锚注锚杆支护施工方法

摘要

根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法，通过检测钻臂上钻箱的工作压力，判断出钻孔的工作进度，从而实现钻孔和放置锚杆的自动作业。与现有锚杆施工方式相比，简化了锚杆施工作业工艺，减少了锚杆施工作业需要的设备种类和数量，降低了锚杆施工过程中对人员的依赖，提高了锚杆施工的自动化、无人化程度，提升了施工效率。

说明书

技术领域

本发明涉及锚杆施工技术领域，具体涉及一种锚注锚杆支护施工方法。

背景技术

在岩土工程涉及的地下工程、采矿工程、基坑与边坡工程过程中，为防止地层变形坍塌或失稳而危及安全，对地层进行加固的一种主要的支护技术是锚杆加固，通过设置在地层中的锚杆所具有的高强度抗拉能力及通过锚杆与锚杆周围的锚固剂与地层之间密实结合等方式将地层加固起来。在煤矿巷道支护当中，锚杆将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，通过锚杆与锚杆周围的锚固剂与地层之间密实结合等方式将地层加固起来。

现有锚杆施工流程主要包括打孔、安装搅拌锚固剂、安装托盘和调心球垫、杆尾螺母预紧等环节，需要多种设备分别进行不同工序，安装施工设备相对独立和分散，且依赖人工手动完成施工，对施工人员的熟练度要求高，难以实现锚杆安装的自动化施工。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种锚注锚杆支护施工方法。

根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法，包括以下步骤：

S110，将钻杆放置于锚注锚杆支护施工设备上，所述锚注锚杆支护施工设备上的钻箱进给带动所述钻杆进行钻孔；

S120，检测所述钻箱的进给压力，若进给压力小于或等于第一压力阈值，所述钻箱继续前进；若进给压力大于第一压力阈值，所述钻箱带动所述钻杆回退；

S130，检测所述钻箱的回退压力，若回退压力小于或等于第二压力阈值，所述钻箱继续回退；若进给压力大于第二压力阈值，所述钻箱停止；

S140，取出所述钻杆，然后将锚杆放置于所述锚杆钻机上，所述钻箱进给带动所述锚杆前进；

S150，检测所述钻箱的进给压力，若进给压力小于或等于第三压力阈值，所述钻箱继续前进；若进给压力大于第三压力阈值，所述钻箱停止，向钻孔内泵送锚固剂；

S160，钻箱回退，检测所述钻箱的回退压力，若回退压力小于或等于第四压力阈值，所述钻箱继续回退；若进给压力大于第四压力阈值，所述钻箱停止。

根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法，通过检测钻臂上钻箱的工作压力，判断出钻孔的工作进度，从而实现钻孔和放置锚杆的自动作业。与现有锚杆施工方式相比，简化了锚杆施工作业工艺，减少了锚杆施工作业需要的设备种类和数量，降低了锚杆施工过程中对人员的依赖，提高了锚杆施工的自动化、无人化程度，提升了施工效率。

在其中一些实施例中，所述锚注锚杆支护施工设备上设置有用于抵接围岩的抵接部，并包括以下步骤：

S105，所述抵接部进给，检测所述抵接部的进给压力，若进给压力小于或等于第五压力阈值，所述抵接部继续前进；若进给压力大于第五压力阈值，所述抵接部停止前进；

S165，所述抵接部回退；

其中，步骤S105在步骤S110之前进行，步骤S165在步骤S160之后进行。

在其中一些实施例中，所述抵接部上设置有导向孔，所述钻杆或所述锚杆进给时穿过所述导向孔。

在其中一些实施例中，所述锚注锚杆支护施工设备上设置有可转动的机械手组件，步骤S110和步骤S140中使用所述机械手组件搬运所述钻杆和所述锚杆。

在其中一些实施例中，所述锚注锚杆支护施工设备包括钻臂，所述机械手组件可转动地连接于所述钻臂，所述机械手组件端部设置有用于夹持所述钻杆或所述锚杆的夹持部。

在其中一些实施例中，所述钻臂上设置有机械手安装架，所述机械手组件可转动地连接于所述机械手安装架。

在其中一些实施例中，所述机械手安装架包括至少两个连接板和一根转动轴，两个所述连接板平行设置，所述转动轴的两个端部分别可转动地连接于两个所述连接板，所述机械手组件可转动地连接于所述转动轴。

在其中一些实施例中，所述锚杆尾部设置有预紧部，并包括以下步骤：

S155，锚固剂固化后，所述钻箱带动所述预紧部转动，检测所述预紧部的预紧压力，若预紧压力小于或等于第六压力阈值，所述钻箱上的转动部带动所述预紧部转动；若预紧压力大于第六压力阈值，所述转动部停止转动。

在其中一些实施例中，所述锚注锚杆支护施工设备包括动力组件，通过检测所述动力组件的工作参数以判断所述钻箱的进给压力、回退压力和所述钻箱上转动部的预紧压力。

在其中一些实施例中，所述动力组件包括进给油缸和转动马达。

附图说明

图1是根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法的工作流程图。

图2是应用了本发明提供的锚注锚杆支护施工方法的锚注锚杆支护施工装置。

附图标记：

10、钻臂；101、机械手安装架；102、连接板；103、连接轴；104、抵接部；105、导向孔；11、钻箱；111、转动部；12、机械手组件；13、钻杆；14、锚杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法，其应用于锚注锚杆支护施工作业，也可应用于其他类型的锚杆知乎施工作业。锚注锚杆支护施工方法包括以下步骤：

S110，将钻杆放置于锚注锚杆支护施工设备上，锚注锚杆支护施工设备上的钻箱进给带动钻杆进行钻孔。

S120，检测钻箱的进给压力，若进给压力小于或等于第一压力阈值，钻箱继续前进；若进给压力大于第一压力阈值，钻箱带动钻杆回退。第一压力阈值为钻箱进给阈值，当钻箱前进到一定程度时抵接于钻臂上的进给限位件，或用于驱动钻箱前进的驱动件达到行程极限，或是钻杆钻孔深度达到一定程度时，都会导致钻箱的进给压力超过第一压力阈值，表明钻箱前进到位、钻杆钻孔到位，钻箱停止前进并带动钻杆回退。

S130，检测钻箱的回退压力，若回退压力小于或等于第二压力阈值，钻箱继续回退；若进给压力大于第二压力阈值，钻箱停止。第二压力阈值为钻箱回退阈值，当钻箱回退到一定程度时抵接于钻臂上的进给限位件，或用于驱动钻箱回退的驱动件达到行程极限，都会导致钻箱的回退压力超过第二压力阈值，表明钻箱回退到位，钻箱停止回退。

S140，取出钻杆，然后将锚杆放置于锚杆钻机上，钻箱进给带动锚杆前进。

S150，检测钻箱的进给压力，若进给压力小于或等于第三压力阈值，钻箱继续前进；若进给压力大于第三压力阈值，钻箱停止，向钻孔内泵送锚固剂。第三压力阈值同样为钻箱进给阈值，当钻箱前进到一定程度时抵接于钻臂上的进给限位件，或用于驱动钻箱前进的驱动件达到行程极限，或是锚杆端部抵接于钻孔底部，都会导致钻箱的进给压力超过第三压力阈值，表明钻箱前进到位、锚杆放置到位，钻箱停止前进并回退，将锚杆留置于钻孔当中。由于钻箱推送钻杆和钻箱推送锚杆时的工况不同，第三压力阈值和第一压力阈值可以相同，也可以不同。

S160，钻箱回退，检测钻箱的回退压力，若回退压力小于或等于第四压力阈值，钻箱继续回退；若进给压力大于第四压力阈值，钻箱停止。第四压力阈值为钻箱回退阈值，当钻箱回退到一定程度时抵接于钻臂上的进给限位件，或用于驱动钻箱回退的驱动件达到行程极限，都会导致钻箱的回退压力超过第四压力阈值，表明钻箱回退到位，钻箱停止回退。步骤S130当中钻箱带动钻杆一同回退，步骤S160当中钻箱单独回退，因此第四压力阈值和第二压力阈值可以相同，也可以不同。

步骤S110至步骤S160为一根锚杆的施工流程，完成一次步骤S110至步骤S160后，更换钻臂位置，重复步骤S110至步骤S160，即可完成多根锚杆的施工作业。

步骤S120、步骤S130、步骤S150和步骤S160当中，对于钻箱进给压力或回退压力的检测，可以是直接在钻箱或钻臂上设置压力传感器，直接检测钻箱的进给压力或回退压力；也可在驱动设备上设置参数传感器，通过间接方式推定出钻箱的进给压力或回退压力。

根据本发明实施例的锚注锚杆支护施工方法，通过检测钻臂上钻箱的工作压力，判断出钻孔的工作进度，从而实现钻孔和放置锚杆的自动作业。与现有锚杆施工方式相比，简化了锚杆施工作业工艺，减少了锚杆施工作业需要的设备种类和数量，降低了锚杆施工过程中对人员的依赖，提高了锚杆施工的自动化、无人化程度，提升了施工效率。

在其中一些实施例中，为了保证钻臂与围岩之间的定位关系，锚注锚杆支护施工设备上设置有用于抵接围岩的抵接部，并包括以下步骤：

S105，抵接部进给，检测抵接部的进给压力，若进给压力小于或等于第五压力阈值，抵接部继续前进；若进给压力大于第五压力阈值，抵接部停止前进；

S165，抵接部回退；

其中，步骤S105在步骤S110之前进行，即钻孔开始前将抵接部抵接于围岩；步骤S165在步骤S160之后进行，即钻孔完成后解除抵接部和围岩之间的接触关系。第五压力阈值为抵接部的进给阈值，当抵接部从钻臂上伸出并抵接于围岩后，随着抵接部的继续伸出，抵接部与围岩之间的接触力逐步上升，直至达到第五压力阈值，表明抵接部和围岩之间达到一定的接触力。

在其中一些实施例中，抵接部上设置有导向孔，导向孔起到对钻杆和锚杆的导向作用。处于第一位置时，钻杆或锚杆沿转动部连接轴线方向的投影落在导向孔内。钻杆或锚杆前进时，首先穿过导向孔，然后进行钻孔或进入钻孔。导向孔可以是在视觉上起到粗略导向的作用，导向孔的尺寸大于钻杆或锚杆的尺寸，钻杆或锚杆前进时不与导向孔发生接触；导向孔也可以起到精确导向的作用，导向孔尺寸和钻杆或锚杆的尺寸存在配合关系或略大于钻杆或锚杆的尺寸，钻杆或锚杆前进时如果发生偏移，则会与导向孔孔壁发生接触，导向孔限制钻杆或锚杆的偏移，使得钻杆或锚杆沿预设方向前进。

在其中一些实施例中，锚注锚杆支护施工设备上设置有可转动的机械手组件，步骤S110和步骤S140中使用机械手组件搬运钻杆和锚杆。

在一些实施例当中，钻臂上设置有机械手安装架，机械手组件可转动地连接于机械手安装架，以简化机械手组件的结构和方便机械手组件转动。

优选的，机械手安装架包括至少两个连接板和一根连接轴，两个连接板平行设置，两个连接板分别固定连接于钻臂，连接板一端高于钻臂主体，连接轴的两个端部分别连接于两个连接板远离钻臂的端部，机械手组件可转动地连接于连接轴。

在一些实施例当中，机械手组件包括设置于钻臂两侧的第一组件和第二组件，第一组件和第二组件分别夹持钻杆和锚杆。设置两组机械手组件，能够提高钻杆、锚杆的放入、取出速率，提升作业效率。

例如，第一组件用于夹持钻杆，第二组件用于夹持锚杆。进行锚杆施工作业时，初始状态下第一组件和第二组件均处于第二位置，第一组件上夹持有钻杆，第二组件上夹持有锚杆。将钻臂放置于预设钻孔位置后，第一组件由第二位置转动至第一位置，钻箱向前滑动，使得转动部和钻杆抵接并能够同步转动，之后第一组件松开钻杆，并由第一位置转回至第二位置。转动部旋转，同时钻箱向前进给进行打孔作业，打孔行程到位后，钻箱带动钻杆回退，第一组件由第二位置转动至第一位置并抓取钻杆，然后从第一位置转回第二位置，同时第二组件由第二位置转动至第一位置并将锚杆放入机械手组件，然后第二组件从第二位置转回第一位置，钻箱前移，使得转动部和锚杆抵接并使得锚杆和转动部转动中心同轴，之后第二组件松开锚杆，并由第一位置转回至第二位置。钻箱前移，将锚杆推动到底后，向锚杆内泵送锚固剂，锚固剂泵送完成并固化后，钻箱回退，完成一根锚注锚杆的施工作业。

在一些实施例当中，处于第二位置时，钻杆或锚杆的放入或取出可以通过人工方式进行，也可通过设置自动化上下料设备进行。例如，对于设置有第一组件和第二组件的锚注锚杆支护施工装置，其钻杆无需更换，每进行一根锚注锚杆的施工作业后，通过人工或自动化方式向第二组件上补充一根锚杆即可。又例如，对于只设置一组机械手组件的锚注锚杆支护施工装置，在钻杆钻孔完成后退出至第二位置时，通过人工或自动化方式从机械手组件取出钻杆并放入锚杆，锚杆和钻箱连接、机械手组件再次转回第二位之后再将钻杆放入机械手组件即可。

在其中一些实施例中，锚杆尾部设置有预紧部，并包括以下步骤：

S155，锚固剂固化后，钻箱带动预紧部转动，检测预紧部的预紧压力，若预紧压力小于或等于第六压力阈值，钻箱上的转动部带动预紧部转动；若预紧压力大于第六压力阈值，转动部停止转动。

在其中一些实施例中，锚注锚杆支护施工设备包括动力组件，通过检测动力组件的工作参数以判断钻箱的进给压力、回退压力和钻箱上转动部的预紧压力。

在其中一些实施例中，动力组件包括进给油缸和转动马达。

下面参考图2描述应用了本发明实施例提供的锚注锚杆支护施工方法的锚注锚杆支护施工装置。可以理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

如图2所示，锚注锚杆支护施工装置，包括：钻臂10、钻箱11、机械手组件12、钻杆13和锚杆14。

钻臂10作为其他部件的安装基础，钻臂10整体略呈长方体形，其长度方向与钻孔方向相同，钻臂10上设置有滑动轨道和滑块，滑动轨道沿钻臂10长度方向设置，钻臂10上设置有驱动油缸，驱动油缸缸体固定连接于钻臂10，其活动端固定连接于滑块。钻箱11固定连接于滑块，以带动钻杆13和锚杆14沿钻孔方向运动。钻箱11上设置有转动部111，转动部111上设置有转动马达，用于连接钻杆13或锚杆14并带动钻杆13或锚杆14转动。机械手组件12可转动地连接于钻臂10，机械手组件12端部设置有用于夹持钻杆13或锚杆14的夹持部，夹持部能够动作以夹紧或放松钻杆13、锚杆14。

钻臂10上设置有机械手安装架101，机械手安装架101包括两个连接板102和一根连接轴103，两个连接板102平行设置，连接板102呈“L”形，连接板102一端固定连接于钻臂10底部，另一端高于钻臂10主体，连接轴103的两个端部分别连接于两个连接板102远离钻臂10的端部，机械手组件12可转动地连接于连接轴103。

机械手组件12包括设置于钻臂10两侧的第一组件和第二组件，第一组件和第二组件分别夹持钻杆13和锚杆14。其中第一组件用于夹持钻杆13，第二组件用于夹持锚杆14。

转动部111上设置有卡合部，处于第一位置时，钻杆13端部或锚杆14端部卡接于卡合部。钻杆13或锚杆14靠近钻箱11的端部设置有卡合结构，如卡合部为十字形凹槽，钻杆13或锚杆14靠近钻箱11的端部设置有十字形的凸起，钻箱11前移时钻杆13或锚杆14上的十字星凸起卡入十字形凹槽内。或者，钻杆13或锚杆14也可是光杆结构，卡合部为卡盘，当机械手组件12处于第一位置时，钻箱11前移，使得钻杆13或锚杆14端部进入卡盘，之后卡盘夹紧钻杆13或锚杆14。

锚杆14尾部设置有预紧组件，预紧组件包括螺母和垫盘，锚杆14尾部设置有螺纹，螺母通过螺纹连接于锚杆14尾部，且螺母卡接于卡合部，垫盘设置于螺母和围岩之间。

钻臂10靠近围岩的端部设置有用于抵接围岩的抵接部104，抵接部104用于钻臂10和围岩的初步接触并实现初步定位。抵接部104活动连接于钻臂10，并能够沿钻臂10长度方向伸出或收回，在锚杆14施工作业前抵接部104伸出并压紧围岩以实现定位，施工完成后收回。

抵接部104上设置有导向孔105，导向孔105起到对钻杆13和锚杆14的导向作用。处于第一位置时，钻杆13或锚杆14沿转动部111连接轴103线方向的投影落在导向孔105内。导向孔105的尺寸大于钻杆13或锚杆14的尺寸，钻杆13或锚杆14前进时不与导向孔105发生接触，在视觉上起到粗略导向的作用。导向孔105上方设置有开槽，以便钻杆13或锚杆14放入。

锚杆14为中空结构，中空部分设置有用于混合锚固剂的混流器。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，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。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。