矿用注浆锚索束支护方法

摘要

一种矿用注浆锚索束支护方法，包括：①注浆锚索束的制作：用多根锚索索体与锥形止浆塞、托盘、锁具、端锚止浆塞、锚索固定架和紧箍等构成。锚索索体含端锚注浆锚索索体、全锚注浆锚索索体和排气注浆锚索索体，三种注浆锚索索体组合替代普通锚索索体。②注浆锚索束的安装支护：锚索束端锚段套上端锚止浆塞，送入钻孔，倒钩卡住孔壁，依次安装锥形止浆塞、托盘和锁具；用端锚注浆锚索索体对端锚段注浆，全锚注浆锚索索体排气；待端锚段注浆凝固，用锁具对锚索束张拉预紧；用全锚注浆锚索索体对全锚段注浆，排气注浆锚索索体排气。适于极松软破碎和深部高应力巷道支护，可超长深部强力锚固。索体自带芯管实现端锚、全锚注浆和排气，施工极大简化。

说明书

技术领域

本发明涉及矿山锚固支护领域，特别是一种用于矿山软岩、破碎带、深井、高应力区等复杂困难条件下的巷道支护或加固的矿用注浆锚索束支护方法。

背景技术

随着矿井开采深度逐年增加，地质条件愈加复杂，矿压愈来愈大，巷道支护难度也越来越大。国内将中空注浆锚杆、中空注浆锚索用于深部高应力复杂地质条件下的巷道支护，取得一定效果，但对于某些特殊条件，仍然存在支护强度不够、支护范围不足、巷道变形量大的问题，对于这种特殊复杂困难条件下巷道支护也有采用组合锚索支护的，但这种组合锚索一方面无法实现强力端锚，只能在钻孔注浆后再对锚索束进行张拉。由于注浆压力低，注浆效果、浆液扩散范围难以保证，仅相当于实现锚索全锚；另一方面由于锚索束自重大，需要提前现场捆扎注浆管和排气管，使安装过程需多人配合，施工难度大，且锚索束注浆前需要固定，以防锚索束从钻孔中滑出，导致施工工序复杂、劳动强度高、效率低。

发明内容

为了克服已有技术对深部高应力地质条件复杂的巷道用注浆锚索束支护强度低、支护范围小、施工难度大、工序复杂的诸多不足，本发明提供一种矿用注浆锚索束支护方法，能达到在煤矿深部高应力区、软岩和破碎带巷道支护和加固的要求，具有支护范围大、支护强度高、施工便利的优点。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种矿用注浆锚索束支护方法，包括注浆锚索束的加工制作和注浆锚索束的安装支护。

1)注浆锚索束的加工制作：用多根锚索索体、锥形止浆塞、托盘、锁具组装构成注浆锚索束。其中，多根锚索索体中要有三种不同用途的注浆锚索索体：端锚注浆锚索索体、全锚注浆锚索索体、排气注浆锚索索体；并增加套在各锚索索体上的构件：安置在注浆锚索束端锚段下端、为端锚段止浆用的端锚止浆塞，固定在端锚止浆塞下方防止其下滑的紧箍，安置在注浆锚索全锚段中间、为各锚索索体固定位置用的锚索固定架。

三种注浆锚索索体的制作，均由钢丝、钢丝螺旋包裹上下连接的柔性圆管和尾部刚性圆管、与尾部刚性圆管和钢丝的尾端固联的连接套、连接套上装配的丝堵组装而成。其中，柔性圆管是分别位于三种注浆锚索索体芯部的中下部的柔性圆管Ⅰ、柔性圆管Ⅱ、柔性圆管Ⅲ的总称。但索体的柔性圆管的上端口位置及其上方的构件各不相同，不同之处是：

①端锚注浆锚索索体内的柔性圆管Ⅰ上方设置刚性圆管Ⅰ，使柔性圆管Ⅰ的上端口与刚性圆管Ⅰ的下端口连接，二者的接口位于紧箍锁住位置的下方。在刚性圆管Ⅰ的上方设置刚性圆杆Ⅰ，使刚性圆管Ⅰ的上端口与刚性圆杆Ⅰ之间留有间隔，该间隔位于端锚段内，间隔长度不超过40mm。把刚性圆管Ⅰ的上端口用作端锚注浆的出浆口。使刚性圆杆Ⅰ与其外围钢丝在索体端头固联一体。

②全锚注浆锚索索体内的柔性圆管Ⅱ上方自下而上依次设置刚性圆杆Ⅱ、刚性圆管Ⅱ、另一刚性圆杆Ⅰ。

在柔性圆管Ⅱ的上端口与刚性圆杆Ⅱ下端之间留有间隔，使该间隔位于紧箍下方、其位置低于排气注浆锚索索体排气口的位置，间隔长度不超过40mm。把柔性圆管Ⅱ的上端口用作全锚注浆的出浆口。

在刚性圆杆Ⅱ上端与刚性圆管Ⅱ的下端口之间留有间隔，使该间隔的长度不超过40mm。将刚性圆管Ⅱ的下端口用作端锚注浆的下出气口。

在刚性圆管Ⅱ的上端口与另一刚性圆杆Ⅰ之间留有间隔，使该间隔位于端锚段内、高于端锚注浆锚索出浆口的位置，间隔长度不超过40mm。把刚性圆管Ⅱ的上端口用作端锚注浆的排气口。

在柔性圆管Ⅱ的上端套上撑开钢丝利于出浆的涨环，使涨环的上端口与柔性圆管Ⅱ的上端口对齐。

刚性圆杆Ⅱ采用粗短杆，其长度为80mm～120mm。使另一刚性圆杆Ⅰ与其外围的钢丝在索体端头固联一体。

③排气注浆锚索索体内的柔性圆管Ⅲ上方设置刚性圆杆Ⅲ；使刚性圆杆Ⅲ的上端在端锚段内、与其外围的钢丝在索体端头固联一体；使刚性圆杆Ⅲ的下端位于紧箍锁住位置的下方、但高于全锚注浆锚索索体的刚性圆管Ⅱ下端口的位置。在刚性圆杆Ⅲ的下端与柔性圆管Ⅲ的上端口之间留有间隔，使该间隔长度不超过40mm。把柔性圆管Ⅲ的上端口用作全锚注浆的排气口。

在柔性圆管Ⅲ的上端套上撑开钢丝利于排气的涨环，使涨环的上端口与柔性圆管Ⅲ的上端口对齐。

制作锚索固定架：用一个其上加工有与锚索索体数量相同的通孔及注浆流通孔洞的圆形框架，在圆形框架周边焊接或固联上至少两个倒钩；倒钩用具有弹性的材料制成。使圆形框架直径小于钻孔、圆形框架加倒钩后的外径大于钻孔直径。通孔直径要大于等于锚索索体的直径。

制作端锚止浆塞：在锚索固定架的圆形框架的上侧或上下两侧敷上弹性材料层制成。弹性材料层的直径大于等于锚索固定架的外径。弹性材料层上加工出数量与圆形框架的锚索索体通孔数量相同且位置对应的通孔。

制作紧箍：将径缩或焊接的套管固定于各锚索索体端锚段下方、端锚止浆塞底部位置。

2)注浆锚索束的安装支护：

①在巷道的注浆锚索束钻孔施工完毕后，将注浆锚索束各锚索索体的端锚段逐一套入端锚止浆塞上的锚索索体通孔中，并将端锚止浆塞移至紧箍位置，然后把注浆锚索束送入钻孔中。由紧箍阻挡，端锚止浆塞随注浆锚索束进入钻孔内部，并由卡在孔壁上的倒钩将注浆锚索束固定住，防止其滑出钻孔。

②在安装注浆锚索束的过程中，在各锚索索体的全锚段按一定距离套入锚索固定架，并将其捆扎固定在锚索束上。注浆锚索束完全送入孔底后，依次安装锥形止浆塞、托盘和锁具。

③通过端锚注浆锚索索体对注浆锚索束的端锚段内进行注浆。注浆量根据端锚段长度所需浆液量提前算出。注浆材料采用速凝型有机化学材料或水泥浆液配合早强速凝外加剂。此时，端锚注浆锚索索体的柔性圆管Ⅰ上端在端锚段内的出浆口出浆，全锚注浆锚索索体的刚性圆管Ⅱ作排气管，由其刚性圆管Ⅱ上端的排气口、刚性圆管Ⅱ下端的下出气口进行排气，使注浆材料充满端锚段。

④待端锚段注浆完成并且完全凝固后，通过锁具对锚索束进行张拉预紧。

⑤注浆锚索束张拉预紧完成后，通过全锚注浆锚索索体对注浆锚索束的全锚段进行注浆。注浆材料与端锚段的注浆材料相同。此时，由全锚注浆锚索索体的柔性圆管Ⅱ上端的出浆口出浆，排气注浆锚索索体的芯管作排气管，由其柔性圆管Ⅲ上端的排气口排气，使注浆材料充满整个钻孔及其周围裂隙。

在支护范围小、处在破碎带的情况下，不用排气注浆锚索索体和锚索固定架。

本发明的有益效果是：

①通过多根不同用途的注浆锚索索体组合，可利用端锚注浆锚索索体进行端锚注浆、端锚止浆塞止浆，实现端锚，从而保证锚索束实现强力端锚固定，有利于及时张拉预紧，保证锚索束初支护强度。实现超长深部强力锚固，支护范围可达15m，甚至更大。对于极松软破碎和深部高应力巷道支护效果显著。

②利用多根注浆锚索索体组合，每根注浆锚索索体自带芯管，可实现端锚、注浆和排气作用，不需现场捆扎注浆管和排气管，施工工序极大简化，有利于提高效率，降低劳动强度。

③通过带倒钩的端锚止浆塞可实现锚索束及时固定，并由锚索固定架配合可减小安装阻力，防止锚索束安装过程意外滑落，增大安全系数。

④除了支护强度高、支护范围大、施工便利外，它结构简单，加工方便，成本较低。

附图说明

图1：矿用注浆锚索束一种的结构示意图主视图。

图2：图1中矿用注浆锚索束的A-A’断面图。

图3：图1中矿用注浆锚索束的B-B’断面图。

图4：图1中矿用注浆锚索束的C-C’断面图。

图5a：端锚止浆塞结构示意图俯视图。

图5b：端锚止浆塞结构示意图主视图。

图6a：锚索固定架结构示意图俯视图。

图6b：锚索固定架结构示意图主视图。

图中：1-端锚注浆锚索索体、2-全锚注浆锚索索体、3-排气注浆锚索索体、4-端锚止浆塞、5-紧箍、6-托盘、7-锁具、8a-刚性圆管Ⅰ、8b-刚性圆管Ⅱ、8c-刚性圆管Ⅲ、9a-刚性圆杆Ⅰ、9b-刚性圆杆Ⅱ、9c-刚性圆杆Ⅲ、10a-柔性圆管Ⅰ、10b-柔性圆管Ⅱ、10c-柔性圆管Ⅲ、11-连接套、12-丝堵、13-锚索固定架、14-钢丝、15-涨环、16-锥形止浆塞。10-柔性圆管10a、10b、10c的总代号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

一种矿用注浆锚索束支护方法，包括注浆锚索束的加工制作和注浆锚索束的安装支护。

1)注浆锚索束的加工制作：

在图1中示出本发明使用的矿用注浆锚索束的一种结构。图示的注浆锚索束的“多根锚索索体”是三根锚索索体，而且是三根不同用途的注浆锚索索体。这三种注浆锚索索体是：端锚注浆锚索索体1、全锚注浆锚索索体2、排气注浆锚索索体3。本例采用端锚注浆锚索索体1、全锚注浆锚索索体2、排气注浆锚索索体3各一根，并增加套在三根注浆锚索索体上的构件：端锚止浆塞4、紧箍5、锚索固定架13，与锥形止浆塞16、托盘6、锁具7组装构成矿用注浆锚索束。

端锚止浆塞4安置在注浆锚索索体端锚段下端、为端锚段止浆用。紧箍5固定在端锚止浆塞下方防止其下滑用。锚索固定架13安置在注浆锚索索体全锚段中间、为锚索索体固定位置用。

三种注浆锚索索体的制作均由钢丝14、钢丝14螺旋包裹上下连接的柔性圆管10和尾部刚性圆管8c、与尾部刚性圆管8c和钢丝14尾端固联的连接套11、连接套上装配的丝堵12组装而成。其中，所述的柔性圆管10是分别位于三种注浆锚索索体芯部的中下部的柔性圆管Ⅰ(10a)、柔性圆管Ⅱ(10b)、柔性圆管Ⅲ(10c)的总称。但索体的柔性圆管10的上端口位置及其上方的构件各不相同，不同之处是：

①端锚注浆锚索索体1内的柔性圆管Ⅰ(10a)的上方设置刚性圆管Ⅰ(8a)，使柔性圆管Ⅰ(10a)的上端口与刚性圆管Ⅰ(8a)的下端口连接，二者的接口位于紧箍5锁住位置的下方，防止安装紧箍5时，索体径缩松弛。在刚性圆管Ⅰ(8a)的上方设置刚性圆杆Ⅰ(9a)，使刚性圆管Ⅰ(8a)的上端口与刚性圆杆Ⅰ(9a)之间留有间隔，该间隔位于端锚段内，间隔长度不超过40mm，以15mm～25mm为宜。把刚性圆管Ⅰ(8a)的上端口作为用端锚注浆锚索1进行端锚注浆的出浆口。使刚性圆杆Ⅰ(9a)与其外围钢丝14在索体端头固联一体。

②全锚注浆锚索索体2内的柔性圆管Ⅱ(10b)上方自下而上依次设置刚性圆杆Ⅱ(9b)、刚性圆管Ⅱ(8b)、另一刚性圆杆Ⅰ(9a)。

在柔性圆管Ⅱ(10b)的上端口与刚性圆杆Ⅱ(9b)下端之间留有间隔，使该间隔位于紧箍5下方、其位置低于排气注浆锚索索体3排气口的位置，间隔长度不超过40mm，以15mm～25mm为宜。把柔性圆管Ⅱ(10b)的上端口作为用全锚注浆锚索索体2进行全锚注浆的出浆口。

在刚性圆杆Ⅱ(9b)上端与刚性圆管Ⅱ(8b)的下端口之间留有间隔，使该间隔的长度不超过40mm。把刚性圆管Ⅱ(8b)的下端口作为用端锚注浆锚索索体1进行端锚注浆的下出气口。

在刚性圆管Ⅱ(8b)的上端口与另一刚性圆杆Ⅰ(9a)之间留有间隔，使该间隔位于端锚段内、高于端锚注浆锚索索体出浆口的位置，间隔长度不超过40mm，以15mm～25mm为宜。把刚性圆管Ⅱ(8b)的上端口作为用端锚注浆锚索索体1进行端锚注浆的排气口。

在柔性圆管Ⅱ(10b)的上端套上撑开钢丝14利于出浆的涨环15，使涨环15的上端口与柔性圆管Ⅱ(10b)的上端口对齐。

刚性圆杆Ⅱ(9b)采用粗短杆，其长度为80mm～120mm为宜；该长度需要确保刚性圆管Ⅱ(8b)流出的浆液不会流入柔性圆管Ⅱ(10b)内。刚性圆杆Ⅱ(9b)以两端为粗头的短杆为优选。把另一刚性圆杆Ⅰ(9a)与其外围的钢丝14在索体端头固联一体。

③排气注浆锚索索体3内的柔性圆管Ⅲ(10c)上方设置刚性圆杆Ⅲ(9c)。使刚性圆杆Ⅲ(9c)的上端在端锚段内、与其外围的钢丝在索体端头固联一体，使其下端位于紧箍5锁住位置的下方、但高于全锚注浆锚索索体2的刚性圆管Ⅱ(8b)下端口的位置。在刚性圆杆Ⅲ(9c)的下端与柔性圆管Ⅲ(10c)的上端口之间留有间隔，使该间隔长度不超过40mm，以15mm～25mm为宜。把柔性圆管Ⅲ(10c)的上端口作为用全锚注浆锚索索体2进行全锚注浆的排气口。

在柔性圆管Ⅲ(10c)的上端套上涨环15，使涨环15的上端口与柔性圆管Ⅲ(10c)的上端口对齐。涨环15的作用是撑开钢丝14、利于全锚注浆的排气口排气。

排气注浆锚索索体3的柔性圆管Ⅲ(10c)上端口除了作全锚注浆的排气口，还可以用作二次注浆的注浆口。

上下连接的柔性圆管10和尾部刚性圆管8c是通过端口插接或对接外加套管连接。柔性圆管Ⅰ(10a)的上端口与刚性圆管Ⅰ(8a)的下端口也是以同样方式连接。

图2中示出矿用注浆锚索束A-A’断面处的结构，即在端锚段内，排气注浆锚索索体3的刚性圆杆Ⅲ(9c)、全锚注浆锚索索体2的刚性圆管Ⅱ(8b)、端锚注浆锚索索体1的刚性圆管Ⅰ(8a)的结构。钢丝14为八根、表面有螺旋肋，左旋螺旋状缠绕在注浆锚索索体的芯管上。

图3中示出矿用注浆锚索束B-B’断面处的结构。即在全锚段内顶部，排气注浆锚索索体3的柔性圆管Ⅲ(10c)及其涨环15、全锚注浆锚索索体2的刚性圆管Ⅱ(8b)、端锚注浆锚索索体1 的刚性圆管Ⅰ(8a)的结构。

图4中示出矿用注浆锚索束C-C’断面处的结构。即在全锚段内、其顶部之下，排气注浆锚索索体3的柔性圆管Ⅲ(10c)、全锚注浆锚索索体2的刚性圆杆Ⅱ(9b)、端锚注浆锚索1的柔性圆管Ⅰ(10a)的结构。

制作锚索固定架13：用一个其上加工有与锚索数量相同的通孔及注浆流通孔洞的圆形框架，在圆形框架周边焊接或固联上至少两个倒钩；倒钩用具有弹性的材料制成。使圆形框架直径小于钻孔、圆形框架加倒钩后的外径大于钻孔直径。通孔直径要略大于或等于各锚索索体的直径。锚索固定架13安置在注浆锚索束全锚段的中间、套在各注浆锚索索体上，为锚索索体固定位置所用。可以为一件或多件；为多件时，间隔布置。

图6a、图6b示出锚索固定架13的一种结构。锚索固定架13的圆形框架是用钢筋焊接的圆环框架，圆环框架周边固定三个倒钩，倒钩用弹簧钢丝加工。圆环框架内有与锚索索体数量相同的圆环，即三个圆环。圆环的内圆孔即三根注浆锚索索体的通孔，圆环用钢筋焊接。

锚索固定架13的圆形框架也可以用圆板制作、其上加工注浆锚索索体的通孔及注浆流通孔洞，其周边固定用弹簧钢丝加工的倒钩。

制作端锚止浆塞4：用锚索固定架13，并在其圆形框架的上侧或上下两侧敷上弹性材料层制成。弹性材料层的直径大于等于锚索固定架13的外径。弹性材料层上加工出数量与圆形框架的锚索索体通孔数量相同且位置对应的通孔。端锚止浆塞4安置在注浆锚索端锚段的下端，为端锚段注浆时止浆所用。

图5a、5b示出端锚止浆塞4的一种结构。它是在图6a、6b所示的锚索固定架13的圆环形框架的上下两侧敷上弹性材料层构成的。弹性材料层上有三个均布的圆孔与三个圆环的内圆孔对应。弹性材料采用弹性塑料或橡胶。

紧箍5为圆筒状套管，套在各注浆锚索索体上、位于端锚止浆塞4下方、端锚止浆塞4底部的位置上。作用是防止端锚止浆塞4下滑，保证在安装过程中端锚止浆塞4随注浆锚索束一起进入钻孔深部。也可以捆扎方式固定钢丝，代替紧箍防止钢丝破散。

紧箍5的制作与安装：用径缩方法将圆筒状套管紧固于锚索索体上，或将卷板装在锚索索体上焊成套管。

三注浆锚索索体的尾部刚性圆管8c和钢丝14与连接套11为螺纹联接或焊接、固联一体。尾部的连接套11的尾部装有丝堵12，防止注浆后浆液回流。

位于注浆锚索束下端、于钻孔孔口处由里向外依次布置的锥形止浆塞16、托盘6、锁具7。锥形止浆塞16、托盘6、锁具7上，都要加工对应的三个孔，分别供端锚注浆锚索索体1、全锚注浆锚索索体2、排气注浆锚索索体3穿过。亦即三者是三种注浆锚索索体共用的锥形止浆塞、托盘、锁具。

2)注浆锚索束的安装支护：

①在巷道的注浆锚索束钻孔施工完毕后，将注浆锚索束各锚索索体的端锚段逐一套入端锚止浆塞4的锚索索体通孔中，并将端锚止浆塞4移至接近紧箍5的位置；然后把注浆锚索束送入钻孔中；由紧箍5阻挡，端锚止浆塞4随锚索束进入钻孔内，并由卡在孔壁上的倒钩将锚索束固定住，防止其滑出钻孔。

②在安装注浆锚索束的过程中，在各锚索索体的全锚段按一定间距套入锚索固定架13，并将其捆扎固定在锚索束上；注浆锚索束完全送入孔底后，依次安装锥形止浆塞16、托盘6和锁具7。

③通过端锚注浆锚索索体1对注浆锚索束的端锚段内进行注浆；注浆量根据端锚段长度所需浆液量提前算出。注浆材料采用速凝型有机化学材料或水泥浆液配合早强速凝外加剂，也可用其他注浆材料注浆。此时，端锚注浆锚索索体的柔性圆管Ⅰ(10a)上端的端锚注浆出浆口出浆；全锚注浆锚索索体的刚性圆管Ⅱ(8b)作排气管，由刚性圆管Ⅱ(8b)上端的排气口、刚性圆管Ⅱ(8b)下端的下出气口进行排气，使注浆材料充满端锚段。

④待端锚段注浆完成并且完全凝固后，通过锁具7对注浆锚索束进行张拉预紧。

⑤注浆锚索束张拉预紧完成后，通过全锚注浆锚索索体2对注浆锚索束的全锚段进行注浆。注浆材料与端锚段的注浆材料相同。此时，由全锚注浆锚索索体的柔性圆管Ⅱ(10b)上端的全锚注浆出浆口出浆，排气注浆锚索索体3的芯管作排气管，由其柔性圆管Ⅲ(10c)上端的全锚注浆的排气口排气，使注浆材料充满整个钻孔及其周围裂隙。

在支护范围小、处在破碎带内的情况下，可以不用排气注浆锚索索体3和锚索固定架13。

其它实施方法：

1.实施例中注浆锚索束是由端锚注浆锚索索体、全锚注浆锚索索体和排气注浆锚索索体三种注浆锚索索体各一根组合而成，它可以根据需要增加每一种注浆锚索索体的根数，也可以增加普通锚索即非注浆锚索的索体一根或多根。

2.在注浆锚索束的安装支护完成后，根据巷道变形情况，还可以对作排气管用、未被封堵的排气注浆锚索索体的芯管进行二次注浆，加固新发育的围岩裂隙。此时，排气注浆锚索索体3的柔性圆管Ⅲ(10c)上端的排气口，作二次注浆的出浆口。

3.端锚注浆锚索索体的刚性圆管Ⅰ的上端口之下、端锚止浆塞(4)之上的一定距离设置备用出浆口；全锚注浆锚索索体的柔性圆管Ⅱ的上端口之下一定距离设置备用出浆口。备用出浆口是加工在刚性圆管Ⅰ、柔性圆管Ⅱ管壁上的圆形孔或楔形口。