[發明專利]窄煤柱沿空順槽端頭自膨脹增強錨固型錨桿結構及方法

有效

• 申請號: 202110259201.3
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113153394B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 孟慶彬;王杰;劉江峰;周躍進;馬占國;李明;陳彥龍;孫穩
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D20/02
• 分類號: E21D20/02;E21D21/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開的一種窄煤柱沿空順槽端頭自膨脹增強錨固型錨桿結構及方法，適用于深井沿空順槽窄煤柱使用。包括中空錨桿、金屬托盤、螺母、止漿塞、金屬多孔脹鎖體、碳纖維可膨脹性橡膠囊袋、囊袋被動保護羽翼、注漿管及單向閥體組；使用時通過膨脹端頭低壓注漿，碳纖維可膨脹性橡膠囊袋膨脹，使囊袋被動保護羽翼展開，待囊袋內漿液凝固，形成膨脹錨固端頭，增加錨桿的錨固強度；通過對中空錨桿進行鉆孔高壓注漿，以改善窄煤柱破碎煤巖體的力學性能和增加窄煤柱的錨固長度，提高錨桿支護效果，實現深井窄煤柱沿空順槽圍巖的穩定控制，具有經濟可靠、結構簡單、安裝便捷的優點。

技術領域

本發明涉及一種錨固型錨桿結構及方法，尤其適用于深井沿空順槽窄煤柱使用的一種窄煤柱沿空順槽端頭自膨脹增強錨固型錨桿結構及方法，屬于沿空順槽窄煤柱支護技術領域。

背景技術

近年來，對煤炭等礦產資源回收率提出了更高的要求，窄煤柱沿空順槽(掘巷)技術在我國煤礦領域得到了廣泛推廣應用；護巷煤柱寬度不斷減小，提高了煤炭資源的回采率，避免了資源浪費，但隨著煤炭資源開采深度不斷加大，面臨的開采環境與地質條件越來越復雜，在一些高地應力區域，沿空順槽圍巖發生大變形破壞，造成深井窄煤柱沿空順槽支護困難，多次返修后順槽圍巖變形仍然較大，對工作人員及生產設備造成巨大的安全威脅，是我國深井礦產資源安全高效開發亟待解決的重點技術難題。

錨桿作為大變形巷道常用的一種有效的高強度支護形式，在礦山領域得到了廣泛應用。一般而言，錨桿分為自由段和錨固段，自由段是錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區域，錨固段則是錨桿與周邊煤巖體粘結區域，為錨桿支護提供支護阻力，而受限于沿空順槽窄煤柱的寬度5.0～8.0m及煤體破碎的情況，存在錨桿錨固長度不夠、支護力不足的問題。為解決在沿空順槽沿空側應用普通錨桿支護的不足之處，目前結合沿空順槽及窄煤柱的特性開發出一些沿空順槽煤柱錨桿錨固方法，如CN103899342A、CN105626111A在上區段下順槽安裝預埋入錨索，錨固后待下區段上順槽掘進完成后對預埋錨索加長后再進行錨固，CN108487924B將旋噴樁與錨桿結合提高松散煤柱穩定性，CN206477871U在錨索的尾部加入可注漿的擴張囊袋，并使用注漿管對囊袋進行注漿充填，膨脹后裝有漿液的囊袋作為錨索的錨固段，實現錨固住錨索的目的。但是，一方面，上述的窄煤柱錨桿錨固裝置及其使用方法存在一些設計缺陷，如對預埋錨索進行再加長存在錨索連接強度問題，在預埋錨索的埋設問題上，埋設位置無法根據下區段順槽掘進完成后煤柱的變形破壞情況進行再調整，缺乏合理性，造成實窄煤柱加固效果不理想。另一方面，已有的窄煤柱錨桿錨固裝置雖采用了擴大的錨固端頭，并通過注漿管對擴張囊袋等進行注漿加固達到擴大錨桿端頭錨固體積的目的，在一定程度上改善了破碎煤巖體的力學性能，但已有的窄煤柱錨桿錨固裝置的端頭尺寸過大，需要施工直徑大的鉆孔，而在破碎煤巖體中施工大鉆孔的成功率較低；同時在破碎煤巖體約束下因其自身強度不夠和缺乏支撐結構，注漿后增大的端頭錨固體積較小，錨固效果不理想，仍存在錨桿因錨固長度不足而無法提供足夠的錨固力引起脫錨的情況，造成錨桿對窄煤柱的支護效果不佳或支護失效。因此，已有的窄煤柱錨桿錨固裝置存在施工步驟繁瑣、難度較大、成本較高、操作復雜、適用性較差的缺陷。因此，亟需研制一種經濟可靠、結構簡單、安裝便捷，且兼有提高錨桿端部的錨固強度和對破碎煤巖體注漿加固功能的窄煤柱端頭自膨脹增強錨固型錨桿裝置，以滿足深井沿空順槽窄煤柱穩定控制的需求。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服現有技術中的不足，提供一種窄煤柱沿空順槽端頭自膨脹增強錨固型錨桿錨固裝置及其使用方法，以彌補現有的普通錨桿在深井窄煤柱錨桿錨固強度及窄煤柱承載力不足方面的缺陷。