一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆及使用方法，包括中空式杆体，在杆体头部设有自进式钻头以及与杆体内部连通的注浆孔，在杆体尾部设有锚固部件，所述杆体内部设有水压监测元件，所述杆体内部还设有膨胀架，所述膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁。本发明专利技术通过在杆体内部设置水压监测元件，锚孔内的水通过注浆孔进入到杆体内，从而实现水压监测，避免了常规监测方法在安装过程中因水压监测元件与锚孔孔壁摩擦、碰撞导致的损坏；通过在述杆体内部还设置膨胀架，且该膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁，从而实现与锚孔壁嵌合，在支护初期为锚杆提供预紧力，进一步提高锚杆抗拉能力。

【技术实现步骤摘要】
一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆及使用方法
本专利技术涉及隧道及地下工程锚固设备
，特别涉及一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆及使用方法。
技术介绍
锚杆支护作为一种主动支护手段，因其工艺简单、施工方便、耗材少、成本低、支护效果好、环境适应性强等诸多显著优点，在隧道工程和煤矿巷道工程中得到了广泛的应用。锚杆支护原理是将锚杆一端锚固于坚固的岩层中，另一端延伸至岩体外部并施加轴向预紧力，通过设置在锚杆上的附属挡板构件等，约束围岩的变形、离层脱落及错动滑移。在采用常规工艺进行锚杆支护施工时，要求锚固范围内围岩结构完整程度高、无裂隙及地下水。利用钻机打设锚孔并退出钻杆后，要求锚孔形状和结构完整、无塌陷，然后将锚杆安装到预定位置并注入锚固剂，待锚固剂凝固一段时间后，达到设计的锚固强度，从而实现锚固作用。这种锚固方式不仅施工工艺复杂、效率低，容易出现锚固力不足，且极大增加了施工成本。随着隧道及地下工程的修建环境越来越复杂，如遇围岩破碎或裂隙岩层等不良地质条件，极易赋存丰富的地下水。在这种环境下进行锚杆支护施工，地下水会沿裂隙进入锚孔，对孔壁有渗透、侵蚀及剥离作用，引起锚孔坍塌破坏，锚杆与锚孔的贴合作用减弱，会严重降低锚杆的锚固效果，甚至出现锚杆失效脱落，围岩因失去控制而出现坍塌，极易发生安全事故。并且，在复杂的环境下进行锚固支护施工，需要掌握围岩中的地下水发育情况，及时调整支护参数。常规的方法是在锚杆上安装应力测量装置监测水压力，但是这种方式施工复杂、效率低，监测效果不理想，严重影响了施工质量和进度。因此，专利技术一种具有监测水压力功能的自进式中空注浆锚杆十分必要。
技术实现思路
本专利技术目的在于：针对在富水或含水岩层锚固施工过程中，无法监测水压力情况，难以找到最合理的锚固支护参数，进而难以保证锚固支护效果的问题，提供一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，该锚杆能够监测锚固施工过程中水压力情况，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依据和参考，保证隧道锚固施工的安全性，防止透水事故等地质灾害的发生。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，包括中空式杆体，在杆体头部设有自进式钻头以及与杆体内部连通的注浆孔，在杆体尾部设有锚固部件，所述杆体内部设有水压监测元件，所述杆体内部还设有膨胀架，所述膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁。本专利技术通过设置中空式杆体，在杆体头部设有自进式钻头以及与杆体内部连通的注浆孔，在杆体尾部设有锚固部件，使得该锚杆将钻孔、锚固以及注浆功能集成于一体，无需退杆后安装锚杆，避免了钻杆退出后引起的锚孔坍塌而导致的返工现象；通过在杆体内部设置水压监测元件，锚孔内的水通过注浆孔进入到杆体内，从而实现水压监测，避免了常规监测方法在安装过程中因水压监测元件与锚孔孔壁摩擦、碰撞导致的损坏，提高了监测数据的可靠性；通过在述杆体内部还设置膨胀架，且该膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁，从而实现与锚孔壁嵌合，在支护初期为锚杆提供预紧力，进一步提高锚杆抗拉能力，注浆后浆体与膨胀架和锚孔密实贴合，大大提高了锚固力。作为本专利技术的优选方案，所述膨胀架包括设于杆体内部的两个撑板和转轴，两个所述撑板呈交叉结构布置并通过转轴与杆体相连，在杆体内部还设有顶推部件，所述顶推部件用于推动两个撑板从杆体内部绕转轴向杆体外部转动。通过在杆体内部设置两个撑板和转轴，两个撑板呈交叉结构布置并通过转轴与杆体相连，当锚杆钻设到位后，通过顶推部件推动两个撑板从杆体内部绕转轴向杆体外部转动，使得撑板能够从杆体内部向外扩张，从而实现与锚孔壁嵌合，该膨胀架结构简单，易于制造及使用。作为本专利技术的优选方案，所述顶推部件包括设于杆体内部的顶推螺杆和螺纹套，所述顶推螺杆沿杆体轴向布置且在靠近撑板的一端设有圆台形推头，所述推头位于两个所述撑板形成的交叉开口之间。通过在杆体内部设置顶推螺杆和螺纹套，顶推螺杆沿杆体轴向布置且在靠近撑板的一端设有圆台形推头，该推头位于两个撑板形成的交叉开口之间，当锚杆钻设到位后，通过转动顶推螺杆后，推头则会推动两个撑板向杆体外部扩张，从而实现与锚孔壁嵌合，该顶推部件结构简单，易于制造及使用。作为本专利技术的优选方案，所述撑板为菱形板状结构。将撑板设计为菱形板状结构，在使用时撑板尖端更容易嵌入锚孔壁内，能够为锚杆提供更大的预紧力，有利于提高锚杆的锚固效果。作为本专利技术的优选方案，所述水压监测元件为多个测力传感器，且测力传感器设置在杆体上，避免了先将水压监测元件安装在杆体外壁，再安装锚杆的复杂工艺，同时也避免了配置在杆体外壁的水压监测元件在锚杆安装过程中与锚孔壁发生摩擦而产生的损坏，减小了水压力监测的误差，提高了监测数据的可靠性。作为本专利技术的优选方案，所述杆体在嵌入围岩部分段外壁设有倒钩状螺纹，当向锚孔内注入锚固材料后，该倒钩状螺纹能够很好地与锚孔结合，提升锚杆外部的摩擦阻力，进而提高锚杆的锚固力。作为本专利技术的优选方案，所述自进式钻头前端为实心结构，后端为空心结构，实心结构部分为切割岩体的刃口，空心结构部分留有与杆体内部连通的注浆孔。作为本专利技术的优选方案，所述锚固部件包括套设于杆体上的止浆塞、垫板和螺母，所述止浆塞在垫板和螺母的推动下，沿杆体挤入锚孔内。作为本专利技术的优选方案，所述杆体内部还设有逆止阀，所述逆止阀位于杆体尾部。本专利技术还提供一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆使用方法，包括以下步骤：a、采用锚杆钻机将锚杆钻入到目标位置，钻进时通过水压监测元件监测围岩的水压力；b、待锚杆钻入到设计要求深度后，将膨胀架从杆体内部向外扩张并嵌入锚孔壁，完成锚杆的预紧；c、锚杆预紧后，利用锚杆配套的锚固部件对锚孔孔口进行封闭；d、在锚孔完成封孔后，向锚杆内部注浆，浆液通过杆体上的注浆孔进入到锚孔及围岩内。本方法通过在钻孔过程中能够实时监测锚孔以及围岩内水压力变化情况，避免了钻进过程中因钻入地下暗河等不良地质条件而导致透水等事故的发生；通过在锚杆钻入到设计要求深度后，将膨胀架从杆体内部向外扩张并嵌入锚孔壁，从而为锚杆提供足够的预紧力，进一步地提高锚杆的抗拉能力。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的具有监测水压力功能的中空式注浆锚杆，具有自进注浆功能，将钻孔、监测水压力、锚固以及注浆等功能集成于一体，无需退杆安装锚杆的施工工序，保证了锚孔的完整性，提高了施工质量和施工效率；2、本专利技术中的水压监测元件设置在中空式的杆体内部，并与杆体为一体结构，避免了先将水压监测元件安装在杆体外壁，再安装锚杆的复杂工艺，同时也避免了配置在杆体外壁的水压监测元件在锚杆安装过程中与锚孔壁发生摩擦碰撞而产生的损坏，减小了水压力监测的误差，提高了监测数据的可靠性，在褶曲、断层等复杂的地质构造中，能够准确实时监测围岩中的水压力状况，解决了现有技术在复杂地质条件下难以布置水压力监测元件的难题；同时可无需在锚孔内布置导线，使得锚杆外壁能与锚孔更好贴合，提高锚杆预紧力；3、本专利技术中通过在述杆体内部设置膨胀架，且该膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁，从而实现与锚孔壁嵌合，在支护初期为锚杆提供预紧力，进一步提高锚杆抗拉能力，注浆后浆体与膨胀架和锚孔密实贴合，大大提高了锚固力；4、本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，包括中空式杆体，在杆体头部设有自进式钻头以及与杆体内部连通的注浆孔，在杆体尾部设有锚固部件，其特征在于，所述杆体内部设有水压监测元件，所述杆体内部还设有膨胀架，所述膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁。

【技术特征摘要】
1.一种能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，包括中空式杆体，在杆体头部设有自进式钻头以及与杆体内部连通的注浆孔，在杆体尾部设有锚固部件，其特征在于，所述杆体内部设有水压监测元件，所述杆体内部还设有膨胀架，所述膨胀架能够从杆体内部向外扩张至超出杆体外壁。2.根据权利要求1所述的能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述膨胀架包括设于杆体内部的两个撑板和转轴，两个所述撑板呈交叉结构布置并通过转轴与杆体相连，在杆体内部还设有顶推部件，所述顶推部件用于推动两个撑板从杆体内部绕转轴向杆体外部转动。3.根据权利要求2所述的能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述顶推部件包括设于杆体内部的顶推螺杆和螺纹套，所述顶推螺杆沿杆体轴向布置且在靠近撑板的一端设有圆台形推头，所述推头位于两个所述撑板形成的交叉开口之间。4.根据权利要求3所述的能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述撑板为菱形板状结构。5.根据权利要求1-4之一所述的能够监测水压的自进式中空注浆锚杆，其特征在于，所述水压监测元件为多个测力传感器，且测力传感器设置在杆体上。6.根据权利要求1-4之一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军伟，彭鸿健，李雪，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51