本發(fā)明涉及地下工程圍巖大變形支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿、錨索及巷道定量支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

在地下工程施工過程中，錨桿、錨索是應(yīng)用最廣、用量最多的支護(hù)設(shè)備之一。目前，在礦山巷道的支護(hù)、道路與隧道的支護(hù)、水利涵洞的支護(hù)、山體的加固、建筑樁基的加固等方面大量的使用了各種錨桿、錨索，對圍巖起到了很好的加固作用，從而提高了圍巖自身承受壓力的強度，是一種很好的主動支護(hù)的形式。但是，隨著淺部礦產(chǎn)資源的日益枯竭，礦產(chǎn)資源開采正在向深部發(fā)展。在深部開采條件下，高地壓、高地溫、高滲透壓以及開采擾動嚴(yán)重影響著地下巷道圍巖的穩(wěn)定性，由于傳統(tǒng)小變形錨桿允許巷道圍巖的變形量一般均在200mm以下，傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)已經(jīng)不能夠適應(yīng)深部巷道圍巖非線性大變形破壞特征，常出現(xiàn)因錨桿不能適應(yīng)巷道圍巖大變形破壞而被拉斷失效，因此沖擊地壓發(fā)生的頻數(shù)也顯著增加。各種吸能錨桿已在市場上出現(xiàn)，但這些錨桿的巷道自承能力和穩(wěn)定性都較差，與目前大變形巷道不能有效匹配。

公告號為cn102434179b的中國專利文獻(xiàn)公開了一種連續(xù)增阻變形錨索，包括摩擦套管，摩擦套管的內(nèi)徑從套管的一端到另一端逐漸變?。豢煽s性構(gòu)件，可縮性構(gòu)件為管式結(jié)構(gòu)，嵌套在摩擦套管內(nèi)，可縮性構(gòu)件的外徑從構(gòu)件的一端到另一端逐漸變小，可縮性構(gòu)件的外壁與摩擦套管的內(nèi)壁保持接觸；第一固定拉索，第一固定拉索的一端與可縮性構(gòu)件連接，第一固定拉索從摩擦套管內(nèi)徑小的管口端一側(cè)引出。該技術(shù)方案可以實現(xiàn)對圍巖大變形支護(hù)，但是，由于其支護(hù)阻力逐漸增大可能拉斷錨索使錨索失效，且不能實現(xiàn)注漿以改變圍巖內(nèi)部松散結(jié)構(gòu)，提高圍巖自承能力，又無法回收錨索部件，成本較高。

公告號為cn104612732b的中國專利文獻(xiàn)公開了一種帶多級倒枝的新型中空注漿錨桿，包括鋼絞線桿體，鋼絞線桿體的一端通過第一連接套連接一根連接桿，另一端通過第二連接套連接錨固段，鋼絞線桿體、連接桿以及錨固段的內(nèi)徑均一致，且鋼絞線桿體通過液壓擠壓機擠壓方式內(nèi)插于第一、二連接套內(nèi)，連接桿的表面設(shè)有外螺紋，連接桿與第一連接套螺紋連接；錨固段的表面設(shè)有外螺紋，與第二連接套螺紋連接，鋼絞線桿體的兩端分別通過第一、二連接套螺紋連接連錨固段與連接桿，使整個錨桿可拆裝組合，以適應(yīng)不同長度。該技術(shù)方案可以實現(xiàn)軟巖注漿，但是其錨桿體只能發(fā)生小變形，因而其應(yīng)用于圍巖大變形支護(hù)的效果有待商榷，并且也無法回收錨桿部件，成本相對較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿、錨索及巷道定量支護(hù)方法，實現(xiàn)圍巖大變形的定量支護(hù)且提高支護(hù)效果。

本發(fā)明提供一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，包括套管、中空桿體、錨筒、托盤、緊固螺母和卡銷，套管的前端密封，套管的后端開口，套管的中部位置開設(shè)有若干個注漿孔，套管的中部位置至套管的后端套管的內(nèi)徑逐漸變小，中空桿體的前端的側(cè)表面套設(shè)錨筒，錨筒嵌于套管內(nèi)且與套管活動連接，錨筒經(jīng)卡銷連接套管，中空桿體的后端依次裝配連接托盤和緊固螺母。

進(jìn)一步的，套管的中部位置至后端的內(nèi)壁設(shè)置有細(xì)微螺紋。

進(jìn)一步的，中空桿體的前端可拆卸連接錨筒。

進(jìn)一步的，中空桿體的前端螺紋連接錨筒。

進(jìn)一步的，套管的前端可拆卸地設(shè)置擋板以密封。

本發(fā)明還提供一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，包括套管、鋼索、錨筒、托盤、緊固螺母和卡銷，套管的前端密封，套管的后端開口，套管的中部位置開設(shè)有若干個注漿孔，套管的中部位置至套管的后端套管的內(nèi)徑逐漸變小，鋼索內(nèi)嵌有中空軟管，鋼索的前端的側(cè)表面套設(shè)錨筒，錨筒嵌于套管內(nèi)且與套管活動連接，錨筒經(jīng)卡銷連接套管，鋼索的后端依次裝配連接托盤和緊固螺母。

進(jìn)一步的，套管的中部位置至后端的內(nèi)壁設(shè)置有細(xì)微螺紋。

進(jìn)一步的，套管的前端可拆卸地設(shè)置擋板以密封。

進(jìn)一步的，鋼索由若干根鋼絞線環(huán)繞中空軟管編織而成。

本發(fā)明還提供一種巷道定量支護(hù)方法，應(yīng)用權(quán)利要求上述大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿或者應(yīng)用上述大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，包括以下步驟：

步驟一、對巷道的地質(zhì)條件進(jìn)行數(shù)值模擬，通過數(shù)值模擬對巷道圍巖采動應(yīng)力分布進(jìn)行計算分析，繪制巷道的采動應(yīng)力曲線并得到巷道變形量δu，根據(jù)巷道變形量δu≥套管吸能區(qū)的長度，對套管吸能區(qū)的長度進(jìn)行定量確定；

步驟二、根據(jù)巷道的采動應(yīng)力曲線及巖層的原巖應(yīng)力線，選定關(guān)鍵節(jié)點包括巷道壁o、原巖應(yīng)力點a、應(yīng)力峰值b、原巖應(yīng)力起始點d，同時繼續(xù)細(xì)分其他關(guān)鍵節(jié)點包括oa曲線的1/2處e、ab曲線的1/2處f、bd曲線的1/2處c；

步驟三、以步驟二中確定的各關(guān)鍵節(jié)點，使大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿或大變形恒阻支護(hù)注漿錨索的錨固點位于不同的關(guān)鍵節(jié)點，以此來確定大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿或大變形恒阻支護(hù)注漿錨索的支護(hù)長度l，支護(hù)長度l為關(guān)鍵節(jié)點與巷道壁的距離，利用數(shù)值模擬計算分析不同支護(hù)長度l下巷道的維護(hù)效果，確定最佳支護(hù)長度l；

步驟四、根據(jù)巷道圍巖的巖性以及加固拱原理中錨桿或錨索的間距l(xiāng)≤0.5l的規(guī)定，并參考支護(hù)經(jīng)驗設(shè)計數(shù)組錨桿或錨索排距，利用數(shù)值模擬方法計算分析不同排距的巷道維護(hù)效果，確定最優(yōu)的支護(hù)排距；

步驟五、根據(jù)巷道圍巖的巖性以及步驟四中得出的最優(yōu)的支護(hù)排距，通過數(shù)值模擬計算支護(hù)后的巷道頂板、底板和兩幫的變形量u隨等效塑性應(yīng)變的變化曲線，根據(jù)當(dāng)圍巖最大等效塑性應(yīng)變ε^ps處于0.05≤ε^ps≤0.10階段時，巷道頂板、底板和兩幫的變形量的區(qū)間即為以巷道變形量表示的巷道最佳注漿支護(hù)時機，以此確定出大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿或大變形恒阻支護(hù)注漿錨索對支護(hù)后進(jìn)行注漿時機的定量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿、錨索及巷道定量支護(hù)方法及巷道定量支護(hù)方法具有以下特點和優(yōu)點：

本發(fā)明的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿、錨索，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，簡化支護(hù)、注漿操作，特別適合圍巖大變形支護(hù)，通過注漿改變圍巖內(nèi)部松散結(jié)構(gòu)，提高圍巖的自承能力，通過恒阻提供圍巖的大變形支護(hù)，以實現(xiàn)讓-抗支護(hù)、主動-被動支護(hù)的有機結(jié)合；

本發(fā)明的巷道定量支護(hù)方法，應(yīng)用大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿或大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，可以定量確定套管吸能區(qū)的長度，定量確定錨桿或錨索的支護(hù)長度l，定量確定錨桿或錨索支護(hù)排距，定量確定支護(hù)后的注漿時機，以此實現(xiàn)巷道的定量支護(hù)。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實施方式后，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1中大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中d處局部放大圖；

圖3為圖1中e處局部放大圖；

圖4為圖1中f處局部放大圖；

圖5為本發(fā)明實施例1中大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿的吸能結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例2中大變形恒阻支護(hù)注漿錨索的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中g(shù)處局部放大圖；

圖8為圖6中h處局部放大圖；

圖9為圖6中i處局部放大圖；

圖10為本發(fā)明實施例2中大變形恒阻支護(hù)注漿錨索的吸能結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為巷道的采動應(yīng)力曲線及巖層的原巖應(yīng)力線示意圖；

其中，1、套管，11、注漿孔，2、擋板，3、錨筒，4、卡銷，51、中空桿體，52、鋼索，6、托盤，7、緊固螺母，a、吸能區(qū)，b、注漿區(qū)，c、錨固區(qū)。

具體實施方式

實施例1

如圖1至圖5所示，本實施例提供一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，包括套管1、中空桿體51、錨筒3、托盤6、緊固螺母7和卡銷4等零部件。套管1的前端可拆卸地設(shè)置擋板2以密封，如此可以使套管1和中空桿體51在施工時再進(jìn)行組裝，以減少大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿的產(chǎn)品體積，便于存儲和運輸，特別適合地下工程的施工。套管1的后端開口，套管1的中部位置(注漿區(qū)b)開設(shè)有若干個注漿孔11，套管1的中部位置至后端(吸能區(qū)a)套管1的內(nèi)徑逐漸變小，套管1的中部位置至后端(吸能區(qū)a)的內(nèi)壁設(shè)置有細(xì)微螺紋。中空桿體51的前端的側(cè)表面設(shè)置外螺紋，錨筒3內(nèi)設(shè)置內(nèi)螺紋，中空桿體51的前端的側(cè)表面螺紋連接錨筒3，實現(xiàn)中空桿體51與錨筒3的可拆卸連接。錨筒3嵌于套管1內(nèi)且與套管1活動連接，錨筒3經(jīng)卡銷4連接套管1，中空桿體51的后端依次裝配連接托盤6和緊固螺母7。

本實施例的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，施工、支護(hù)、注漿過程如下：

(1)在巷道壁的規(guī)定位置打一深度為某一優(yōu)選值(根據(jù)具體情況定量分析)的錨孔，此錨孔的直徑在40mm左右，用高壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)巖粉。

(2)將樹脂藥卷送入錨孔的底部，并用套管1頂住樹脂藥卷，同時用錨桿鉆機驅(qū)動中空桿體51向螺紋擰緊的方向轉(zhuǎn)動，中空桿體51的轉(zhuǎn)動帶動錨筒3的轉(zhuǎn)動，由于錨筒3與套管1有卡銷4連接，所以錨筒3能夠帶動套管1的轉(zhuǎn)動，套管1的轉(zhuǎn)動使樹脂藥卷與套管1的前端(錨固區(qū)c)充分接觸，套管1前端的擋板2避免樹脂藥卷進(jìn)入套管1內(nèi)。

(3)卸下錨桿轉(zhuǎn)機，在到達(dá)樹脂藥卷等待時間后，卸下攪拌連接頭，在中空桿體51上裝配托盤6、球形墊圈、摩擦墊圈和緊固螺母7，將錨桿與巷道壁進(jìn)行預(yù)緊，在受到采動應(yīng)力時卡銷4被拉斷。

(4)巷道圍巖受到采動應(yīng)力的作用進(jìn)行大變形，巷道壁擠壓托盤6會給中空桿體51拉力，使錨筒3與套管1發(fā)生相對位移以使錨筒3進(jìn)入套管1的中部位置至后端(吸能區(qū)a)，同時套管1的中部位置至后端(吸能區(qū)a)發(fā)生表現(xiàn)為徑向膨脹的微小的彈性形變以利于發(fā)生錨筒3和套管1的相對位移。錨筒3和套管1發(fā)生相對位移的過程中，套管1與錨筒3仍保持恒定阻力，當(dāng)外部軸向拉力小于套管1與錨筒3之間的摩擦力時，套管1與錨筒3將不再發(fā)生相對位移而處于靜止?fàn)顟B(tài)，套管1的中部位置至后端(吸能區(qū)a)的彈性形變保持并緊緊的套在錨筒3上。在上述過程中，由于變形所提供的力一直是恒定的，并且會產(chǎn)生恒定摩擦阻力，從而達(dá)到恒阻吸能的作用，參照圖5，得到吸能公式：q＝u×k×δs×δl；其中，q—摩擦產(chǎn)生的能量；u—套管1吸能區(qū)a內(nèi)壁的摩擦系素；k—套管1的彈性模量；δs—套管1的平均變形量；δl—錨筒3、中空桿體51的位移量。由此，本實施的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿可以實現(xiàn)定量支護(hù)。

(5)在支護(hù)過程中，當(dāng)巷道壁內(nèi)部圍巖體破損需注漿支護(hù)時，操作人員可將注漿管插入中空桿體51，中空桿體51連通套管1，漿液從中空桿體51經(jīng)套管1上的注漿孔11向破碎圍巖注漿，漿液會順著巖體裂縫的走向流入裂縫中進(jìn)行擴散，擴散范圍一般為2m左右，以此改善圍巖體的承載能力、內(nèi)聚力和抗拉強度，從而避免和控制巷道壁的大面積片幫和頂板的冒漏。

(6)在需回收中空桿體51時，可將中空桿體51向松開螺紋的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將中空桿體51與錨筒3分離，回收中空桿體51，并可回收托盤6、緊固螺母7等零部件，以實現(xiàn)對零部件的循環(huán)利用，節(jié)約資源。

本實施例的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，支護(hù)操作簡單，注漿操作簡單，無需注漿塞封口，簡化工序。本實施例的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，特別適合圍巖大變形支護(hù)，通過注漿改變圍巖內(nèi)部松散結(jié)構(gòu)，通過注漿-恒阻提高圍巖自承能力且實現(xiàn)讓-抗支護(hù)、主動-被動支護(hù)的有機結(jié)合。

本實施例還提供一種巷道定量支護(hù)方法，應(yīng)用上述的大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿，包括以下步驟：

步驟一、對巷道的地質(zhì)條件進(jìn)行數(shù)值模擬，通過數(shù)值模擬對巷道圍巖采動應(yīng)力分布進(jìn)行計算分析，繪制巷道的采動應(yīng)力曲線并得到巷道變形量δu，根據(jù)巷道變形量δu≥套管1吸能區(qū)a的長度，對套管1吸能區(qū)a的長度進(jìn)行定量確定，套管1吸能區(qū)a的長度也就是套管1的中部位置至后端的長度；

步驟二、如圖11所示，根據(jù)巷道的采動應(yīng)力曲線及巖層的原巖應(yīng)力線，選定關(guān)鍵節(jié)點包括巷道壁o、原巖應(yīng)力點a、應(yīng)力峰值b、原巖應(yīng)力起始點d，同時繼續(xù)細(xì)分其他關(guān)鍵節(jié)點包括oa曲線的1/2處e、ab曲線的1/2處f、bd曲線的1/2處c；

步驟三、以步驟二中確定的各關(guān)鍵節(jié)點，使大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿的錨固點位于不同的關(guān)鍵節(jié)點，以此來確定大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿的支護(hù)長度l，支護(hù)長度l為關(guān)鍵節(jié)點與巷道壁的距離，利用數(shù)值模擬計算分析不同支護(hù)長度l下巷道的維護(hù)效果，確定最佳支護(hù)長度l；

步驟四、根據(jù)巷道圍巖的巖性以及加固拱原理中錨桿的間距l(xiāng)≤0.5l的規(guī)定，并參考支護(hù)經(jīng)驗設(shè)計數(shù)組錨桿排距，利用數(shù)值模擬方法計算分析不同排距的巷道維護(hù)效果，確定最優(yōu)的支護(hù)排距；

步驟五、根據(jù)巷道圍巖的巖性以及步驟四中得出的最優(yōu)的支護(hù)排距，通過數(shù)值模擬計算支護(hù)后的巷道頂板、底板和兩幫的變形量u隨等效塑性應(yīng)變的變化曲線，根據(jù)當(dāng)圍巖最大等效塑性應(yīng)變ε^ps處于0.05≤ε^ps≤0.10階段時，巷道頂板、底板和兩幫的變形量的區(qū)間即為以巷道變形量表示的巷道最佳注漿支護(hù)時機，以此確定出大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿對支護(hù)后進(jìn)行注漿時機的定量。

本實施例的巷道定量支護(hù)方法，應(yīng)用大變形恒阻支護(hù)注漿錨桿進(jìn)行支護(hù)，可以定量確定套管1吸能區(qū)a的長度，定量確定錨桿的支護(hù)長度l，定量確定錨桿支護(hù)排距，定量確定支護(hù)后的注漿時機，以此實現(xiàn)巷道的定量支護(hù)。

實施例2

如圖6至圖10所示，本實施例還提供一種大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，其與實施例1的區(qū)別之處在于，鋼索52替代中空桿體51，鋼索52由若干根鋼絞線環(huán)繞中空軟管52編織而成，鋼索52的前端的側(cè)表面焊接錨筒3。漿液可以從中空軟管52經(jīng)套管1上的注漿孔11向破碎圍巖注漿。

本實施例的大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，支護(hù)操作簡單，注漿操作簡單，無需注漿塞封口，簡化工序。本實施例的大變形恒阻支護(hù)注漿錨索，特別適合圍巖大變形支護(hù)，支護(hù)強度更高，通過注漿改變圍巖內(nèi)部松散結(jié)構(gòu)，提高圍巖的自承能力，通過恒阻提供圍巖的大變形支護(hù)，以實現(xiàn)讓-抗支護(hù)、主動-被動支護(hù)的有機結(jié)合。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。