CN110608062B - 一种多段式中空注浆锚索及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多段式中空注浆锚索及支护方法，属于巷道支护技术领域，解决了现有注浆锚索不能对深部围岩进行多层次分段式注浆加固、钻孔内浆液扩散不均匀导致深部岩层裂隙的注浆量低、支护效果差的问题。一种多段式中空注浆锚索，包括索体，索体由多根钢绞线螺旋缠绕注浆管构成；注浆管设有多个限通组件，多个限通组件将注浆管分为多个分段管路，限通组件能够将相邻两分段管路隔开，并能够在限通组件的阈值压力下打开使相邻两分段管路连通。本发明的结构简单，操作方便，能够对深部围岩进行多层次分段式注浆加固，支护效果好。

Description

一种多段式中空注浆锚索及支护方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及矿山、隧道、地下工程锚索支护技术领域，具体涉及一种多段式中空注浆锚索及支护方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的不断增加，巷道地形复杂程度也再不断变化，主要体现为围岩破碎严重，应力集中等情况，在围岩较差的巷道、大断面硐室、交岔点、断层带附近以及受动压影响的巷道。注浆锚索可有效抑制围岩内部节理、裂隙的产生，也可以阻止围岩内部岩体和注浆浆液形成结石体的再次破坏，把某些能很好地和岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙等结构中去，使岩土体成为强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体从而达到改善岩土体物理力学性质的目的，在松散破碎围岩、极软岩层、高应力破碎围岩及大埋深煤巷支护过程中起着重要作用。注浆锚索是将锚索体安装在锚孔中，再向锚孔中高压注浆，浆液通过锚孔进入围岩缝隙中，将破碎围岩胶结成整体。注浆锚索起到注浆和锚索锚固双重作用。中空注浆锚索是由多根钢绞线螺旋缠绕在注浆芯管上构成的索体，通过注浆芯管向锚孔中高压注浆。

目前的中空注浆锚索注浆时，用注浆塞在孔口封堵浆液，浆液从注浆芯管前端出来后由里向外返流注入围岩裂隙，工艺简单，在深孔或地质密实段注入的浆液少，造成浆液扩撒渗透不均匀，存在弱面，致使还是可能发生渗水漏水突水、冒落片帮滑坡等。分段注浆可以达到扩散范围均匀的注浆效果，因此，本发明提出的一种智能型多段式注浆的中空注浆锚索及应用方法具有重要的理论意义和工程实践价值。

因此，有必要发展一种多段式中空注浆锚索及支护方法，提高深部岩层裂隙的注浆量，实现多层次自动化分段注浆，达到扩散范围均匀的注浆效果，对于提高井工、隧道等地下工程安全高效支护具有重要意义。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种多段式中空注浆锚索及支护方法，用以解决现有注浆锚索不能对深部围岩进行多层次分段式注浆加固、钻孔内浆液扩散不均匀导致深部岩层裂隙的注浆量低、支护效果差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种多段式中空注浆锚索，包括索体，索体由多根钢绞线螺旋缠绕注浆管构成；

注浆管设有多个限通组件，多个限通组件将注浆管分为多个分段管路，限通组件能够将相邻两分段管路隔开，并能够在限通组件的阈值压力下打开使相邻两分段管路连通。

进一步地，限通组件为膨胀管，膨胀管包括依次连接的浆液流入连接段、内凹段和浆液流出连接段，浆液流入连接段的第一流入口与相邻的上游分段管路连接，浆液流出连接段的连接第一流出口与相邻的下游分段管路连接；内凹段在自然状态下为闭合状态，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压下打开，使相邻两段分段管路连通；限通组件上设有出浆孔。

进一步地，内凹段由弹性材料制成；内凹段具有打开压力阈值和闭合压力阈值，当管路内压力的达到打开压力阈值时，内凹段的侧壁打开，使相邻两分段管路连通；当管路内压力的减小到闭合压力阈值时，内凹段的侧壁闭合，将相邻两段管路断开。

进一步地，浆液流入连接段与浆液流出连接段的管径相等，且与内凹段两端管口的直径相等；由内凹段的侧壁两端向中间，内凹段的管径均逐渐减小，最小管径处内凹段的侧壁接触。

进一步地，出浆孔设于内凹段的下部侧壁。

进一步地，限通组件为挡板，挡板通过阻尼转轴与注浆管的内壁连接；挡板自然状态水平设置，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压作用下打开，使相邻两段分段管路连通；挡板上游分段管路的侧壁设有出浆孔。

进一步地，出浆孔的数量为多个。

进一步地，螺旋缠绕的钢绞线的螺距大于钢绞线的直径。

进一步地，多段式中空注浆锚索还包括注浆锚索封孔组件和锁紧组件，注浆锚索封孔组件用于封堵注浆管尾部的进浆口；锁紧组件用于将索体固定于煤岩体上；锁紧组件包括锁具、托盘和止浆塞，止浆塞用于封堵锚索孔。

另一方面，还提供一种基于上述的多段式中空注浆锚索的支护方法，包括如下步骤：

第一步：确定注浆参数，进行前期准备；

第二步：安装注浆锚索；

第三步：逐段注浆，完成注浆支护。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的多段式中空注浆锚索，通过在注浆管上设置多个限通组件，多个限通组件将注浆管分为多个分段管路，每一段管路上均设有出浆孔，在限通组件的限流作用下，由上游分段管路向下游分段管路依次注浆充填，实现分段式注浆调控、对煤岩体多段化注浆，保证了浆液在锚索孔围岩孔裂隙中均匀扩散充填，显著提升了注浆效果。

b)本发明提供的多段式中空注浆锚索，在注浆管上设置多个限通组件，利用了限通组件在一定压力下封闭功能，在限通组件的限流作用下，由上游分段管路向下游分段管路依次注浆充填，实现分段式注浆调控、对煤岩体多段化注浆，实现了由围岩浅部向深部方向逐渐进行注浆作业，，提高了锚索的承载能力和支护效果，在裂隙发育带、顶板破碎带受回采扰动的巷道围岩控制和支护及维护效果明显。

c)本发明提供的支护方法，能够根据具体地质条件与生产状况确定分段注浆方案，根据注浆管内压力的变化以及限通组件的在一定压力下具有封闭功能，采用多层次注浆手段，自然形成若干注浆段，使浆液均匀的扩散到围岩裂隙中，注浆量增加20％～30％，保证围岩注浆效果，操作方便，工作效率提升30％-40％。

d)本发明提供的支护方法，将注浆管的多个分段管路的长度设置为梯度递减设置，注浆锚索安装在锚索孔之后，由围岩浅部向深部方向，注浆管分段管路的长度依次变短，此结构设计能够使注浆更加均匀，围岩裂隙充填效果更好，注浆量增加30％～45％，从而提高了支护效果。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中应用多段式中空注浆锚索支护岩体结构示意图；

图2为本发明实施例中多段式中空注浆锚索的结构示意图；

图3为图2中A-A剖面示意图；

图4为本发明实施例中膨胀管的结构示意图；

图5为本发明实施例中注浆锚索封孔装置未注浆时的结构示意图；

图6为本发明实施例中注浆锚索封孔装置注浆时的结构示意图。

附图标记：

1-注浆锚索封孔组件；2-膨胀管；3-索体；4-锁具；5-托盘；6-外置式止浆塞；7-煤岩体；8-注浆管；9-第一流入口；10-出浆孔；11-钢绞线；12-出浆口；13-锚索孔；14-第一流出口；15-外锚固段；16-注浆锚固段；17-树脂锚固段；18-流入连接段；19-内凹段；20-流出连接段。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种多段式中空注浆锚索，如至1图3所示，包括索体3，索体3由多根钢绞线11螺旋缠绕注浆管8构成，螺旋缠绕的钢绞线11将注浆管8包饶，缠绕的钢绞线11的螺距大于钢绞线11的直径；注浆管8设有多个限通组件，多个限通组件将注浆管8分为多个分段管路；其中，限通组件能够将相邻两分段管路隔开，并能够在限通组件的阈值压力下打开使相邻两分段管路连通，也就是说，限通组件能够限制一定压力下浆液在注浆管8内流通，并能够在一定的液压下打开使相邻两分段管路连通；限通组件上设置出浆孔10或者在分段管路上设置出浆孔10，管路中的浆液能够在一定压力下经出浆孔10流出。

注浆时，利用注浆泵向注浆管8中注浆，当管路内注浆压力较小时，浆液的流通性差，由于限通组件存在打开的阈值压力，相邻两分段管路之间为完全断开状态，限通组件能够阻碍浆液从注浆管8的上游段分段管路进入下游段分段管路中，上游管分段路中的浆液经出浆孔10流入索体3与锚索孔13围岩之间的空间中，将空间充满，并在浆液压力作用下充填围岩体孔洞裂隙。当围岩体孔洞裂隙的注浆量逐渐接近饱和，注浆管8内的压力不断增大，浆液压力增大至限通组件打开的阈值压力时，限通组件打开，上游分段管路与下游分段管路连通，上游分段管路中的浆液经打开的限通组件进入下游分段管路中，进行下一区段的注浆，重复上过程进行注浆充填，直至完成全部分段管路的充填，关闭注浆泵，封住注浆管8，完成对煤岩体7注浆锚固。

与现有技术相比，本实施例提供的多段式中空注浆锚索，通过在注浆管8上设置多个限通组件，多个限通组件将注浆管8分为多个分段管路，限通组件上设置出浆孔10或者在分段管路上设置出浆孔10，在限通组件的限流作用下，由上游分段管路向下游分段管路依次注浆充填，实现分段式注浆调控、对煤岩体7多段化注浆，保证了浆液在锚索孔13围岩孔裂隙中均匀扩散充填，注浆量增加2％～30％，显著提升了注浆效果。利用了限通组件在一定压力下封闭功能，实现了由围岩浅部向深部方向逐渐进行注浆作业，提高了锚索的承载能力和支护效果，在裂隙发育带、顶板破碎带受回采扰动的巷道围岩控制和支护及维护效果明显。

本实施例中，索体3包括外锚固段15、注浆锚固段16、树脂锚固段17，如图2所示，其中，注浆锚固段16主要通过注浆管8进行注浆，配合注浆管8设置的出浆口12以及出浆孔10对煤岩体7进行注浆作业。

本实施例中，多段式中空注浆锚索还包括丝堵和锁紧组件，丝堵用于封堵注浆管8尾部的进浆口。如图1所示，锁紧组件包括锁具4、托盘5和止浆塞6，止浆塞6为外置式止浆塞，外置式止浆塞为圆台状结构，外置式止浆塞具有第一端和第二端，第一端直径大于第二端直径，止浆塞6用于封堵锚索孔13；索体3置于锚索孔13中之后，锁紧组件能够将索体3密封固定于煤岩体7上，具体的，沿锚索孔13的孔口向孔底方向，索体3上依次设置有锁具4、托盘5和止浆塞6，托盘5用于挤压止浆塞6的第一端，注浆管8的尾部注浆口通过丝堵封住。

本实施例中，限通组件包括但不限定以下两种结构，第一种结构的限通组件为膨胀管2，注浆管8的多个分段管路之间通过膨胀管2连接；如图4所示，膨胀管2包括依次连接的浆液流入连接段18、内凹段19和浆液流出连接段20，浆液流入连接段18的第一流入口9与相邻的上游分段管路连接，浆液流出连接段20的第一流出口14与相邻的下游分段管路连接；内凹段19在自然状态下为闭合状态，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压下打开，使相邻两段分段管路连通。浆液流入连接段18与浆液流出连接段20的管径相等，且与内凹段19两端管口的直径相等，内凹段19的侧壁内凹，具体的，由内凹段19的两端向中间，内凹段19的管径均逐渐减小，内凹段19中间部位的管径最小，最小管径处内凹段19的侧壁接触。出浆孔10的位置位于内凹段19的最小管径处的下方，示例性的，出浆孔10的数量为多个，绕注浆管8或限通组件的轴线均匀布置。其中，沿浆液在管内流通方向，出浆孔10可以设置于内凹段19上游分段管路，或者，出浆孔10设于内凹段19的下部侧壁，优选的，出浆孔10设于内凹段19的下部。由于内凹段19具有弹性，将出浆孔10设于内凹段19的下部，注浆过程中出浆孔10大小随管内压力变化，能够根据注浆压力调节注浆量，实现注浆可控化，具有更好的注浆效果。另外，支护巷道顶板时，注浆锚索垂直于顶板施工，由出浆孔10流出的浆液进入并充填索体3与锚索孔围岩的空间，在重力作用下向下部空间流动，很难向上扩散。若出浆孔10设置位置距离内凹段19距离较远，则出浆孔10至内凹段19之间会存在浆液充填盲区，浆液扩散不到上部空间，导致注浆效果差。其中，内凹段19由弹性材料制成，内凹段19具有打开压力阈值和闭合压力阈值，当管路内压力的达到打开压力阈值时，内凹段19的侧壁打开，使相邻两分段管路连通；当管路内压力的减小到闭合压力阈值时，内凹段19的侧壁闭合，将相邻两段管路断开。自然状态下，内凹段19的最小管径小于浆液流入连接段18直径或浆液流出连接段20直径的1/10，优选的，内凹段19的侧壁内凹并接触，内凹段19的侧壁能够在一定液压下张开，当管路液压小于内凹段19张开压力阈值时，内凹段19的侧壁为闭合状态，能够阻碍浆液进入下游分段管路，浆液经出浆孔10流出至索体3与锚索孔13围岩的空间；当液压达到内凹段19张开压力阈值后，内凹段19的侧壁打开，为连通状态，上游分段管路中的浆液经打开状态的膨胀管2进入下游分段管路。示例性的，膨胀管2的内凹段19在0～5Mpa的液压下不会发生明显的变形，当浆液压力大于5Mpa时，内凹段19产生明显的径向变形，内凹段19的最小管径处逐渐变大，使浆液流通进入下一段。此结构的膨胀管2能够满足在一定液压下阻碍浆液流通，还能够防止浆液回流，防止因丝堵脱落或注浆泵出现故障导致已完成注浆的上游分段管路的浆液回流漏出。

第二种结构的限通组件为挡板，注浆管8的多个分段管路之间通过挡板隔开，挡板通过阻尼转轴与注浆管8的内壁连接；挡板自然状态水平设置，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压作用下打开，使相邻两段分段管路连通。挡板的形状、尺寸与注浆管8的横截面尺寸相匹配，注浆管8可以圆形管也可以为矩形管，挡板能够将注浆管8隔开，阻止浆液流通。示例性的，挡板的形状、尺寸与注浆管8的横截面的形状、尺寸相同，挡板的一边通过阻尼转轴与注浆管8的内壁连接，出浆孔10设于阻尼转轴的上游。当管路内压力达到挡板转动的阈值压力时，挡板由水平状态向浆液下游方向打开，当管路内压力小于挡板转动的阈值压力时，挡板保持水平状态，使上、下相邻两段管路隔开。注浆前，挡板为横置状态，将注浆管8相邻两段管路隔开。当与挡板下表面接触的浆液压力达到挡板向上打开的阈值压力之前，浆液充满该段管路后，水平状态的挡板能够阻碍浆液进入下游分段管路，浆液经出浆孔10流出至索体3与锚索孔13围岩的空间；当下游分段管路内的液压达到挡板向上打开的阈值压力后，挡板绕阻尼转轴转动，逐渐打开，直至挡板与注浆管8的侧壁贴合，呈完全打开状态，使上、下相邻两段管路连通，上游分段管路中的浆液进入下游分段管路。示例性的，挡板在0～5Mpa的液压下不会发生转动，当浆液压力大于5Mpa时，挡板能够绕阻尼转轴转动，使浆液流通进入下游管路。此结构的限通组件结构简单，制作成本低。

本实施例中，注浆管8的多个分段管路的长度可以相同也可以不同。其中的一个优选方式，注浆管8的多个分段管路的长度不同，优选的，沿浆液流向，注浆管8的多个分段管路的长度依次变短，也就是说，注浆锚索安装在锚索孔之后，由围岩浅部向深部方向，注浆管8分段管路的长度依次变短，此结构设计是由于注浆时注浆泵多采用恒定注浆压力，或将注浆压力控制在一定范围内，初始注浆时注浆容易，并且浆液容易迅速扩散，随着逐段注浆的进行，深部围岩的注浆难度加大，注浆管8顶部的分段管路内浆液压力变小，单位时间内浆液从出浆孔10流出的量变少，并且扩散效果变差，注浆压力越来越大，将分段管路长度递减设置，能够使注浆更加均匀，注浆量增加30％～45％，围岩裂隙充填效果更好，从而提高了支护效果。

实施例二

本实施例的多段式中空注浆锚索利用注浆锚索封孔组件1替代实施例一中的丝堵对注浆管8的注浆口进行封堵，如图5至图6所示，注浆锚索封孔组件1包括壳体1-8、弹簧1-3和止浆活塞1-4，壳体1-8内设有用于安装止浆活塞1-4的活塞腔，止浆活塞1-4设于活塞腔内，并能够在活塞腔内移动；止浆活塞1-4的一端通过弹簧1-3与活塞腔的底壁固定连接，止浆活塞1-4的另一端为自由端，自由端能够与进入活塞腔中的浆液接触，也就是说，止浆塞1-4的尾端与弹簧1-3连接，止浆塞1-4的首端能够与活塞腔中浆液接触，浆液压力能够作用在止浆塞1-4首端端面；壳体1-8设有流入通道1-5和流出通道1-7，流入通道1-5和流出通道1-7分别通过第二流入口与第二流出***塞腔连通。其中，流入通道1-5与流出通道1-7分别设于活塞腔中心线的两侧，优选地，流入通道1-5与流出通道1-7平行设置。

在整个注浆过程中，流入通道1-5与活塞腔始终为连通状态，止浆活塞1-4不会遮挡第二流入口；通过止浆活塞1-4在活塞腔内的移动，流出通道1-7与活塞腔具有连通、断开两种状态，止浆活塞1-4与第二流出口具有三种位置关系，即止浆活塞1-4完全遮挡第二流出口、止浆活塞1-4部分遮挡第二流出口、止浆活塞1-4不遮挡第二流出口。

注浆前，弹簧1-3为初始状态，弹簧1-3未受到注浆活塞1-4的压力作用，止浆活塞1-4不遮挡第二流入口，而是将第二流出口完全遮挡，使流出通道1-7与活塞腔断开连通，阻断浆液经流出通道1-7流出；注浆时，注浆设备将浆液供入流入通道1-5，从流入通道1-5进入活塞腔中的浆液对止浆活塞1-4的自由端面施加压力，止浆活塞1-4在浆液压力作用下在活塞腔内移动并压缩弹簧1-3，弹簧1-3在压缩过程中储存能量，具有恢复原状的弹力；当止浆活塞1-4部分遮挡第二流出口或不遮挡第二流出口时，流入通道1-5与流出通道1-7连通构成允许浆液通过的通路，活塞腔中的浆液经第二流出口进入流出通道1-7，进入注浆管8中。完成注浆后，活塞腔中浆液作用在止浆活塞1-4自由端面的压力减小，止浆活塞1-4在弹簧1-3的弹力作用下向弹簧1-3压缩的反方向移动，止浆活塞1-4复位，将第二流出口完全遮挡，使流出通道1-7与流入通道1-5断开连接。

为了能够实时监测浆液注入压力的大小，注浆锚索封孔组件1还包括压力检测组件，如图5至图6所示，压力检测组件包括压力表1-1和应变片1-6，压力表1-1与应变片1-6通过引线1-2连接；应变片1-6嵌入到活塞腔底壁上，应变片1-6设于弹簧1-3与活塞腔底壁之间，压力表1-1能够通过止浆活塞1-4对弹簧1-3挤压时，压缩的弹簧1-3对应变片1-6施加的压力得到注浆压力的大小。其中，还可以用压力传感器替代应变片1-6。

图5示出了注浆锚索封孔组件1在注浆前的结构示意图，弹簧1-3与止浆活塞1-4相连，止浆活塞1-4紧贴壳体1-8中，弹簧1-3没有受到力的作用，处于自然状态，止浆活塞1-4与壳体1-8将流入通道1-5与流出通道1-7分割开来，阻断浆液流出；应变片1-3未受到力的作用，此时的压力表1-1处于初始读数，读数为0。

图6示出了注浆锚索封孔组件1在注浆时的结构示意图，流入通道1-5与注浆泵相连接，浆液由流入通道1-5流入，进入壳体1-8内部，在浆液压力作用下推动止浆活塞1-4，止浆活塞1-4压缩弹簧1-3，使流入通道1-5与流出通道1-7连通，浆液流入到流出通道1-7，流出通道1-7与注浆管8的注浆口相连，浆液经注浆口进入注浆管8，由出浆口12注入到煤岩体7中，实现对注浆锚固作用。在浆液压力作用下推动止浆活塞1-4的过程中，止浆活塞1-4推动弹簧1-3，使弹簧1-3处于受力压缩状态，应变片1-6受到来自弹簧1-3的压应力作用，沿着引出线1-2传导至压力表1-1，由压力表1-1显示注浆压力的大小，实现对注浆压力的实时监测，保证注浆效果。

本实施例的一个优选方式，弹簧1-3与应变片1-6之间设有连接板，连接板与弹簧1-3的端部固定连接，连接板能够覆盖在应变片1-6上，当弹簧1-3压缩时，弹簧1-3通过连接板向应变片1-6施加压力，应变片1-6应变信息在压力表1-1中反应出来，进而得到注浆压力的大小。设置连接板能够对应变片均匀施压，测得的压力信息更为准确。

本实施例中，止浆活塞1-4的尾端设有用于安装弹簧1-3的安装槽，安装槽的槽径与弹簧1-3的外径相同，弹簧1-3的一端伸入安装槽与安装槽的底壁连接，弹簧1-3的另一端与活塞腔底壁连接，止浆活塞1-4在活塞腔中移动时，安装槽能够防止弹簧1-3发生侧翻，保证止浆活塞1-4在活塞腔中正常移动。

本实施例中，壳体1-8设有用于安装弹簧1-3和止浆活塞1-4的安装通道，安装通道与活塞腔同轴设置。具体的，壳体1-8上设有安装口，安装口与活塞腔相通，安装口与活塞腔之间的空间构成安装通道，弹簧1-3和止浆活塞1-4通过安装通道安装在活塞腔内，安装完成后，将安装口密封。

为了防止止浆活塞1-4在活塞腔内移动轨迹偏离轴线，止浆活塞1-4与浆液接触的自由端设有限位杆，限位杆设于止浆活塞1-4自由端面的中心，且与自由端面垂直，限位杆的另一端设有限位板，限位板与限位杆垂直设置，限位板的形状、尺寸与安装口匹配，限位板能够在安装通道内移动并与安装通道的侧壁贴合接触，防止浆液漏出。其中，限位杆的长度能够保证止浆活塞1-4在活塞腔内移动过程中，始终位于安装通道中，限位杆与限位板不仅能够保证止浆活塞1-4在活塞腔内沿活塞腔的中心线移动，还能对安装口起到密封作用，结构简单，安装拆卸方便。

与现有技术相比，本实施例提供的多段式中空注浆锚索采用能够自动封孔的注浆锚索封孔组件1替代丝堵封堵注浆管8，壳体1-8内设置的止浆活塞1-4能够在注浆压力下使流入通道1-5与流出通道1-7连通，注浆完成后止浆活塞1-4在压缩弹簧1-3的作用下复位，堵住第二流出口，使流入通道1-5与流出通道1-7断开连通；壳体8内还设置压力检测组件，压力检测组件通过检测压缩弹簧1-3的作用力，能够反应出注浆压力。本发明结构简单，既能在给注浆锚索注浆过程中保证浆液的单向流动，又能自动封堵注浆管8的注浆口，能够防止浅层跑浆导致的注浆不均匀或注浆后支护不理想等问题，还能实时监测注浆压力的变化，提升注浆效果，工作效率提升30％-40％，降低注浆成本，保证支护效果。

实施例三

本实施例提供了一种支护方法，利用实施例一和实施例二中的多段式中空注浆锚索进行支护，包括如下步骤：

第一步：确定注浆参数，进行前期准备。根据地质概况以及生产条件，确定注浆锚索注浆参数，其中，注浆参数包括注浆管8的分段管路的数量、管径、钢绞线的直径及数量、锚索孔13的孔径及深度、注浆压力等。根据实际条件确定注浆段数，其中注浆管8为n段，膨胀管2为n-1段；在设计巷道中布置注浆泵，按照设计在巷道煤岩体7预先打锚索孔13。

第二步：安装注浆锚索。按照设计要求在锚索孔13放入树脂药卷，并装入中空注浆锚索3，推进中空注浆锚索3挤压树脂药卷入孔底，搅拌30s，保证中空注浆锚索3深入锚索孔13的孔底。从中空注浆锚索3外部端依次安装止浆塞6和托盘5，托盘5挤压止浆塞6，利用加载装置对托盘5施加预紧力，用锁具4锁紧中空注浆锚索3。

第三步：逐段注浆，完成注浆支护。将注浆泵与注浆管8连接，启动注浆泵向注浆管8内注浆，当管路内注浆压力较小时，浆液的流通性差，由于限通组件存在打开的阈值压力，相邻两段管路之间为完全断开状态，限通组件能够阻碍浆液从注浆管8的上游分段管路进入下游分段管路中，上游管路中的浆液经出浆孔10流入索体3与锚索孔13围岩之间的空间中，将空间充满，并在浆液压力作用下充填围岩体孔洞裂隙，锚索孔13周围裂隙、节理、空隙的浆液凝结后，加固破碎围岩，能够显著提高破碎围岩结构的完整性。当围岩体孔洞裂隙的注浆量逐渐接近饱和，注浆管8内的压力不断增大，浆液压力增大至限通组件打开的阈值压力时，限通组件打开，上游分段管路与下游分段管路连通，上游分段管路中的浆液经打开的限通组件进入下游分段管路中，进行下一区段的注浆，重复上过程进行注浆充填，直至完成全部分段管路的充填，关闭注浆泵，封住注浆管8。

在步骤三中，若注浆时采用实施例二中的注浆锚索封孔组件1，将注浆锚索封孔组件1的流出管道7注浆管8的注浆口连接，将注浆锚索封孔组件1的流入管道5与注浆泵连接，注浆完成后，关闭注浆泵后，直接断开注浆泵与注浆锚索封孔组件1的连接，由于注浆锚索封孔组件1具有自动封孔功能，无需人工对注浆管8封堵；若注浆时采用实施例一中的丝堵，将注浆泵与注浆管8直接连接，注浆完成后关闭注浆泵，停止注浆后待浆液初凝，开启注浆泵上的截止球阀，然后卸下锚索尾部的注浆管路，将锚索尾部的丝堵拧紧上牢，完成巷道围岩注浆锚固支护。

本实施例中，步骤一中，将注浆管8的多个分段管路的长度设置为梯度递减设置，具体的，沿浆液流向，注浆管8的多个分段管路的长度依次变短，也就是说，注浆锚索安装在锚索孔之后，由围岩浅部向深部方向，注浆管8分段管路的长度依次变短，此结构设计是由于注浆时注浆泵多采用恒定注浆压力，或将注浆压力控制在一定范围内，初始注浆时，注浆容易，并且浆液容易迅速扩散，随着逐段注浆的进行，深部围岩的注浆难度加大，注浆管8顶部的分段管路内浆液压力变小，单位时间内浆液从出浆孔10流出的量变少，并且扩散效果变差，注浆压力越来越大，将分段管路长度递减设置，能够使注浆更加均匀，围岩裂隙充填效果更好，从而提高了支护效果。

本实施例中，注浆管8包括两种结构，两种结构采用不同结构的限通组件，包括但不限定以下两种结构，第一种结构的限通组件为膨胀管2，注浆管8的多个分段管路之间通过膨胀管2连接；如图4所示，膨胀管2包括依次连接的浆液流入连接段18、内凹段19和浆液流出连接段20，浆液流入连接段18的第一流入口9与相邻的上游分段管路连接，浆液流出连接段20的第一流出口14与相邻的下游分段管路连接；浆液流入连接段18与浆液流出连接段20的管径相同，内凹段19的侧壁内凹，具体的，由内凹段19的两端向中间，内凹段19的管径均逐渐减小，内凹段19中间部位的管径最小。出浆孔10的位置位于内凹段19的最小管径处的下方，示例性的，出浆孔10的数量为多个，绕注浆管8/限通组件的轴线均匀布置。其中，沿浆液在管内流通方向，出浆孔10可以设置于内凹段19上游分段管路，或者，出浆孔10设于内凹段19的下部，优选的，出浆孔10设于内凹段19的下部。由于内凹段19具有弹性，将出浆孔10设于内凹段19的下部，注浆过程中出浆孔10大小随管内压力变化，能够根据注浆压力调节注浆量，实现注浆可控化，具有更好的注浆效果。另外，支护巷道顶板时，注浆锚索垂直于顶板施工，由出浆孔10流出的浆液进入并充填索体3与锚索孔围岩的空间，在重力作用下向下部空间流动，很难向上扩散，除非需要特别大的注浆压力。若出浆孔10设置位置距离内凹段19距离较远，则出浆孔10至内凹段19之间会存在浆液充填盲区，浆液扩散不到上部空间，导致注浆效果差。其中，内凹段19由弹性材料制成，内凹段19具有打开压力阈值和闭合压力阈值，当管路内压力的达到打开压力阈值时，内凹段19的侧壁打开，使相邻两分段管路连通；当管路内压力的减小到闭合压力阈值时，内凹段19的侧壁闭合，将相邻两段管路断开。自然状态下，内凹段19的最小管径小于浆液流入连接段18直径或浆液流出连接段20直径的1/10，优选的，内凹段19的侧壁内凹并接触，内凹段19的侧壁能够在一定液压下张开，当管路液压小于内凹段19张开压力阈值时，内凹段19的侧壁为闭合状态，能够阻碍浆液进入下游分段管路，浆液经出浆孔10流出至索体3与锚索孔13围岩的空间；当液压达到内凹段19张开压力阈值后，内凹段19的侧壁打开，为连通状态，上游分段管路中的浆液经打开状态的膨胀管2进入下游分段管路。示例性的，膨胀管2的内凹段19在0～5Mpa的液压下不会发生明显的变形，当浆液压力大于5Mpa时，内凹段19产生明显的径向变形，内凹段19的最小管径处逐渐变大，使浆液流通进入下一段。此结构的膨胀管2能够满足在一定液压下阻碍浆液流通，还能够防止浆液回流，防止因注浆锚索封孔组件1脱落或注浆泵出现故障导致已完成注浆的上游分段管路的浆液回流漏出。

第二种结构的限通组件为挡板，注浆管8的多个分段管路之间通过挡板隔开，挡板通过阻尼转轴与注浆管8的内壁连接；挡板自然状态水平设置，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压作用下打开，使相邻两段分段管路连通。挡板的形状、尺寸与注浆管8的横截面尺寸相匹配，注浆管8可以圆形管也可以为矩形管，挡板能够将注浆管8隔开，阻止浆液流通。示例性的，挡板的形状、尺寸与注浆管8的横截面的形状、尺寸相同，挡板的一边通过阻尼转轴与注浆管8的内壁连接，出浆孔10设于阻尼转轴的上游。当管路内压力达到挡板转动的阈值压力时，挡板由水平状态向浆液下游方向打开，当管路内压力小于挡板转动的阈值压力时，挡板保持水平状态，使上、下相邻两段管路隔开。注浆前，挡板为横置状态，将注浆管8相邻两段管路隔开。当与挡板下表面接触的浆液压力达到挡板向上打开的阈值压力之前，浆液充满该段管路后，水平状态的挡板能够阻碍浆液进入下游分段管路，浆液经出浆孔10流出至索体3与锚索孔13围岩的空间；当下游分段管路内的液压达到挡板向上打开的阈值压力后，挡板绕阻尼转轴转动，逐渐打开，直至挡板与注浆管8的侧壁贴合，呈完全打开状态，使上、下相邻两段管路连通，上游分段管路中的浆液进入下游分段管路。示例性的，挡板在0～5Mpa的液压下不会发生转动，当浆液压力大于5Mpa时，挡板能够绕阻尼转轴转动，使浆液流通进入下游管路。此结构的限通组件结构简单，制作成本低。

与现有技术相比，本实施例提供的支护方法，利用实施例一中的分段式中空注浆锚索进行分段注浆，具体的，注浆时，由于注浆管8上设置多个限通组件，多个限通组件将注浆管8分为多个分段管路，每一限通组件上均设有出浆孔10，在限通组件的限流作用下，由上游分段管路向下游分段管路依次注浆充填，实现分段式注浆调控、对煤岩体7多段化注浆，保证了浆液在锚索孔13围岩孔裂隙中均匀扩散充填，显著提升了注浆效果。利用了限通组件在一定压力下封闭功能，实现了由围岩浅部向深部方向逐渐进行注浆作业，提高了锚索的承载能力和支护效果，在裂隙发育带、顶板破碎带受回采扰动的巷道围岩控制和支护及维护效果明显。另外，将注浆管8的多个分段管路的长度设置为梯度递减设置，注浆锚索安装在锚索孔之后，由围岩浅部向深部方向，注浆管8分段管路的长度依次变短，此结构设计是由于初始注浆时，注浆容易，随着逐段注浆的进行，注浆压力越来越大，将分段管路长度递减设置，能够使注浆更加均匀，注浆量增加30％～45％，围岩裂隙充填效果更好，从而提高了支护效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多段式中空注浆锚索，其特征在于，包括索体(3)，所述索体(3)由多根钢绞线(11)螺旋缠绕注浆管(8)构成；

所述注浆管(8)设有多个限通组件，多个限通组件将注浆管(8)分为多个分段管路，限通组件能够将相邻两分段管路隔开，并能够在限通组件的阈值压力下打开使相邻两分段管路连通；

所述限通组件为膨胀管(2)，所述膨胀管(2)包括依次连接的浆液流入连接段(18)、内凹段(19)和浆液流出连接段(20)，所述浆液流入连接段(18)的第一流入口(9)与相邻的上游分段管路连接，所述浆液流出连接段(20)的第一流出口(14)与相邻的下游分段管路连接；

所述内凹段(19)在自然状态下为闭合状态，将相邻两段分段管路断开，能够在一定液压下打开，使相邻两段分段管路连通；所述限通组件上设有出浆孔(10)；所述出浆孔(10)设于所述内凹段(19)的下部侧壁；

所述内凹段(19)由弹性材料制成；

所述内凹段(19)具有打开压力阈值和闭合压力阈值，当管路内压力达到打开压力阈值时，所述内凹段(19)的侧壁打开，使相邻两分段管路连通；当管路内压力减小到闭合压力阈值时，所述内凹段(19)的侧壁闭合，将相邻两段管路断开；沿浆液流向，所述注浆管(8)的多个分段管路的长度为梯度递减设置。

2.根据权利要求1所述的多段式中空注浆锚索，其特征在于，所述浆液流入连接段(18)与浆液流出连接段(20)的管径相等，且与内凹段(19)两端管口的直径相等；

由所述内凹段(19)的侧壁两端向中间，所述内凹段(19)的管径均逐渐减小，最小管径处内凹段(19)的侧壁接触。

3.根据权利要求1所述的多段式中空注浆锚索，其特征在于，所述出浆孔(10)的数量为多个。

4.根据权利要求1所述的多段式中空注浆锚索，其特征在于，螺旋缠绕的钢绞线(11)的螺距大于钢绞线(11)的直径。

5.根据权利要求1所述的多段式中空注浆锚索，其特征在于，还包括注浆锚索封孔组件(1)和锁紧组件，所述注浆锚索封孔组件(1)用于封堵注浆管(8)尾部的进浆口；

所述锁紧组件用于将索体(3)固定于煤岩体(7)上；所述锁紧组件包括锁具(4)、托盘(5)和止浆塞(6)，所述止浆塞(6)用于封堵锚索孔(13)。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的多段式中空注浆锚索的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：确定注浆参数，进行前期准备；

第二步：安装注浆锚索；

第三步：逐段注浆，完成注浆支护。

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