[发明专利]窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法

说明书

本发明公开的一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法，适用于深井沿空顺槽窄煤柱使用。包括中空锚杆、金属托盘、螺母、止浆塞、金属多孔胀锁体、碳纤维可膨胀性橡胶囊袋、囊袋被动保护羽翼、注浆管及单向阀体组；使用时通过膨胀端头低压注浆，碳纤维可膨胀性橡胶囊袋膨胀，使囊袋被动保护羽翼展开，待囊袋内浆液凝固，形成膨胀锚固端头，增加锚杆的锚固强度；通过对中空锚杆进行钻孔高压注浆，以改善窄煤柱破碎煤岩体的力学性能和增加窄煤柱的锚固长度，提高锚杆支护效果，实现深井窄煤柱沿空顺槽围岩的稳定控制，具有经济可靠、结构简单、安装便捷的优点。

技术领域

本发明涉及一种锚固型锚杆结构及方法，尤其适用于深井沿空顺槽窄煤柱使用的一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构及方法，属于沿空顺槽窄煤柱支护技术领域。

背景技术

近年来，对煤炭等矿产资源回收率提出了更高的要求，窄煤柱沿空顺槽(掘巷)技术在我国煤矿领域得到了广泛推广应用；护巷煤柱宽度不断减小，提高了煤炭资源的回采率，避免了资源浪费，但随着煤炭资源开采深度不断加大，面临的开采环境与地质条件越来越复杂，在一些高地应力区域，沿空顺槽围岩发生大变形破坏，造成深井窄煤柱沿空顺槽支护困难，多次返修后顺槽围岩变形仍然较大，对工作人员及生产设备造成巨大的安全威胁，是我国深井矿产资源安全高效开发亟待解决的重点技术难题。

锚杆作为大变形巷道常用的一种有效的高强度支护形式，在矿山领域得到了广泛应用。一般而言，锚杆分为自由段和锚固段，自由段是锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，锚固段则是锚杆与周边煤岩体粘结区域，为锚杆支护提供支护阻力，而受限于沿空顺槽窄煤柱的宽度5.0～8.0m及煤体破碎的情况，存在锚杆锚固长度不够、支护力不足的问题。为解决在沿空顺槽沿空侧应用普通锚杆支护的不足之处，目前结合沿空顺槽及窄煤柱的特性开发出一些沿空顺槽煤柱锚杆锚固方法，如CN103899342A、CN105626111A在上区段下顺槽安装预埋入锚索，锚固后待下区段上顺槽掘进完成后对预埋锚索加长后再进行锚固，CN108487924B将旋喷桩与锚杆结合提高松散煤柱稳定性，CN206477871U在锚索的尾部加入可注浆的扩张囊袋，并使用注浆管对囊袋进行注浆充填，膨胀后装有浆液的囊袋作为锚索的锚固段，实现锚固住锚索的目的。但是，一方面，上述的窄煤柱锚杆锚固装置及其使用方法存在一些设计缺陷，如对预埋锚索进行再加长存在锚索连接强度问题，在预埋锚索的埋设问题上，埋设位置无法根据下区段顺槽掘进完成后煤柱的变形破坏情况进行再调整，缺乏合理性，造成实窄煤柱加固效果不理想。另一方面，已有的窄煤柱锚杆锚固装置虽采用了扩大的锚固端头，并通过注浆管对扩张囊袋等进行注浆加固达到扩大锚杆端头锚固体积的目的，在一定程度上改善了破碎煤岩体的力学性能，但已有的窄煤柱锚杆锚固装置的端头尺寸过大，需要施工直径大的钻孔，而在破碎煤岩体中施工大钻孔的成功率较低；同时在破碎煤岩体约束下因其自身强度不够和缺乏支撑结构，注浆后增大的端头锚固体积较小，锚固效果不理想，仍存在锚杆因锚固长度不足而无法提供足够的锚固力引起脱锚的情况，造成锚杆对窄煤柱的支护效果不佳或支护失效。因此，已有的窄煤柱锚杆锚固装置存在施工步骤繁琐、难度较大、成本较高、操作复杂、适用性较差的缺陷。因此，亟需研制一种经济可靠、结构简单、安装便捷，且兼有提高锚杆端部的锚固强度和对破碎煤岩体注浆加固功能的窄煤柱端头自膨胀增强锚固型锚杆装置，以满足深井沿空顺槽窄煤柱稳定控制的需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足，提供一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置及其使用方法，以弥补现有的普通锚杆在深井窄煤柱锚杆锚固强度及窄煤柱承载力不足方面的缺陷。