CN109098742B - 一种单锚集注式全长锚固的钢丝束及其支护方法 - Google Patents
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Abstract
一种单锚集注式全长锚固的钢丝束及其支护方法，适用于深部动压巷道或软岩巷道支护工程。钢丝束是由平行钢丝和中心管组成，中心管周围设置多股平行钢丝，中心管设有出浆撑架，将平行钢丝分为前后两部分，前半部分设有大搅拌套，后半部分尾端设有螺纹套管。掘进机割完煤形成巷道后，先将钢丝束进行端头锚固，保证巷道安全的基础上，加快巷道掘进的速度；待不影响巷道快掘的情况下，用泵车对钢丝束集中注浆，实现钢丝束的全长锚固，保证巷道长久稳定。钢丝束长度可根据矿井地质条件及开采环境进行选择，不受巷道高度的制约；单锚集注式支护方法实现钢丝束的全长锚固，不但提高巷道掘进速度，缓解矿井的采掘失衡，同时又解决巷道大变形的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种锚集注式全长锚固的钢丝束及其支护方法，尤其适用于深部动压巷道或软岩巷道支护工程中使用。
背景技术
随着我国煤炭资源的大量开采，浅部煤炭资源已经不能满足国家发展的需求，为了实现煤炭工业的可持续发展，深部开采已成为煤炭工业必须解决的重大课题。
对于深部巷道来说，将受更大的地应力影响，巷道开挖后，由于原有的围岩应力平衡被打破，会发生较大的应力集中，巷道大变形问题突出。同时，在二次动压巷道中，巷道会经历两次工作面开采的影响，巷道变形问题尤为突出。而在现有的锚杆-索支护***中，锚杆由于太短，不能控制较深的围岩变形；锚索又太长，不能形成锚索范围内的有效加持，从而不能解决巷道大变形问题；再者，锚杆索交替施工，严重制约了巷道掘进速度的提升，矿井的采掘失衡更加突出。因此，急需开发一种既能控制深部巷道围岩变形，又能满足巷道快速掘进需求的新型支护材料及其支护方法。
发明内容
技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种长度满足要求，杆体受力均匀，安装方便，成本低的锚集注式全长锚固的钢丝束及其支护方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的单锚集注式全长锚固的钢丝束，包括钢丝束主体和设置在钢丝束主体尾端的托盘和螺母，所述钢丝束主体包括中心管以及围绕中心管周围平行设置的多股平行钢丝，所述平行钢丝与中心管等长，所述中心管上设有出浆撑架将钢丝束主体分为前后两部分，钢丝束主体前半部分上设有多个大搅拌套，后半部分上间隔设有多个卡箍钢丝束主体后半部分的尾端上设有螺纹套管，在螺纹套管前端的钢丝束主体上设有止浆塞，螺纹套管分为前后两部分，前半部分设有多道焊接槽Ⅱ，后半部分外侧设有螺纹，托盘和螺母设置在螺纹上。
所述中心管中空，它包括钢管和塑料软管，所述塑料软管设置在前端，钢管设置在后端，所述螺纹套管和止浆塞设置在钢管部分的钢丝束主体外侧，钢丝束主体的其余部分中的中心管均为塑料软管，塑料软管端口内部设有倒刺，塑料软管通过倒刺与钢管相连接，中心管管壁厚度为1.5mm～2.5mm，长度为3000mm～4000mm，钢管长度为400mm～600mm，塑料软管长度为2500mm～3500mm，钢管与塑料软管通过倒钩连接在一起，使中心管交接处密封。
所述出浆撑架包括中空的纺锤形承压体，承压体中段最粗部分上设有与平行钢丝数量和直径相匹配的U型限位槽，以及与中心管内部连接的多个出浆口，承压体尾端设有接口与中心管相接，平行钢丝通过限位槽将出浆撑架固定，纺锤形承压体表面均与平行钢丝贴合，限位槽底端用于固定钢丝的位置直径为5mm～9mm，出浆口与限位槽错位布置，出浆口的直径为3mm～6mm，用于浆液的流出，多个出浆口降低了出浆口堵塞而造成注浆失败的概率。
所述大搅拌套为空心管状结构，两端分别设有多道焊接槽Ⅰ，大搅拌套前后焊接槽均处于两根平行钢丝之间的凹槽处，大搅拌套中部设有搅拌螺纹，搅拌螺纹的高度为5mm，厚度为1mm，便于对锚固剂进行搅拌。
多股平行钢丝有6股，由冷拔低碳钢丝构成，冷拔低碳钢丝直径为4mm～8mm，长度为3000mm～4000mm。所述的螺纹套管的焊接槽处于两根平行钢丝之间的凹槽处，尾部设有螺纹，螺纹套管内径为12-24mm。所述的止浆塞为橡胶制品，成喇叭状，窄口内径为12-24mm，宽口内径为15-30mm，壁厚2mm，用于封堵浆液，防止外流出孔。所述的卡箍宽度为8mm，厚度为1mm，用于紧固钢丝束，卡箍数量根据钢丝束长度决定。
一种单锚集注式全长锚固的钢丝束的单锚集注式全长锚固的支护方法，其步骤如下：
a.待掘进机割完煤后，用锚杆钻机在巷道顶板施工锚杆钻孔，钻孔长度比锚杆长度小100mm～150mm；
b.在钻孔内放入树脂药卷，再放入钢丝束，用锚杆钻机将钢丝束旋入钻孔当中，利用钢丝束前端的大搅拌套充分搅拌树脂药卷，增强树脂药卷与顶板岩层的粘结力；
c.顺序在钢丝束尾端安装止浆塞、托盘和螺母，再对钢丝束施加预紧力，此时，钢丝束端锚施工完毕；
d.在不影响工作面快速掘进的情况下，后期再用移动式泵车对钢丝束进行集中注浆，使用一台移动式泵车上的多根注浆管连接钢丝束中的中心管，开始注浆后浆液通过注浆管流经中心管，从出浆撑架的出浆口流出，待浆液充满整个钻孔后，注浆压力加载2MPa后，维持加载5分钟后，停止注浆并等待固话，实现了钢丝束的全长锚固，使多股平行钢丝形成了有机的整体，当岩体变形时多股平行钢丝同时均匀受力，解决巷道大变形失稳的问题。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1)钢丝束由6根平行钢丝组成，在工作受载时，每根钢丝均匀受力，避免了钢丝束杆体的应力集中，减少了安全隐患，提高了巷道支护的安全系数。
2)钢丝束是柔性材料，具体长度可根据矿井的地质条件及开采环境进行选择，不受巷道断面尺寸的制约。
3)钢丝束前端处设置多个大搅拌套，能够充分搅拌树脂药卷，增强了锚固效果，避免了锚固失效。
4)钢丝束尾端设置有螺纹套管，在钢丝束安装过程中可以通过螺纹套管施加预紧力，更加方便快捷，提高了工作效率。
5)顶板支护采用单一的钢丝束支护，避免了锚杆和锚索交错施工的弊端，简化了施工工序，加快了巷道掘进的速度，有利于矿井的安全高效生产。
6)在施工过程中，钢丝束先进行端头锚固，在不影响工作面快速掘进的情况下，再用移动式泵车对钢丝束进行集中注浆实现全长锚固，从而可以形成顶板的厚层锚固岩梁，能够解决深部巷道大变形的难题，保证了巷道围岩的稳定；同时，钢丝束后期集中注浆又不影响工作面的正常施工，进一步提高了掘进速度，大大缓解了矿井的采掘失衡。
附图说明
图1是本发明的钢丝束示意图。
图2是本发明的钢丝束剖面图。
图3是本发明的中心管剖面图。
图4是本发明的出浆撑架示意图。
图5是本发明的大搅拌套示意图。
图6是本发明的螺纹套管示意图
图7是本发明的止浆塞示意图。
图中：1、多跟平行钢丝；2、中心管；2-1、钢管；2-2、塑料软管；2-3、倒刺；3、出浆撑架；3-1承压体；3-2限位槽；3-3出浆口；3-4接口；4、大搅拌套；4-1焊接槽Ⅰ；4-2螺纹；5、螺纹套管；5-1焊接槽Ⅱ；5-2螺纹；6、止浆塞；7、卡箍。
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：
如图1和图2所示，本发明的单锚集注式全长锚固的钢丝束，包括钢丝束主体和设置在钢丝束主体尾端的托盘和螺母，所述钢丝束主体包括中心管2，所述中心管2中空，它包括钢管2-1和塑料软管2-2，所述塑料软管2-2设置在前端，钢管2-1设置在后端，所述螺纹套管5和止浆塞设置在钢管2-1部分的钢丝束主体外侧，钢丝束主体的其余部分中的中心管2均为塑料软管2-2，如图3所示，塑料软管2-2端口内部设有倒刺2-3，塑料软管2-2通过倒刺2-3与钢管2-1相连接，中心管2管壁厚度为1.5mm～2.5mm，长度为3000mm～4000mm，钢管2-1长度为400mm～600mm，塑料软管2-2长度为2500mm～3500mm，钢管2-1与塑料软管2-2通过倒钩连接在一起，使中心管交接处密封；围绕中心管2周围平行设置有多股平行钢丝1，多股平行钢丝1有6股，由冷拔低碳钢丝构成，冷拔低碳钢丝直径为4mm～8mm，长度为3000mm～4000mm，平行钢丝1与中心管2等长，所述中心管2上设有出浆撑架3将钢丝束主体分为前后两部分，如图4所示，出浆撑架3包括中空的纺锤形承压体3-1，承压体3-1中段最粗部分上设有与平行钢丝1数量和直径相匹配的U型限位槽3-2，以及与中心管2内部连接的多个出浆口3-3，承压体3-1尾端设有接口3-4与中心管2相接，平行钢丝1通过限位槽3-2将出浆撑架3固定，纺锤形承压体3-1表面均与平行钢丝1贴合，限位槽3-2底端用于固定钢丝的位置直径为5mm～9mm，出浆口3-3与限位槽3-2错位布置，出浆口3-3的直径为3mm～6mm，用于浆液的流出，多个出浆口3-3降低了出浆口堵塞而造成注浆失败的概率；
如图5所示，钢丝束主体前半部分上设有多个大搅拌套4，所述大搅拌套4为空心管状结构，两端分别设有多道焊接槽Ⅰ4-1，大搅拌套4前后焊接槽均处于两根平行钢丝之间的凹槽处，大搅拌套4中部设有搅拌螺纹4-2，搅拌螺纹4-2的高度为5mm，厚度为1mm，便于对锚固剂进行搅拌，后半部分上间隔设有多个卡箍7，所述的卡箍7宽度为8mm，厚度为1mm，用于紧固钢丝束，卡箍7数量根据钢丝束长度决定；
如图6所示，钢丝束主体后半部分的尾端上设有螺纹套管5，在螺纹套管5前端的钢丝束主体上设有止浆塞，螺纹套管5分为前后两部分，前半部分设有多道焊接槽Ⅱ5-1，后半部分外侧设有螺纹5-2，托盘和螺母设置在螺纹5-2上，所述的螺纹套管5的焊接槽5-1处于两根平行钢丝1之间的凹槽处，尾部设有螺纹5-2，螺纹套管5内径为12-24mm，如图7所示，止浆塞6为橡胶制品，成喇叭状，窄口内径为12-24mm，宽口内径为15-30mm，壁厚2mm，用于封堵浆液，防止外流出孔。
一种单锚集注式全长锚固的钢丝束的单锚集注式全长锚固的支护方法，步骤如下：
a.待掘进机割完煤后，用锚杆钻机在巷道顶板施工锚杆钻孔，钻孔长度比锚杆长度小100mm～150mm；
b.在钻孔内放入树脂药卷，再放入钢丝束，用锚杆钻机将钢丝束旋入钻孔当中，利用钢丝束前端的大搅拌套4充分搅拌树脂药卷，增强树脂药卷与顶板岩层的粘结力；
c.顺序在钢丝束尾端安装止浆塞6、托盘和螺母，再对钢丝束施加预紧力，此时，钢丝束端锚施工完毕；
d.在不影响工作面快速掘进的情况下，后期再用移动式泵车对钢丝束进行集中注浆，使用一台移动式泵车上的多根注浆管连接钢丝束中的中心管2，开始注浆后浆液通过注浆管流经中心管2，从出浆撑架4的出浆口流出，待浆液充满整个钻孔后，注浆压力加载2MPa后，维持加载5分钟后，停止注浆并等待固话，实现了钢丝束的全长锚固，使多股平行钢丝形成了有机的整体，当岩体变形时多股平行钢丝同时均匀受力，解决巷道大变形失稳的问题。
Claims (9)
1.一种单锚集注式全长锚固的钢丝束，包括钢丝束主体和设置在钢丝束主体尾端的托盘和螺母，其特征在于：所述钢丝束主体包括中心管（2）以及围绕中心管（2）周围平行设置的多股平行钢丝（1），所述平行钢丝（1）与中心管（2）等长，所述中心管（2）上设有出浆撑架（3）将钢丝束主体分为前后两部分，钢丝束主体前半部分上设有多个大搅拌套（4），后半部分上间隔设有多个卡箍（7），钢丝束主体后半部分的尾端上设有螺纹套管（5），在螺纹套管（5）前端的钢丝束主体上设有止浆塞，螺纹套管（5）分为前后两部分，前半部分设有多道焊接槽Ⅱ（5-1），后半部分外侧设有螺纹（5-2），托盘和螺母设置在螺纹（5-2）上；
所述出浆撑架（3）包括中空的纺锤形承压体（3-1），承压体（3-1）中段最粗部分上设有与平行钢丝（1）数量和直径相匹配的U型限位槽（3-2），以及与中心管（2）内部连接的多个出浆口（3-3），承压体（3-1）尾端设有接口（3-4）与中心管（2）相接，平行钢丝（1）通过限位槽（3-2）将出浆撑架（3）固定，纺锤形承压体（3-1）表面均与平行钢丝（1）贴合，出浆口（3-3）与限位槽（3-2）错位布置。
2.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述中心管（2）中空，它包括钢管（2-1）和塑料软管（2-2），所述塑料软管（2-2）设置在前端，钢管（2-1）设置在后端，所述螺纹套管（5）和止浆塞设置在钢管（2-1）部分的钢丝束主体外侧，钢丝束主体的其余部分中的中心管（2）均为塑料软管（2-2），塑料软管（2-2）端口内部设有倒刺（2-3），塑料软管（2-2）通过倒刺（2-3）与钢管（2-1）相连接，中心管（2）管壁厚度为1.5mm~2.5mm，长度为3000mm~4000mm，钢管（2-1）长度为400mm~600mm，塑料软管（2-2）长度为2500mm~3500mm，钢管（2-1）与塑料软管（2-2）通过倒刺（2-3）连接在一起，使中心管交接处密封。
3.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述限位槽（3-2）底端用于固定钢丝的位置直径为5mm~9mm，出浆口（3-3）的直径为3mm~6mm，用于浆液的流出，多个出浆口（3-3）降低了出浆口堵塞而造成注浆失败的概率。
4.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述大搅拌套（4）为空心管状结构，两端分别设有多道焊接槽Ⅰ（4-1），大搅拌套（4）前后焊接槽均处于两根平行钢丝之间的凹槽处，大搅拌套（4）中部设有搅拌螺纹（4-2），搅拌螺纹（4-2）的高度为5mm，厚度为1mm，便于对锚固剂进行搅拌。
5.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：多股平行钢丝（1）有6股，由冷拔低碳钢丝构成，冷拔低碳钢丝直径为4mm~8mm，长度为3000mm~4000mm。
6.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述的螺纹套管（5）的焊接槽（5-1）处于两根平行钢丝（1）之间的凹槽处，尾部设有螺纹（5-2），螺纹套管（5）内径为12-24mm。
7.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述的止浆塞（6）为橡胶制品，成喇叭状，窄口内径为12-24mm，宽口内径为15-30mm，壁厚2mm，用于封堵浆液，防止外流出孔。
8.根据权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束，其特征在于：所述的卡箍（7）宽度为8mm，厚度为1mm，用于紧固钢丝束，卡箍（7）间距为300-400mm，数量根据钢丝束长度决定。
9.一种使用权利要求1所述的单锚集注式全长锚固的钢丝束的支护方法，其特征在于步骤如下：
a.待掘进机割完煤后，用锚杆钻机在巷道顶板施工锚杆钻孔，钻孔长度比锚杆长度小100mm~150mm；
b.在钻孔内放入树脂药卷，再放入钢丝束，用锚杆钻机将钢丝束旋入钻孔当中，利用钢丝束前端的大搅拌套（4）充分搅拌树脂药卷，增强树脂药卷与顶板岩层的粘结力；
c.顺序在钢丝束尾端安装止浆塞（6）、托盘和螺母，再对钢丝束施加预紧力，此时，钢丝束端锚施工完毕；
d.在不影响工作面快速掘进的情况下，后期再用移动式泵车对钢丝束进行集中注浆，使用一台移动式泵车上的多根注浆管连接钢丝束中的中心管（2），开始注浆后浆液通过注浆管流经中心管（2），从出浆撑架（3）的出浆口流出，待浆液充满整个钻孔后，注浆压力加载2MPa后，维持加载5分钟后，停止注浆并等待固化，实现了钢丝束的全长锚固，使多股平行钢丝形成了有机的整体，当岩体变形时多股平行钢丝同时均匀受力，解决巷道大变形失稳的问题。
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