负压抽浆方法、支护方法及支护系统 |
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| 申请号 | CN202011043170.X | 申请日 | 2020-09-28 | 公开(公告)号 | CN112360500B | 公开(公告)日 | 2023-03-07 |
| 申请人 | 中煤科工开采研究院有限公司; 天地科技股份有限公司; | 发明人 | 姜鹏飞; 康红普; 王子越; 韦尧中; 刘畅; 罗超; 郭吉昌; 杨建威; 郑仰发; 王涛; 祝凌甫; 曹晓明; 陈志良; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及巷道支护技术领域，尤其涉及 负压 抽浆方法、支护方法及支护系统，其中负压抽浆方法，包括： 喷涂 处理：沿巷道的掘进方向对围岩的表面进行喷涂，以在围岩的表面形成喷护层；抽浆处理：对表面已形成喷护层的围岩的裂隙进行负压抽气，以使喷护层中呈膏体或 流体 状的喷涂材料进入围岩的裂隙；沿巷道的掘进方向，在抽浆处理的前方持续进行喷涂处理。实现巷道围岩表面喷涂和抽浆充填的联合加固与支护，减少等待喷涂材料 固化 的时间，提高巷道掘进效率，利用抽气负压形成的 大气压 力 支护围岩，然后在喷涂材料固化段利用锚固装置进行永久支护，从而综合实现围岩的大气压力临时支护、负压抽浆加固和钻注一体锚杆永久支护。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种负压抽浆方法，其特征在于：包括： |
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| 说明书全文 | 负压抽浆方法、支护方法及支护系统技术领域[0001] 本发明巷道支护技术领域，尤其涉及负压抽浆方法、支护方法及支护系统。 背景技术[0002] 煤矿巷道现有的临时支护以机械支撑类装置为主，这类装置一般安装在掘进设备上，在巷道掘进之后，覆盖整个新掘的区域，为作业人员遮挡掉落物，这类装置已经被广泛 应用，能够在一定程度上解决临时支护的需求。但是现有的临时支护都是在围岩发生变形 之后起到遮挡和保护的作用，不能对新掘区域在围岩变形之前产生主动、快速的支护力。 [0003] 利用围岩表面抽气负压所形成的大气压力进行巷道临时支护，需要在掘进截割完成后对掘进工作面围岩进行喷涂密封材料。由于喷涂材料为流体或膏体状，喷涂后需要一 定时间才能固化。如果等待其固化后再进行抽气形成负压支护将影响巷道掘进速度，且在 此过程中巷道掘进工作面附近围岩处于无支护状态，影响巷道稳定。 [0004] 锚杆支护可以有效控制围岩变形，已经在煤矿、金属矿山等领域广泛应用。以煤矿巷道支护为例，现有锚杆支护工艺流程为：使用钻杆在煤岩壁上打孔，人工将树脂锚固剂塞 进打好的孔内，放入锚杆搅拌，待锚固剂固化后预紧锚杆。现有锚杆支护施工工艺存在主要 问题为：1)人工将锚固剂塞入钻孔这一步骤难度较高，尤其是在煤岩体较为破碎，钻孔壁凹 凸不平时，需要耗费大量时间才能完成锚固剂的安装，降低了支护效率。2)钻孔、安装锚固 剂和预紧需要使用不同的工具完成，拆卸钻杆、不同工具的切换消耗时间较长。现有锚杆施 工工艺耗时长，效率低，工人劳动强度大，自动化实现难度高，已经无法满足煤矿巷道快速 支护的需求。 发明内容[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种负压抽浆方法，在掘进截割完成后对掘进工作面围岩进行喷涂密封材料，并利用负压将掘进 工作面新开挖围岩表面流体或膏体状的喷涂材料吸入围岩裂隙中。实现巷道围岩表面喷涂 和抽浆充填的联合加固与支护，减少等待喷涂材料固化的时间，提高巷道掘进效率，同时可 及时对巷道掘进工作面附近的围岩提供支护，确保掘进工作面围岩的稳定性。 [0006] 本发明还提出一种支护方法。 [0007] 本发明还提出一种支护系统。 [0008] 根据本发明第一方面实施例的负压抽浆方法，包括： [0009] 喷涂处理：沿巷道的掘进方向对围岩的表面进行喷涂，以在所述围岩的表面形成喷护层； [0010] 抽浆处理：对表面已形成所述喷护层的所述围岩的裂隙进行负压抽气，以使所述喷护层中呈膏体或流体状的喷涂材料进入所述围岩的裂隙； [0011] 沿所述巷道的掘进方向，在所述抽浆处理的前方持续进行所述喷涂处理。 [0012] 根据本发明的一个实施例，在所述喷涂处理中，所述喷护层上构造有抽气孔，以在所述抽浆处理中通过所述抽气孔对所述围岩的裂隙进行负压抽气。 [0013] 根据本发明的一个实施例，在所述抽浆处理中，在所述抽气孔处安装吸盘，通过抽气装置与所述吸盘连接对所述围岩裂隙进行负压抽气。 [0014] 根据本发明第二方面实施例的支护方法，包括： [0015] 临时支护：沿巷道的掘进方向，通过如上所述的负压抽浆方法对所述巷道进行临时支护； [0016] 永久支护：对已形成所述临时支护的所述巷道进行锚固支护。 [0017] 根据本发明的一个实施例，还包括： [0018] 沿所述巷道的掘进方向，在所述永久支护的前方持续进行所述临时支护。 [0019] 根据本发明第三方面实施例的应用上述支护方法进行支护的支护系统，包括掘进装置以及沿巷道的掘进方向设置于所述掘进装置后方的喷涂装置、抽气装置和锚固装置， 所述喷涂装置用于对所述围岩表面进行喷涂，所述抽气装置用于对所述围岩进行负压抽 气，所述锚固装置用于对已通过负压抽浆方法完成临时支护的所述围岩进行永久支护。 [0020] 根据本发明的一个实施例，所述锚固装置包括锚杆、注浆设备和驱动设备，所述锚杆包括杆体、钻头和预紧组件，所述杆体的一端同轴设置所述钻头，另一端设置所述预紧组 件，所述预紧组件用于所述杆体与所述围岩之间固定传力，所述杆体的内部沿轴向构造有 通孔，所述钻头构造有与所述通孔连通的第一注浆孔，所述通孔与所述注浆设备连通，所述 驱动设备与所述预紧组件连接。 [0021] 根据本发明的一个实施例，所述钻头的外径大于所述杆体的外径，所述钻头的外圆周面与所述杆体的外圆周面之间的垂直距离小于所述通孔的孔径。 [0022] 根据本发明的一个实施例，所述预紧组件包括沿所述通孔内锚固剂的流向依次套设于所述杆体上的限位块、预紧螺母、调心球垫和托盘，所述限位块固定于所述杆体的端 部，且所述限位块设有与所述通孔连通的第二注浆孔，所述杆体的端部设有与所述预紧螺 母相配合的外螺纹，所述预紧螺母与所述驱动设备连接，所述托盘上设有凹槽，所述调心球 垫为半球状，所述调心球垫的平面端与所述预紧螺母接触，所述调心球垫的弧面端嵌入所 述凹槽内。 [0023] 根据本发明的一个实施例，所述限位块的外径大于所述预紧螺母的内径且小于所述预紧螺母的外径。 [0024] 本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：本发明实施例的负压抽浆方法，首先对巷道完成一个循环掘进尺后，在掘进新露出围岩的顶板、两帮 尚未施加支护，围岩的表面附着煤尘、水及其混合物时，通过清洁装置对围岩的表面进行清 理，完成围岩表面的清理后，再将围岩表面密封，最后通过喷涂装置对清理过的围岩表面进 行喷涂形成喷护层，喷涂的同时对围岩进行持续抽气，使围岩的裂隙中形成负压，在喷护层 内外形成压差，未凝固的呈膏体或流体状的喷护层在负压作用下被吸入裂隙，对围岩裂隙 进行充填加固。本发明的负压抽浆方法是在掘进截割完成后对掘进工作面围岩进行喷涂密 封材料，并利用负压将掘进工作面新开挖围岩表面流体或膏体状的喷涂材料吸入围岩裂隙 中。实现巷道围岩表面喷涂和抽浆充填的联合加固与支护，减少等待喷涂材料固化的时间， 提高巷道掘进效率，同时可及时对巷道掘进工作面附近的围岩提供支护，确保掘进工作面 围岩的稳定性。 [0025] 本发明实施例的支护系统，利用抽气负压形成的大气压力支护围岩，然后在喷涂材料固化段利用锚固装置进行永久支护，从而综合实现围岩的大气压力临时支护、负压抽 浆加固和钻注一体锚杆永久支护，支护效率高，稳定可靠。 [0026] 除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的 优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。 附图说明[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1是本发明实施例负压抽浆方法的流程图； [0029] 图2是本发明实施例支护方法的流程图； [0030] 图3是本发明实施例支护系统的结构示意图； [0031] 图4是是本发明实施例支护系统的锚杆的结构示意图； [0032] 图5是本发明实施例支护系统的锚固结构在钻孔阶段的结构示意图； [0033] 图6是本发明实施例支护系统的锚固结构在注浆锚固阶段的结构示意图； [0034] 图7是本发明实施例支护系统的锚固结构在预紧阶段的结构示意图。 [0035] 附图标记： [0036] 1：围岩；11：裂隙；12：钻孔；13：掘进工作面；2：喷护层； [0037] 3：掘进装置；4：清洁装置；5：喷涂装置；6：抽气装置； [0038] 7：锚固装置；70：锚杆；71：杆体；72：钻头；73：预紧组件；711：通孔；712：外螺纹；731：限位块；732：预紧螺母；733：调心球垫；734：托盘；7311：第二注浆孔。 具体实施方式[0039] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。 [0040] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0041] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领 域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。 [0042] 在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第 一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或 仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特 征。 [0043] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性 表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可 以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领 域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征 进行结合和组合。 [0044] 如图1和图3所示，本发明实施例提供的负压抽浆方法，包括： [0045] S1，喷涂处理：沿巷道的掘进方向对围岩1的表面进行喷涂，以在围岩1的表面形成喷护层2； [0046] S2，抽浆处理：对表面已形成喷护层2的围岩1的裂隙11进行负压抽气，以使喷护层2中呈膏体或流体状的喷涂材料进入围岩1的裂隙11； [0047] S3，沿巷道的掘进方向，在步骤S1抽浆处理的前方持续进行步骤S2喷涂处理。 [0048] 本发明实施例的负压抽浆方法，首先对巷道完成一个循环掘进尺后，在掘进新露出围岩1的顶板、两帮尚未施加支护，围岩1的表面附着煤尘、水及其混合物时，通过清洁装 置4对围岩1的表面进行清理，完成围岩1表面的清理后，通过喷涂装置5对清理过的围岩1表 面进行喷涂形成喷护层，喷涂的同时对喷涂材料未凝固呈膏体或流体状的喷护层2所在的 围岩1进行持续抽气，使围岩1的裂隙11中形成负压，在喷护层2内外形成压差，未凝固的呈 膏体或流体状在负压作用下被吸入裂隙11，对围岩1的裂隙11进行充填加固。巷道的掘进方 向靠近未开掘的末端位置为前方，靠近已开掘的始端位置为后方，在整条巷道的掘进过程 中，抽浆处理在喷涂处理的后方理持续进行。本发明的负压抽浆方法是在掘进截割完成后 对掘进工作面13围岩1进行喷涂密封材料，并利用负压将掘进工作面13新开挖围岩1表面喷 涂形成的流体或膏体状的喷涂材料吸入围岩1裂隙11中。实现巷道围岩1表面喷涂和抽浆充 填的联合加固与支护，减少等待喷护层2固化的时间，提高巷道掘进效率，同时可及时对巷 道掘进工作面13附近的围岩1提供支护，确保掘进工作面13围岩1的稳定性，综合实现了围 岩1的负压抽浆加固和大气压力临时支护。 [0049] 在喷涂装置5喷出喷涂材料的同时，开启抽气装置6对的围岩1进行负压抽气。抽气装置6的抽口气压为p1，围岩1裂隙11区气压为p2，大气压力为p0，根据伯努利方程 由于抽气装置6的抽气口气压p1小于围岩1的裂隙11气压 p2，且围岩1的裂隙11中气体与抽气装置6中气体高度h1＝h2基本相近，则υ1＞υ2，即围岩1的 裂隙11中气体向抽气装置6流动，围岩1裂隙11中气压p2降低，围岩1裂隙11中气压与围岩1 表面喷涂材料存在一个压差Δp＝p0‑p2，喷涂材料在大气压差Δp＝p0‑p2作用下进入围岩1 的裂隙11，逐步充填围岩1裂隙11，喷涂材料固化并达到一定强度后完成围岩1加固。 [0050] 根据本发明的一个实施例，在步骤S1喷涂处理中，喷护层2上构造有抽气孔，以在步骤S2抽浆处理中通过抽气孔对围岩1的裂隙11进行负压抽气。本实施例中，喷涂装置5对 围岩1表面进行喷涂时，预留抽气孔，即围岩1的表面有个别位置没有覆盖喷护层2，喷涂形 成的喷护层2上具有抽气孔。通过该抽气孔可对围岩1的裂隙11进行负压抽气。 [0051] 根据本发明的一个实施例，在步骤S2抽浆处理中，在抽气孔处安装吸盘，通过抽气装置6与吸盘连接对围岩1裂隙11进行负压抽气。本实施例中，完成围岩1表面的清理后，通 过喷涂装置5向围岩1的表面喷涂喷涂材料形成喷护层2，喷护层2上预留抽气孔，喷涂后将 吸盘紧贴在抽气孔处，再使喷护层2与吸盘共同将围岩1的表面密封，，抽气装置6通过吸盘 对围岩1进行抽气，从而形成围岩1裂隙11的负压效果。本实施例中，喷涂装置5开启，将喷涂 材料喷涂至围岩1表面，在喷涂装置5喷出喷涂材料的同时，开启真空泵通过围岩1上贴覆的 吸盘对围岩1进行抽气，使围岩1的裂隙11呈负压状态。 [0052] 真空泵吸气口气压为p1，围岩1裂隙11区气压为p2，大气压力为p0，根据伯努利方程由于真空泵吸气口气压p1小于的围岩1裂隙11气压p2，且 围岩1裂隙11中气体与的真空泵中气体高度h1＝h2基本相近，则υ1＞υ2，即围岩1裂隙11中气 体向真空泵中流动，围岩1裂隙11中气压p2降低，围岩1裂隙11中气压与围岩1表面喷涂材料 存在一个压差Δp＝p0‑p2，喷涂材料在大气压差Δp＝p0‑p2作用下进入围岩1裂隙11，逐步 充填围岩1裂隙11，喷涂材料固化并达到一定强度后完成围岩1加固。 [0053] 如图2所示，本发明实施例提供的支护方法，包括： [0054] S01，沿巷道的掘进方向，通过如上述实施例的负压抽浆方法对巷道的进行临时支护； [0055] S02，对已形成步骤S01临时支护的巷道进行锚固支护。 [0056] 本发明实施例的支护方法，首先采用掘进装置3进行掘进，然后通过清洁装置4清理新开挖围岩1表面的煤尘及水，再通过喷涂装置5对掘进工作面13新开挖的围岩1进行喷 涂，喷涂围岩1的同时在掘进工作面13后方喷涂材料已呈膏体状或流体状的喷护层2上利用 抽气装置6持续抽气，从而产生负压将围岩1表面未凝固的喷涂材料吸入围岩1的裂隙11中， 以此通过负压抽浆方法完成对围岩1的裂缝进行充填加固，围岩1内的气体被抽出，在喷护 层2内外表面形成压差，从而形成大气压力支护围岩1，以此完成对围岩1的临时支护。在完 成围岩1的负压抽浆加固和大气压力临时支护后，利用锚固装置7将钻注一体的锚杆70置入 围岩1内，对围岩1进行永久支护。即在安装锚杆70前完成围岩1改性、表面喷涂、抽浆加固和 利用大气压力支护围岩1，然后安置一体化的锚杆70实现永久支护。本实施例的支护方法综 合实现了围岩1的大气压力临时支护、负压抽浆加固和钻注一体锚杆永久支护，支护效率 高，稳定可靠。 [0057] 根据本发明的一个实施例，本发明实施例的支护方法还包括： [0058] S03，沿巷道的掘进方向，在步骤S02永久支护的前方持续进行S01临时支护。 [0059] 本实施例中，每一个作业循环包括以下步骤： [0060] S001、掘进：开始一个作业循环，采用部分断面掘进机或全断面掘进机进行掘进，掘进后巷道内的围岩1表面一共有5种状态：1)、A类状态围岩：喷护层2已经凝固，且已经完 成大气压压力临时支护、负压抽浆加固及锚杆永久支护的表面；2)、B类状态围岩：喷护层2 已经凝固，且已经完成大气压力临时支护、负压抽浆加固，但尚未开展锚杆永久支护作业； 3)、C类状态围岩：喷护层2已凝固，但是尚未开展负压抽气及锚杆支护作业；4)、D类状态围 岩：喷护层2未凝固呈膏体或流体状附着在围岩1表面；5)、E类状态围岩：掘进形成的新掘围 岩1；对于A类状态围岩，已经完成大气压力临时支护、负压抽浆加固和锚杆永久支护，无需 执行其他步骤；对于B类状态围岩，S001结束后执行步骤S005；对于C类状态围岩，S001结束 后执行步骤S005；对于D类状态围岩，S001结束后执行步骤S004；对于E类状态围岩，S001结 束后执行步骤S002； [0062] S003、喷涂系统出料出口连接喷涂管路，移动喷涂管路对新开挖围岩1表面进行喷涂，当喷涂料在围岩1表面形成D类状态时，执行步骤S004； [0063] S004、在D类状态围岩表面附件凝固的喷护层2负压抽气，使围岩1裂隙11中形成负压，在喷护层2内外形成压差，未凝固的呈膏体或流体状的喷护层2在负压作用下被吸入裂 隙11，对围岩1裂隙11进行充填加固；当该喷护层2段凝固时，执行步骤S005； [0064] S005、对已经凝固的喷护层2进行负压抽气，围岩1内的气体被抽出，在喷护层2内外表面形成压差，利用大气压力对巷道围岩1提供临时支护，当大气压力在凝固喷护层2提 供稳定的临时支护时，执行步骤S006； [0065] S006、在已经完成负压抽浆充填加固、大气压力临时支护的喷护层2安置一体化锚杆70，实现锚杆永久支护，完成一个支护作业循环。 [0066] 如图3所示，本发明实施例提供的应用上述实施例的支护方法进行支护的支护系统，包括掘进装置3以及沿巷道的掘进方向设置于掘进装置3后方的喷涂装置5、抽气装置6 和锚固装置7，喷涂装置5用于对围岩1表面进行喷涂，抽气装置6用于对围岩1进行负压抽 气，锚固装置7用于对已通过负压抽浆方法完成临时支护的围岩1进行永久支护。 [0067] 本发明实施例的支护系统，首先采用掘进装置3进行掘进，然后清洁装置4清理新开挖围岩1表面的煤尘及水，再通过喷涂装置5对掘进工作面13新开挖围岩1进行喷涂，喷涂 围岩1的同时在掘进工作面13后方喷涂材料呈流体或膏体状的位置处利用抽气装置6持续 抽气，从而产生负压将掘进工作面13新开挖围岩1表面未固化的喷涂材料吸入围岩1裂隙11 中，利用抽气负压形成的大气压力支护围岩1，然后在固化的喷护层2利用锚固装置7进行永 久支护，从而综合实现围岩1的大气压力临时支护、负压抽浆加固和钻注一体锚杆永久支 护，支护效率高，稳定可靠。 [0068] 本实施例中，掘进装置3可采用部分断面或全断面掘进机，清洁装置4可采用压风设备或供水设备，以为围岩1表面清洁提供压缩空气或喷水冲洗，喷涂装置5包括供料设备、 喷涂移动设备和喷涂管路，喷涂移动设备可采用机械臂，喷涂管路的出料口与机械臂连接， 通过机械臂移动带动喷涂管路移动。 [0069] 在清理围岩1的表面的过程中，喷涂管路的进料口掘进机后方的压风设备或供水设备连接，在喷涂移动设备的带动下，可对围岩1表面的煤和水进行清理；在步骤S2将喷涂 材料喷涂于围岩1的表面，同时对围岩1进行负压抽气，使喷涂材料进入围岩1的裂隙11的过 程中，喷涂管路的进料口可与供料设备的出料口连接，供料装置持续为喷涂管路提供喷涂 材料，在喷涂移动设备的带动下，将喷涂材料喷涂在围岩1表面。 [0070] 本实施例中，抽气装置6包括抽气管路、真空泵和抽气移动设备，抽气管路一端与真空泵连接，另一端与抽气移动设备连接，掘进装置3的掘进方向的前方为掘进工作面13， 支护系统均位于掘进工作面13的后方，随着掘进工作的不断推进，抽气移动设备带动抽气 管路逐步推进。在步骤S2对围岩1进行负压抽气，使喷涂材料进入围岩1的裂隙11，以及步骤 S02对喷涂材料已经凝固的围岩1进行负压抽气，通过大气压力对围岩1进行临时支护时，开 启真空泵，通过抽气管路对围岩1进行负压抽气。 [0071] 根据本发明的一个实施例，锚固装置7包括锚杆70、注浆设备和驱动设备，锚杆70包括杆体71、钻头72和预紧组件73，杆体71的一端同轴设置钻头72，另一端设置预紧组件 73，预紧组件73用于杆体71与围岩1之间固定传力，杆体71的内部沿轴向构造有通孔711，钻 头72构造有与通孔711连通的第一注浆孔，通孔711与注浆设备连通，驱动设备与预紧组件 73连接。本实施例中，锚杆70为锚注一体化锚杆，预紧组件73设置在杆体71上，驱动设备通 过预紧组件73驱动锚杆70转动，钻头72设置在锚杆70端部，锚杆70转动带动钻头72转动破 碎围岩1是锚杆70锚入围岩1内，此时钻头72在围岩1内形成容纳锚杆70的钻孔12，注浆设备 与锚杆70内的通孔711连通，并通过通孔711向钻孔12内注浆，锚固剂经过锚杆70的通孔711 由钻头72上的第一注浆孔流出进入钻孔12内，填充在钻孔12内壁与锚杆70外壁之间，将锚 杆70与围岩1锚注为一体，预紧组件73向围岩1的表面移动直至接触围岩1表面，通过预紧组 件73围岩1可在受力后将作用力有效传导至锚杆70，避免形变，以此实现锚注一体化锚杆70 对围岩1的支护作用。本发明的锚注一体化的锚杆70能够在软岩和破碎岩体中达到良好的 锚固效果。 [0072] 在本实施例中，在锚杆支护作业中，需要进行钻孔、锚固、预紧等工序。钻孔推进阶段，驱动设备和注浆设备均不工作，钻臂基座调整到合适位置后相对围岩1保持静止不动， 此时，钻臂导轨与钻臂基座固接，钻臂推进设备与钻臂基座固接，钻臂推进设备可以推动驱 动设备沿着钻臂导轨滑动，逐渐接近围岩1，而驱动设备的输出端与注浆设备固接。锚杆70 尾部设置预紧组件73，驱动组件与预紧组件73连接，因此驱动设备、注浆设备、预紧组件73、 锚杆70和固接在锚杆70头部的钻头72被钻壁推进设备推动着不断接近围岩1。当钻头72接 触到围岩1时，进入到钻孔阶段，此时注浆设备不工作，驱动设备开始反转，驱动设备通过预 紧组件73带动锚杆70和注浆设备反转。与此同时，钻臂推进设备不断推进打孔，至施工需求 深度时驱动设备停止工作，打孔结束。 [0073] 打孔结束后进入注浆锚固阶段，在此过程中注浆设备开始工作，因锚杆70的杆体71和钻头72中均设置有注浆通路，在注浆设备的作用下，锚固剂(或者锚注材料)顺序进入 注浆设备、锚杆70的杆体71的通孔711、钻头72的第一注浆孔和打孔阶段形成的围岩1的钻 孔12中，进行锚固。当注浆至要求锚固长度时，注浆设备停止工作，注浆锚固阶段结束。 [0074] 注浆锚固阶段结束后进入预紧阶段，此时，注浆设备不工作，驱动设备开始正转，驱动设备带动注浆设备和锚杆70正转，此时由于锚杆70的杆体71被锚固在围岩1上，因此预 紧组件73会沿着杆体71尾部向接近围岩1的方向运动，不断压缩围岩1，实现预紧至设置的 预紧力矩，然后驱动设备停止工作。而后，钻臂推进设备撤离围岩1，开始下一个作业流程， 直至完成一个锚杆永久支护作业循环。 [0075] 根据本发明的一个实施例，钻头72的外径大于杆体71的外径，钻头72的外圆周面与杆体71的外圆周面之间的垂直距离小于通孔711的孔径。本实施例中，杆体71的头部与钻 头72固接，钻头72的轴线和杆体71的轴线延伸方向相同，设杆体71内设的通孔711的孔径为 R，钻头72的外圆周面与杆体71的外圆周面之间的距离为t，即钻孔12内壁与杆体71外壁之 间的距离为t，则0＜t＜R。 [0076] 如图4所示，根据本发明的一个实施例，预紧组件73包括沿通孔711内锚固剂的流向依次套设于杆体71上的限位块731、预紧螺母732、调心球垫733和托盘734，限位块731固 定于杆体71的端部，且限位块731设有与通孔711连通的第二注浆孔7311，杆体71的端部设 有与预紧螺母732相配合的外螺纹712，预紧螺母732与驱动设备连接，托盘734上设有凹槽， 调心球垫733为半球状，调心球垫733的平面端与预紧螺母732接触，调心球垫733的弧面端 嵌入凹槽内。本实施例中，锚杆70包含杆体71、限位块731、预紧螺母732、调心球垫733、托盘 734和钻头72，杆体71尾部沿通孔711内锚固剂的流动方向依次设置限位块731、预紧螺母 732、调心球垫733和托盘734。限位块731固接在杆体71尾部，限位块731内部设置有第二注 浆通道与通孔711连通，预紧螺母732与杆体71尾部的外螺纹712通过螺纹副相连，预紧螺母 732滑动镶嵌在注浆设备的输出端中，调心球垫733套接在杆体71上，托盘734套接在杆体71 上。 [0077] 杆体71的端面设置限位块731，尾部外圆周面上设置外螺纹712，外螺纹712处设置有外螺纹712相配合的预紧螺母732，因此预紧螺母732只能在外螺纹712处做螺旋运动而无 法脱离杆体71。 [0078] 当进入到钻孔阶段时，驱动设备开始反转，带动预紧螺母732反转，因为限位块731的限位作用，预紧螺母732的反转配合外螺纹712会带动杆体71、钻头72一起反转。当进入预 紧阶段时，驱动设备开始正转，驱动设备带动预紧螺母732正转，此时由于锚杆70的杆体71 被锚固在围岩1上，因此预紧组件73会沿着杆体71尾部的外螺纹712向接近围岩1的方向运 动，不断压缩围岩1，实现预紧至设置的预紧力矩，然后驱动设备停止工作。 [0079] 在本实施例中，步骤S03，对围岩1进行锚固支护，具体包括如下步骤： [0080] S031、如图5所示，钻孔：注浆设备不工作，驱动设备逆时针反向旋转(图5中箭头方向)，带动注浆设备和预紧螺母732反转；因为限位块731的作用，预紧螺母732的反转会带动 杆体71、钻头72一起反转。与此同时，钻臂推进设备不断推进，实现钻孔，直至钻孔至施工需 求深度时，驱动设备停止工作，钻孔结束； [0081] S032、如图6所示，注浆锚固：驱动设备停止工作，注浆设备开始工作，锚固剂(或者锚注材料)顺序进入限位块731的第二注浆孔7311、杆体71的通孔711、钻头72的第一注浆孔 及S031步骤形成的钻孔12中(图6中箭头方向)，进行锚固，当注浆至要求锚固长度时，注浆 设备停止工作，注浆锚固阶段结束； [0082] S033、如图7所示，预紧：注浆设备停止工作，驱动设备正转，驱动设备带动注浆设备和预紧螺母732正转(图7中弧线型箭头方向)，此时由于杆体71被锚固在围岩1上，预紧螺 母732沿杆体71尾部的外螺纹712向接近围岩1的方向运动，不断挤压调心球垫733、托盘734 和围岩1(图7中直线型箭头方向)，直到达到预设的预紧力矩，然后驱动设备停止工作，预紧 完成。 [0083] 根据本发明的一个实施例，限位块731的外径大于预紧螺母732的内径且小于预紧螺母732的外径。本实施例中，限位块731与杆体71同轴设置，限位块731的最大外径为d1，预 紧螺母732的内螺纹小径为d2，预紧螺母732的最大外径为d3，则d2＜d1＜d3。预紧螺母732 无法由限位块731所在端脱出。 [0084] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。 |
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