一种顶吸式负压锚杆的制作方法

本发明涉及煤矿开采，具体涉及一种适用于在围岩条件破碎松散，矿压显现较大情况下对巷道进行有效控制的顶吸式负压锚杆。

背景技术：

1、1.煤层地质特点：煤矿通常位于地下深处，煤层周围的岩石可能存在裂隙、节理和变形等情况。在开采过程中，由于煤层的采空、压力释放等原因，地质条件可能会变得更加复杂和不稳定。因此，煤矿开采需要使用锚杆等支护技术来加固煤层周围的岩体，确保矿井的安全稳定。

2、2.安全生产需求：煤矿是一个高风险的行业，矿工的安全至关重要。煤矿锚杆作为一种有效的地质支护技术，能够提高矿井的稳定性，防止岩体垮塌和顶板冒落等事故的发生，保障矿工的安全生产。

3、3.高效开采要求：煤矿生产通常需要进行高效率的采煤作业，为了提高生产效率和降低成本，需要采用有效的地质支护技术来保证采空区的稳定性。煤矿锚杆能够快速安装，具有较高的承载能力和稳定性，能够满足煤矿高效开采的要求。

4、4.环境保护需求：煤矿开采过程中产生的地质变形和岩层塌方可能会对周围环境造成不良影响，如地表沉降、地裂缝等。通过采用锚杆等地质支护技术，可以有效控制地质灾害的发生，减少对周围环境的影响，实现煤矿开采与环境保护的平衡。

5、随着我国煤矿深度和开采强度的增加，矿井的巷道支护面临着高应力引起的岩体破碎问题。除了常规的软岩和松散煤层，松动圈破碎直接导致锚杆索支护失效，造成整个巷道围岩支护体的破坏，进而导致巷道变形严重。面对锚固段不牢固，无法提供足够锚固力的情况，一般采用喷浆、锚杆索注浆等方法，先修复破碎的煤岩体，利用凝固材料恢复其可锚性，再进行树脂药卷锚固。

6、针对围岩松软破碎严重或存在冒落区的情况，目前采用先注浆后支护的方法存在以下问题：注浆需要大量时间和材料，施工速度缓慢，且注浆效果难以保证，导致难以形成有效的支护，也不适用于紧急情况下的快速加固。此外，施工工序复杂，容易导致施工质量不佳，已注浆锚固的巷道段可能因高应力再次发生冒顶、片帮等问题，甚至造成人员伤亡。

技术实现思路

1、技术问题：本项发明旨在解决松散煤岩层环境下巷道支护锚固体完整性的问题，提供一种顶吸式负压锚杆，以保护巷道围岩表面不受损坏，并确保巷道的稳定性。

2、技术方案：本发明的一种顶吸式负压锚杆，包括进入钻孔的锚杆本体，所述的锚杆本体的外露侧套装有护孔的托盘，托盘外侧的锚杆本体上加工有与螺母相配的螺纹段，螺纹段上设有固定托盘的螺母，锚杆本体的进入钻孔一侧套装有利于封孔的特制圆环包体，所述的特制圆环包体内设有吸水膨胀树脂和由阻隔片与吸水膨胀树脂相隔离的水；所述的锚杆本体的中央设有抽气通道；使用时，先对施工面进行钻孔，确保钻孔直径略大于圆环包体直径，然后将锚杆本体拧入钻孔中，拧入过程中使膨胀树脂与水的圆环包体破裂，并使水与吸水膨胀树脂混合均匀，接着迅速在孔口安装托盘和螺母，等待膨胀树脂固化后，使用小型真空泵连接锚杆本体外露的抽气通道，对锚杆本体抽真空，直至真空泵仪表显示数值满足要求后及时停止并迅速密封抽气通道；通过人为构造内部小范围低气压区，达到预紧力、大气压压力、锚固力三力共同控制周围岩体，形成高强度有效支护。

3、所述的含有吸水膨胀树脂与水的特制圆环包体的内部吸水膨胀树脂按照重量比100％计，成分包括：水27.5％、丙烯酸22.5％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸32.5％、增强剂7.5％、交联剂7.5％和引发剂2.5％。

4、所述的特制圆环包体的内部吸水膨胀树脂与相隔离水的比例为1:1。

5、所述的特制圆环包体内部的阻隔片为防止吸水膨胀树脂与水提前发生反应的柔软塑料隔模、或橡胶隔模。

6、所述的托盘为圆台状托盘。

7、所述的螺母为五角螺母。

8、所述的吸水膨胀树脂与水的圆环包体的直径略小于钻孔直径。

9、有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明通过将特制的圆环包体固定在锚杆杆体的特定区域上，将锚杆本体钻入预先钻好的孔洞中，设定的圆环包体的直径与钻孔设计直径相差较小，通过旋转锚杆本体，使锚杆本体与岩石摩擦导致破裂，此时特制的圆环包体内部的吸水膨胀树脂就会与水混合并膨胀，同时产生的气体会通过锚杆中央的抽气通道排出。在这个过程中，上紧锚杆的托盘和螺母，利用小型便携式抽气设备通过锚杆中央的抽气通道进行抽气，直到设备仪表显示达到所需的抽气要求。之后，对锚杆尾部的抽气孔进行强力密封。形成低气压区，从而实现对煤矿开采过程中的有效支护。通过人为构造内部小范围低气压区，达到预紧力、大气压压力、锚固力三力共同控制周围岩体的效果，形成高强度有效支护，能有效保护巷道围岩表面不受损坏，并确保巷道的稳定性。与现有的松散围岩体的锚固支护技术相比，可提高煤矿安全开采的效率和质量，减少事故风险，保障工人生命财产安全。其结构简单，实施方便，锚固效果好，支护强度高，在本技术领域内具有广泛的实用性。

技术特征：

1.一种顶吸式负压锚杆，包括进入钻孔的锚杆本体(1)，其特征在于：所述的锚杆本体(1)的外露侧套装有护孔的托盘(4)，托盘(4)外侧的锚杆本体(1)上加工有与螺母相配的螺纹段，螺纹段上设有固定托盘(4)的螺母(3)，锚杆本体(1)的进入钻孔一侧套装有利于封孔的特制圆环包体(5)，所述的特制圆环包体(5)内设有吸水膨胀树脂和由阻隔片(6)与吸水膨胀树脂相隔离的水；所述的锚杆本体(1)的中央设有抽气通道(2)；使用时，先对施工面进行钻孔，确保钻孔直径略大于圆环包体直径，然后将锚杆本体(1)拧入钻孔中，拧入过程中使膨胀树脂与水的圆环包体(5)破裂，并使水与吸水膨胀树脂混合均匀，接着迅速在孔口安装托盘(4)和螺母(3)，等待膨胀树脂固化后，使用小型真空泵连接锚杆本体外露的抽气通道(2)，对锚杆本体(1)抽真空，直至真空泵仪表显示数值满足要求后及时停止并迅速密封抽气通道(2)；通过人为构造内部小范围低气压区，达到预紧力、大气压压力、锚固力三力共同控制周围岩体，形成高强度有效支护。

2.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的特制圆环包体(5)内的吸水膨胀树脂按照重量比100％计，成分包括：水27.5％、丙烯酸22.5％、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸32.5％、增强剂7.5％、交联剂7.5％和引发剂2.5％。

3.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的特制圆环包体(5)的内部吸水膨胀树脂与相隔离水的比例为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的特制圆环包体(5)内部的阻隔片(6)为防止吸水膨胀树脂与水提前发生反应的柔软塑料隔模、或橡胶隔模。

5.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的托盘(4)为圆台状托盘。

6.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的螺母(3)为五角螺母。

7.根据权利要求1所述的一种顶吸式负压锚杆，其特征在于：所述的吸水膨胀树脂与水的圆环包体(5)的直径略小于钻孔直径。

技术总结一种顶吸式负压锚杆，属煤矿开采技术领域。锚杆包括锚杆本体、杆体中央的抽气通道、螺母、托盘和特制圆环包体。将特制的圆环包体固定在锚杆杆体的特定区域上，并将锚杆本体钻入预先钻好的孔洞中，通过旋转锚杆本体，使锚杆本体与岩石摩擦导致破裂，吸水膨胀树脂与水混合膨胀，混合产生的气体通过抽气通道排出。利用便携抽气设备抽真空并密封抽气孔，形成低气压区，实现对煤矿开采过程中的有效支护。通过人为构造内部小范围低气压区，达到预紧力、大气压压力、锚固力三力共同控制周围岩体的效果，形成高强度有效支护，有效保护巷道围岩表面不受损坏，确保巷道的稳定性，提高煤矿安全开采效率和质量，减少事故风险，保障工人生命财产安全。技术研发人员：张长君,张玉亮,匡啸天,高明仕,马小卫,梁正,张宏,王峰,薛亮受保护的技术使用者：华亭煤业集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11