复合支护锚杆及其施工方法.pdf

复合支护锚杆，它有一侧制有外螺纹的杆体、设置在杆体上的至少两套压紧件，每套压紧件包括与杆体套接的托盘、与杆体旋接且靠近外螺纹外端的螺母。杆体上对应于每套压紧件中的托盘和螺母之间处均套装一个垫圈。本锚杆的施工方法为：破岩；锚孔定位及成孔；第一次的挂网、锚杆安放、压紧、喷浆；第二次的挂网、压紧、喷浆；根据施工需要，可重复进行多次的挂网、压紧、喷浆，以完成多次支护。本锚杆的支护作用好、制作简单、安装方便、成本低廉、可广泛应用，尤其适用于软岩巷道的锚网喷支护作业，解决了混凝土喷层过早开裂、破坏这一疑难问题。本锚杆的施工方法，其工艺简单、安全可靠、经济高效、使用设备少。

1、  复合支护锚杆，有一侧制有外螺纹的杆体、设置在杆体上的一套压紧件，该套压紧件包括与杆体套接的托盘、与杆体旋接且靠近外螺纹外端的螺母，其特征在于：杆体上还至少再设置一套压紧件，该套压紧件包括与杆体套接的托盘、与杆体旋接且靠近外螺纹外端的螺母。

2、  根据权利要求1所述的复合支护锚杆，其特征在于：杆体上对应于每套压紧件中的托盘和螺母之间处均套装一个垫圈。

3、  权利要求1所述的复合支护锚杆的施工方法，它包括以下工艺步骤：
(1)破岩：通过爆破或机械方式，使围岩破碎至设计断面尺寸；
(2)锚孔定位及成孔：在成形的巷道围岩上预钻锚孔，锚孔间排距尺寸根据施工设计要求确定；
(3)第一次的挂网、锚杆安放、压紧、喷浆：根据施工需要选择合适规格的复合支护锚杆，在复合支护锚杆上挂第一层钢筋网，按常规方法将复合支护锚杆装入锚孔，第一层钢筋网借助于杆体上最内侧的那套压紧件被压紧在围岩的岩面上，在第一层钢筋网的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成第一层混凝土喷层，完成第一次支护；
(4)第二次的挂网、压紧、喷浆：当围岩中的高应力得到释放、变形趋于稳定后，利用杆体上的外螺纹处于第一层混凝土喷层之外的外露段挂第二层钢筋网，该层钢筋网借助于杆体上的另一套压紧件被压紧在第一层混凝土喷层的表面，再在第二层钢筋网的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成第二层混凝土喷层，完成第二次支护；
(5)根据施工需要，可重复进行多次的挂网、压紧、喷浆，以完成多次支护。

复合支护锚杆及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种用于地下工程围岩支护中的安全支护装置，特别是涉及一种复合支护锚杆，同时，本发明还涉及一种所述复合支护锚杆的施工方法。
背景技术
随着经济建设的发展需要，地下开挖工程日益增多，如矿井、隧道等。这些工程中，对围岩都需要进行安全支护，以防围岩松动、岩块掉落。
现在，一般用锚杆对围岩进行支护，锚杆的结构为：它有一侧制有外螺纹的杆体、设置在杆体上的一套压紧件，该套压紧件包括与杆体套接的托盘、与杆体旋接且靠近外螺纹外端的螺母。
锚杆对松动围岩的控制范围是有限的，其控制角α为43～45°，因此相邻的四根锚杆之间，存在一个四角锥形体的非锚固松动地带，其间任意一块破裂岩块的掉落，都将危及锚杆控制范围内的锚固岩块；一旦锚固范围内的破碎岩块也掉落，锚杆将会因松弛而失去锚固力，原来均匀封闭的组合拱就会变薄或失效，造成锚杆支护失败。因此锚杆间的岩石经常是锚杆支护破坏的起始点，必须对其加强支护。
现在，对于锚杆间松弛区内岩石的加强支护，一般采用混凝土喷层和金属网予以支护。混凝土喷层作为一种脆性材料，在围岩变形较大的情况下，喷层会过早开裂失效，丧失了与锚杆共同作用的条件。为了避免喷层过早开裂，提高其抗变形能力，一般在混凝土喷层中铺设金属网，以改善混凝土喷层的性能，使混凝土喷层由脆性结构变为柔性结构，以适应巷道软岩大变形特点。
锚杆的施工方法，它包括以下工艺步骤：
(1)破岩：通过爆破或机械方式，使围岩破碎至设计断面尺寸；
(2)锚孔定位及成孔：在成形的巷道围岩上预钻锚孔，锚孔间排距尺寸根据施工设计要求确定；
(3)挂网、锚杆安放、压紧、喷浆：根据施工需要选择合适规格的锚杆，在锚杆上挂钢筋网，按常规方法将锚杆装入锚孔，钢筋网借助于杆体上的那套压紧件被压紧在围岩的岩面上，在钢筋网的外面喷射混凝土，形成混凝土喷层(其厚度一般为150～200mm)，完成支护。
可见，现有锚杆只能对围岩发挥一次支护作用，加之混凝土喷层处于钢筋网的外面，这就使整个支护体的强度低、柔性差、可缩性小，钢筋网对混凝土喷层性能的改变作用并不理想，当松动圈发展到一定程度时，围岩因膨胀变形释放或受动压影响，将会打破锚杆所形成的锚固层，尤其锚杆之间相互交叉的重叠区最为薄弱，碎胀岩石对该处的喷层产生挤压，当变形过大时造成喷层易于开裂脱落，将该处的钢筋网裸露出来。由于钢筋网的网格较大，无法有效地支护破碎的岩石，破碎岩石易掉落，随着时间的增加，围岩的破碎区不断加深，直至破坏锚杆支护体系，导致巷道出现局部冒顶或片帮现象，影响巷道使用安全，增加了巷道的维护费用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种支护作用好的复合支护锚杆；同时提供一种该复合支护锚杆的施工方法，该方法工艺简单、安全可靠、经济高效、使用设备少。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合支护锚杆，它有一侧制有外螺纹的杆体、设置在杆体上的至少两套压紧件，每套压紧件包括与杆体套接的托盘、与杆体旋接且靠近外螺纹外端的螺母。
该复合支护锚杆的施工方法，它包括以下工艺步骤：
(1)破岩：通过爆破或机械方式，使围岩破碎至设计断面尺寸；
(2)锚孔定位及成孔：在成形的巷道围岩上预钻锚孔，锚孔间排距尺寸根据施工设计要求确定；
(3)第一次的挂网、锚杆安放、压紧、喷浆：根据施工需要选择合适规格的复合支护锚杆，在复合支护锚杆上挂第一层钢筋网，按常规方法将复合支护锚杆装入锚孔，第一层钢筋网借助于杆体上最内侧的那套压紧件被压紧在围岩的岩面上，在第一层钢筋网的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成第一层混凝土喷层，完成第一次支护；
(4)第二次的挂网、压紧、喷浆：当围岩中的高应力得到释放、变形趋于稳定后，利用杆体上的外螺纹处于第一层混凝土喷层之外的外露段挂第二层钢筋网，该层钢筋网借助于杆体上的另一套压紧件被压紧在第一层混凝土喷层的表面，再在第二层钢筋网的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成第二层混凝土喷层，完成第二次支护；
(5)根据施工需要，可重复进行多次的挂网、压紧、喷浆，以完成多次支护。
为能简洁说明问题起见，以下对本复合支护锚杆均简称为本锚杆。
如上所述可知，本锚杆可对围岩进行多次支护，其支护潜力得以充分发挥出来，第二次及以后的各次支护的作用在于控制松动区的发展，可与第一次支护形成复合结构(即第二层及以后的各层钢筋网、混凝土喷层不仅加固了第一层混凝土喷层，而且将其与第一层钢筋网、围岩组合成一体，形成共同的支护体)，这样，有效实现了对第一层混凝土喷层的加强支护，使第一层混凝土喷层不易破坏，从而保证整个锚网喷支护体系的可靠性，保持围岩的长期稳定，减少了围岩的失修破坏，为围岩支护提供了一种可靠的支护装置。
综上所述，本锚杆制作简单、安装方便、成本低廉、可广泛应用，尤其适用于软岩巷道的锚网喷支护作业，解决了混凝土喷层过早开裂、破坏这一疑难问题。本锚杆的施工方法，其工艺简单、安全可靠、经济高效、使用设备少。
作为本锚杆的改进，所述杆体上对应于每套压紧件中的托盘和螺母之间处均套装一个垫圈。
附图说明
图1是本锚杆的结构示意图；
图2是采用本锚杆对围岩进行二次支护后的围岩支护截面图；
图3是采用本锚杆对围岩进行二次支护的支护原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行具体描述：
参见图1，本锚杆有一侧制有外螺纹的杆体1、设置在杆体1上的两套压紧件，每套压紧件包括与杆体1套接的托盘2、与杆体1旋接且靠近外螺纹外端的螺母4，杆体1上对应于每套压紧件中的托盘2和螺母4之间处均套装一个垫圈3，外螺纹的长度为200mm。
参见图2，本锚杆的施工方法，它包括以下工艺步骤：
(1)破岩：通过爆破或机械方式，使围岩破碎至设计断面尺寸(图2中未示出围岩)；
(2)锚孔定位及成孔：在成形的巷道围岩上预钻锚孔，锚孔间的排距为700×700mm(图2中未示出锚孔)；
(3)第一次的挂网、锚杆安放、压紧、喷浆：根据施工需要选择本锚杆，在本锚杆上挂第一层钢筋网5，按常规方法将本锚杆装入锚孔，第一层钢筋网5借助于杆体1上最内侧的那套压紧件被压紧在围岩的岩面上(图2中未示出相应的垫圈)，在第一层钢筋网5的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成厚度为90mm的第一层混凝土喷层6(这时，杆体1上的外螺纹处于第一层混凝土喷层6之外的外露段长度为120mm)，完成第一次支护；
(4)第二次的挂网、压紧、喷浆：当围岩中的高应力得到释放、变形趋于稳定后(可根据现场观测到的围岩的变形速度加以确定)，在距掘进迎头30～50m的滞后处，利用杆体1上的外螺纹处于第一层混凝土喷层6之外的外露段挂第二层钢筋网7，该层钢筋网借助于杆体1上的另一套压紧件被压紧在第一层混凝土喷层6的表面(图2中未示出相应的垫圈)，再在第二层钢筋网7的外面喷射混凝土，混凝土喷层的厚度要足以达到将该套压紧件覆盖为准，形成厚度为80mm的第二层混凝土喷层8，完成第二次支护。
第二次支护的作用在于控制松动区的发展，可与第一次支护形成复合结构，第二层钢筋网7、另一套压紧件、第二层混凝土喷层8不仅加固了第一层混凝土喷层6，而且将其与第一层钢筋网5、围岩组合成一体，形成共同的支护体，从而保持围岩的长期稳定。
参见图3，a、a′分别表示第一次、第二次支护后本锚杆之间松弛区的范围，b、b′分别表示第一次、第二次支护后所形成的锚固体组合拱厚度，L、L′分别表示第一次、第二次支护后的有效支护长度，α为锚杆控制角。
从图3中可看出，a′<a，这说明第二次支护后，锚杆之间松弛区的范围比第一次支护后锚杆之间松弛区的范围减小；b′>b，这说明第二次支护后，所形成的锚固体组合拱厚度大于第一次支护后所形成的锚固体组合拱厚度；L′>L，这说明第二次支护后的有效支护长度也比第一次支护后的有效支护长度要长。
由此可知，本锚杆不仅能对第一层混凝土喷层6进行加固，而且对整个支护体系也进行了加固，使支护强度全面增强，减少了围岩的失修破坏，提高了围岩的安全性。
以上所述的仅是本发明锚杆及其施工方法的一种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。比如：对于本发明的锚杆而言，还可在杆体上设置两套以上的压紧件，另外，外螺纹的长度可根据支护次数确定，一般地，支护次数每增加一次，外螺纹的长度就要相应增加100mm，以便在杆体的外螺纹段上增设一套压紧件；对于本发明锚杆的施工方法而言，在杆体上设置有两套以上的压紧件的前提条件下，根据施工需要，还可重复进行多次的挂网、压紧、喷浆，以完成多次支护。