[發明專利]一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法

有效

• 申請號: 202110649197.1
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113294185B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 張廣超;陶廣哲;曹懷軒;曲治;陳淼;李友;左昊;宋海洲;李瑞明
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D20/00
• 分類號: E21D20/00;E21D20/02;E21D21/00;E21B49/00
• 代理公司: 徐州上智知識產權代理事務所(普通合伙) 32575
• 代理人: 閆莉

1.一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟1)利用鉆孔窺視技術對鉆孔內圍巖裂隙分形特征進行逐段評價，根據煤體區域內鉆孔是否能夠完整成型確定觀測起始長度w；根據巷道的煤體賦存情況確定基本錨固觀測尺度l；以單個裂隙發育情況與裂隙劣化比兩個指標判斷基本錨固觀測尺度內煤體裂隙發育程度，從而判斷基本錨固觀測段是否能夠進行錨固，重復上述步驟，逐段進行鉆孔窺視判斷圍巖穩定性，直至找到穩定錨固段，最終確定鉆孔深度L；

步驟2)預緊錨固聯動提升方案

步驟2.1)設計“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒

“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒長度與基本錨固觀測尺度l相適應，其結構為一端封閉一端開口的管狀結構，其封閉端為錨固段，錨固段包括安裝錨固劑的化學錨固常規段和位于端部的化學錨固增強段，化學錨固增強段的直徑略大于化學錨固常規段的直徑，錨固段外周設置化學錨固劑圓形釋放孔；其后為機械預緊段和變徑保護段，機械預緊段設置內多線密集螺紋，用于與錨桿外多線密集螺紋連接，變徑保護段連接機械增壓段，所述機械增壓段管體周向至少開設成四片，其尾部逐漸向外張開；錨桿對應“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒內多線密集螺紋的部位設有外多線密集螺紋，并設置用于對機械增壓段起到擴張支撐作用的圓形擴徑器以及安裝于錨桿尾端的外側鎖緊裝置；所述錨固段的長度等于機械預緊段、變徑保護段和機械增壓段的長度之和；

步驟2.2)初步錨固

將化學錨固劑放入“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒的錨固段內，然后把“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒與錨桿套在一起，緩慢推入至鉆孔孔底，開動鉆機捅破化學錨固常規段與機械預緊段之間的焊接隔板，然后攪拌錨固劑，邊攪拌邊推進，直至錨桿旋轉推入至其外多線密集螺紋與中部預緊段的內多線密集螺紋的起始端接近，攪拌一段時間停機，錨固劑通過錨固劑圓形釋放孔釋放，上述過程中，在錨固劑化學作用下，“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒與穩定錨固圍巖段緊密錨固在鉆孔孔底；

步驟2.3)內部預緊力與機械、化學錨固力聯動加載

步驟2.3.1)調整降低風動錨桿鉆機轉速后繼續開動鉆機，緩慢攪拌錨固劑，錨桿旋轉推入至孔底，使得錨桿桿體外多線密集螺紋與“內預緊力-機械化學錨固力”聯合提升套筒內多線密集螺紋完全咬合，同時使得圓形擴徑器將機械增壓段撐開，使其緊密貼合鉆孔內壁，實現機械錨固力的施加；

步驟2.3.2)風動錨桿鉆機旋轉推入錨桿直至外側鎖緊裝置擠壓鋼帶微變形，達到設計預緊力后，撤下鉆具。

2.根據權利要求1所述的一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，其特征在于，步驟1)中，確定觀測起始長度w的步驟為：自巷道表面，由淺至深，進行鉆孔施工，若鉆孔過程中出現吸鉆、卡鉆、夾鉆或塌孔現象，則該范圍內鉆孔不適合錨固，繼續鉆孔，直至鉆孔能夠完整成型的煤體區域，確定觀測起始長度w。

3.根據權利要求1所述的一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，其特征在于，步驟1)中，確定基本錨固觀測尺度l的步驟為：若煤體夾矸層數在0-3層，則基本錨固觀測尺度l選為20-30cm；若煤體夾矸層數在4-6層，則基本錨固觀測尺度l選為40-50cm。

4.根據權利要求1所述的一種基于裂隙分形特征的碎裂煤幫錨桿加固方法，其特征在于，步驟1)中，判斷基本錨固觀測段是否能夠進行錨固的步驟為：判斷鉆孔內煤體裂隙分形特征，以單個裂隙發育情況與裂隙劣化比兩個指標判斷基本錨固觀測尺度內煤體裂隙發育程度

A.若單個裂隙的長度或者寬度貫穿鉆孔基本錨固觀測尺度或者單個裂隙的長度或者寬度大于5cm，判斷為無法錨固圍巖段，否則進行下一步判斷；

B.判斷計算裂隙劣化比，裂隙劣化比是指裂隙面積占測量尺度面積的比例，其表達式為：

式中，k為圍巖劣化比；l為基本錨固觀測尺度；r為鉆孔直徑；a’為裂隙長度；b’為裂隙寬度；i代表裂隙條數；

C.根據煤體裂隙劣化比判斷該基本錨固觀測段是否能夠進行錨固，當0≤k＜0.3時，為穩定圍巖，即該基本錨固觀測段能夠進行錨固；k≥0.3時，為破裂圍巖，即該基本錨固觀測段不能進行錨固。