CN114427473A - 一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，主要用于松软、破碎等复杂地质开采条件锚杆(索)支护性能提升，通过机械编织而成的圆环状柔膜材料，结合非牛顿流体材料，一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，形成的圆环状柔膜盘，解决了传统钢托盘与破碎围岩表面贴紧面积小、锚杆(索)受力容易偏心失效等问题，提高了锚杆(索)支护对围岩条件的应力能力，特别是在松软破碎围岩等地质开采条件下，大大提升了锚杆(索)支护性能的发挥，应力分散和传送快，负载均布化，为复杂条件下煤矿安全高效生产提供了有益的保障。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道围岩控制领域，尤其涉及复杂地质条件以及断面成型质量较差巷道锚杆(索)支护性能的提升，如松软破碎围岩、煤层巷道等，具体为一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法。
背景技术
煤矿巷道是煤矿井下生产的基础，我国每年新掘巷道数万公里，它担负着运输、通风等重要功能。锚杆(索)支护技术以其对工程地质条件适应性强、掘进速度快、劳动强度低、支护强度高、支护效果好、支护成本低等诸多优点在我国煤矿获得了广泛的推广和发展，已成为我国地下煤矿开采中普遍采用的一种主动控制巷道围岩稳定的支护技术，代表了将来煤矿巷道支护技术的主要发展方向，目前我国国有重点煤矿平均锚杆支护率超60％，部分矿区锚杆支护率超过90％，甚至达到100％。
但是，对于破碎、松软煤岩，巷道掘出后断面成型质量较差，断面坑洼现象是该类巷道的常态。锚杆(索)支护技术在这类困难巷道中支护效果差，围岩变形大，支护构件易于破坏，巷道安全得不到保证，为了解决这些问题，在常规锚杆(索)支护结构的基础上增加调心球垫，提高螺母、托盘的强度等等技术措施，在一定程度上缓解该类巷道的支护难题。
随着巷道矿压规律的逐步显现，锚杆(索)受力逐渐增大，虽然采用了高强度锚杆(索)、托盘、螺母以及调心球垫等支护材料，但巷道围岩变形加剧了断面平整度的破坏，锚杆(索)难以继续保持预设的支护形态，不能有效发挥锚杆(索)本身的支护性能，致使锚杆(索)支护失效以及围岩剧烈变形破坏的发生。
发明内容
针对现有技术中目前松软、破碎围岩掘进割煤后存在断面成型差，锚杆(索)支护材料难以有效发挥支护性能的问题，本发明提供一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，包括如下步骤：
步骤1，根据锚杆的支护参数，裁制若干柔膜材料；
步骤2，将裁制好的柔膜材料经加工编织，制成柔膜盘；
步骤3，将非牛顿流体材料灌满柔膜盘内，并将柔膜盘连接闭合；
步骤4，待柔膜盘加工成型后，将柔膜盘放置在破碎围岩上，且位于巷道围岩的外部；
步骤5，将锚杆通过柔膜盘穿入破碎围岩的巷道围岩内，依次在锚杆上套设有钢托盘、调心球垫和螺母，其中钢托盘与调心球垫连接，通过经锚杆上的螺母拧紧，使得锚杆对调心球垫产生压紧力，同时带动钢托盘将柔膜盘压紧在破碎围岩上，完成锚杆支护安装。
优选的，步骤1中，所述柔膜材料包括涂塑布、纤维布和编织布，并通过机械编制形成。
优选的，步骤2中，所述柔膜盘呈圆环状，为单层或多层柔膜结构。
进一步的，柔膜盘的每层厚度大于5mm。
更进一步的，柔膜盘的直径大于钢托盘的内切圆直径。
更进一步的，柔膜盘上设有锚杆孔，且锚杆孔的孔径大于锚杆的外径。
优选的，步骤3中，非牛顿流体材料通过聚乙二醇和硅微粒按比例混合搅拌而形成。
优选的，步骤5中，所述柔膜盘通过钢托盘的预紧力整体压紧在破碎围岩表面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，主要用于松软、破碎等复杂地质开采条件锚杆(索)支护性能提升，通过机械编织而成的圆环状柔膜材料，结合非牛顿流体材料，一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，形成的圆环状柔膜盘，解决了传统钢托盘与破碎围岩表面贴紧面积小、锚杆(索)受力容易偏心失效等问题，提高了锚杆(索)支护对围岩条件的应力能力，特别是在松软破碎围岩等地质开采条件下，大大提升了锚杆(索)支护性能的发挥，应力分散和传送快，负载均布化，为复杂条件下煤矿安全高效生产提供了有益的保障。
进一步地，非牛顿体流体材料通常状态下以液态形式存在，一旦受到冲击和紧压，就变成坚硬的固体。该材料特性能很好的适配锚杆(索)支护受力过程，且对不平整的围岩表面具有很好的闭合作用，最大限度地保持了锚杆(索)的初始支护形态。
另本发明技术施工安全可靠，环境友好，无任何环境污染问题，圆环状柔膜盘采用阻燃材料编织而成，结构致密，重量轻，耐腐蚀，携带、施工方便，成本低廉。即使在围岩动压变化导致的逐步收敛变形时，仍具有很强的适应性，且能进行回收再利用，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明中圆环状柔膜盘结构示意图；
图2为本发明中锚杆安装围岩的结构示意图；
图3为本发明中破碎围岩锚杆支护性能的提升方法的流程图。
图中：1-柔膜盘；2-锚杆孔；3-非牛顿流体材料；4-锚杆；5-螺母；6-调心球垫；7-钢托盘；8-巷道围岩。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图3，本发明一个实施例中，提供了一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，包括如下步骤：
步骤一：根据设计的锚杆4支护参数，裁制若干由涂塑布、纤维布、编织布等原料经特殊工艺编织而成的柔膜材料；
步骤二：将裁制好的柔膜材料经机械加工编织，制成单层或多层结构的圆环状柔膜盘1，所述的柔膜盘1具有一定厚度，厚度应不小于5mm；柔膜盘1的直径应大于等于配套的高强度钢托盘7的内切圆直径2～3mm；柔膜盘1上设计有锚杆孔2，锚杆孔2的孔径应大于配套使用的锚杆(索)直径2～5mm。
步骤三：将由聚乙二醇和硅微粒按一定比例混合而成的非牛顿流体材料3灌满圆环状柔膜盘环空间，四周采用边绳加强连接闭合；
步骤四：待柔膜盘1加工成型后，在复杂地质条件下的巷道围岩8钻锚杆(索)钻孔；
步骤五：待锚杆(索)钻孔成型后，依次进行树脂锚固剂、锚杆4、圆环状柔膜盘1、钢托盘7、调心球垫6、螺母5放置，施加预应力完成锚杆4支护安装。所述圆环状柔膜盘1穿过锚杆4，放置于围岩8与钢托盘7之间，一侧紧靠巷道围岩8表面，一侧受钢托盘7传递预紧力。
上述过程中通过机械编织而成的圆环状柔膜材料，结合一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂(非牛顿流体材料3)，形成的圆环状柔膜盘，对不平整的围岩表面具有很好的闭合作用，大大增加了托盘与破碎围岩表面贴紧面积，最大限度地保持了锚杆(索)的初始支护形态，能很好的适配锚杆(索)支护受力过程，提高了锚杆(索)支护对围岩条件的适应能力，承载能力好，应力分散和传送快，负载均布化，高强度低延伸，环境友好，重量轻，且能进行回收再利用等优异特点。适用于煤矿、隧道等地下工程巷道围岩表面不平整、破碎的锚杆(索)支护，本发明的破碎围岩的支护方法也适用于锚索对破碎围岩的支护性能。
根据图1所示，本发明所用圆环状柔膜盘结构示意图，该装置主要由圆环状柔膜盘1、柔膜盘锚杆(索)孔2、非牛顿流体材料3组成。通过由涂塑布、纤维布、编织布等原料经特殊工艺编织而成的柔膜材料，经机械加工编织，制成单层或多层结构的圆环状结构柔膜盘1，将由聚乙二醇和硅微粒按一定比例混合而成的非牛顿流体材料3灌满圆环状柔膜盘环空间，并且四周采用边绳加强连接闭合。具有承载能力好，高强度低延伸，使用安全可靠、阻燃，挡浆、挡水效果好等特性。
根据图2所示，本发明安装示意图。待锚杆(索)钻孔成型后，依次进行树脂锚固剂、锚杆4、柔膜盘1、钢托盘7、调心球垫6、螺母5放置，施加预应力完成锚杆(索)支护安装。柔膜盘1穿过锚杆(索)杆体4，放置于巷道围岩8与钢托盘7之间，一侧紧靠巷道围岩8表面，一侧受钢托盘7传递预紧力。该支护结构对不平整的围岩表面具有很好的闭合作用，大大增加了托盘与破碎围岩表面贴紧面积，最大限度地保持了锚杆(索)的初始支护形态，能很好的适配锚杆(索)支护受力过程，提高了锚杆(索)支护对围岩条件的适应能力，应力分散和传送快，负载均布化。
首先根据设计的锚杆(索)支护参数，裁制若干由涂塑布、纤维布、编织布等原料经特殊工艺编织而成的柔膜材料；将裁制好的柔膜材料经机械加工编织，制成单层或多层结构的柔膜盘1，所述的柔膜盘1具有一定厚度，厚度应不小于5mm；直径应大于等于配套的高强度托盘内切圆直径2～3mm；设计有锚杆孔2，该孔径应大于配套使用的锚杆4直径2～5mm；将由聚乙二醇和硅微粒按一定比例混合而成的非牛顿流体材料3灌满圆环状柔膜盘环空间，四周采用边绳加强连接闭合；待圆环状柔膜盘1加工成型后，在复杂地质条件下的巷道围岩8钻锚杆孔4；待锚杆4钻孔成型后，依次进行树脂锚固剂、锚杆4、圆环状柔膜盘1、钢托盘7、调心球垫6、螺母5放置，施加预应力完成锚杆4支护安装。所述柔膜盘1穿过锚杆4，放置于巷道围岩8与钢托盘7之间，一侧紧靠巷道围岩8表面，一侧受钢托盘7传递预紧力。该技术施工安全可靠、速度快、环境友好，无任何环境污染问题，结构致密，重量轻，耐腐蚀，携带、施工方便，成本低廉。即使在围岩动压变化导致的逐步收敛变形时，仍具有很强的适应性，且能进行回收再利用。
综上所示，本发明提供了一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，主要用于松软、破碎等复杂地质开采条件锚杆(索)支护性能提升，通过机械编织而成的圆环状柔膜材料，结合非牛顿流体材料，一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂，形成的圆环状柔膜盘，解决了传统钢托盘与破碎围岩表面贴紧面积小、锚杆(索)受力容易偏心失效等问题，提高了锚杆(索)支护对围岩条件的应力能力，特别是在松软破碎围岩等地质开采条件下，大大提升了锚杆(索)支护性能的发挥，应力分散和传送快，负载均布化，为复杂条件下煤矿安全高效生产提供了有益的保障。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据锚杆(4)的支护参数，裁制若干柔膜材料；
步骤2，将裁制好的柔膜材料经加工编织，制成柔膜盘(1)；
步骤3，将非牛顿流体材料(3)灌满柔膜盘(1)内，并将柔膜盘(1)连接闭合；
步骤4，待柔膜盘(1)加工成型后，将柔膜盘(1)放置在破碎围岩上，且位于巷道围岩(8)的外部；
步骤5，将锚杆(4)通过柔膜盘(1)穿入破碎围岩的巷道围岩(8)内，依次在锚杆(4)上套设有钢托盘(7)、调心球垫(6)和螺母(5)，其中钢托盘(7)与调心球垫(7)连接，通过经锚杆(4)上的螺母拧紧，使得锚杆(4)对调心球垫(6)产生压紧力，同时带动钢托盘(7)将柔膜盘(1)压紧在破碎围岩上，完成锚杆(4)支护安装。
2.根据权利要求1所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，步骤1中，所述柔膜材料包括涂塑布、纤维布和编织布，并通过机械编制形成。
3.根据权利要求1所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，步骤2中，所述柔膜盘(1)呈圆环状，为单层或多层柔膜结构。
4.根据权利要求3所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，所述柔膜盘(1)的每层厚度大于5mm。
5.根据权利要求3所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，所述柔膜盘(1)的直径大于钢托盘(7)的内切圆直径。
6.根据权利要求3所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，所述柔膜盘(1)上设有锚杆孔(2)，且锚杆孔(2)的孔径大于锚杆(4)的外径。
7.根据权利要求1所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，步骤3中，非牛顿流体材料(3)通过聚乙二醇和硅微粒按比例混合搅拌而形成。
8.根据权利要求1所述的一种提升破碎围岩锚杆支护性能的方法，其特征在于，步骤5中，所述柔膜盘(1)通过钢托盘(7)的预紧力整体压紧在破碎围岩表面。
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