[发明专利]一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法在审

专利信息
申请号: 201711181674.6 申请日: 2017-11-23
公开(公告)号: CN107905827A 公开(公告)日: 2018-04-13
发明(设计)人: 张军伟;张骁;李雪 申请(专利权)人: 西南石油大学
主分类号: E21D21/02 分类号: E21D21/02;E21D20/02
代理公司: 四川力久律师事务所51221 代理人: 韩洋,杨正辉
地址: 610500 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 测力 功能 中空 注浆锚杆 使用方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及隧道及地下工程锚固设备技术领域,特别涉及一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法。

背景技术

锚杆支护作为隧道工程安全高效的主要支护方式,在我国隧道工程和煤矿巷道支护中得到了大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆一端锚固于围岩体内,并在岩体外部对锚杆施加轴向预紧力,并通过设置在锚杆上附属构件,约束围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。

在采用常规工艺方法进行锚杆支护时,要求围岩具有较好的结构完整性,能够打设锚杆安装钻孔,并在打完钻孔退出钻杆后,保留完整的钻孔结构和形状,然后再将锚杆安装在锚孔内,并在安装锚杆前往锚孔内注入锚固剂,经过一段时间后,达到设计的锚固强度,这种锚固方式的施工效率低,而且锚固剂会恶化劳动环境。但是,由于地下土层、岩体的结构十分复杂,不仅存在大量的松软岩层,地层内还存在大量褶曲、断层等地质构造,此类围岩往往存在结构完整性较差的问题,容易形成破碎岩体,破碎岩体钻孔后退出钻杆时孔壁容易坍塌,尤其是受到采掘动压影响时,打设锚杆安装钻孔更困难,严重影响锚杆支护的施工质量和速度。

而且,为了研究锚杆在支护过程中各个节段的作用机理及受力情况等问题,现有技术中存在一些可用于测力的锚杆,可以利用这种测力锚杆验证优化设计参数、改进施工技术或者破坏机理的研究等。但是,由上述描述可知,由于地层中存在大量褶曲、断层等地质构造,这类测力锚杆并不能完全进行注浆来贴合岩体并模拟实际受力环境,因此无法对这类围岩的应力状态进行监测分析,而这类围岩由于其构造的复杂性,人们对锚杆支护的作用机理及受力情况的需求更为迫切。

另外,使用注浆钻杆注浆后,破碎围岩形成完整的传力结构,能够显著提高结构完整性,为锚杆支护施工创造条件。现有的几种锚杆应用时都存在各方面的不足:如全长粘结型锚杆(普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆、水泥药卷锚杆),无法在一次施工中连续完成钻进、锚固并注浆;现有的锚杆强度较低,在高地应力隧道及地下工程中,锚杆会随着围岩的变形增大很快被拉断;现有的金属锚杆加工不方便,而且采用金属锚杆的成本较高,市场上主要使用的螺纹钢树脂锚杆以及少量的玻璃钢树脂锚杆,固力不强且容易折断,而且安装后过一段时间才能获得一定的固力;在硬岩、岩层节理裂隙张开夹泥或地下水发育场合,常用的锚杆无法迅速形成初期支护,使得锚杆锚固初期无法控制围岩变形,为了使锚杆获得较高的锚固强度,同时在锚固初期就能快速得到较高强度,在锚固时加入锚固剂,但锚固剂也不能立即形成较高的锚固强度,并且锚固剂会恶化劳动环境。因此,需要一种兼具各方面优势的注浆锚杆。

发明内容

本发明的目的在于:针对在存在褶曲、断层等地质构造锚固过程中,无法利用现有的锚杆对围岩的应力状态进行监测分析,进而难以了解到锚杆支护在各个阶段的作用机理及受力情况,提供一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆及使用方法,该自进式中空注浆锚杆通过设置应力测量装置,将钻进、锚固和注浆过程整合到同一施工过程中,并能在较短时间内形成锚固,同时监测到锚杆在支护过程中各个阶段的应力情况,从而了解到在各种围岩条件下的锚杆支护作用机理及受力情况,为锚杆设计参数、改进施工技术及围岩破坏机理的研究提供重要的依据和参考。

为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:

一种具有测力功能的自进式中空注浆锚杆,包括中空式结构的树脂杆体,所述杆体的前端连有自进式钻头,后端设置有与杆体内部腔体连通的注浆口,所述杆体上还设有应力测量装置和锚固结构,该锚固结构靠近所述自进式钻头。

通过在锚杆前端设置自进式钻头,从而使该锚杆在用于锚固的同时,兼具钻杆功能,从而简化了施工工序,取消了退钻杆插锚杆的施工工序,大幅度提升了施工效率,并且由于不需要退杆,所以避免了因坍孔而导致的返工现象。

杆体采用中空式结构,当本方案的锚杆通过自进式钻头钻孔到位后,中空式结构用作注浆通道,通过杆体的注浆通道向锚孔内注浆,从而达到长久、牢固支护的目的。

锚杆杆体前端连接自进式钻头,钻孔到位后,设置在杆体上的锚固结构作用在锚孔内壁上,从而形成初期支护,实现锚固功能,解决了锚杆的扎根问题,加快了施工进度,可实现围岩上部大吨位的牢固悬吊,并且该锚固结构形成较强的锚固力,能作为长久支护;同时,设置锚固结构后,锚杆牢固固定在锚孔内,不再使用锚固剂进行锚固,淘汰了锚固剂,不再产生粉尘和化学污染,大大改善了隧道及地下工程的工作劳动环境。

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