本發(fā)明設(shè)計一種錨桿及支護方法，尤其適用于煤礦井巷支護領(lǐng)域中煤層巷道幫部控制和快速掘進時使用的可擴展的擴孔自錨式錨桿及支護方法。

背景技術(shù)：

錨桿支護是煤層巷道支護的主要方式。目前，煤層巷道兩幫采用樹脂錨固技術(shù)支護，該技術(shù)有以下幾個問題：第一、樹脂錨固劑對煤體的適應(yīng)性較差，煤體松軟大變形使得樹脂錨固劑的錨固效果不好；第二、由于粘錨力較低不能約束煤體松散變形，導(dǎo)致片幫嚴(yán)重；第三、煤壁鉆孔易塌孔，成孔率低，樹脂錨固劑安裝不便，煤屑和錨固劑糅合進一步降低錨固效果；第四、工藝環(huán)節(jié)多，嚴(yán)重制約巷道掘進的速度；第五、桿體長度固定，對局部區(qū)域適應(yīng)性差；第六、幫部一次性支護失效后，不能補強繼續(xù)發(fā)揮作用，需要重新支護，反復(fù)擴刷巷道，增加工程量，難以適應(yīng)新型礦井采掘接替的要求；也不能適應(yīng)掘錨一體化的快速掘進技術(shù)。

普通的自鉆自錨式錨桿由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安裝時間長等因素在煤礦巷道難以適用。專利(CN1054433150A)提出了一種用于注漿支護快速安裝的自鉆式錨桿，由于排屑通道窄，無法及時排出高速旋轉(zhuǎn)鉆進的鉆頭產(chǎn)生的大量碎屑，同時結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；專利(CN1548659A)提出自鉆式錨桿支護軟土層的方法，由于其后續(xù)注漿工藝，要等漿液固化后才能預(yù)緊，不適應(yīng)煤巷支護要求；專利(CN100497887C)提出一種用于頂板注漿的套管漲殼型自鉆式中空錨桿，在幫部的橫向鉆孔中煤屑碎石制約漲殼機構(gòu)發(fā)揮作用，僅適用于頂板，對片幫難以奏效。

當(dāng)前煤層巷道幫部采用樹脂藥卷錨固支護技術(shù)，樹脂錨固劑對松散煤體適應(yīng)性差，煤壁易片幫、易塌孔，樹脂藥卷安放不便；幫部一次性支護失效后，不能補強繼續(xù)發(fā)揮作用，需要重新支護，反復(fù)擴刷巷道，增加工程量；同時，受掘錨機等設(shè)備現(xiàn)場施工條件限制，以及巷道部分區(qū)域地質(zhì)條件變化，對錨桿錨固長度要求有所不同，當(dāng)前不能調(diào)節(jié)長度和錨固長度的；另外，由于鉆孔、裝藥、安設(shè)錨桿、施加預(yù)緊力等工序制約了巷道的掘進速度，煤層巷道幫部支護亟需高效、簡約的支護方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：針對上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)實際需要調(diào)整長度，便于支護失效后補強，使用方便的可擴展的擴孔自錨式錨桿及支護方法。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的可擴展的擴孔自錨式錨桿包括簡易鉆頭、錨桿體，和預(yù)緊裝置；

其中錨桿體包括多根鉆進段桿體，多個連接套和設(shè)加長段桿體，多根鉆進段桿體通過多 個連接套相互連接，并在尾部通過連接套連接加長段桿體，所述鉆進段桿體內(nèi)部設(shè)有軸向通孔，外側(cè)設(shè)有大螺旋結(jié)構(gòu)，鉆進段桿體頭部外側(cè)設(shè)有頂端螺紋，尾部設(shè)有六棱連接部，鉆進段桿體側(cè)面設(shè)有多個與內(nèi)部通孔連通的注漿孔，所述連接套內(nèi)部設(shè)有連接套通孔，連接套一端內(nèi)側(cè)設(shè)有與鉆進段桿體六棱連接部相匹配的六面連接部，另一端內(nèi)側(cè)設(shè)有與加長段桿體的頂端螺紋相匹配的螺紋連接部；

所述預(yù)緊裝置為順序設(shè)置在加長段桿體的錨固螺紋上的止?jié){塞、托盤和螺母。

所述的簡易鉆頭為鋼材加工的一次性鉆頭，鋼材的強度超過鉆進巖體強度的1.2倍，其外徑小于螺旋桿體外徑2mm-10mm。

所述連接套外徑小于螺旋結(jié)構(gòu)外徑，包括六面連接部、連接套通孔、螺紋連接部。

所述多根加長段的長度在800mm-1500mm之間，所述的加長段桿體在600mm-1200mm之間。

一種擴孔自錨式錨桿支護方法，其步驟如下：

a.巷道掘進支護時，在需要加長支護的區(qū)域設(shè)計支護位置，先將簡易鉆頭裝配在第一根鉆進段桿體上，第一根鉆進段桿體的尾部六棱連接部直接與機載或者單體錨桿鉆機的六方連接套連接，啟動錨桿鉆機后，利用簡易鉆頭在錨桿鉆機的驅(qū)使下一次擴孔破煤鉆進，由于簡易鉆頭的外徑小于大螺旋桿體的外徑，大螺旋結(jié)構(gòu)在鉆進過程中二次擴孔自錨；

b.當(dāng)?shù)谝欢毋@進段鉆入煤壁只尾部剩余200mm露在煤壁時停止，根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)計錨固長度，需要利用多根鉆進段時，將錨桿鉆機從第一段鉆進段尾部拆下，利用連接套的六面連接部與第一段鉆進段桿體六棱連接部匹配，把第二個鉆進段通過頂端螺紋與連接套的螺紋連接部連接后，將錨桿鉆機安裝在第二個鉆進段尾部，啟動錨桿鉆機，使第二段鉆進段桿體鉆入煤壁，其余鉆進段依次類推設(shè)置；

c，完成鉆進段安裝后，用連接套的六面連接部與鉆進段尾部的六棱連接部匹配，螺紋連接部與加長段桿體頂部螺紋連接，在加長段桿體的錨固螺紋上安裝預(yù)緊裝置，并用加長段桿體的桿尾六棱段與錨桿鉆機連接，啟動鉆機鉆進，當(dāng)托盤與煤壁緊密接觸，停止鉆進完成加長段桿體的安裝，重復(fù)上述步驟完成巷道掘進支護；

d.支護完成24h-48h之后，錨桿體上的大螺旋結(jié)構(gòu)利用巖體自穩(wěn)過程與煤體嵌固耦合，產(chǎn)生以嵌固力和摩擦力為主的工作錨固力，再次充分緊固裝置的螺母，讓托盤擠壓煤壁，使桿體大螺旋結(jié)構(gòu)徑向與煤壁板狀裂隙相互作用，抑制裂隙擴展發(fā)育。

e.當(dāng)巷道結(jié)構(gòu)松軟或存在裂隙發(fā)育，則利用錨桿體的通孔及注漿孔滯后掘進迎頭10～30m間隔注漿；

e.巷道投入使用后，受采動影響，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)實際，進行補充注漿加固。

所述大螺旋結(jié)構(gòu)沿鉆進段桿體和加長段桿體全長布置；螺旋方向為右旋，螺旋角度在10°-60°之間；螺旋螺距在20mm-100mm之間，牙高在10mm-30mm之間，螺旋牙厚在2mm-20mm。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

(1)利用桿體的大螺旋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了擴孔自錨。同時利用巖體自穩(wěn)過程嵌固在煤體中，通過螺旋桿體與煤體耦合作用產(chǎn)生的嵌固力形成工作錨固力，取代了樹脂錨固劑，對控制煤巷幫部變形的適應(yīng)性明顯提高。

(2)簡化幫部支護的施工工藝。自帶鉆頭，擴孔自錨，實現(xiàn)鉆錨一體化；提前組裝，一次性安裝，省去了鉆孔、裝藥等程序，避免了鉆不進去、塌孔、堵孔等問題，能有效提高幫部支護的速度。

(3)實現(xiàn)錨桿在巷道生命周期的不同階段內(nèi)針對礦壓顯現(xiàn)發(fā)揮多種功能。從巷道開挖到巷道服役，通過前期自鉆自錨以及后期注漿加長錨固，有效約束幫部變形、片幫，實現(xiàn)鉆錨一體化，能明顯提高支護效能。

(4)分段式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)桿體長度和錨固長度的可調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了分段加長錨固，解決了錨桿長度固定帶來的各種問題，能適應(yīng)掘錨機等設(shè)備現(xiàn)場施工要求，彌補了由于巷道地質(zhì)條件變化不能及時調(diào)整錨桿長度的缺陷。

(5)有效控制片幫和松軟煤巷的大變形。大螺旋結(jié)構(gòu)徑向抑制煤壁板狀裂隙擴展發(fā)育，阻礙松散體脫落，能夠顯著控制煤壁片幫。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的錨桿結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明的鉆進段桿體示意圖

圖3為本發(fā)明的加長段桿體示意圖

圖4為本發(fā)明的加長段桿體中A-A處剖視圖。

圖5為本發(fā)明的加長段桿體中B-B處剖視圖。

圖6為本發(fā)明的連接套縱向剖面圖。

圖中：1-簡易鉆頭、2-大螺旋結(jié)構(gòu)、3-鉆進段桿體、4-六棱連接部、5-連接套、6-加長段桿體、7-注漿孔、8-止?jié){塞、9-托盤、10-螺母、11-頂端螺紋、12-錨固螺紋、13、螺母螺紋、14-桿尾六棱段、15-通孔、16、六面連接部、17-連接套通孔、18-螺紋連接部。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細(xì)說明：

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的可擴展的擴孔自錨式錨桿，包括簡易鉆頭1、錨桿體， 和預(yù)緊裝置；所述的簡易鉆頭1為鋼材加工的一次性鉆頭，鋼材的強度超過鉆進巖體強度的1.2倍，其外徑小于螺旋桿體外徑2mm-10mm，其中錨桿體包括多根鉆進段桿體3，所述多根加長段3的長度在800mm-1500mm之間，所述的加長段桿體在600mm-1200mm之間，多個連接套5和設(shè)加長段桿體6，多根鉆進段桿體3通過多個連接套5相互連接，并在尾部通過連接套5連接加長段桿體6，所述鉆進段桿體3內(nèi)部設(shè)有軸向通孔，外側(cè)設(shè)有大螺旋結(jié)構(gòu)2，鉆進段桿體3頭部外側(cè)設(shè)有頂端螺紋11，尾部設(shè)有六棱連接部4，鉆進段桿體3側(cè)面設(shè)有多個與內(nèi)部通孔連通的注漿孔7，所述連接套5內(nèi)部設(shè)有連接套通孔17，如圖4所示，連接套5一端內(nèi)側(cè)設(shè)有與鉆進段桿體3六棱連接部4相匹配的六面連接部16；

如圖5所示，另一端內(nèi)側(cè)設(shè)有與加長段桿體6的頂端螺紋12相匹配的螺紋連接部18，其中通孔15為桿體的中空，在施工過程中用于注水進行濕式鉆孔，在礦壓顯現(xiàn)明顯的地段，通孔15用來注漿加固；

如圖6所示，所述連接套5外徑小于螺旋結(jié)構(gòu)外徑，包括六面連接部16、連接套通孔17、螺紋連接部18。六面連接部(16)與鉆進段桿位(4)快速連接，螺紋連接部(18)與加長段頂端螺紋連接。通過通孔(17)將兩段桿體聯(lián)通，便于濕式鉆孔與后期注漿，鉆進段、加長段的螺紋規(guī)格是一致。所述預(yù)緊裝置為順序設(shè)置在加長段桿體的錨固螺紋12上的止?jié){塞8、托盤9和螺母10。

所述簡易鉆頭1外直徑比錨桿桿體直徑大3～8mm，所述簡易鉆頭1設(shè)有與桿體相連的開口，開口周圍設(shè)有多個凸起且向中心傾斜的尖刀，尖刀的頂部距鉆頭中心3mm～5mm，簡易鉆頭1側(cè)面設(shè)有用于將鉆進產(chǎn)生的粉末排出鉆頭位置螺旋凹槽，凹槽的寬度為5mm～8mm，凹槽的深度為3mm～5mm。所述簡易鉆頭1側(cè)面在凹槽間隙處設(shè)有多個阻爪，所述阻爪包括槽腔、圓軸、高強阻隔板和強力彈簧，所述槽腔為高強阻隔板轉(zhuǎn)動提供一個空間，槽腔底部一側(cè)通過圓軸與高強阻隔板活動連接，高強阻隔板與槽腔底部之間設(shè)有強力彈簧，高強阻隔板利用強力彈簧彈起并通過圓軸可在槽腔里轉(zhuǎn)動。

一種擴孔自錨式錨桿支護方法，其步驟如下：

a.巷道掘進支護時，在需要加長支護的區(qū)域設(shè)計支護位置，先將簡易鉆頭1裝配在第一根鉆進段桿體3上，第一根鉆進段桿體3的尾部六棱連接部4直接與機載或者單體錨桿鉆機的六方連接套連接，啟動錨桿鉆機后，利用簡易鉆頭1在錨桿鉆機的驅(qū)使下一次擴孔破煤鉆進，由于簡易鉆頭1的外徑小于大螺旋桿體的外徑，大螺旋結(jié)構(gòu)2在鉆進過程中二次擴孔自錨；

b.當(dāng)?shù)谝欢毋@進段3鉆入煤壁只尾部剩余200mm露在煤壁時停止，根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)計錨 固長度，需要利用多根鉆進段3時，將錨桿鉆機從第一段鉆進段3尾部拆下，利用連接套5的六面連接部16與第一段鉆進段桿體3六棱連接部4匹配，把第二個鉆進段3通過頂端螺紋11與連接套5的螺紋連接部18連接后，將錨桿鉆機安裝在第二個鉆進段3尾部，啟動錨桿鉆機，使第二段鉆進段桿體鉆入煤壁，其余鉆進段3依次類推設(shè)置；

c，完成鉆進段安裝后，用連接套5的六面連接部16與鉆進段3尾部的六棱連接部4匹配，螺紋連接部18與加長段桿體6頂部螺紋12連接，在加長段桿體6的錨固螺紋上安裝預(yù)緊裝置，并用加長段桿體6的桿尾六棱段14與錨桿鉆機連接，啟動鉆機鉆進，當(dāng)托盤9與煤壁緊密接觸，停止鉆進完成加長段桿體6的安裝，重復(fù)上述步驟完成巷道掘進支護；

d.支護完成24h-48h之后，錨桿體上的大螺旋結(jié)構(gòu)2利用巖體自穩(wěn)過程與煤體嵌固耦合，產(chǎn)生以嵌固力和摩擦力為主的工作錨固力，再次充分緊固裝置的螺母10，讓托盤9擠壓煤壁，使桿體大螺旋結(jié)構(gòu)徑向與煤壁板狀裂隙相互作用，抑制裂隙擴展發(fā)育。

e.當(dāng)巷道結(jié)構(gòu)松軟或存在裂隙發(fā)育，則利用錨桿體的通孔15及注漿孔7滯后掘進迎頭10～30m間隔注漿；

e.巷道投入使用后，受采動影響，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)實際，進行補充注漿加固。

所述大螺旋結(jié)構(gòu)2沿鉆進段桿體3和加長段桿體6全長布置；螺旋方向為右旋，螺旋角度在10°-60°之間；螺旋螺距在20mm-100mm之間，牙高在10mm-30mm之間，螺旋牙厚在2mm-20mm。