可安装螺母，与锚杆钻机连接部分设计为外六方形。

所述的托盘为蝶形托盘，空套在锚杆体上可以托住套管；螺母安装在锚杆体下端，通过对螺母施加预紧可提供超前机械锚固力。

运用本发明的新型锚杆支护施工之前，在地面装配好套管涨壳型自钻式中空锚杆的各部件，在中空锚杆体自上而下安装有一次性钻头、钢塞、涨壳、套管、托盘和螺母，组成整套锚杆；支护施工时，直接将整套锚杆插入液压锚杆钻机或气动锚杆钻机的六方连接套中，开启锚杆钻机，由锚杆体的中孔注水进行湿式钻孔；当锚杆钻至设计深度，托盘贴住顶板时，停止钻孔；随后开始对螺母施加预紧力，通过杆体的下移迫使涨壳涨开，使涨壳的外壁与围岩紧紧结合在一起，起到机械超前锚固作用，完成锚杆的安装；最后支完应打锚杆后，掘进机继续前进，在不影响掘进机割煤的情况下，通过中空锚杆体进行后期注浆，以达到永久支护的目的。