一种动态注浆的本安型锚注加固-瓦斯抽采增效两用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动态注浆的本安型锚注加固

【技术实现步骤摘要】
一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯抽采注浆封堵和巷道围岩注浆加固领域，具体涉及一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统。

技术介绍

[0002]瓦斯是煤矿重大危险源，瓦斯抽放是解决难题的根本手段。传统的封孔方法使用固态材料一次性封堵工艺，难以解决煤层新生裂隙带来的瓦斯无序涌出和巷道空气混入所导致的瓦斯抽采浓度低、衰减快难题。为维持高抽采浓度，工程上往往重新施工加密钻孔，瓦斯抽采工作投入高、效果差。虽有最新研发的可多次注浆的缓凝封孔材料，但自动补浆设备投入高、人工补浆成本大是制约该技术推广发展的“卡脖子”因素。锚杆支护是保证巷道稳定的重要手段，注浆锚杆安装后可以提供有效预应力，黏结强化松动圈围岩。因此巷道内施工锚杆数量巨大以保证围岩加固效果，但传统注浆锚杆功能单一，配套投入仅解决围岩支护问题，无法与巷道其他工艺联动。实际工作中存在钻掘设备重复投入、工艺联动性差、人力成本高的问题。

技术实现思路

[0003]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术提供一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统，包括对应设置在钻孔内的中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆、与中空瓦斯抽采封孔r/>‑
围岩锚注加固两用注浆锚杆对应的本安型主动注浆装置，所述中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆包括锚杆壁，所述锚杆壁的一端伸出到钻孔外部形成有贴紧钻孔口的托盘，所述锚杆壁内形成有封孔材料注浆管，所述封孔材料注浆管与锚杆壁之间形成有水泥注浆通道，所述锚杆壁的外部套设有三段连通水泥注浆通道的环形橡胶囊袋，所述环形橡胶囊袋将钻孔与锚杆壁之间的空间分隔成三个注浆空间，所述锚杆壁底部形成有连通水泥注浆通道的固定片转轴，所述固定片转轴的底部形成有钻头，所述三个注浆空间包括靠近钻头的第一注浆空间以及依次远离钻头的第二注浆空间、第三注浆空间，所述固定片转轴上设置有与第一注浆空间对应的可转动的固定片，所述固定片转轴上形成有与固定片对应的内腔水泥出浆口，所述锚杆壁上设置有若干连通第二注浆空间的封孔材料出浆口、连通第三注浆空间的爆破阀水泥出浆口；所述爆破阀水泥出浆口(6)与水泥注浆通道(2)连通，所述封孔材料出浆口(7)与封孔材料注浆管(1)连通且与水泥注浆通道(2)不连通，所述本安型主动注浆装置包括外壳、储能机构、注浆机构、复位机构，所述储能机构包括设置在外壳内的储能弹簧机构保护壳，所述储能弹簧机构保护壳内安装有固定轴，所述固定轴上安装有储能弹簧，所述储能弹簧的一端连接有带有轮齿结构的传动杆，所述注浆机构包括设置在外壳内的水箱，所述外壳上设置有连通水箱的加浆口，所述水箱内设置有推浆活塞，所
述推浆活塞通过活塞传动带与传动杆连接，所述传动杆能够通过活塞传动带带动推浆活塞沿水箱内壁上、下运动，所述推浆活塞的上部通过复位弹簧与外壳内顶壁固定，所述复位机构包括旋杆、竖向齿轮、横向齿轮，所述竖向齿轮能够带动传动杆水平移动，所述旋杆能够带动横向齿轮转动，所述横向齿轮与竖向齿轮啮合，所述旋杆的一端伸出到外壳形成有能够限制旋杆转动的卡位器，所述封孔材料注浆管与水箱下部连通。
[0006]优选地，所述水箱上设置有透明可视化标尺，所述水箱内设置有与活塞传动带对应的转向轮，所述活塞传动带的一端穿过转向轮与能够水平移动的传动杆连接，所述活塞传动带的另一端穿过转向轮与能够上、下运动的推浆活塞连接。
[0007]优选地，所述封孔材料出浆口为十字形出浆口，十字形出浆口设计可让水泥材料和封孔材料在各自流动通道高效注浆；十字形设计还可以作为锚杆结构支撑点，维持结构整体稳定性；同时采用多个注浆点设置，可保证注浆材料不堵塞、无阻力，减少注浆压力损失。
[0008]优选地，所述锚杆壁的外部形成有用于支撑环形橡胶囊袋的管壁
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囊袋支撑杆，管壁
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囊袋支撑杆可有效保证锚杆壁强度，为囊袋提供安装、膨胀空间。
[0009]优选地，所述固定片转轴与锚杆壁一体成型，所述钻头与固定片转轴螺纹连接，。
[0010]优选地，所述储能弹簧为螺旋形金属片，能够更好的进行储能及释放弹性能量，储能后能够自动将势能转变为活塞动能，无危险源。
[0011]优选地，所述爆破阀水泥出浆口处设置有爆破阀，所述爆破阀的压力阈值小于固定片的转动压力阈值，能够更好的保证爆破阀水泥出浆口、内腔水泥出浆口按压力有序工作。
[0012]优选地，当固定片处于初始状态时内腔水泥出浆口处于被封堵状态，当固定片旋转时，内腔水泥出浆口处于打开状态。
[0013]优选地，所述封孔材料注浆管侧壁上设置有若干与水泥注浆通道连通的连通孔。
[0014]本专利技术还提供一种上述系统的使用方法，包括以下步骤：
[0015](1)采用锚杆钻孔形成钻孔，将中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆安装至钻孔内；
[0016](2)开始注浆，水泥注浆通道与水泥注浆转接口连接，通过水泥注浆转接口向水泥注浆通道内注入水泥浆料，水泥注浆通道内的压力逐渐增大，在爆破阀和固定片的压力阈值阻隔下，水泥浆料充满水泥注浆通道继而充填膨胀橡胶囊袋，使之完全贴合孔壁，形成不同的注浆空间；继续注浆，水泥注浆通道内压力继续增大，到超过爆破阀水泥出浆口的爆破阀压力阈值后，通过爆破阀充填至周围煤岩体，完成锚杆锚固；
[0017](3)完成锚杆锚固后继续注浆，水泥注浆通道内压力逐渐继续上升，当水泥注浆通道内压力超过固定片转动的压力阈值，固定片开始发生转动并进一步卡紧在钻孔的内壁上形成固定姿态，同时固定片转动后，内腔水泥出浆口打开，水泥材料注入到与钻头对应的钻孔的内腔，完成黏结煤岩体；
[0018](4)观察透明可视化标尺，当水箱内浆液不足，首先打开卡位器，然后逆时针旋转旋杆从而带动竖向齿轮、横向齿轮以及传动杆运动，进而拉伸储能弹簧赋予其弹性势能；进而推动推浆活塞压缩复位弹簧缓缓向上移动，当推浆活塞达需要的位置后，按下卡位器固定旋转杆，将缓凝封孔材料通过加浆口补充至水箱；
[0019](5)打开卡位器，此时储能弹簧缓缓释放弹性势能，带动传动杆移动，从而拉动推浆活塞向下移动挤压缓凝封孔材料，将缓凝封孔材料沿封孔材料注浆管持续注入到注浆锚杆内部，并通过封孔材料出浆口注入周围围岩体；围岩体内部微小裂隙注满后，注浆空间保持恒定压力，此时本安型主动注浆装置保持注浆结束后的状态，同时封孔材料不再注入；当有新生裂隙产生时，封孔材料在浆液压力下，运移至新生围岩裂隙，系统浆液压力减小，阻力减小，储能弹簧开始释放，将封孔材料缓缓注入，当系统内浆液压力上升到阈值后，储能弹簧和推浆活塞阻力变大，本安型主动注浆装置停止注浆。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统，其特征在于，包括对应设置在钻孔(5)内的中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆、与中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆对应的本安型主动注浆装置，所述中空瓦斯抽采封孔
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围岩锚注加固两用注浆锚杆包括锚杆壁(3)，所述锚杆壁(3)的一端伸出到钻孔(5)外部形成有贴紧钻孔口的托盘(4)，所述锚杆壁(3)内形成有封孔材料注浆管(1)，所述封孔材料注浆管(1)与锚杆壁(3)之间形成有水泥注浆通道(2)，所述锚杆壁(3)的外部套设有三段连通水泥注浆通道(2)的环形橡胶囊袋(8)，所述环形橡胶囊袋(8)将钻孔(5)与锚杆壁(3)之间的空间分隔成三个注浆空间，所述锚杆壁(3)底部形成有连通水泥注浆通道(2)的固定片转轴(13)，所述固定片转轴(13)的底部形成有钻头(15)，所述三个注浆空间包括靠近钻头(15)的第一注浆空间以及依次远离钻头(15)的第二注浆空间、第三注浆空间，所述固定片转轴(13)上设置有与第一注浆空间对应的可转动的固定片(16)，所述固定片转轴(13)上形成有与固定片(16)对应的内腔水泥出浆口(11)，所述锚杆壁(3)上设置有若干连通第二注浆空间的封孔材料出浆口(7)、连通第三注浆空间的爆破阀水泥出浆口(6)；所述爆破阀水泥出浆口(6)与水泥注浆通道(2)连通，所述封孔材料出浆口(7)与封孔材料注浆管(1)连通且与水泥注浆通道(2)不连通，所述本安型主动注浆装置包括外壳(18)、储能机构、注浆机构、复位机构，所述储能机构包括设置在外壳(18)内的储能弹簧机构保护壳(21)，所述储能弹簧机构保护壳(21)内安装有固定轴(19)，所述固定轴(19)上安装有储能弹簧(20)，所述储能弹簧(20)的一端连接有带有轮齿结构的传动杆(17)，所述注浆机构包括设置在外壳(18)内的水箱(32)，所述外壳(18)上设置有连通水箱(33)的加浆口(26)，所述水箱(32)内设置有推浆活塞(28)，所述推浆活塞(28)通过活塞传动带(30)与传动杆(17)连接，所述传动杆(17)能够通过活塞传动带(30)带动推浆活塞(28)沿水箱(32)内壁上、下运动，所述推浆活塞(28)的上部通过复位弹簧(29)与外壳(18)内顶壁固定，所述复位机构包括旋杆(25)、竖向齿轮(22)、横向齿轮(23)，所述竖向齿轮(22)能够带动传动杆(17)水平移动，所述旋杆(25)能够带动横向齿轮(23)转动，所述横向齿轮(23)与竖向齿轮(22)啮合，所述旋杆(25)的一端伸出到外壳(18)形成有能够限制旋杆(25)转动的卡位器(24)，所述封孔材料注浆管(1)与水箱(32)下部连通。2.如权利要求1所述的一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统，其特征在于，所述水箱(32)上设置有透明可视化标尺(27)，所述水箱(32)内设置有与活塞传动带(30)对应的转向轮(31)，所述活塞传动带(30)的一端穿过转向轮(31)与能够水平移动的传动杆(17)连接，所述活塞传动带(30)的另一端穿过转向轮(31)与能够上、下运动的推浆活塞(28)连接。3.如权利要求1所述的一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统，其特征在于，所述封孔材料出浆口(7)为十字形出浆口。4.如权利要求1所述的一种动态注浆的本安型锚注加固
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瓦斯抽采增效两用系统，其特征在于，所述锚杆壁(3)的外部形成有用于支撑环形橡胶囊袋(8)的管壁

【专利技术属性】
技术研发人员：程健维，王钰，冉德志，余照阳，陆卫东，魏国营，王云刚，胡新城，盛树平，马永侦，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：