小尺寸双圆孔钻具及巷道注浆加固围岩的方法技术

本发明专利技术属于岩土工程技术领域。一种小尺寸双圆孔钻具及巷道注浆加固围岩的方法，小尺寸双圆孔钻具包括第一钻头、第二钻头、齿轮箱以及钻杆，第一钻头和第二钻头各自转动时不发生碰撞，并钻出相交的双圆孔；齿轮箱包括输入轴、转速相同的第一输出轴和第二输出轴，第一钻头与第一输出轴连接，第二钻头与第二输出轴连接，钻杆与输入轴连接。巷道注浆加固围岩的方法为采用前述钻具钻出双圆孔，并在双圆孔内分别安放可伸长重复注浆管和锚杆杆体。本发明专利技术的钻具钻进双圆孔效果好且效率高，本发明专利技术的注浆加固方法，可适应围岩大变形，锚杆拉拔承载力高且能适应快速施工。

Method of Reinforcing Surrounding Rock with Small Size Double Circular Hole Drilling Tool and Roadway Grouting

The invention belongs to the field of geotechnical engineering technology. A method of reinforcing surrounding rock with small-sized double-round-hole drilling tools and roadway grouting is presented. The small-sized double-round-hole drilling tools include the first bit, the second bit, the gear box and the drill pipe. The first bit and the second bit do not collide when they rotate, and drill intersecting double-round holes. The gear box includes the input shaft, the first output shaft with the same rotational speed and the second output shaft, and the first bit and the first output shaft. The second bit is connected with the second output shaft, and the drill pipe is connected with the input shaft. The method of roadway grouting reinforcement of surrounding rock is to drill double circular holes with the above-mentioned drilling tools, and place the elongated repetitive grouting pipe and bolt body in the double circular holes respectively. The drilling tool of the invention has good effect and high efficiency in drilling double round holes. The grouting reinforcement method of the invention can adapt to large deformation of surrounding rock, high pulling capacity of anchor rod and fast construction.

【技术实现步骤摘要】
小尺寸双圆孔钻具及巷道注浆加固围岩的方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种小尺寸双圆孔钻具及巷道注浆加固围岩的方法。
技术介绍
煤矿锚杆（含锚索，以下同）具有“钻孔小、杆体小、药卷小”等“三小”特征，目前我国煤矿锚杆年用量超过1亿根。随着煤炭资源向深部进军，面临开发环境恶劣，巷道累积变形量超过1m的比比皆是。“三小”锚杆的伸长率有限，随着围岩变形破坏的加剧，锚杆逐渐失效。在“三小”锚杆的基础上，众多学者相继开发了伸长率很大的恒阻或增阻锚杆，但围岩的破碎状况得不到改善，因为这些新型锚杆没有注浆补强功能，围岩只会越来越破碎。为了应对这种长时间持续的变形，并不断改善围岩的破碎状况，我国技术人员开发了可重复注浆加固方法（ZL201310014588.1）和侧空可重复注浆锚杆（ZL201510674920.6）技术，并取得成功的应用。但是该技术有三个不完善之处：一是注浆管与杆体在同一孔内，杆体只能为多股细小分散分布，锚杆的拉拔承载力受限；二是只能通过浆液将锚杆杆体与围岩粘连在一起，无法应用煤矿广泛应用的树脂药卷进行锚固，于巷道快速施工和掌子面附近巷道维稳不利；三是不能适应围岩大变形。为了适应这种环境，我国技术人员拟开发适于煤矿巷道支护的双圆可伸长重复注浆锚杆（含锚索，下同），这种锚杆具有高强、早强、对围岩和锚杆能多次修复补强、施工快、维稳快等特征，具有目前广泛应用的树脂锚杆、侧空可重复注浆锚杆的全部优点，同时还克服了它们的缺点，是一种更加理想煤矿巷道支护结构。但是，这种锚杆的横截面为由两个相交的小圆孔构成的双圆断面，采用现有钻具在岩体中钻出这种截面的双圆孔，费时费力，效果很不好。因此，需要开发与之相配套的小尺寸双圆孔钻具。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种小尺寸双圆孔钻具及巷道注浆加固围岩的方法，能够通过齿轮箱的传动带动两个钻头钻出相交的双圆孔，由于是同时钻进，双圆孔的两个轴心线平行度好，钻孔一次成型，钻孔效果好且效率高，加固围岩的方法能适应围岩大变形且加固强度稳定。为达到上述目的，所采取的技术方案是：一种小尺寸双圆孔钻具，包括：第一钻头和第二钻头，所述第一钻头和第二钻头各自转动时不发生碰撞，并钻出相交的双圆孔；齿轮箱，其内设有输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述第一钻头与第一输出轴连接，所述第二钻头与第二输出轴连接，所述第一输出轴和第二输出轴的转速相同；以及钻杆，其与所述输入轴连接。根据所述的一种小尺寸双圆孔钻具，还包括水套，所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴的内部均设有水道且均与所述水套连接，所述水套的内腔与所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴的内部的水道连通；所述钻杆为中空钻杆，所述输入轴的水道与所述中空钻杆内部连通；所述第一钻头和第二钻头上均设有出水孔，所述第一钻头的出水孔与所述第一输出轴的水道连通，所述第二钻头的出水孔与所述第二输出轴的水道连通。根据所述的一种小尺寸双圆孔钻具，所述第一钻头和第二钻头为一字形钻头或Y字形钻头或组合钻头，组合钻头为柱形－Y字形组合钻头或柱形－一字形组合钻头。根据所述的一种小尺寸双圆孔钻具，所述钻杆与所述输入轴、所述第一输出轴与所述第一钻头、所述第二输出轴与所述第二钻头均采用锥度连接。根据所述的一种小尺寸双圆孔钻具，所述第一钻头和第二钻头的钻头直径相同或不同。根据所述的一种小尺寸双圆孔钻具，所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴均通过轴承与所述齿轮箱连接，所述输入轴设置在齿轮箱的中部，所述第一输出轴和第二输出轴设置在所述输入轴的两侧；所述第一输出轴和所述第二输出轴均与所述输入轴通过齿轮组匹配啮合传动，或所述第一输出轴与所述输入轴通过齿轮组匹配啮合传动，所述第二输出轴与所述第一输出轴通过齿轮组匹配啮合传动。一种巷道注浆加固围岩的方法，包括以下步骤：a.准备注浆管和锚杆杆体；b.采用前述任一条小尺寸双圆孔钻具钻出两个相交的钻孔，即第一钻孔和第二钻孔，达到注浆管的深度后，采用单孔钻头在第二钻孔位置上继续钻进，直到达到锚杆要求的深度；c.在第一钻孔内安放注浆管；d.在第二钻孔内安放锚杆杆体，并对锚杆杆体进行锚固；e.利用可重复注浆管进行压力注浆，完毕后冲洗注浆管内部；f.根据围岩变形破坏情况或锚杆受力下降情况，适时通过可重复注浆管对围岩和锚杆进行注浆补强与修复，使围岩和锚杆持久保持较高的强度或承载能力。根据所述的一种巷道注浆加固围岩的方法，所述注浆管为可伸长重复注浆管，所述可伸长重复注浆管包括：多段注浆管段，所述注浆管段上设有出浆小孔；对接单元，其连接设置在相邻两个注浆管段之间，相邻两所述注浆管段通过所述对接单元相对伸缩密封连接；第一柔性套，其套在所述注浆管段的外壁，所述第一柔性套与所述出浆小孔对应；以及第二柔性套，其套设设置在对接单元外侧和注浆管段上，第一柔性套与第二柔性套之间形成出浆缝。根据所述的一种巷道注浆加固围岩的方法，所述对接单元包括：若干“п”形铁钩；设置在上段注浆管段下端的凸形接头，紧邻凸形接头的注浆管段外壁周向均布有若干与所述“п”形铁钩的一个脚匹配的钩孔；以及设置在下段注浆管段上端的凹形接头，所述凹形接头与所述凸形接头相匹配涂油紧密套接，所述凹形接头的外壁周向均布有若干与所述“п”形铁钩的另一个脚匹配的滑动钩槽。根据所述的一种巷道注浆加固围岩的方法，所述第一柔性套和第二柔性套均为若干层橡胶薄膜。采用上述技术方案，所取得的有益效果是：本专利技术的方案一种小尺寸双圆孔钻具为一个钻杆通过齿轮箱的传动带动两个钻头钻出相交的双圆孔，由于是同时钻进，双圆孔的两个轴心线平行度好，钻孔一次成型，钻孔效果好且效率高；当钻机对中空钻杆施加旋压作用时，其中压力通过轴承传递给齿轮箱壳体，齿轮箱壳体再传给齿轮箱内支撑输出轴的轴承，轮箱内支撑输出轴的轴承又传递给输出轴，输出轴再传递给钻头，使钻头压向岩面，而中空钻杆旋转形成的扭力则通过输入轴和主齿轮，带动两侧的被动齿轮转动，两侧的被动齿轮又将这种转动传递给钻头，对孔底围岩进行切削，最后配合钻进过程，高压水通过中空钻杆进入输入轴的水道中，并向水套内腔运动，再经过输出轴的水道，进入钻头中的水道，最终从钻头的切削具中喷射出来，既使钻头冷却，又一定程度改变切削面岩体的性质，使切削更容易，同时还将切削下来的岩屑带出钻孔外，使钻孔过程连续性好。本专利技术的方案一种巷道注浆加固围岩的方法，其将具有伸长特性的可重复注浆管与树脂锚杆杆体（包括普通锚杆杆体和恒阻或增阻锚杆杆体等具有大伸长率的锚杆杆体）安放在相交的两个钻孔中，伴随巷道围岩的变形，可重复注浆管自动伸长，克服了前述侧空可重复注浆锚杆不能适应围岩大变形的缺点；根据围岩变形破坏状况，利用可重复注浆管适时对围岩、锚固固化体裂化或破碎化的锚杆进行加固，使锚杆得到修复，围岩强度得到强化并保持较高强度，抗御围岩应力的作用，于巷道稳定极其有利。而且，因锚杆杆体锚固段或其里端为独立一孔，与煤矿“三小”锚杆条件相同，即便全长锚固锚杆，在先安放注浆管后，杆体孔的条件也与“三小”锚杆条件基本相同，因此克服了侧空可重复注浆锚杆的前两个缺点，即杆体只能为多股细小分散分布，锚杆的拉拔承载力受限的缺点，以及只能通过浆液将锚杆杆体与围岩粘连在一起，无法应用煤矿广泛应用的树脂药卷进行锚固，于巷道快速施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，包括：第一钻头和第二钻头，所述第一钻头和第二钻头各自转动时不发生碰撞，并能钻出相交的双圆孔；齿轮箱，其内设有输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述第一钻头与第一输出轴连接，所述第二钻头与第二输出轴连接，所述第一输出轴和第二输出轴的转速相同；以及钻杆，其与所述输入轴连接。

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，包括：第一钻头和第二钻头，所述第一钻头和第二钻头各自转动时不发生碰撞，并能钻出相交的双圆孔；齿轮箱，其内设有输入轴、第一输出轴和第二输出轴，所述第一钻头与第一输出轴连接，所述第二钻头与第二输出轴连接，所述第一输出轴和第二输出轴的转速相同；以及钻杆，其与所述输入轴连接。2.根据权利要求1所述的一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，所述第一钻头和第二钻头为一字形钻头或Y字形钻头或组合钻头，组合钻头为柱形－Y字形组合钻头或柱形－一字形组合钻头。3.根据权利要求1所述的一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，还包括水套，所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴的内部均设有水道且均与所述水套连接，所述水套的内腔与所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴的内部的水道连通；所述钻杆为中空钻杆，所述输入轴的水道与所述中空钻杆内部连通；所述第一钻头和第二钻头上均设有出水孔，所述第一钻头的出水孔与所述第一输出轴的水道连通，所述第二钻头的出水孔与所述第二输出轴的水道连通。4.根据权利要求1所述的一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，所述钻杆与所述输入轴、所述第一输出轴与所述第一钻头、所述第二输出轴与所述第二钻头均采用锥度连接。5.根据权利要求1所述的一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，所述第一钻头和第二钻头的钻头直径相同或不同。6.根据权利要求1所述的一种小尺寸双圆孔钻具，其特征在于，所述输入轴、第一输出轴和第二输出轴均通过轴承与所述齿轮箱连接，所述输入轴设置在齿轮箱的中部，所述第一输出轴和第二输出轴设置在所述输入轴的两侧；所述第一输出轴和所述第二输出轴均与所述输入轴通过齿轮组匹配啮合传动，或所述第一输出轴与所述输入轴通过齿轮组匹配啮合传动，所述第二输出轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹正盛，吴刚，邹友峰，王树仁，王新宇，顿志林，王恒利，任连伟，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41