CN114000903B - 一种岩体锚固装置及锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种岩体锚固装置及锚固方法，涉及巷道支护技术领域，能够充分搅拌钻孔的不规则孔段中的锚固剂，在一定程度上可增强具有不规则孔段的钻孔中锚固装置的锚固效果。所述岩体锚固装置包括：锚杆，在所述锚杆的圆周面上固定有助锚结构体，所述助锚结构体包括套管，所述套管套设于所述锚杆的圆周面上，在所述套管的外圆周面上设有旋转状布置的具有预定韧性的分叉延伸部和螺纹，所述螺纹位于所述分叉延伸部的表面；当所述锚杆安装于所述钻孔中时，所述分叉延伸部位于所述钻孔的不规则孔段中。本发明适用于矿井巷道和隧道等地下工程支护施工中。

Description

一种岩体锚固装置及锚固方法

技术领域

本发明涉及巷道支护技术领域，尤其涉及一种岩体锚固装置及锚固方法。

背景技术

破碎区域内的围岩易塌落，当在存在破碎区域的围岩中钻设锚索孔时，塌落的围岩会导致卡钻，形成具有不规则孔段的钻孔，不规则孔段的孔径大于正常钻孔的孔径，使锚固剂塞入钻孔后容易偏移或者多股锚固剂并行塞入同一段不规则钻孔，但是现有的锚杆或锚索等锚固装置的有效搅拌范围根据正常钻孔参数设定，由此导致锚固装置无法充分搅拌不规则孔段中的锚固剂，降低了具有不规则孔段的钻孔中锚固装置的锚固效果。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种岩体锚固装置及锚固方法，能够充分搅拌钻孔的不规则孔段中的锚固剂，在一定程度上可增强具有不规则孔段的钻孔中锚固装置的锚固效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种岩体锚固装置，用于具有不规则孔段的钻孔中，包括：锚杆，在所述锚杆的圆周面上固定有助锚结构体，所述助锚结构体包括套管，所述套管套设于所述锚杆的圆周面上，在所述套管的外圆周面上设有旋转状布置的具有预定韧性的分叉延伸部和螺纹，所述螺纹位于所述分叉延伸部的表面；当所述锚杆安装于所述钻孔中时，所述分叉延伸部位于所述钻孔的不规则孔段中。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述分叉延伸部包括多组分叉杆，多组分叉杆彼此间轴向间隔设置于所述套管的外圆周面上，每组分叉杆包括环形阵列设于所述套管外周面上的多根分叉杆。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，每根分叉杆的自由端朝向锚杆的外端侧设置。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述分叉杆为旋转状布置的杆体，所述杆体的自由端为尖锥状。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述锚杆的里端端部为锥形结构。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述锚杆上、位于所述套管的两端分别设有限位环。

第二方面，本发明实施例提供一种锚固方法，所述方法包括步骤：在钻孔清孔后，确定出钻孔的不规则孔段位置；将预先准备的助锚结构体安装于锚杆的预定位置处，形成第一方面任一所述的岩体锚固装置；将锚杆锚固剂塞入所述钻孔中，并用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂；当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，将所述岩体锚固装置的锚杆外端连接于钻机上；启动钻机，带动锚杆旋转顶破并搅拌锚固剂，利用锚杆上安装的所述助锚结构体的分叉延伸部和螺纹增加径向搅拌范围，充分搅拌并挤压落入不规则孔段中的锚固剂，增强岩体锚固装置的锚固力，确保锚固剂的密实和强度；待锚固剂凝固之后，利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述钻孔为上行钻孔，所述方法还包括：在锚杆锚固剂顶推过程中，利用所述助锚结构体的分叉延伸部支撑于钻孔的孔壁上；借助所述分叉延伸部的支撑力防止锚杆推送过程中向下掉落。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述分叉延伸部扎入于钻孔的孔壁中；所述利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定包括：利用岩体锚固装置的锚固力及所述分叉延伸部对不规则孔段的孔壁岩体的支撑力协同维持岩体的稳定。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂包括：借助所述岩体锚固装置的分叉延伸部的韧性，将所述分叉延伸部朝向锚杆挤压并拢，收缩岩体锚固装置的整体径向尺寸，以使锚杆顺利***钻孔中；当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，再借助所述分叉延伸部的韧性回弹至初始伸展状态，以增加分叉延伸部在不规则孔段中的径向搅拌范围。

本发明实施例提供的岩体锚固装置及锚固方法，具有预定韧性的分叉延伸部可以收缩整体径向尺寸，使锚杆顺利***钻孔中，并在分叉延伸部进入不规则孔段后，借助韧性回弹至初始伸展状态，由此增加岩体锚固装置在不规则孔段中的径向搅拌范围，从而充分搅拌钻孔的不规则孔段中的锚固剂，在一定程度上可增强具有不规则孔段的钻孔中锚固装置的锚固效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一种岩体锚固装置的结构示意图；

图2为图1所示的岩体锚固装置的侧视图；

图3为图1所示的岩体锚固装置设置在正常锚索孔中的示意图；

图4为图1所示的岩体锚固装置设置在不规则孔段中的示意图；

图5为本发明实施例一种岩体的锚固方法的流程图；

图6为图5所示流程图中将锚杆锚固剂塞入所述钻孔中的示意图；

图7为图5所示流程图中用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂的示意图；

图8为图5所示流程图中岩体锚固装置维持岩体的稳定的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参看图1至图4，本实施例基于岩体锚固装置，用于具有不规则孔段的钻孔1中，包括锚杆2，在所述锚杆2的圆周面上固定有助锚结构体3，所述助锚结构体3包括套管4，所述套管4套设于所述锚杆2的圆周面上，在所述套管4的外圆周面上设有旋转状布置的具有预定韧性的分叉延伸部5和螺纹(图中未示出)，所述螺纹位于所述分叉延伸部5的表面；当所述锚杆2安装于所述钻孔1中时，所述分叉延伸部5位于所述钻孔1的不规则孔段6中。其中，锚杆2也可以更换为锚索，并根据钻孔1中不规则孔段6的位置，在锚杆2上套设固定助锚结构体3形成岩体锚固装置。

围岩存在破碎区域，在具有破碎区域的围岩上钻孔时，围岩易塌落，导致卡钻，使得在破碎区域内的围岩上形成的钻孔段孔径大于其余钻孔段的孔径，该在破碎区域内的围岩上形成的钻孔段孔径大于其余钻孔段孔径的孔段称为不规则孔段。相对于全长孔径相同的钻孔，这种具有不规则孔段的钻孔全长孔径不完全一致。

分叉杆7为旋转状布置杆体(也可以称之为螺旋状杆体)，分叉延伸部5由多组分叉杆7组成，因此称分叉延伸部5为旋转状布置的分叉延伸部。

在分叉延伸部5的表面设置螺纹，能够增加径向搅拌范围，充分搅拌并挤压落入不规则孔段中的锚固剂，确保锚固剂的密实和强度，从而增强岩体锚固装置的锚固力。

本发明实施例提供的岩体锚固装置，具有预定韧性的分叉延伸部5可以收缩整体径向尺寸，使锚杆2顺利***钻孔1中，并在分叉延伸部5进入不规则孔段6后，借助韧性回弹至初始伸展状态，由此增加岩体锚固装置在不规则孔段6中的径向搅拌范围，从而充分搅拌钻孔1的不规则孔段6中的锚固剂，在一定程度上可增强具有不规则孔段6的钻孔1中锚固装置的锚固效果。

参看图1和图2，在一实施例中，所述分叉延伸部5包括多组分叉杆7，多组分叉杆7彼此间轴向间隔设置于所述套管4的外圆周面上，每组分叉杆7包括环形阵列设于所述套管4外周面上的多根分叉杆7。其中，分叉杆7是一根与锚杆中心线成预定角度的直杆，所述分叉杆7至少为两组，每组分叉杆7的环形阵列长度根据预先确定的钻孔1的不规则孔段6的长度确定，由此分叉延伸部5能够对不规则孔段6中的锚固剂进行充分搅拌，以增强锚固装置的锚固效果。

参看图3，在一实施例中，每根分叉杆7的自由端朝向锚杆2的外端侧设置。分叉杆7具有韧性，自由端可以朝向锚杆2挤压并拢，使岩体锚固装置的径向范围缩小，顺利***钻孔1，并在不规则孔段6中回弹至初始伸展状态，从而扩大锚固装置搅拌锚固剂时的有效搅拌范围，使不规则孔段6中的锚固剂得到充分搅拌，从而增强锚固装置的锚固效果。

在一实施例中，所述分叉杆7为旋转状布置的杆体，所述杆体的自由端为尖锥状。

其中分叉杆7可以为左旋状布置的钢筋针。

旋转状布置的杆体具有搅拌锚固剂和旋转定向挤压锚固剂的功能，由此岩体锚固装置能够使不规则孔段6中的锚固剂得到充分搅拌，确保锚固剂的密实和强度，从而可以在一定程度上增强不规则孔段6中锚固装置的锚固效果；尖锥状的端部有利于分叉杆7***钻孔1岩壁中，向钻孔1岩壁提供支撑力，由此，能够利用岩体锚固装置的锚固力及分叉延伸部5对不规则孔段6的孔壁岩体的支撑力协同维持岩体的稳定。

在一实施例中，所述锚杆2的里端端部为锥形结构。由此，有利于锚杆2与钻机相连接后顶破所述锚杆2锚固剂。

参看图4，在一实施例中，所述锚杆2上、位于所述套管4的两端分别设有限位环8。所述限位环8能够限制助锚结构体3的移动，保证在锚杆2安装至预定位置时，助锚结构体3位于不规则孔段6内，由此确保不规则孔段6中的锚固剂可以得到充分搅拌，增强锚固装置的锚固效果。

实施例二

参看图5至图8，本发明实施例提供的岩体的锚固方法，包括步骤：

S01、在钻孔清孔后，确定出钻孔的不规则孔段位置。

利用钢管和外斜钢筋，结合现场工程地质情况确定不规则孔段位置以及不规则孔段孔径与锚杆直径之间的差值，由此确定助锚结构体的长度以及分叉延伸部的长度和每个分叉杆与锚杆中心线之间的夹角。

S02、将预先准备的助锚结构体安装于锚杆的预定位置处，形成实施例一所述的岩体锚固装置。其中，助锚结构体通过摩擦力、粘接力或者卡扣结构安装于锚杆的预定位置处。

S03、将锚杆锚固剂塞入所述钻孔中，并用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂。

参看图7，在一实施例中，所述用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂包括：借助所述岩体锚固装置的分叉延伸部的韧性，将所述分叉延伸部朝向锚杆挤压并拢，收缩岩体锚固装置的整体径向尺寸，以使锚杆顺利***钻孔中；当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，再借助所述分叉延伸部的韧性回弹至初始伸展状态，以增加分叉延伸部在不规则孔段中的径向搅拌范围。

在一实施例中，所述钻孔为上行钻孔，所述方法还包括：在锚杆锚固剂顶推过程中，利用所述助锚结构体的分叉延伸部支撑于钻孔的孔壁上；借助所述分叉延伸部的支撑力防止锚杆推送过程中向下掉落。其中，分叉延伸部的端部为尖锥状，可以***钻孔的孔壁中，由此向助锚结构体提供一个支撑力，助锚结构体安装于锚杆上，所以助锚结构体能够向锚杆提供一个支撑力，由此防止锚杆在锚固剂的重力作用下向下掉落。

S04、当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，将所述岩体锚固装置的锚杆外端连接于钻机上。

这样，岩体锚固装置可以对不规则孔段中的锚固剂进行充分搅拌以及旋转定向加压锚固剂，确保锚固剂的密实和强度，从而可以在一定程度上增强不规则孔段中锚固装置的锚固效果。

S05、启动钻机，带动锚杆旋转顶破并搅拌锚固剂，利用锚杆上安装的所述助锚结构体的分叉延伸部和螺纹增加径向搅拌范围，充分搅拌并挤压落入不规则孔段中的锚固剂，由此，使锚固剂和钻孔孔壁紧密接触，确保锚固剂的密实和强度，从而充分发挥锚固剂的粘接作用，增强锚固装置和钻孔孔壁之间的连接的可靠性，进而增强岩体锚固装置的锚固力。

S06、待锚固剂凝固之后，利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定。

参看图8，在一实施例中，所述分叉延伸部扎入于钻孔的孔壁中；所述利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定包括：利用岩体锚固装置的锚固力及所述分叉延伸部对不规则孔段的孔壁岩体的支撑力协同维持岩体的稳定。具体地，充分搅拌锚固剂后，分叉延伸部的端部***孔壁岩体中，能够向岩体提供支撑力；充分搅拌完成的锚固剂凝固后，使锚固装置和钻孔孔壁相连接，由此锚固装置的锚固力能够传递到岩体中，实现锚固力和支撑力相互配合，协同维持岩体的稳定。

本发明提供的岩体的锚固方法，可以在锚固剂塞入钻孔后偏移或者多股锚固剂并行塞入同一段钻孔内的情况下，对锚固剂进行充分搅拌，从而使锚固段锚固剂与钻孔壁紧密接触，增强锚固结构的锚固效果。

可以理解的是，为说明书叙述尽可能在清楚公开的前提下，简洁明了。本发明各个实施例基本发明精神一致，在叙述侧重点有所不同，方案及方案效果相互之间可以参照，在此就不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系的用语，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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种岩体锚固装置，其特征在于，用于具有不规则孔段的钻孔中，包括锚杆，在所述锚杆的圆周面上固定有助锚结构体，所述助锚结构体包括套管，所述套管套设于所述锚杆的圆周面上，在所述套管的外圆周面上设有旋转状布置的具有预定韧性的分叉延伸部和螺纹，所述螺纹位于所述分叉延伸部的表面；

当所述锚杆安装于所述钻孔中时，所述分叉延伸部位于所述钻孔的不规则孔段中；

其中，所述助锚结构体在所述锚杆的圆周面上的位置，与目标钻孔中不规则孔段的位置相对应，所述不规则孔段是围岩的破碎区域内的孔段，所述不规则孔段的孔径大于其余钻孔段的孔径；

所述分叉延伸部包括多组分叉杆，多组分叉杆彼此间轴向间隔设置于所述套管的外圆周面上，每组分叉杆包括环形阵列设于所述套管外周面上的多根分叉杆；

每根分叉杆的自由端朝向锚杆的外端侧设置；

所述锚杆上、位于所述套管的两端分别设有限位环。

2.根据权利要求1所述的岩体锚固装置，其特征在于，所述分叉杆为旋转状布置杆体，所述杆体的自由端为尖锥状。

3.根据权利要求2所述的岩体锚固装置，其特征在于，所述锚杆的里端端部为锥形结构。

4.一种岩体的锚固方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

在钻孔清孔后，确定出钻孔的不规则孔段位置；

将预先准备的助锚结构体安装于锚杆的预定位置处，形成权利要求1至3任一所述的岩体锚固装置；

将锚杆锚固剂塞入所述钻孔中，并用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂；

当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，将所述岩体锚固装置的锚杆外端连接于钻机上；

启动钻机，带动锚杆旋转顶破并搅拌锚固剂，利用锚杆上安装的所述助锚结构体的分叉延伸部和螺纹增加径向搅拌范围，充分搅拌并挤压落入不规则孔段中的锚固剂，增强岩体锚固装置的锚固力，确保锚固剂的密实和强度；

待锚固剂凝固之后，利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定。

5.根据权利要求4所述的锚固方法，其特征在于，所述钻孔为上行钻孔，所述方法还包括：

在锚杆锚固剂顶推过程中，利用所述助锚结构体的分叉延伸部支撑于钻孔的孔壁上；

借助所述分叉延伸部的支撑力防止锚杆推送过程中向下掉落。

6.根据权利要求4所述的锚固方法，其特征在于，所述分叉延伸部扎入于钻孔的孔壁中；所述利用锚固于所述岩体中的岩体锚固装置维持岩体的稳定包括：利用岩体锚固装置的锚固力及所述分叉延伸部对不规则孔段的孔壁岩体的支撑力协同维持岩体的稳定。

7.根据权利要求4所述的锚固方法，其特征在于，所述用所述岩体锚固装置向钻孔底部顶推所述锚杆锚固剂包括：借助所述岩体锚固装置的分叉延伸部的韧性，将所述分叉延伸部朝向锚杆挤压并拢，收缩岩体锚固装置的整体径向尺寸，以使锚杆顺利***钻孔中；

当所述锚杆锚固剂顶推至钻孔底部，且所述岩体锚固装置的分叉延伸部位于所述不规则孔段中时，再借助所述分叉延伸部的韧性回弹至初始伸展状态，以增加分叉延伸部在不规则孔段中的径向搅拌范围。