[发明专利]一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法。

背景技术

在地下工程的掘进过程中，开挖之后应及时对围岩进行支护，而围岩展现出多样性与特殊性，使支护难度大大增加，尤其是对于软弱围岩的支护，软弱围岩整体性差，易风化，遇水易膨胀、崩解，由于地下水的作用，在遇水或潮湿的环境下，围岩发生膨胀、崩解现象，自稳能力大大降低，且在这种情况下，普通锚杆的锚固端往往会逐渐丧失锚固能力，使得围岩处于极不稳定的环境中，甚至发生冒顶、坍塌等危险情况。这就要求锚杆的锚固端具有较高的锚固能力，通过一定的方法有效提高锚固能力，即使是在锚杆锚固段失效的前提下，锚杆的锚固端依然可以发挥一定的作用。

为了提高锚杆锚固端的锚固能力，可以对锚杆锚固端的形状进行设计，传统的打钻形成的圆柱形空孔洞发挥的能力有限。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种锚杆端部扩腔装置及其施工方法，克服了现有技术的不足，通过锚杆端部扩腔装置将锚杆锚固端在水平方向实现体积的扩展，以有效实现锚固端的悬吊能力，配合该锚杆端部扩腔装置设计一整套利用锚杆注浆加固围岩的施工方法，使应对软弱围岩的支护能力得到有效地提升。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锚杆端部扩腔装置，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圆柱形扩腔器进水通道；

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。

优选地，所述滑杆的外侧端部设置有橡胶垫层层。

优选地，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。

优选地，所述片状刀头包括全片状刀头和半片状刀头。

优选地，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。

优选地，所述套管和进液管均为中空圆柱形杆体。

优选地，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。

优选地，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。

此外，本发明还提到一种锚杆端部扩腔装置的施工方法，该方法采用上述的一种锚杆端部扩腔装置，包括以下步骤：

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；