钢管水泥砂浆预应力锚索及其支护方法技术

本发明专利技术公开了钢管水泥砂浆预应力锚索，包括锚固段、第一自由段、钢管水泥砂浆段、第二自由段、锚索附件以及注浆联接头。钢管水泥砂浆段由空心钢管、穿过空心钢管的索体以及充填于钢管内的固结水泥砂浆组成；所述空心钢管两端设置的瓦片式锁具可以将空心钢管两端的索体锁紧，形成封闭的水泥砂浆注浆空间；空心钢管的后端设置有排气孔；所述锚索的索体中心部位设置有注浆管，注浆管延伸至水泥砂浆注浆空间内；所述锚索的施工步骤为先预紧后注入水泥砂浆浆液形成钢管水泥砂浆段。通过在锚索索体中间增加钢管水泥砂浆结构可以提高索体应力集中段的抗拉强度和抗剪强度，有效解决锚索支护中“索体局部应力集中、钢绞线被各个击破而破断”的技术难题。

Prestressed Anchor Cable of Steel Tube Cement Mortar and Its Supporting Method

The invention discloses a steel pipe cement mortar pre-stressed anchor cable, which comprises an anchorage section, a first free section, a steel pipe cement mortar section, a second free section, an anchor cable attachment and a grouting joint. The cement mortar section of steel pipe consists of hollow steel pipe, cable body passing through hollow steel pipe and consolidated cement mortar filled in the steel pipe; the tiled locking device arranged at both ends of the hollow steel pipe can lock the cable body at both ends of the hollow steel pipe to form a closed cement mortar grouting space; the back end of the hollow steel pipe is provided with an exhaust hole; and the grouting pipe is arranged at the center of the cable body of the anchor cable. The grouting pipe extends to the grouting space of the cement mortar, and the construction step of the anchor cable is to pre-tighten and then inject the cement mortar to form the cement mortar section of the steel pipe. By adding steel pipe cement mortar structure in the middle of the anchor cable body, the tensile strength and shear strength of the stress concentration section of the cable body can be improved, and the technical problems of \local stress concentration of the cable body and breakage of the steel strand by breakage\ in the anchor cable support can be effectively solved.

【技术实现步骤摘要】
钢管水泥砂浆预应力锚索及其支护方法
本专利技术属于矿山支护工程锚索支护
，具体涉及钢管水泥砂浆预应力锚索及其支护方法。
技术介绍
在煤矿巷道支护工程中，锚索支护是顶板支护的常用形式。煤矿常用的锚索是7股或19股的钢绞线结构，常用的锚索直径为15.2mm、17.8mm、20mm、22mm。与锚杆支护相比，锚索具有强度大、长度大的优点，锚索能够锚固到顶板深部稳定岩层中，因此锚索支护对顶板稳定性控制具有显著成效。但是，随着煤炭资源的逐步开采，巷道围岩应力环境逐渐恶化，在大变形巷道、软弱围岩巷道及高应力动压巷道中，锚索破断问题日益凸显。在一些复杂困难条件下，一些直径22mm的高强锚索甚至也出现了破断。现场观测表明，锚索破断的位置均出现靠近孔口的前1/3段，或者剪切错动的岩层的层理面处；由断口形态来看，锚索是在“剪破坏和拉破坏”共同作用下的破断。究其原因，当前锚索支护主要存在“局部应力集中、钢绞线在拉剪作用下被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题，如何提高锚索应力集中段的抗拉强度、抗剪强度以及钢绞线的整体性，成为解决锚索破断的关键问题。
技术实现思路
本专利技术提供钢管水泥砂浆预应力锚索及其支护方法，旨在通过在锚索的索体中间增加钢管水泥砂浆结构以此提高此段索体的抗拉强度和抗剪强度，从而有效解决锚索支护中存在的“索体局部应力集中、钢绞线被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题。同时，所述锚索可以施加较大预应力而实现对岩层的主动支护，并能够通过水泥砂浆包裹防止高应力索体的锈蚀破断。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：钢管水泥砂浆预应力锚索，包括由后向前依次通过索体串联起来的锚固段、钢管水泥砂浆段和锚索附件；锚固段和钢管水泥砂浆段之间的索体部分为第一自由段，钢管水泥砂浆段和锚索附件之间的索体部分为第二自由段，索体前端设置有注浆联接头；锚索附件包括托盘和锚尾锁具；所述钢管水泥砂浆段包括空心钢管，索体穿过空心钢管并与空心钢管同轴线设置，空心钢管前后两端均设置有将空心钢管与索体锁为一体的瓦片式锁具，空心钢管后侧部开设有排气孔，空心钢管、瓦片式锁具以及索体之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体的中心部位设置有注浆管，注浆管后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管前端与注浆联接头连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆。所述钢管水泥砂浆段位于锚索的前1/3段或者易于发生剪切破断的索体段；所述锚固段采用树脂锚固剂锚固。所述钢管水泥砂浆段的段数及位置由易于发生拉剪破断的索体的段数及位置决定。钢管水泥砂浆预应力锚索的支护方法，包括以下施工步骤：（1）按照所需加固岩层的地质力学条件，确定钢管水泥砂浆预应力锚索的强度及尺寸、钢管水泥砂浆段的位置、预紧力、锚固长度、间排距支护参数；（2）按照确定的支护参数在所需加固岩层内打设锚索孔，锚索孔直径大于索体直径10～16mm，锚索孔直径并且大于空心钢管外径4～8mm；锚索孔直径和空心钢管外径根据实际生产条件适当调整；（3）将索体穿过空心钢管、瓦片式锁具并在设计位置处组装起来形成封闭的水泥砂浆注浆空间，并用索体前端将树脂锚固剂送入锚索孔底部，并采用钻机带动索体旋转充分搅拌树脂锚固剂，待锚固剂固化后形成锚固段；（4）树脂锚固剂固化后，安装托盘和锚尾锁具，并采用张拉机具对锚索进行张拉预紧，锁紧锚尾锁具后在第一自由段、第二自由段和钢管水泥砂浆段的索体形成预应力，对加固岩层进行主动支护；（5）对锚索施加预紧力后，采用注浆机具及管路通过注浆联接头对索体中心部位的注浆管进行注浆，注浆材料为高强水泥砂浆，将空心钢管内的水泥砂浆注浆空间注满高强水泥砂浆浆液，在注浆过程中，水泥砂浆注浆空间内部的气体通过排气孔排出，直到水泥砂浆全部充满水泥砂浆注浆空间，水泥砂浆在空心钢管内固结后形成钢管水泥砂浆段；（6）所述钢管水泥砂浆预应力锚索安装完成后，及时对加固岩层的表面位移、内部变形及离层以及锚索受力状态进行实时动态监测，并评价加固岩层的稳定性和锚索的可靠性，依据评价结果动态调整锚索的支护参数。采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：第一，本专利技术通过在锚索的索体中间增加钢管水泥砂浆段（结构），可以提高此段索体的抗拉强度和抗剪强度，从而有效解决锚索支护中存在的“索体局部应力集中、钢绞线被各个击破而逐根（股）破断”的技术难题；第二，所述锚索可以施加较大预应力，实现对岩层的主动支护，能够及时控制岩层的早期变形和破坏；第三，在索体的钢管水泥砂浆段，能够通过水泥砂浆包裹防止高应力索体的锈蚀破断；第四，在索体中设置有多个自由段，充分利用了自由段的延伸率，能够适应围岩的大变形，提高锚索支护的可靠性。附图说明图1为本专利技术钢管水泥砂浆预应力锚索的整体结构图；图2为本专利技术钢管水泥砂浆段的结构图；图3为本专利技术钢管水泥砂浆预应力锚索支护布置图；图1-3中：1为锚固段，2为第一自由段，3为钢管水泥砂浆段，4为第二自由段，5为托盘，6为锚尾锁具，7为注浆联接头，8为空心钢管，9为索体，10为高强水泥砂浆，11为瓦片式锁具，12为排气孔，13为注浆管，14为树脂锚固剂，15为加固岩层，16为锚索孔。具体实施方式如图1-图3所示，本专利技术具体实施方式如下：本专利技术的钢管水泥砂浆预应力锚索，包括由后向前依次通过索体9串联起来的锚固段1、钢管水泥砂浆段3和锚索附件；锚固段1和钢管水泥砂浆段3之间的索体9部分为第一自由段2，钢管水泥砂浆段3和锚索附件之间的索体9部分为第二自由段4，索体9前端设置有注浆联接头7；锚索附件包括托盘5和锚尾锁具6。钢管水泥砂浆段3包括空心钢管8，索体9穿过空心钢管8并与空心钢管8同轴线设置，空心钢管8前后两端均设置有将空心钢管8与索体9锁为一体的瓦片式锁具11，空心钢管8后侧部开设有排气孔2，空心钢管8、瓦片式锁具11以及索体9之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体9的中心部位设置有注浆管13，注浆管13后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管13前端与注浆联接头7连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆10。钢管水泥砂浆段3位于锚索的前1/3段或者易于发生剪切破断的索体9段；所述锚固段1采用树脂锚固剂锚固。钢管水泥砂浆段3的段数及位置由易于发生拉剪破断的索体9的段数及位置决定。钢管水泥砂浆预应力锚索的支护方法，包括以下施工步骤：（1）按照加固岩层15的地质力学条件，确定钢管水泥砂浆预应力锚索的强度及尺寸、钢管水泥砂浆段3的位置、预紧力、锚固长度、间排距支护参数；（2）按照确定的支护参数在所需加固岩层15内打设锚索孔16，锚索孔16直径大于索体9直径10～16mm，锚索孔16直径并且大于空心钢管8外径4～8mm；锚索孔直径和空心钢管外径根据实际生产条件可以适当调整；（3）将索体9穿过空心钢管8、瓦片式锁具11并在设计位置处组装起来形成封闭的水泥砂浆注浆空间，并用索体9前端将树脂锚固剂14送入锚索孔16底部，并采用钻机带动索体9旋转充分搅拌树脂锚固剂14，待锚固剂固化后形成锚固段1；（4）树脂锚固剂14固化后，安装托盘5和锚尾锁具6，并采用张拉机具对锚索进行张拉预紧，锁紧锚尾锁具6后在第一自由段2、第二自由段4和钢管水泥砂浆段3的索体9形成预应力，对加固岩层15进行主动支护；（5）对锚索施加预紧力后，采用注浆机具及管路通过注浆联接头7对索体9中心部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钢管水泥砂浆预应力锚索，其特征在于：包括由后向前依次通过索体串联起来的锚固段、钢管水泥砂浆段和锚索附件；锚固段和钢管水泥砂浆段之间的索体部分为第一自由段，钢管水泥砂浆段和锚索附件之间的索体部分为第二自由段，索体前端设置有注浆联接头；锚索附件包括托盘和锚尾锁具；所述钢管水泥砂浆段包括空心钢管，索体穿过空心钢管并与空心钢管同轴线设置，空心钢管前后两端均设置有将空心钢管与索体锁为一体的瓦片式锁具，空心钢管后侧部开设有排气孔，空心钢管、瓦片式锁具以及索体之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体的中心部位设置有注浆管，注浆管后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管前端与注浆联接头连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆。

【技术特征摘要】
1.钢管水泥砂浆预应力锚索，其特征在于：包括由后向前依次通过索体串联起来的锚固段、钢管水泥砂浆段和锚索附件；锚固段和钢管水泥砂浆段之间的索体部分为第一自由段，钢管水泥砂浆段和锚索附件之间的索体部分为第二自由段，索体前端设置有注浆联接头；锚索附件包括托盘和锚尾锁具；所述钢管水泥砂浆段包括空心钢管，索体穿过空心钢管并与空心钢管同轴线设置，空心钢管前后两端均设置有将空心钢管与索体锁为一体的瓦片式锁具，空心钢管后侧部开设有排气孔，空心钢管、瓦片式锁具以及索体之间形成封闭的水泥砂浆注浆空间，索体的中心部位设置有注浆管，注浆管后端伸至水泥砂浆注浆空间内，注浆管前端与注浆联接头连接；水泥砂浆注浆空间内填充有水泥砂浆。2.如权利要求1所述的钢管水泥砂浆预应力锚索，其特征在于：所述钢管水泥砂浆段位于锚索的前1/3段或者易于发生剪切破断的索体段；所述锚固段采用树脂锚固剂锚固。3.如权利要求2所述的钢管水泥砂浆预应力锚索，其特征在于：所述钢管水泥砂浆段的段数及位置由易于发生拉剪破断的索体的段数及位置决定。4.如权利要求3所述的钢管水泥砂浆预应力锚索的支护方法，其特征在于：包括以下施工步骤：（1）按照所需加固岩层的地质力学条件，确定钢管水泥砂浆预应力锚索的强度及尺寸、钢管水泥砂浆段的位置、...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖同强，李宝富，许磊，王祖洸，李化敏，陈恒光，尹士花，王子林，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41