[发明专利]一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法

权利要求书

1.一种锚杆端部扩腔装置，其特征在于：包括头部扩腔器、中部杆体、套管和中部转换器；所述中部杆体为中空圆柱形杆体，与头部扩腔器和中部转换器通过焊接进行连接；所述套管的表面设置有外螺纹，所述头部扩腔器和中部杆体内均设置有与套管表面的外螺纹相配合的内螺纹，所述套管与头部扩腔器和中部杆体通过螺纹连接；

所述头部扩腔器的顶部设置有2个对称分布的扩腔器喷射口；

所述头部扩腔器内设置有若干对称分布的扩腔器进水通道；

所述头部扩腔器包括第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节和第四伸缩节，第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节相对于套管按照由近及远的顺序布置，第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节之间通过滑杆进行连接，第一伸缩节和第四伸缩节的内壁之间通过弹簧进行连接，第四伸缩节的外端部连接有破岩刀头；

所述套管包括套管端部，套管端部的下方设置有套管外壁，套管外壁的相对两侧向外开有依次分布的套管孔口，套管外壁的其中一侧分布的套管孔口和另一侧分布的套管孔口对称分布；

所述中部杆体的中下部设置有旋转卡口，用于连接外部转动设备；

所述中部转换器包括进液管，用于连接外部高压泵。

2.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述滑杆的外侧端部设置有橡胶垫层。

3.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述破岩刀头包括齿状刀头、面状刀头、片状刀头、刀头杆体以及刀头底座，所述齿状刀头设置在刀头底座的中间，所述面状刀头设置在齿状刀头的一侧，所述片状刀头设置在齿状刀头的另一侧，所述片状刀头设置在刀头杆体上，所述刀头杆体设置在刀头底座上，所述破岩刀头通过带有螺纹的刀头底座与第四伸缩节固定连接。

4.根据权利要求3所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述片状刀头包括全片状刀头和半片状刀头。

5.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述中部转换器包括中部转换器主体，所述中部转换器主体内设置有橡胶隔离层。

6.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述套管和进液管均为中空圆柱形杆体。

7.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述头部扩腔器的外壁、中部杆体的外壁以及进液管的外壁均采用不锈钢材质，且厚度范围均为3-6mm。

8.根据权利要求1所述的锚杆端部扩腔装置，其特征在于：所述头部扩腔器在完全扩展的情况下，其水平长度范围为100-200mm，在完全收缩的情况下，其水平长度范围为40-100mm。

9.一种锚杆端部扩腔装置的施工方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种锚杆端部扩腔装置，按照如下步骤进行：

步骤1：按设计要求钻杆打孔结束后，首先将锚杆端部扩腔装置置入孔腔内，直至放入最底端，然后加入外部转动设备，放置在中部杆体的旋转卡口处；

步骤2：将套管向上旋拧，使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通，将外部高压泵与中部转换器内的进液管连接；

步骤3：启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，之后启动外部高压泵，调节外部高压泵出水口压力，使之在1.5-2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动外部转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6-10次；

步骤4：使外部高压泵停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向下旋转使其中部和下部的套管孔口与扩腔器进水通道分别相吻合；

步骤5：启动外部转动设备，使锚杆端部扩腔装置沿轴向转动，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压泵向头部扩腔器注水，调节外部高压泵出水口压力，使之在5-8MPa范围内，第二伸缩节、第三伸缩节、第四伸缩节逐渐扩展打开，破岩刀头与孔腔壁接触，开始二次破岩，通过外部转动设备使锚杆端部扩腔装置自上而下移动，移动速度为3-5mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动10-20次；

步骤6：使外部高压泵停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将套管向上旋转使套管端部与头部扩腔器的顶部接触，使得套管的中部和下部的套管孔口封闭，套管的上部的套管孔口与头部扩腔器的顶部连通；

步骤7：启动外部转动设备，转速为4000-6000转/分钟，启动外部高压泵，调节外部高压泵出水口压力，使之在0.8-1.2MPa范围内，高压水最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为10-30mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动5-8次；

步骤8：将注入外部高压泵内的液体换为速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，调节外部高压泵出水口压力，使之在1.5-2MPa范围内，注入速凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为100-160s，水玻璃浆液最终从扩腔器喷射口旋转喷出，然后通过转动设备使锚杆端部扩腔装置缓缓向下移动，移动速度为20-50mm/s，移动到指定位置后，以相同速度向上移动，根据不同的地质条件，往复移动6-10次；

步骤9：使外部高压泵停止工作，之后使外部转动设备停止工作，将锚杆端部扩腔装置缓缓从孔腔内完全取出；

步骤10：向孔腔内置入注浆锚杆，然后向扩大的锚杆端部腔体内注入缓凝类硅酸盐水泥与水玻璃浆液，凝胶时间为300-500s，保持注浆终压为1.2-1.6MPa，最终形成具有端部放大效果的锚杆加固体系。