[发明专利]一种扩孔自转式锚杆及使用方法

摘要

一种扩孔自转式锚杆及施工方法，适用于煤巷快速掘进支护技术领域。它包括杆体、钻头、连接件、托盘和螺母；连接件与杆体尾部卡住固定，连接件另一端连接锚杆钻机，杆体中部有环形凸起，用以挡住粉末填充杆体与煤体之间的空隙；钻头为内螺纹式，可旋入杆体前部，钻头侧面有阻爪和螺旋凹槽；先用锚杆钻机钻出小于锚杆长度的孔，再连接锚杆与锚杆钻机并将锚杆前部的钻头放置已钻好的孔中，最后将锚杆扩孔自转进煤体，完成扩孔自转式锚杆的施工；其减少了支护时间，避免了塌孔、堵孔导致废孔、锚固失效等问题，并且锚杆加工简单，成本低，操作简单方便，有较强的推广性，满足煤巷快速掘进的要求。

主权项

1.一种扩孔自转式锚杆的使用方法，所述扩孔自转式锚杆包括杆体（1）、钻头（2）、连接件（3）和紧固装置，所述杆体（1）外侧表面上设有无纵肋螺纹，钻头（2）设在杆体（1）头部，杆体（1）头部通过螺纹与钻头（2）相连接，钻头（2）的螺距与无纵肋螺纹钢的螺距一致，杆体（1）尾部前后分别设有紧固装置和对称楔形体结构的连接部，连接部上设有便于与锚杆钻机（6）连接使用的连接件（3），连接件（3）与杆体（1）连接的一端为圆柱体内部为倒楔形体切口，与锚杆杆体尾部的对称楔形体（1‑1）结构相匹配，其中杆体（1）与钻头（2）和连接件（3）之间通过螺纹连接为组合结构；所述紧固装置包括托盘（4）和螺母（5），当杆体（1）钻入煤层（7）后，托盘（4）套入杆体（1）尾部并通过螺母（5）固定；钻头（2）侧面设有用于将钻进产生的粉末排出钻头位置的螺旋凹槽（9），所述钻头（2）侧面在凹槽（9）间隙处设有多个阻爪（11），所述阻爪（11）包括槽腔（11‑1）、圆轴（11‑2）、高强阻隔板（11‑3）和强力弹簧（11‑4），所述槽腔（11‑1）为高强阻隔板（11‑3）转动提供一个空间，槽腔（11‑1）底部一侧通过圆轴（11‑2）与高强阻隔板（11‑3）活动连接，高强阻隔板（11‑3）与槽腔（11‑1）底部之间设有强力弹簧（11‑4），高强阻隔板（11‑3）利用强力弹簧（11‑4）弹起并通过圆轴（11‑2）可在槽腔（11‑1）里转动；所述钻头（2）外直径比锚杆杆体（1）直径大3~8mm，所述钻头（2）设有与杆体（1）相连的开口，开口周围设有多个凸起且向中心倾斜的尖刀（10），尖刀（10）的顶部距钻头（2）中心3mm~5mm，凹槽（9）的宽度为5mm~8mm，凹槽的深度为3mm~5mm；所述杆体（1）尾部的对称楔形体（1‑1）结构长度为30mm~100mm，楔形体开口角度为55~75°；所述杆体（1）长度的1/3~2/3处有焊接到杆体（1）上的环形凸起（1‑2），环形凸起（1‑2）直径比杆体（1）直径大3mm~8mm，厚度为2~3mm；其特征在于包括以下步骤：a．掘进机进行巷道的开挖之后，在普通钻杆上安装钻头，将普通钻杆安装在锚杆钻机（6）上，普通钻杆和钻头的直径相同但都小于扩孔自转式锚杆的杆体（1）直径2mm‑4mm，布置煤层（7）上的小钻孔（8）钻入点，启动锚杆钻机（6）在钻入点钻进，直到钻入普通钻杆的长度达到扩孔自转式锚杆长度的1/3到2/3处时，停止钻入并将普通钻杆和钻头取出；b．在扩孔自转式锚杆的杆体（1）前部通过螺纹旋入钻头（2），将钻头（2）放置到钻孔中，钻头的阻爪（11）处于闭合状态，再确保杆体（1）与锚杆钻机连接件（3）保持水平，使得杆体（1）尾部的楔形体正好嵌入到连接件（3）中，将扩孔自转式锚杆通过连接件（3）安装在锚杆钻机（6）上；c．启动锚杆钻机，借助扩孔自转式锚杆前部的钻头（2）旋转和施工人员的顶推作用，在已有的小钻孔（8）中快速向前推进扩孔自转式锚杆完成扩孔，使得锚杆杆体（1）与煤层（7）之间产生摩擦力，当明显感觉到推进的阻力时，则判断扩孔自转式锚杆到达煤层（7）预设小钻孔（8）的孔底，此时降低锚杆钻机（6）的钻速，利用锚杆前部的钻头（2）将杆体（1）自转到煤体中，由于钻头（2）前部的尖刀（10）处于中部位置，能够使因钻进而产生的粉末通过钻头（2）侧面的螺旋凹槽（9）排离杆体（1）头部，而杆体（1）上的环形凸起（1‑2）挡住向钻孔外运行的钻孔粉末，钻孔粉末充实了杆体（1）与煤体之间的空隙，当锚杆杆体（1）外露长度剩余30mm~150mm时，关闭锚杆钻机（6），将连接件（3）与杆体（1）尾部的对称楔形体（1‑1）结构分离，由于锚杆自转的因素，连接件（3）与杆体（1）有力的作用，当连接件（3）与杆体（1）分离时，杆体（1）本应该跟着连接件（3）退出一些距离，此时钻头（2）上的阻爪（11）的强力弹簧（11‑4）弹出，将高强阻隔板（11‑3）撑开并延伸出槽腔（11‑1）以阻隔杆体（1）继续退出，之后在杆体（1）尾部先后套入托盘（4）并安装螺母（5）固定托盘（4），再使用锚杆钻机（6）旋转螺母对锚杆完成初次预紧，使得锚杆挤压嵌入煤体，增大锚杆与煤体的摩擦力，实现锚杆的全长锚固，以此完成一整套锚杆的安装；d．锚杆施工1h~2h后，用扳手对螺母（5）进行旋紧完成二次预紧，以防周围锚杆施工时造成该锚杆的预应力松弛；e. 锚杆施工12~24h后，井下工作人员通过测力扳手检查锚杆的预紧力，如预紧力不能满足要求时再次对锚杆进行预紧，使托盘（4）挤压破碎的煤壁，实现预紧力的维持；f．重复步骤a~ e进行下一根扩孔自转式锚杆的施工。