[發明專利]鋼管水泥砂漿預應力錨索及其支護方法

有效

• 申請號: 201811306148.2
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109252881B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 肖同強;李寶富;許磊;王祖洸;李化敏;陳恒光;尹士花;王子林
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D20/02
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

本發明公開了鋼管水泥砂漿預應力錨索，包括錨固段、第一自由段、鋼管水泥砂漿段、第二自由段、錨索附件以及注漿聯接頭。鋼管水泥砂漿段由空心鋼管、穿過空心鋼管的索體以及充填于鋼管內的固結水泥砂漿組成；所述空心鋼管兩端設置的瓦片式鎖具可以將空心鋼管兩端的索體鎖緊，形成封閉的水泥砂漿注漿空間；空心鋼管的后端設置有排氣孔；所述錨索的索體中心部位設置有注漿管，注漿管延伸至水泥砂漿注漿空間內；所述錨索的施工步驟為先預緊后注入水泥砂漿漿液形成鋼管水泥砂漿段。通過在錨索索體中間增加鋼管水泥砂漿結構可以提高索體應力集中段的抗拉強度和抗剪強度，有效解決錨索支護中“索體局部應力集中、鋼絞線被各個擊破而破斷”的技術難題。

技術領域

本發明屬于礦山支護工程錨索支護技術領域，具體涉及鋼管水泥砂漿預應力錨索及其支護方法。

背景技術

在煤礦巷道支護工程中，錨索支護是頂板支護的常用形式。煤礦常用的錨索是7股或19股的鋼絞線結構，常用的錨索直徑為15.2mm、17.8mm、20mm、22mm。與錨桿支護相比，錨索具有強度大、長度大的優點，錨索能夠錨固到頂板深部穩定巖層中，因此錨索支護對頂板穩定性控制具有顯著成效。但是，隨著煤炭資源的逐步開采，巷道圍巖應力環境逐漸惡化，在大變形巷道、軟弱圍巖巷道及高應力動壓巷道中，錨索破斷問題日益凸顯。在一些復雜困難條件下，一些直徑22mm的高強錨索甚至也出現了破斷?，F場觀測表明，錨索破斷的位置均出現靠近孔口的前1/3段，或者剪切錯動的巖層的層理面處；由斷口形態來看，錨索是在“剪破壞和拉破壞”共同作用下的破斷。究其原因，當前錨索支護主要存在“局部應力集中、鋼絞線在拉剪作用下被各個擊破而逐根（股）破斷”的技術難題，如何提高錨索應力集中段的抗拉強度、抗剪強度以及鋼絞線的整體性，成為解決錨索破斷的關鍵問題。

發明內容

本發明提供鋼管水泥砂漿預應力錨索及其支護方法，旨在通過在錨索的索體中間增加鋼管水泥砂漿結構以此提高此段索體的抗拉強度和抗剪強度，從而有效解決錨索支護中存在的“索體局部應力集中、鋼絞線被各個擊破而逐根（股）破斷”的技術難題。同時，所述錨索可以施加較大預應力而實現對巖層的主動支護，并能夠通過水泥砂漿包裹防止高應力索體的銹蝕破斷。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

鋼管水泥砂漿預應力錨索，包括由后向前依次通過索體串聯起來的錨固段、鋼管水泥砂漿段和錨索附件；錨固段和鋼管水泥砂漿段之間的索體部分為第一自由段，鋼管水泥砂漿段和錨索附件之間的索體部分為第二自由段，索體前端設置有注漿聯接頭；錨索附件包括托盤和錨尾鎖具；

所述鋼管水泥砂漿段包括空心鋼管，索體穿過空心鋼管并與空心鋼管同軸線設置，空心鋼管前后兩端均設置有將空心鋼管與索體鎖為一體的瓦片式鎖具，空心鋼管后側部開設有排氣孔，空心鋼管、瓦片式鎖具以及索體之間形成封閉的水泥砂漿注漿空間，索體的中心部位設置有注漿管，注漿管后端伸至水泥砂漿注漿空間內，注漿管前端與注漿聯接頭連接；水泥砂漿注漿空間內填充有水泥砂漿。

所述鋼管水泥砂漿段位于錨索的前1/3段或者易于發生剪切破斷的索體段；所述錨固段采用樹脂錨固劑錨固。

所述鋼管水泥砂漿段的段數及位置由易于發生拉剪破斷的索體的段數及位置決定。

鋼管水泥砂漿預應力錨索的支護方法，包括以下施工步驟：

（1）按照所需加固巖層的地質力學條件，確定鋼管水泥砂漿預應力錨索的強度及尺寸、鋼管水泥砂漿段的位置、預緊力、錨固長度、間排距支護參數；

（2）按照確定的支護參數在所需加固巖層內打設錨索孔，錨索孔直徑大于索體直徑10～16mm，錨索孔直徑并且大于空心鋼管外徑4～8mm；錨索孔直徑和空心鋼管外徑根據實際生產條件適當調整；

（3）將索體穿過空心鋼管、瓦片式鎖具并在設計位置處組裝起來形成封閉的水泥砂漿注漿空間，并用索體前端將樹脂錨固劑送入錨索孔底部，并采用鉆機帶動索體旋轉充分攪拌樹脂錨固劑，待錨固劑固化后形成錨固段；