[发明专利]一种可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法

摘要

一种可扩展的扩孔自锚式锚杆及支护方法，尤其适用于煤矿井巷工程。在分段式锚杆的两节杆体上布置大螺旋结构，简易钻头一次扩孔切割煤体，简易钻头外径小于大螺旋杆体的外径，大螺旋结构在钻进过程中二次扩孔自钻自锚；大螺旋结构径向抑制煤壁板状裂隙扩展发育，同时利用岩体自稳过程嵌固在煤体中。分段式结构实现杆体长度和锚固长度的可调节，连接套外径小于螺旋结构外径，并保证强度。利用大螺旋杆体扩孔自锚来约束帮部变形、片帮，实现钻锚一体化，简化了帮部支护工艺，实现了分段加长锚固，在巷道生命周期内不同阶段采取针对性支护措施，能够明显提高支护效能，满足高效、安全、快速掘进的要求。

主权项

一种可扩展的扩孔自锚式锚杆支护方法，包括简易钻头（1）、锚杆体，和预紧装置；其中锚杆体包括多根钻进段杆体（3），多个连接套（5）和加长段杆体（6），多根钻进段杆体（3）通过多个连接套（5）相互连接，并在尾部通过连接套（5）连接加长段杆体（6），所述钻进段杆体（3）内部设有轴向通孔，外侧设有大螺旋结构（2），钻进段杆体（3）头部外侧设有顶端螺纹（11），尾部设有六棱连接部（4），钻进段杆体（3）侧面设有多个与内部通孔连通的注浆孔（7），所述连接套（5）内部设有连接套通孔（17），连接套（5）一端内侧设有与钻进段杆体（3）六棱连接部（4）相匹配的六面连接部（16），另一端内侧设有与加长段杆体（6）顶部的锚固螺纹（12）相匹配的螺纹连接部（18）；所述预紧装置为顺序设置在加长段杆体（6）螺母螺纹（13）上的止浆塞（8）、托盘（9）和螺母（10）；所述的简易钻头（1）为钢材加工的一次性钻头，钢材的强度超过钻进岩体强度的1.2倍，其外径小于螺旋杆体外径2mm‑10mm；所述连接套（5）外径小于螺旋结构外径，包括六面连接部（16）、连接套通孔（17）、螺纹连接部（18）；所述多根钻进段杆体（3）的长度在800mm‑1500mm之间，所述的加长段杆体的长度在600mm‑1200mm之间；其特征在于步骤如下：a.巷道掘进支护时，在需要加长支护的区域设计支护位置，先将简易钻头（1）装配在第一根钻进段杆体（3）上，第一根钻进段杆体（3）的尾部六棱连接部（4）直接与机载或者单体锚杆钻机的六方连接套连接，启动锚杆钻机后，利用简易钻头（1）在锚杆钻机的驱使下一次扩孔破煤钻进，由于简易钻头（1）的外径小于大螺旋杆体的外径，大螺旋结构（2）在钻进过程中二次扩孔自锚；b.当第一段钻进段杆体（3）钻入煤壁只尾部剩余200mm露在煤壁时停止，根据地质条件设计锚固长度，需要利用多根钻进段杆体（3）时，将锚杆钻机从第一段钻进段杆体（3）尾部拆下，利用连接套（5）的六面连接部（16）与第一段钻进段杆体（3）六棱连接部（4）匹配，把第二个钻进段杆体（3）通过顶端螺纹（11）与连接套（5）的螺纹连接部（18）连接后，将锚杆钻机安装在第二个钻进段杆体（3）尾部，启动锚杆钻机，使第二段钻进段杆体（3）钻入煤壁，其余钻进段杆体（3）依次类推设置；c，完成钻进段杆体（3）安装后，用连接套（5）的六面连接部（16）与钻进段杆体（3）尾部的六棱连接部（4）匹配，螺纹连接部（18）与加长段杆体（6）顶部的锚固螺纹（12）连接，在加长段杆体（6）的螺母螺纹（13）上安装预紧装置，并用加长段杆体（6）的杆尾六棱段（14）与锚杆钻机连接，启动钻机钻进，当托盘（9）与煤壁紧密接触，停止钻进完成加长段杆体（6）的安装，重复上述步骤完成巷道掘进支护；d.支护完成24h‑48h之后，锚杆体上的大螺旋结构（2）利用岩体自稳过程与煤体嵌固耦合，产生以嵌固力和摩擦力为主的工作锚固力，再次充分紧固预紧装置的螺母（10），让托盘（9）挤压煤壁，使杆体大螺旋结构径向与煤壁板状裂隙相互作用，抑制裂隙扩展发育；e.当巷道结构松软或存在裂隙发育，则利用锚杆体的通孔（15）及注浆孔（7）滞后掘进迎头10~30m间隔注浆；e.巷道投入使用后，受采动影响，根据矿压显现实际，进行补充注浆加固。