一种预应力柔性注浆锚杆技术领域
本实用新型涉及地下工程领域，尤其涉及矿井易片帮工作面煤壁注浆加固方法以及在这些方法中采用的预应力锚杆。
背景技术
近年来，随着煤矿开采技术和设备水平的提高，厚煤层、三软煤层等条件复杂煤层的开采所占的比重越来越大。相应地，在厚煤层、三软煤层等工作面易发的煤壁片帮事故逐渐凸显出来并受到更多的采矿工程人员的重视。然而，单纯的煤壁注浆加固效果并不理想，传统的玻璃钢注浆锚杆虽具有良好的煤壁加固效果，但成本过高，且锚杆本身硬度太大，影响采煤机正常割煤。
中国专利公开号CN204691803U，公开日期2015年10月7日。专利名称为“一种煤体柔性加固全长锚固锚杆”。该申请案涉及一种煤体柔性加固全长锚固锚杆，用于实现大变形煤体的加固。该锚杆主要由注浆管体、止浆塞、连接套、注浆口、渗流孔组成。所述注浆管体包括注浆管和缠绕在注浆管上的棕绳，其中注浆管为四周开孔的中空PVC塑料管，棕绳为工业常用剑麻白棕绳，粘结缠绕在注浆管外周。该锚杆通过往煤体内部注浆，利用棕绳良好的抗拉拔性能，实现增强支护强度的功能，可有效控制煤体的大变形。
为了进一步提升柔性加固技术的实际效能，本实用新型在传统煤壁柔性加固技术的基础上，引入预应力概念，通过对棕绳施加预应力，可以使被加固煤体处于三向受压状态，从而进一步提高煤体强度，强化加固效果。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提出一种预应力柔性注浆锚杆，所述预应力柔性注浆锚杆包括锚固装置、杆体和锁具。
优选地，所述锚固装置包括锚干、锚爪、转动副和挡板。
优选地，所述杆体包括棕绳和注浆管。
优选地，所述锁具包括双孔锚垫板和单孔锚具。
优选地，所述锚干与锚爪使用转动副连接，所述锚干为一空心圆管，圆管上焊有一挡板，用以限制锚爪的转动。
优选地，所述锚爪端部较为尖锐，可以在向外拉拔时嵌入钻孔壁，使锚爪绕转动副张开，达到锚固作用。
优选地，所述棕绳直径为10～24mm，所述注浆管为塑料质注浆管。
优选地，所述注浆管上分布有透浆花眼，所述透浆花眼为圆型，具有5mm的孔直径。
优选地，所述空心圆管上设有4个螺孔，四个螺孔同时位于圆管的一个圆截面上，相邻螺孔之间间隔四分之一圆弧。
优选地，所述双孔锚垫板包括过绳孔和过注浆管孔。
优选的，所述单孔锚具包括锚环和三个夹片，所述锚环中设有一锥形孔，所述三个夹片可围成一个圆锥形，与所述锚环的锥形孔锥度相同，所述夹片内侧设置有螺纹。
与现有相关装置相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型述及的一种预应力柔性注浆锚杆，可以以较低的成本高效的对煤壁进行加固。通过对棕绳施加预应力，可以使被加固煤体处于三向受压状态，从而提高煤体强度；通过注浆管向煤壁注浆可以有效充填煤体内微裂隙，提高煤体强度，同时浆液与棕绳搭配，使棕绳对煤壁起到全长锚固的作用；棕绳的高抗拉强度可以有效提高煤体的抗剪强度，限制煤体的剪切破坏。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例中的预应力柔性注浆锚杆的示意图；
图2为本实用新型一个实施例中的锚干的圆截面示意图；
图3为本实用新型一个实施例中双孔锚垫板的示意图；
图4为本实用新型一个实施例中单孔锚具的示意图。
图5为本实用新型一个实施例中锚固装置的示意图。
附图中的标记符号说明：
1棕绳；2塑料质注浆管；3直径5mm透浆花眼；4锚干；5锚爪；6转动副；7锚垫板；8平头螺丝；9单孔锚具；10锚环；11夹片；12过绳孔；13过注浆管孔；14挡板。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的描述。
图1、图2和图3示出了本实用新型一个实施例中的预应力柔性注浆锚杆的示意图。如图1所示，预应力柔性注浆锚杆包括锚固装置、杆体和锁具。其中，所属锚固装置包括锚干4、锚爪5、转动副6和挡板14。锚干4为一个空心圆管，用于辅助柔性材料与锚固装置的连接，圆管直径取决于柔性材料的直径，一般大于柔性材料直径1～2mm。锚干4和锚爪5通过转动副6连接，挡板14用以限制锚爪5的转动。所述杆体包括棕绳1和塑料质注浆管2。棕绳1直径取决于目标工作面的地质条件和煤体的物理性质，一般取10mm～24mm。塑料质注浆管2的直径为25mm。所述锁具包括双孔锚垫板7和单孔锚具9。所述双孔锚垫板7上设有一个过绳孔12和一个过注浆管孔13，孔直径分别取决于棕绳1直径和注浆管2直径，所述单孔锚具包括锚环10和三个夹片11，所述锚环10中设有一锥形孔，所述三个夹片11可围成一个圆锥形，与所述锚环10的锥形孔锥度相同，所述夹片11内侧设置有螺纹。
所述预应力柔性注浆锚杆的施工方法主要通过以下技术方案实现：
步骤一：利用工作面检修时间，停止运转采煤机等工作面设备，准备工程实施所需材料；
步骤二：在厚煤层工作面煤壁中上部开设一个垂直于煤壁的直径42mm的注浆钻孔，钻孔深6m；
步骤三：在所述棕绳伸入所述空心圆管后，将4个长8mm,直径5mm的平头螺丝分别拧入所述空心圆管上的四个螺孔，对棕绳形成挤压从而起到固定作用；
步骤四：将锚干尾部和注浆管对齐，使用扎丝将注浆管头部与锚干尾部绑定，将注浆管主体与棕绳并列绑结在一起；
步骤五：推动注浆管，将连接好的锚固装置、棕绳和注浆管探入所述注浆钻孔中；
步骤六：将所述棕绳和注浆管穿过锚垫板，并在煤壁上注浆钻孔处安装锚垫板；
步骤七：将锚环套在棕绳上后使用液压卷绳器对所述棕绳进行张拉来在所述杆体上施加预应力，当孔内棕绳变形长度达到钻孔总长的5％时，停止拉拔；
步骤八：将锚环移动到锚垫板处，安入三个锚卡固定棕绳，并通过注浆管向煤壁内部注浆，注浆压力为4～7MPa，浆液凝结后截断棕绳，拆卸锁具；
步骤九：工作面每推进6m，重复步骤一到八。
本实用新型述及的一种预应力柔性注浆锚杆可以以较低的成本高效的对煤壁进行加固。通过对棕绳施加预应力，可以使被加固煤体处于三向受压状态，从而提高煤体强度；通过注浆管向煤壁注浆可以有效充填煤体内微裂隙，提高煤体强度，同时浆液与棕绳搭配，使棕绳起到全长锚固的作用；棕绳的高抗拉强度可以有效提高煤体的抗剪强度，限制煤体的剪切破坏。
应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。