一种可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法技术

一种可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法，尤其适用于煤矿井巷工程。在分段式锚杆的两节杆体上布置大螺旋结构，简易钻头一次扩孔切割煤体，简易钻头外径小于大螺旋杆体的外径，大螺旋结构在钻进过程中二次扩孔自钻自锚；大螺旋结构径向抑制煤壁板状裂隙扩展发育，同时利用岩体自稳过程嵌固在煤体中。分段式结构实现杆体长度和锚固长度的可调节，连接套外径小于螺旋结构外径，并保证强度。利用大螺旋杆体扩孔自锚来约束帮部变形、片帮，实现钻锚一体化，简化了帮部支护工艺，实现了分段加长锚固，在巷道生命周期内不同阶段采取针对性支护措施，能够明显提高支护效能，满足高效、安全、快速掘进的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计一种锚杆及支护方法，尤其适用于煤矿井巷支护领域中煤层巷道帮部控制和快速掘进时使用的可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法。
技术介绍
锚杆支护是煤层巷道支护的主要方式。目前，煤层巷道两帮采用树脂锚固技术支护，该技术有以下几个问题：第一、树脂锚固剂对煤体的适应性较差，煤体松软大变形使得树脂锚固剂的锚固效果不好；第二、由于粘锚力较低不能约束煤体松散变形，导致片帮严重；第三、煤壁钻孔易塌孔，成孔率低，树脂锚固剂安装不便，煤屑和锚固剂糅合进一步降低锚固效果；第四、工艺环节多，严重制约巷道掘进的速度；第五、杆体长度固定，对局部区域适应性差；第六、帮部一次性支护失效后，不能补强继续发挥作用，需要重新支护，反复扩刷巷道，增加工程量，难以适应新型矿井采掘接替的要求；也不能适应掘锚一体化的快速掘进技术。普通的自钻自锚式锚杆由于结构复杂、成本较高、安装时间长等因素在煤矿巷道难以适用。专利(CN1054433150A)提出了一种用于注浆支护快速安装的自钻式锚杆，由于排屑通道窄，无法及时排出高速旋转钻进的钻头产生的大量碎屑，同时结构复杂，制造成本高；专利(CN1548659A)提出自钻式锚杆支护软土层的方法，由于其后续注浆工艺，要等浆液固化后才能预紧，不适应煤巷支护要求；专利(CN100497887C)提出一种用于顶板注浆的套管涨壳型自钻式中空锚杆，在帮部的横向钻孔中煤屑碎石制约涨壳机构发挥作用，仅适用于顶板，对片帮难以奏效。当前煤层巷道帮部采用树脂药卷锚固支护技术，树脂锚固剂对松散煤体适应性差，煤壁易片帮、易塌孔，树脂药卷安放不便；帮部一次性支护失效后，不能补强继续发挥作用，需要重新支护，反复扩刷巷道，增加工程量；同时，受掘锚机等设备现场施工条件限制，以及巷道部分区域地质条件变化，对锚杆锚固长度要求有所不同，当前不能调节长度和锚固长度的；另外，由于钻孔、装药、安设锚杆、施加预紧力等工序制约了巷道的掘进速度，煤层巷道帮部支护亟需高效、简约的支护方法。
技术实现思路
技术问题：针对上述技术问题，提供一种结构简单，可根据实际需要调整长度，便于支护失效后补强，使用方便的可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术的可扩展的扩孔自锚式锚杆包括简易钻头、锚杆体，和预紧装置；其中锚杆体包括多根钻进段杆体，多个连接套和设加长段杆体，多根钻进段杆体通过多个连接套相互连接，并在尾部通过连接套连接加长段杆体，所述钻进段杆体内部设有轴向通孔，外侧设有大螺旋结构，钻进段杆体头部外侧设有顶端螺纹，尾部设有六棱连接部，钻进段杆体侧面设有多个与内部通孔连通的注浆孔，所述连接套内部设有连接套通孔，连接套一端内侧设有与钻进段杆体六棱连接部相匹配的六面连接部，另一端内侧设有与加长段杆体的顶端螺纹相匹配的螺纹连接部；所述预紧装置为顺序设置在加长段杆体的锚固螺纹上的止浆塞、托盘和螺母。所述的简易钻头为钢材加工的一次性钻头，钢材的强度超过钻进岩体强度的1.2倍，其外径小于螺旋杆体外径2mm-10mm。所述连接套外径小于螺旋结构外径，包括六面连接部、连接套通孔、螺纹连接部。所述多根加长段的长度在800mm-1500mm之间，所述的加长段杆体在600mm-1200mm之间。一种扩孔自锚式锚杆支护方法，其步骤如下：a.巷道掘进支护时，在需要加长支护的区域设计支护位置，先将简易钻头装配在第一根钻进段杆体上，第一根钻进段杆体的尾部六棱连接部直接与机载或者单体锚杆钻机的六方连接套连接，启动锚杆钻机后，利用简易钻头在锚杆钻机的驱使下一次扩孔破煤钻进，由于简易钻头的外径小于大螺旋杆体的外径，大螺旋结构在钻进过程中二次扩孔自锚；b.当第一段钻进段钻入煤壁只尾部剩余200mm露在煤壁时停止，根据地质条件设计锚固长度，需要利用多根钻进段时，将锚杆钻机从第一段钻进段尾部拆下，利用连接套的六面连接部与第一段钻进段杆体六棱连接部匹配，把第二个钻进段通过顶端螺纹与连接套的螺纹连接部连接后，将锚杆钻机安装在第二个钻进段尾部，启动锚杆钻机，使第二段钻进段杆体钻入煤壁，其余钻进段依次类推设置；c，完成钻进段安装后，用连接套的六面连接部与钻进段尾部的六棱连接部匹配，螺纹连接部与加长段杆体顶部螺纹连接，在加长段杆体的锚固螺纹上安装预紧装置，并用加长段杆体的杆尾六棱段与锚杆钻机连接，启动钻机钻进，当托盘与煤壁紧密接触，停止钻进完成加长段杆体的安装，重复上述步骤完成巷道掘进支护；d.支护完成24h-48h之后，锚杆体上的大螺旋结构利用岩体自稳过程与煤体嵌固耦合，产生以嵌固力和摩擦力为主的工作锚固力，再次充分紧固装置的螺母，让托盘挤压煤壁，使杆体大螺旋结构径向与煤壁板状裂隙相互作用，抑制裂隙扩展发育。e.当巷道结构松软或存在裂隙发育，则利用锚杆体的通孔及注浆孔滞后掘进迎头10～30m间隔注浆；e.巷道投入使用后，受采动影响，根据矿压显现实际，进行补充注浆加固。所述大螺旋结构沿钻进段杆体和加长段杆体全长布置；螺旋方向为右旋，螺旋角度在10°-60°之间；螺旋螺距在20mm-100mm之间，牙高在10mm-30mm之间，螺旋牙厚在2mm-20mm。有益效果：由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)利用杆体的大螺旋结构实现了扩孔自锚。同时利用岩体自稳过程嵌固在煤体中，通过螺旋杆体与煤体耦合作用产生的嵌固力形成工作锚固力，取代了树脂锚固剂，对控制煤巷帮部变形的适应性明显提高。(2)简化帮部支护的施工工艺。自带钻头，扩孔自锚，实现钻锚一体化；提前组装，一次性安装，省去了钻孔、装药等程序，避免了钻不进去、塌孔、堵孔等问题，能有效提高帮部支护的速度。(3)实现锚杆在巷道生命周期的不同阶段内针对矿压显现发挥多种功能。从巷道开挖到巷道服役，通过前期自钻自锚以及后期注浆加长锚固，有效约束帮部变形、片帮，实现钻锚一体化，能明显提高支护效能。(4)分段式结构实现杆体长度和锚固长度的可调节，实现了分段加长锚固，解决了锚杆长度固定带来的各种问题，能适应掘锚机等设备现场施工要求，弥补了由于巷道地质条件变化不能及时调整锚杆长度的缺陷。(5)有效控制片帮和松软煤巷的大变形。大螺旋结构径向抑制煤壁板状裂隙扩展发育，阻碍松散体脱落，能够显著控制煤壁片帮。附图说明图1为本专利技术的锚杆结构示意图图2为本专利技术的钻进段杆体示意图图3为本专利技术的加长段杆体示意图图4为本专利技术的加长段杆体中A-A处剖视图。图5为本专利技术的加长段杆体中B-B处剖视图。图6为本专利技术的连接套纵向剖面图。图中：1-简易钻头、2-大螺旋结构、3-钻进段杆体、4-六棱连接部、5-连接套、6-加长段杆体、7-注浆孔、8-止浆塞、9-托盘、10-螺母、11-顶端螺纹、12-锚固螺纹、13、螺母螺纹、14-杆尾六棱段、15-通孔、16、六面连接部、17-连接套通孔、18-螺纹连接部。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的详细说明：如图1、图2和图3所示，本专利技术的可扩展的扩孔自锚式锚杆，包括简易钻头1、锚杆体，和预紧装置；所述的简易钻头1为钢材加工的一次性钻头，钢材的强度超过钻进岩体强度的1.2倍，其外径小于螺旋杆体外径2mm-10mm，其中锚杆体包括多根钻进段杆体3，所述多根加长段3的长度在800mm-1500mm之间，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可扩展的扩孔自锚式锚杆，其特征在于：它包括简易钻头(1)、锚杆体，和预紧装置；其中锚杆体包括多根钻进段杆体(3)，多个连接套(5)和设加长段杆体(6)，多根钻进段杆体(3)通过多个连接套(5)相互连接，并在尾部通过连接套(5)连接加长段杆体(6)，所述钻进段杆体(3)内部设有轴向通孔，外侧设有大螺旋结构(2)，钻进段杆体(3)头部外侧设有顶端螺纹(11)，尾部设有六棱连接部(4)，钻进段杆体(3)侧面设有多个与内部通孔连通的注浆孔(7)，所述连接套(5)内部设有连接套通孔(17)，连接套(5)一端内侧设有与钻进段杆体(3)六棱连接部(4)相匹配的六面连接部(16)，另一端内侧设有与加长段杆体(6)的顶端螺纹(12)相匹配的螺纹连接部(18)；所述预紧装置为顺序设置在加长段杆体的锚固螺纹(12)上的止浆塞(8)、托盘(9)和螺母(10)。

【技术特征摘要】
1.一种可扩展的扩孔自锚式锚杆，其特征在于：它包括简易钻头(1)、锚杆体，和预紧装置；其中锚杆体包括多根钻进段杆体(3)，多个连接套(5)和设加长段杆体(6)，多根钻进段杆体(3)通过多个连接套(5)相互连接，并在尾部通过连接套(5)连接加长段杆体(6)，所述钻进段杆体(3)内部设有轴向通孔，外侧设有大螺旋结构(2)，钻进段杆体(3)头部外侧设有顶端螺纹(11)，尾部设有六棱连接部(4)，钻进段杆体(3)侧面设有多个与内部通孔连通的注浆孔(7)，所述连接套(5)内部设有连接套通孔(17)，连接套(5)一端内侧设有与钻进段杆体(3)六棱连接部(4)相匹配的六面连接部(16)，另一端内侧设有与加长段杆体(6)的顶端螺纹(12)相匹配的螺纹连接部(18)；所述预紧装置为顺序设置在加长段杆体的锚固螺纹(12)上的止浆塞(8)、托盘(9)和螺母(10)。2.根据权利要求1所述的可扩展的扩孔自锚式锚杆，其特征在于：所述的简易钻头(1)为钢材加工的一次性钻头，钢材的强度超过钻进岩体强度的1.2倍，其外径小于螺旋杆体外径2mm-10mm。3.根据权利要求1所述的可扩展的扩孔自锚式锚杆，其特征在于：所述连接套(5)外径小于螺旋结构外径，包括六面连接部(16)、连接套通孔(17)、螺纹连接部(18)。4.根据权利要求1所述的可扩展的扩孔自锚式锚杆，其特征在于：所述多根加长段(3)的长度在800mm-1500mm之间，所述的加长段杆体在600mm-1200mm之间。5.一种使用权利要求1所述可扩展的扩孔自锚式锚杆的可扩展的扩孔自锚式锚杆支护方法，其特征在于步骤如下：a.巷道掘进支护时，在需要加长支护的区域设计支护位置，先将简易钻头(1)装配在第一根钻进段杆体(3)上，第一根钻进段杆体(3)的尾部六棱连接部(4)直接与机载或者单体锚杆钻机的六方连接套连接，启动锚杆钻机后，利用简易钻头(1)在锚杆钻机的驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：张农，马鹏，韩昌良，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32