承压型端锚高预紧力锚杆支护方法

摘要

一种承压型端锚高预紧力锚杆支护方法，适用于矿山井巷工程中的围岩支护。本发明一是锚杆在孔底端部通过树脂药卷与锚杆孔底围岩充分黏结，实现端部锚固效果；二是在自由段锚杆体上安装PVC套管或类似材料的套管，并采用水泥砂浆将套管与锚杆孔之间的空间注满，砂浆体与锚杆孔围岩充分粘结，因套管的存在，砂浆体与锚杆无黏结，既能保证在不同时段对锚杆施加预紧力，同时可使锚杆的预紧力大幅度提高，尤其是在软弱围岩条件下，如果树脂端锚段因受拉出现位移时，可由自由段注浆体承受预紧力，从而最大限度的保证预应力锚杆的支护效能，有利于深部巷道围岩稳定与安全。

说明书

技术领域

本发明涉及承压型端锚高预紧力锚杆支护方法，尤其适用于深部巷道软弱围岩稳定性的控制；也适用于矿山井巷工程以及高陡边坡工程的支护与维护。

背景技术

预应力锚杆支护是目前深部巷道位移稳定性控制的主要技术手段。锚杆的锚固方式有端部锚固、全长锚固和加长锚固几种。

端部锚固时锚杆自由段长，锚杆预应力的作用范围大，所形成的有效压应力区厚度大，但锚杆自由段中部压应力小，从而影响锚固效果。锚杆拉力除锚固端外，其杆体受力沿长度方向是均匀分布的，而在锚固范围内，任何部位岩层的离层都均匀地分散到整个杆体的长度上，从而导致杆体受力对围岩变形和离层不敏感，支护系统的刚度低。为了提高端锚锚杆的刚度，只能施加较大的预应力，但是当围岩软弱松散时，锚固端容易发生位移甚至脱锚，导致锚杆失效。

全长锚固时锚杆自由段短，锚杆预应力作用范围比端锚时小，形成的有效压应力区厚度小，此时锚杆杆体应力、应变沿锚杆长度方向分布极不均匀，离层和滑动大的部位锚杆受力很大，杆体以及注浆体受力对围岩变形和离层很敏感，支护系统的刚度大。对于注浆体而言，处于受拉状态，受力性能最差，同时由于自由段长度较小，预应力施加有限，不能充分实现主动支护。

因此，对于深部软岩巷道的预应力锚杆支护，不仅要求锚杆能够提供足够的预紧力，以控制围岩的离层和变形，又要预防当端锚段脱锚时锚杆仍能提供有效的足够支护强度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有锚杆支护技术中的不足，提供一种结构简单、锚固效果好、能施加足够的预紧力、并保证在锚杆端锚段部分失效或完全失效时，锚杆仍能提供足够的支护强度的承压型端锚高预紧力锚杆支护方法。

技术方案：本发明的承压型端锚高预紧力锚杆支护方法，包括如下步骤：

a、根据巷道围岩条件以及稳定性控制的要求，设计锚杆预紧力大小、端锚段锚固长度以及锚杆间排距，按设计参数施工锚杆钻孔；

b、安装端锚树脂锚杆，先将头部装有树脂药卷的锚杆送入施工好的锚杆钻孔内进行端锚，然后在锚杆自由段上安装PVC套管，在钻孔孔口处设置注浆管和排气管，之后用密封塞固定PVC套管、注浆管和排气管，并密封住孔口，最后，在锚杆外露段上安装项靠在钻孔孔口周边的锚杆托盘2和紧固锚杆托盘的螺母；

c、对螺母施加预紧力，直至达到设计要求；

d、通过注浆管向锚杆钻孔内注入水泥砂浆，使PVC套管与锚杆钻孔壁之间充满浆液，直至排气管有浆液流出为止，

e、根据现场围岩状况，可再次或多次对螺母施加预紧力。

有益效果：本发明一是锚杆在孔底端部通过树脂药卷与锚杆孔底围岩充分黏结，实现端部锚固效果；二是在自由段锚杆体上安装PVC套管或类似材料的套管，并采用水泥砂浆将套管与锚杆孔之间的空间注满，砂浆体与锚杆孔围岩充分粘结，因套管的存在，砂浆体与锚杆无黏结，从而既能保证在不同时段对锚杆施加预紧力，同时可使锚杆的预紧力大幅度提高，尤其是在软弱围岩条件下，如果树脂端锚段因受拉出现位移时，可由自由段注浆体承受预紧力，从而最大限度的保证预应力锚杆的支护效能，有利于深部巷道围岩稳定与安全。本发明既实现了锚杆的端部锚固作用，又因自由段锚杆体的存在，而方便施加预紧力，同时能在锚固段因岩体软弱发生变形移动时，因自由段注浆体的存在而使锚杆的支护效能依然保持，即注浆体承受压力作用。能够充分保证深部软岩巷道预应力锚杆的支护效果，既保证锚杆对巷道围岩施加足够的预紧力，又保证在端锚失效的情况下，锚杆依然能够提供足够的支护强度和支护刚度。与传统预应力端锚锚杆支护技术、砂浆全长锚杆支护技术相比，具有如下优点：

1）由于自由段锚杆安装了PVC套管，为在注浆条件下向锚杆施加预紧力提供了条件；

2）在锚杆安装初期，由于采用树脂端锚结构，因而能够及时给巷道围岩提供足够的预紧力，充分发挥锚杆主动支护的功效，并控制巷道围岩的初期变形和离层，有利于围岩的整体性和稳定性控制；

3）由于自由段锚杆孔壁与PVC套管间的间隙为水泥砂浆所充满，从而保证了在锚杆端锚段发生位移、或失效的不利情况下，自由段注浆体可以作为承压结构承受有树脂锚固端传来的压力，不使锚杆在软弱围岩条件下失效；

4）自由段砂浆体承受由树脂锚固端传来的压力，充分发挥了水泥砂浆材料承压性能优于受拉性能的特点，因而比全长锚固拉力型锚杆具有更优越的工作性能。

5）该锚杆具有良好的位移延性，即锚杆在支护破坏前有很大的位移，这就为围岩支护提供了一种预警，同时锚杆支护破坏时承载力不会明显下降，残余强度比较高。

6）由于自由段注浆体处于三向受压状态，增强了锚杆与围岩的挤压摩擦，锚杆所能承受的最大预紧力较预应力锚杆和砂浆全长锚固锚杆有比较大的提高，而且在此状态下锚杆的防腐性和耐久性也比较好。

附图说明

图1是本发明的围岩支护结构示意图。

图中：1—螺母；2—锚杆托盘；3—排气管；4—注浆管；5-密封塞；6—锚杆；7—PVC套管；8—锚杆钻孔；9—树脂药卷；10—围岩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的承压型端锚高预紧力锚杆支护方法，具体步骤如下：

a、根据巷道围岩条件以及稳定性控制的要求，设计锚杆预紧力大小、端锚段锚固长度以及锚杆间排距，按设计参数在设计位置用锚杆钻机在围岩中10钻凿锚杆钻孔8，并将锚杆孔清扫干净；

b、安装端锚树脂锚杆，按要求将树脂药卷9装入孔内；根据设计的端锚长度，先将头部装有树脂药卷的锚杆6送入施工好的锚杆钻孔内进行端锚，然后在锚杆6自由段上安装PVC套管7，PVC套管7安装在锚杆6从端锚段顶端到自由段顶端这段距离上，然后在钻孔孔口处设置注浆管4和排气管3，将注浆管4固定在锚杆6的下端，在PVC套管7上距端锚段顶端一定距离的地方（沿锚杆向下方向）粘结排气管3，保证排气通畅，之后用聚氨脂密封塞5固定PVC套管7、注浆管4和排气管3，并密封住孔口，用棉纱将密封塞5四周封装严密，搅拌树脂药卷9；待树脂药卷9固结完全后，在锚杆外露段上安装项靠在钻孔孔口周边的锚杆托盘2和紧固锚杆托盘2的螺母1；

c、然后用扭矩放大器扭紧螺母1对锚杆6施加高预紧力进行张拉，直至达到设计要求；

d、配置好水泥浆液，通过注浆管4向锚杆钻孔8内注入水泥砂浆，使PVC套管7与锚杆钻孔壁之间的空隙充满浆液，直至排气管3有浆液流出为止；

e、由于砂浆体与锚杆6无黏结，从而既能保证在不同时段对锚杆施加预紧力，同时可使锚杆的预紧力大幅度提高，根据现场围岩状况，可再次或多次对螺母1施加预紧力。