1.本發(fā)明涉及煤礦井下高應力區(qū)的支護技術領域，尤其涉及深部巷道圍巖破碎區(qū)及塑性區(qū)范圍擴大的錨桿錨索聯(lián)合支護裝置及方法。

背景技術：

2.隨著井工煤礦高強度開采及開采深度的增加，巷道圍巖控制難度逐步增大，造成巷道支護困難，巷道損壞、修復率加劇，因此，安全、可靠、高效的巷道支護技術是實現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)的必要條件。

3.錨桿錨索支護具有施工速度快、支護效果好、勞動強度低、成本低等優(yōu)點，被煤礦巷道普遍使用，1996年成功研制的適用煤礦條件的小孔徑樹脂錨固預應力錨索，進一步解決了原有煤礦復雜巷道支護難題，成為巷道支護與圍巖加固的關鍵技術，錨桿錨索端部錨固劑的作用在于黏結(jié)錨桿錨索孔壁圍巖，給錨桿錨索提供錨固力，通過對錨桿錨索支護系統(tǒng)施加預緊力，使圍巖形成承載結(jié)構(gòu)，改善掘進開挖后圍巖的受力狀態(tài)。

4.新《煤礦巷道錨桿支護技術規(guī)范》(gb/t35056-2018)要求，錨桿初始預緊力不小于錨桿(現(xiàn)場多使用mg400φ22極限破斷載荷為216kn左右)屈服載荷最低值的30％，現(xiàn)場實測錨桿初始預緊力基本在22-36kn左右，現(xiàn)場錨桿實際的初始預緊力值數(shù)倍小于錨桿桿體破斷載荷及錨桿支護系統(tǒng)有效載荷所需要求?，F(xiàn)場錨桿施工初始預緊力低，錨桿支護不能有效發(fā)揮其對巷道圍巖承載、控制作用，現(xiàn)場錨桿支護效果差，當施加高預應力，錨固區(qū)位移差小，錨桿受力變化不大，支護效果好。如圖1所示，圖為錨桿受力實測曲線圖，圖中曲線

①

中錨桿預應力低，錨桿處于被動支護，錨桿受力小，錨桿支護不明顯，曲線

②

、

③

、

④

為當施加一定預應力，但預應力小于臨界值，錨桿不能有效控制圍巖早期離層，曲線

⑤

為施加高預應力，錨固區(qū)位移差小，錨桿受力變化不大；由圖1可知，通過高預緊力，使錨桿形成預應力結(jié)構(gòu)，錨桿受力變化不大，支護效果好，錨桿支護能夠有效發(fā)揮其對巷道圍巖承載、控制作用。

5.錨桿支護是應對巷道圍巖穩(wěn)定，控制圍巖位移、破壞的方法、措施，錨桿生根于穩(wěn)定巖層中，施加初始高預緊力，對巷道圍巖進行主動加固，實現(xiàn)承載、控制；被支護的巷道圍巖位移變形量小，在控制允許范圍內(nèi)，支護有效，反之，不及時支護、錨桿不能生根穩(wěn)定巖層中或者未對錨桿錨索施加初始高預緊力，未能及時實現(xiàn)加固、承載、控制作用，巷道圍巖受應力影響圍巖位移、變形量大、破壞，支護無效，巷道垮落。如圖2所示，圖為錨桿支護響應曲線圖，圖中曲線

①

中錨桿支護作用不明顯，與無支護相差不大，曲線

②

為圍巖較大位移后錨桿支護作用能趨于穩(wěn)定，曲線

③

為錨桿破斷前圍巖位移較小，破斷后圍巖位移急劇增大，曲線

④

中圍巖位移較大，不能穩(wěn)定，曲線

⑤

為施加高預應力強力支護，有效控制圍巖位移。由圖2可知，錨桿支護主動，加固、承載、控制作用有效，錨桿支護響應效果好，圍巖位移就小、巷道趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

6.錨索(現(xiàn)場多使用φ21.8mm-1*19股高強度、低松弛預應力鋼絞線，極限破斷載荷607kn左右)初始預緊力要求不小于錨索屈服載荷最低值的40％，現(xiàn)場錨索的張拉預緊多采

用傳統(tǒng)的礦用氣動錨索張拉機具(mq22-300/60)進行張拉。由于采用壓氣驅(qū)動，受風壓和設備的限制，張拉速度慢，張拉機具易壞，難以保證錨索張拉效果，預緊力達不到要求。在使用錨桿鉆機等氣動工具進行頂板和側(cè)幫的錨桿初始預緊時，達不到設計初始預緊力要求時，通常還需要借助扭矩扳手人工來實現(xiàn)。這種方法勞動強度大，效果也不理想，此外錨索初始預緊力還存在理論損失和施工損失，錨索張拉后實際預緊力損失達30-50％。現(xiàn)場實測錨索初始預緊力基本為80-100kn左右，錨索初始預緊力值也數(shù)倍小于錨索桿體破斷載荷及錨索支護系統(tǒng)有效載荷的所需要求，造成錨索支護系統(tǒng)不能有效發(fā)揮對巷道圍巖承載、控制作用。此外，巷道開掘后，受水平應力和應力集中影響錨桿錨索極易發(fā)生錯動，錨桿錨索易破斷、損壞失效，從而導致巷道變形、支護困難，造成修復工作高危，影響安全生產(chǎn)。

7.現(xiàn)有技術中，公布號為cn103899341a的中國發(fā)明專利《承壓型端錨高預緊力錨桿支護方法》中公開了錨桿在孔底端部通過樹脂藥卷與錨桿孔底圍巖充分黏結(jié)，實現(xiàn)端部錨固效果，并在自由段錨桿體上安裝pvc套管或類似材料的套管，采用水泥砂漿將套管與錨桿孔之間的空間注滿，砂漿體與錨桿孔圍巖充分粘結(jié)，因套管的存在，砂漿體與錨桿無黏結(jié)，既能保證在不同時段對錨桿施加預緊力，同時可使錨桿的預緊力大幅度提高。公布號為cn102937030a的中國發(fā)明專利《深部巷道圍巖分區(qū)破裂的錨注一體化支護方法》中公開了在巷道開挖后，及時噴砼封閉圍巖,在第一破裂區(qū)內(nèi)采用高預緊力超強錨桿進行支護,在巷道圍巖內(nèi)壁上設置掛網(wǎng)并再次噴砼；然后在巷道圍巖頂板上施加預緊力錨索,錨索錨固端位于深部完整巖體內(nèi)，緊貼圍巖架設工字鋼梁,錨索穿過噴砼、工字鋼梁和讓壓環(huán),用錨索鎖具固定在巷道的圍巖內(nèi)壁上，實現(xiàn)錨桿錨索耦合支護；最后采用長短結(jié)合注漿管或中空分段螺旋式注漿錨桿對各個破裂分區(qū)進行注漿加固。

8.雖然，上述專利都能夠?qū)ο锏缹崿F(xiàn)支護，但是公布號為cn103899341a的中國發(fā)明專利《承壓型端錨高預緊力錨桿支護方法》中只是大幅度提高了錨桿預緊力，當巷道圍巖破碎區(qū)域及塑性區(qū)范圍擴大時,長度較短的錨桿并不能錨固到完整性較好的巖體中,此時錨桿懸吊作用弱，不能有效發(fā)揮錨桿對巷道圍巖承載、控制作用；而公布號為cn102937030a的中國發(fā)明專利《深部巷道圍巖分區(qū)破裂的錨注一體化支護方法》中雖然對深部巷道圍巖起到很好地支護作用，但是要求施工時錨桿錨固端位于完整區(qū)巖體中，當巷道圍巖破碎區(qū)域及塑性區(qū)范圍擴大時,長度較短的錨桿并不能錨固到完整巖體中。

技術實現(xiàn)要素：

9.本發(fā)明所要解決的技術問題在于如何解決當巷道圍巖破碎區(qū)域及塑性區(qū)范圍擴大，長度較短的錨桿不能錨固到完整性較好的巖體中時，將巷道淺部破碎圍巖懸吊在深部完整性較好的穩(wěn)定巖體內(nèi),錨固巷道圍巖，抑制塑性區(qū)擴展。

10.本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：

11.一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，包括錨桿支護裝置和錨索支護裝置，所述錨桿支護裝置和所述錨索支護裝置錯開布置；

12.所述錨桿支護裝置包括套筒、螺母、錨桿桿體；所述螺母與所述錨桿桿體尾部螺紋配合，所述套筒具有與所述螺母外輪廓一致的貫通孔，所述套筒套設在所述螺母上；驅(qū)動所述套筒轉(zhuǎn)動帶動所述螺母轉(zhuǎn)動擰緊；

13.所述錨索支護裝置包括錨索桿體、鎖具、鎖夾片、錨索張拉器；所述錨索張拉器中

間是圓形空腔，空腔內(nèi)有鎖舌，所述錨索桿體尾部深入所述錨索張拉器空腔內(nèi)，所述鎖具、所述鎖夾片依次套設在所述錨索桿體上，所述鎖夾片位于所述鎖具與所述錨索張拉器之間；驅(qū)動所述錨索張拉器推動所述鎖具、所述鎖夾片張拉鎖緊。

14.所述錨桿支護裝置和錨索支護裝置，均是在圍巖表面施加預緊力來控制巖體變形，當巷道圍巖破碎區(qū)域及塑性區(qū)范圍擴大時，長度較短的錨桿桿體不能錨固到完整性較好的巖體中，此時錨桿支護裝置懸吊作用弱，采用錨桿錨索聯(lián)合支護共同作用，不僅能夠提高圍巖峰后殘余強度，而且能夠?qū)⑾锏罍\部破碎圍巖懸吊在深部完整性較好的穩(wěn)定巖體內(nèi)，充分發(fā)揮深部巖體承載性能。錨桿支護裝置在淺部破碎圍巖區(qū)域構(gòu)成“人工承壓拱”，錨桿托盤在圍巖表面形成約束件，限制煤巖的變形，此時錨索支護裝置可生根于圍巖深部較完整和承載性較好的巖體中，通過長錨索的作用固定“人工承壓拱”，錨高預緊力，優(yōu)化破碎巖體受力，錨固巷道圍巖，抑制塑性區(qū)擴展。

15.進一步地，所述錨桿支護裝置還包括扭矩倍增器，所述扭矩倍增器的輸出端套設在所述套筒的貫通孔內(nèi)，并與貫通孔輪廓適配；所述錨桿支護裝置還包括托盤，所述托盤中間孔比所述錨桿桿體直徑大2-4mm，所述托盤套設在所述錨桿桿體上，所述托盤位于圍巖壁與所述螺母之間。

16.進一步地，所述錨索支護裝置還包括托盤，所述托盤中間孔比所述錨索桿體直徑大2-4mm，所述托盤套設在所述錨索桿體上，所述托盤位于圍巖壁與所述鎖具之間。

17.進一步地，所述錨桿支護裝置還包括尼龍減摩墊圈、鋼墊圈；所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈中間孔比所述錨桿桿體直徑大2-4mm，所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈依次套設在所述錨桿桿體上，所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈位于所述托盤與所述螺母之間；所述錨索支護裝置還包括調(diào)芯球墊，所述調(diào)芯球墊套設在所述錨索桿體上，所述調(diào)芯球墊位于所述托盤與所述鎖具之間。

18.進一步地，所述扭矩倍增器輸出端軸為六方桿體，所述套筒的貫通孔為為六方孔，所述扭矩倍增器與所述套筒直接插合連接；所述錨桿支護裝置還包括錨桿鉆機，所述錨桿鉆機頂端內(nèi)嵌六方套筒，所述扭矩倍增器輸入端軸為六方桿體，所述錨桿鉆機與所述扭矩倍增器直接插合連接。

19.進一步地，所述錨索支護裝置還包括動力液壓系統(tǒng)，所述動力液壓系統(tǒng)與所述錨索張拉器通過高壓油管連接；

20.所述動力液壓系統(tǒng)包括機械壓力表、增壓缸、高壓油管、過濾器、溢流閥、液壓閥組；所述機械壓力表布置在所述高壓油管上，所述增壓缸、所述過濾器、所述溢流閥、所述液壓閥組依序布置在所述高壓油管上；

21.所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，所述第一過濾器連接在所述增壓缸輸入口與所述溢流閥之間的高壓油管上，所述第二過濾器連接在所述增壓缸回液輸出口與所述液壓閥組之間。

22.進一步地，所述錨桿支護裝置還包括助力加長桿，所述助力加長桿與所述扭矩倍增器側(cè)耳連接。

23.進一步地，所述錨桿桿體選用mg400錨桿，所述錨桿桿體屈服強度大于等于400mpa，抗拉強度大于等于540mpa，最大力總延伸率為12％；所述錨索桿體為φ21.8mm-1

×

19股高強度低松弛預應力鋼絞線，抗拉強度等級大于等于1860mpa，極限破斷拉力為607kn，

延伸率大于等于7％；

24.所述螺母為法蘭式，其中無縱肋螺紋鋼錨桿螺母組裝件承載效率系數(shù)大于等于0.90，等強螺紋鋼錨桿螺母組裝件承載效率系數(shù)大于等于0.95；所述調(diào)芯球墊為圓錐形狀，頂部與底部設計10度夾角；所述鎖具規(guī)格為km22-1860，鎖具效率系數(shù)大于等于0.95，總伸長率大于等于2.0％；所述鎖夾片靜載錨固性能系數(shù)大于等于0.95。

25.進一步地，所述托盤鋼材屈服強度大于等于235mpa，厚度大于等于6mm，所述托盤承載力大于等于所述錨桿桿體屈服力標準值的1.3倍。

26.進一步地，一種基于所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置的聯(lián)合支護方法，包括以下步驟：

27.s1、先施工所述錨桿支護裝置，在圍巖壁或幫部煤壁上施工錨桿孔，向錨桿孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷，所述錨桿桿體頂部深入到錨桿孔內(nèi)，驅(qū)動所述套筒帶動所述錨桿桿體攪拌中速凝固樹脂藥卷，攪拌后40～60秒初凝固，凝固時間180秒，實現(xiàn)所述錨桿桿體與錨桿孔密實錨固；

28.s2、待中速凝固樹脂藥卷將所述錨桿桿體端部加長錨固后，驅(qū)動所述套筒轉(zhuǎn)動帶動所述螺母實施固定、加扭，實現(xiàn)初始高預緊力預緊；

29.s3、再施工所述錨索支護裝置，所述錨索支護裝置與所述錨桿支護裝置錯開布置，在圍巖壁或幫部煤壁上施工錨索孔，向錨索孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷，所述錨索桿體頂部深入到錨桿孔內(nèi)，驅(qū)動所述錨索桿體攪拌中速凝固樹脂藥卷；

30.s4、待中速凝固樹脂藥卷將所述錨索桿體端部加長錨固后，驅(qū)動所述錨索張拉器張拉鎖緊實施高預緊力張拉，所述錨索張拉器收縮時形成重復張拉，所述錨索支護裝置安裝預緊完成后，所述錨桿錨索聯(lián)合支護裝置安裝完成。

31.本發(fā)明的優(yōu)點在于：

32.1、錨桿支護裝置和錨索支護裝置，均是在圍巖表面施加預應力來控制巖體變形，當巷道圍巖破碎區(qū)域及塑性區(qū)范圍擴大時，長度較短的錨桿桿體不能錨固到完整性較好的巖體中，此時錨桿支護裝置懸吊作用弱，采用錨桿錨索聯(lián)合支護共同作用，不僅能夠提高圍巖峰后殘余強度，而且能夠?qū)⑾锏罍\部破碎圍巖懸吊在深部完整性較好的穩(wěn)定巖體內(nèi)，充分發(fā)揮深部巖體承載性能。預應力錨桿在淺部破碎圍巖區(qū)域構(gòu)成“人工承壓拱”，錨桿托盤在圍巖表面形成約束件，限制煤巖的變形，此時錨索支護裝置可生根于圍巖深部較完整和承載性較好的巖體中，通過長錨索的作用固定“人工承壓拱”，錨高預緊力，優(yōu)化破碎巖體受力，錨固巷道圍巖，抑制塑性區(qū)擴展。

33.2、錨桿錨索聯(lián)合支護形成高預應力承載結(jié)構(gòu)，給圍巖提供高壓應力，應力擴散范圍大、易形成骨架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，充分調(diào)動深部圍巖的承載能力，更大范圍內(nèi)地實現(xiàn)巖體共同承載；施加的高預緊力，可提高錨桿錨索的工作阻力，能充分發(fā)揮錨桿錨索自身高預應力和支護強度，主動支護消除巖層內(nèi)裂縫空隙，使巖層鎖緊為一個整體。

34.3、錨桿錨索聯(lián)合支護施加的高預緊力通過鋼帶、錨索梁(t型鋼帶)、托盤等護表構(gòu)件的有效擴散，提高錨固體的整體剛度，保持頂板完整性、支護整體性和有效性，避免巷道頂板錨桿錨索體受應力影響變形剪切破壞，具有控制圍巖變形和離層的優(yōu)點，能夠充分改善和發(fā)揮圍巖自身的承載能力，避免巷道維修，適應深部高應力區(qū)支護。

35.4、錨桿支護裝置中采用扭矩倍增器加扭錨桿桿體施加初始高預緊力，很好地解決

了錨桿鉆機扭矩小，錨桿支護達不到初始預緊力設計要求的難題。扭矩倍增器采用行星變速機構(gòu)輸出力矩，使用扭矩倍增器可錨桿鉆機扭矩放大4-8倍，比單獨使用錨桿鉆機時提高4-8倍初始預緊力，提高了“扭矩-預緊力”轉(zhuǎn)化效率，增強錨桿桿體的預應力，更好地達到錨桿主動支護頂板及側(cè)幫的作用。增強錨桿桿體的預應力，增大支護安全系數(shù)，提高錨桿支護的主動性和有效性。實現(xiàn)錨桿桿體高預應力的可靠施加與有效擴散，主動控制頂板淺部層位錯動，有效降低頂板淺部錨索剪切破斷、孔內(nèi)崩斷和彈出機率風險。現(xiàn)場實測頂板錨桿預緊力達到83-98kn，幫部錨桿預緊力達到62kn以上，支護安全系數(shù)增大，提高了支護的主動性和有效性。

36.5、錨索支護裝置中利用動力液壓系統(tǒng)(掘進機供液壓力20-22mpa)上安裝液壓張拉錨索增壓裝置可升壓2.5倍以上，替代原有氣動、低效的錨索張拉儀，現(xiàn)掘進迎頭采用動力液壓張拉錨索增壓裝置張拉一根錨索僅需5-10秒，每小班進尺3米，需要時間＜10min，節(jié)省110min，效率提升11倍，降低工人勞動強度，提升掘進效率及工效，很好地解決礦用氣動錨索張拉機具張拉初始預緊力小，錨索支護達不到初始預緊力要求的難題，使錨索初始預緊力提高2.5倍以上?，F(xiàn)場實測頂板錨索初始預緊力達到220-240kn以上，提高錨索支護的主動性和有效性。

37.6、錨桿錨索聯(lián)合支護裝置施工工藝簡單，既能用于頂板支護，又能用于側(cè)幫支護，結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，比扭矩板手、礦用氣動錨索張拉機具操作更簡捷。

附圖說明

38.圖1為井下錨桿受力實測曲線圖；

39.圖2為井下錨桿支護響應曲線圖；

40.圖3為本發(fā)明錨桿桿體與煤壁固定的位置示意圖；

41.圖4為本發(fā)明錨桿支護裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

42.圖5為本發(fā)明錨索桿體與煤壁固定的位置示意圖；

43.圖6為本發(fā)明錨索支護裝置中動力液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

44.圖7為本發(fā)明錨索支護裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

45.圖8為本發(fā)明錨索支護裝置中動力液壓系統(tǒng)低壓沖液階段高壓油流向圖；

46.圖9為本發(fā)明錨索支護裝置中動力液壓系統(tǒng)增壓階段高壓油流向圖；

47.圖中：1扭矩倍增器、2錨桿桿體、3錨桿托盤、4套筒、5錨桿鉆機、6尼龍減摩墊圈、7鋼墊圈、8螺母、9助力加長桿、10圍巖壁或幫部煤壁、11中速凝固樹脂藥卷、12錨索桿體、13錨索托盤、14調(diào)芯球墊、15鎖具、16鎖夾片、17錨索張拉器、18動力液壓系統(tǒng)、181機械壓力表、182增壓缸、183高壓油管、184過濾器、1841第一過濾器、1842第二過濾器、185溢流閥、186液壓閥組、1861液控單向閥、1862進液單向閥、1863出液單向閥、1864升壓換向閥、18641升壓換向閥t口、1865電磁換向閥、a進液油管、b回液油管、p高壓油輸入口、t高壓油回液輸出口。

具體實施方式

48.為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通

技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

49.下面結(jié)合說明書附圖以及具體的實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述：

50.一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置包括錨桿支護裝置和錨索支護裝置，錨桿支護裝置和錨索支護裝置錯開布置。

51.如圖3-4所示，錨桿支護裝置包括扭矩倍增器1、錨桿桿體2、錨桿錨桿托盤3、套筒4、錨桿鉆機5、尼龍減摩墊圈6、鋼墊圈7、螺母8、助力加長桿9；采用常用的錨桿鉆機在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨桿孔，孔徑大于錨桿桿體2直徑6～10mm，向錨桿孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨桿桿體2頂部深入到錨桿孔內(nèi)，錨桿托盤3、尼龍減摩墊圈6、鋼墊圈7中間有孔且比錨桿桿體2直徑大2-4mm，在錨桿桿體2的尾端依次套上錨桿托盤3、尼龍減摩墊圈6、鋼墊圈7和螺母8，螺母8與錨桿桿體2尾部螺紋配合，套筒4具有與螺母8外輪廓一致的貫通孔，套筒4套設在螺母8上，扭矩倍增器1輸出端軸為六方桿體與套筒4的六方貫通孔直接插合連接。錨桿鉆機5頂端為內(nèi)嵌六方套筒與扭矩倍增器1輸入端軸六方桿體直接插合連接，錨桿鉆機5轉(zhuǎn)動帶動扭矩倍增器1推動套筒4帶動螺母8，推動鋼墊圈7、尼龍減摩墊圈6、錨桿托盤3實施固定、加扭，實現(xiàn)初始高預緊力預緊。

52.助力加長桿9與扭矩倍增器1側(cè)耳采用螺絲連接，在扭矩倍增器1外殼內(nèi)的圓周齒輪與環(huán)繞內(nèi)部行星齒輪接合時，助力加長桿9可防止內(nèi)齒圈主體旋轉(zhuǎn)，使行星齒輪繞中心齒輪旋轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動頭旋轉(zhuǎn)輸出扭矩力。

53.扭矩倍增器1工作時，采用高能行星變速機構(gòu)作為主傳動，變徑齒輪變速放大倍率。扭矩力經(jīng)由中心齒輪輸入較小的力，中心齒輪咬合帶動三個行星組合齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動高能行星齒輪減速機構(gòu)齒輪咬合旋轉(zhuǎn)傳動，通過變徑齒輪變速放大扭矩倍率增加扭矩力，再由中心齒輪輸出放大倍率的扭矩力，變徑齒輪直徑大小變化可形成比倍1：4-8倍。

54.如圖5-7所示，錨索支護裝置包括錨索桿體12、錨索托盤13、調(diào)芯球墊14、鎖具15、鎖夾片16、錨索張拉器17、動力液壓系統(tǒng)18，采用常用的錨桿鉆機在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨索孔，孔徑大于錨索桿體1直徑6～10mm，向錨索孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨索桿體12頂部深入到錨索孔內(nèi)，在錨索桿體12的尾端依次套上錨索托盤13、調(diào)芯球墊14、鎖具15、鎖夾片16，錨索張拉器17中間是圓形空腔，錨索桿體12深入圓形空腔不少于80mm，空腔內(nèi)有鎖舌，張拉時鎖舌鎖緊錨索桿體12，錨索張拉器17張拉伸出，推動鎖具15和鎖夾片16前移，張拉到設定值后，鎖夾片16楔入鎖具15，對錨索桿體12鎖緊、固定；調(diào)芯球墊14調(diào)整錨索桿體12處于垂直受力方向和最佳受力狀態(tài)；錨索張拉器17與動力液壓系統(tǒng)18通過高壓油管183連接，動力液壓系統(tǒng)7工作時，錨索張拉器17張拉鎖緊，推動鎖夾片16、鎖具15、調(diào)芯球墊14、錨索托盤13實施高預緊力張拉。

55.動力液壓系統(tǒng)18包括：機械壓力表181、增壓缸182、高壓油管183、過濾器184、溢流閥185、液壓閥組186。機械壓力表181通過高壓油管183連接到管路三通中，增壓缸182、過濾器184、液壓閥組186通過高壓油管183相連接，連接處用螺母固定。

56.增壓缸182是自動化升壓缸，低壓活塞lp的面積大于高壓活塞hp的面積，低壓壓力將推動低壓活塞lp向上運動并壓縮高壓活塞hp端的液柱，產(chǎn)生高壓，高壓壓力與低壓壓力的比值等于低壓活塞lp與高壓活塞hp的面積比即升壓比。

57.過濾器184包括第一過濾器1841和第二過濾器1842，第一過濾器1841連接在增壓

缸182輸入口p與溢流閥185之間的高壓油管183上，第二過濾器1842連接在增壓缸182回液輸出口t與管路三通的的連接螺母之間。

58.如圖8-9所示，液壓閥組186包括：液控單向閥1661、進液單向閥1862、出液單向閥1863、升壓換向閥1864、升壓換向閥t口18641、電磁換向閥1865，液控單向閥1861、進液單向閥1862、出液單向閥1863、升壓換向閥1864、電磁換向閥1865均安裝在高壓油管183管路上，升壓閥t口18641位于升壓換向閥1864內(nèi)。

59.錨桿桿體2選用mg400錨桿，相當于4級建筑螺紋鋼，屈服強度不小于400mpa，抗拉強度不小于540mpa，最大力總延伸率12％；錨桿托盤3選用鋼板沖壓而成，屈服強度不小于235mpa，厚度不小于6mm，承載力不小于配套錨桿桿體屈服力標準值的1.3倍；螺母8選用法蘭式，螺母組裝件承載效率系數(shù)(η)：尾部螺紋、螺母組裝件承載力與桿體母材最大力實測平均值之比，其中無縱肋螺紋鋼錨桿≥0.90，等強螺紋鋼錨桿≥0.95。

60.錨索桿體12采用φ21.8mm-1

×

19股高強度低松弛預應力鋼絞線制成，抗拉強度等級不低于1860mpa,極限破斷拉力為607kn，延伸率不小于7％；錨索托盤13規(guī)格為150mm

×

150mm

×

16mm，選用鋼板沖壓而成,抗拉強度大于490mpa，強度與錨索桿體12強度相配套；調(diào)芯球墊14采用鑄鐵制成，為圓錐形狀，頂部與底部設計10度夾角，安裝調(diào)芯球墊14用于調(diào)整錨索桿體12處于垂直受力方向和最佳受力狀態(tài)，使錨索桿體12處于拉應力狀態(tài)。

61.鎖具15規(guī)格為km22-1860，效率系數(shù)不小于0.95，總伸長率不低于2.0％；鎖夾片16靜載錨固性能系數(shù)不小于0.95；安裝鎖夾片16、鎖具15，通過動力液壓系統(tǒng)18、錨索張拉器17推動，錨索桿體12初始預緊力達到設定值180kn以上，確保錨索支護裝置具有較高的預緊力。

62.采用上述錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置進行聯(lián)合支護的方法包括以下步驟：

63.s1、先施工錨桿支護裝置，固定圍巖淺部巖層，在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨桿孔，向錨桿孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨桿桿體2頂部深入到錨桿孔內(nèi)，通過錨桿鉆機5或幫部鉆機轉(zhuǎn)動套筒4帶動錨桿桿體2攪拌中速凝固樹脂藥卷11，攪拌后40～60秒初凝固，凝固時間180秒，實現(xiàn)錨桿桿體2與錨桿孔密實錨固；

64.s2、待中速凝固樹脂藥卷11將錨桿桿體2端部加長錨固后，通過錨桿鉆機5或幫部鉆機轉(zhuǎn)動帶動扭矩倍增器1推動套筒4帶動螺母8，推動鋼墊圈7、尼龍減摩墊圈6、錨桿托盤3實施固定、加扭，實現(xiàn)初始高預緊力預緊。錨桿支護裝置安裝完成后，對圍巖壁或幫部煤壁10產(chǎn)生高預緊力，形成高預緊力承載結(jié)構(gòu)；

65.s3、再施工錨索支護裝置，錨索支護裝置與錨桿支護裝置錯開布置，通過錨索支護裝置固定圍巖深部巖層，在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨索孔，向錨索孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨索桿體12頂部深入到錨桿孔內(nèi)，通過攪拌設備轉(zhuǎn)動帶動錨索桿體12攪拌中速凝固樹脂藥卷11；

66.s4、待中速凝固樹脂藥卷11將錨索桿體12端部加長錨固后，通過掘進機油泵液壓系統(tǒng)輸入的18-20mpa高壓油經(jīng)液壓閥組186、溢流閥185、第一過濾器1841從高壓油輸入口p進入增壓缸182，升壓40-45mpa，通過錨索張拉器17張拉鎖緊，錨索張拉器17推動鎖夾片16、鎖具15、調(diào)芯球墊14、錨索托盤13實施高預緊力張拉；錨索張拉器17收縮時，高壓油從高壓油回液輸出口t經(jīng)高壓油管183回至液壓閥組186，形成重復張拉。錨索桿體12通過端部加長錨固，尾部的錨索托盤13、鎖具15、鎖夾片16張拉預緊對支護圍巖產(chǎn)生高預緊力，調(diào)芯球墊

14調(diào)整錨索桿體12處于垂直受力方向和最佳受力狀態(tài)，錨索支護裝置安裝預緊完成后，對圍巖壁或幫部煤壁10產(chǎn)生高預緊力，形成高預緊力承載結(jié)構(gòu)；錨桿錨索聯(lián)合支護能夠加固深淺部巖層整體結(jié)構(gòu)。

67.工作原理：

68.錨桿支護裝置和錨索支護裝置錯開布置，先施工錨桿支護裝置，固定圍巖淺部巖層，再通過錨索支護裝置固定圍巖深部巖層，錨桿錨索聯(lián)合支護能夠加固深淺部巖層整體結(jié)構(gòu)。

69.先在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨桿孔，向錨桿孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨桿桿體2頂部深入到錨桿孔內(nèi)，通過錨桿鉆機5或幫部鉆機轉(zhuǎn)動套筒4帶動錨桿桿體2攪拌中速凝固樹脂藥卷11，攪拌后40～60秒初凝固，凝固時間180秒，實現(xiàn)錨桿桿體2與錨桿孔密實錨固，待中速凝固樹脂藥卷11將錨桿桿體2端部加長錨固后，通過錨桿鉆機5或幫部鉆機轉(zhuǎn)動帶動扭矩倍增器1推動套筒4帶動螺母8，推動鋼墊圈7、尼龍減摩墊圈6、錨桿托盤3實施固定、加扭，實現(xiàn)初始高預緊力預緊。錨桿支護裝置安裝完成后，對圍巖壁或幫部煤壁10產(chǎn)生高預緊力，形成高預緊力承載結(jié)構(gòu)。

70.再在圍巖壁或幫部煤壁10上施工錨索孔，向錨索孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷11，錨索桿體12頂部深入到錨桿孔內(nèi)，通過攪拌設備轉(zhuǎn)動帶動錨索桿體12攪拌中速凝固樹脂藥卷11，待中速凝固樹脂藥卷11將錨索桿體12端部加長錨固后，通過掘進機油泵液壓系統(tǒng)輸入的18-20mpa高壓油經(jīng)液壓閥組186、溢流閥185、第一過濾器1841從高壓油輸入口p進入增壓缸182，升壓40-45mpa，通過錨索張拉器17張拉鎖緊，錨索張拉器17推動鎖夾片16、鎖具15、調(diào)芯球墊14、錨索托盤13實施高預緊力張拉；錨索張拉器17收縮時，高壓油從高壓油回液輸出口t經(jīng)高壓油管183回至液壓閥組186，形成重復張拉。錨索桿體12通過端部加長錨固，尾部的錨索托盤13、鎖具15、鎖夾片16張拉預緊對支護圍巖產(chǎn)生高預緊力，調(diào)芯球墊14調(diào)整錨索桿體12處于垂直受力方向和最佳受力狀態(tài)，錨索支護裝置安裝預緊完成后，對圍巖壁或幫部煤壁10產(chǎn)生高預緊力，形成高預緊力承載結(jié)構(gòu)。

71.如圖8所示，動力液壓系統(tǒng)低壓充液階段：高壓油從p口進入升壓換向閥1864，大部分通過液控單向閥1861、出液單向閥1863直接到增壓缸182的油缸無桿腔；其余通過進液單向閥1862到達油缸無桿腔，實現(xiàn)快速供油。

72.如圖9所示，動力液壓系統(tǒng)增壓階段：液控單向閥1861因壓力平衡自動關閉，高壓油通過進液單向閥1862到達增壓缸182的活塞hp頂端，推動增壓缸182的活塞lp一起下移到底部,此時升壓換向閥t口18641為閉合狀態(tài)?；钊鹔p到底部后，高壓油將與升壓閥換向閥1864的閥芯上部接通，推動閥芯向下運動。換向后，高壓油通過升壓閥換向閥1864達到活塞lp底部，此時升壓換向閥t口18641為開啟狀態(tài)，推動活塞hp向上運動，輸出高壓油,直接到達增壓缸182的油缸無桿腔；活塞hp到頂部后，升壓閥換向閥1864頂部與升壓換向閥t口18641連接，升壓換向閥1864再次換向，回到圖中高壓油從高壓油輸入口p口進入時的初始位置，此時升壓換向閥t口18641為開啟狀態(tài)，如此自動循環(huán)，升壓閥換向閥1864可以實現(xiàn)高頻動作并連續(xù)輸出高壓油。

73.動力液壓系統(tǒng)自動保壓：高壓端壓力使高壓活塞hp與低壓活塞lp達到力學平衡后，活塞將停止動作，當高壓側(cè)因負載減小或者泄漏等因素造成壓力降低時，高低壓活塞將失去力學平衡而自動循環(huán)補壓。

74.動力液壓系統(tǒng)卸荷功能:電磁換向閥1865換向，高壓油回液輸出口t的進油將打開液控單向閥1861，油缸無桿腔的高壓油通過液控單向閥1861流回高壓油輸入口p，再通過電磁換向閥1865回到系統(tǒng)油箱。

75.以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。技術特征：

1.一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，包括錨桿支護裝置和錨索支護裝置，所述錨桿支護裝置和所述錨索支護裝置錯開布置；所述錨桿支護裝置包括套筒、螺母、錨桿桿體；所述螺母與所述錨桿桿體尾部螺紋配合，所述套筒具有與所述螺母外輪廓一致的貫通孔，所述套筒套設在所述螺母上；驅(qū)動所述套筒轉(zhuǎn)動帶動所述螺母轉(zhuǎn)動擰緊；所述錨索支護裝置包括錨索桿體、鎖具、鎖夾片、錨索張拉器；所述錨索張拉器中間是圓形空腔，空腔內(nèi)有鎖舌，所述錨索桿體尾部深入所述錨索張拉器空腔內(nèi)，所述鎖具、所述鎖夾片依次套設在所述錨索桿體上，所述鎖夾片位于所述鎖具與所述錨索張拉器之間；驅(qū)動所述錨索張拉器推動所述鎖具、所述鎖夾片張拉鎖緊。2.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨桿支護裝置還包括扭矩倍增器，所述扭矩倍增器的輸出端套設在所述套筒的貫通孔內(nèi)，并與貫通孔輪廓適配；所述錨桿支護裝置還包括托盤，所述托盤中間孔比所述錨桿桿體直徑大2-4mm，所述托盤套設在所述錨桿桿體上，所述托盤位于圍巖壁與所述螺母之間。3.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨索支護裝置還包括托盤，所述托盤中間孔比所述錨索桿體直徑大2-4mm，所述托盤套設在所述錨索桿體上，所述托盤位于圍巖壁與所述鎖具之間。4.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨桿支護裝置還包括尼龍減摩墊圈、鋼墊圈；所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈中間孔比所述錨桿桿體直徑大2-4mm，所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈依次套設在所述錨桿桿體上，所述尼龍減摩墊圈、所述鋼墊圈位于所述托盤與所述螺母之間；所述錨索支護裝置還包括調(diào)芯球墊，所述調(diào)芯球墊套設在所述錨索桿體上，所述調(diào)芯球墊位于所述托盤與所述鎖具之間。5.根據(jù)權利要求2所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述扭矩倍增器輸出端軸為六方桿體，所述套筒的貫通孔為為六方孔，所述扭矩倍增器與所述套筒直接插合連接；所述錨桿支護裝置還包括錨桿鉆機，所述錨桿鉆機頂端內(nèi)嵌六方套筒，所述扭矩倍增器輸入端軸為六方桿體，所述錨桿鉆機與所述扭矩倍增器直接插合連接。6.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨索支護裝置還包括動力液壓系統(tǒng)，所述動力液壓系統(tǒng)與所述錨索張拉器連接；所述動力液壓系統(tǒng)還包括機械壓力表、增壓缸、高壓油管、過濾器、溢流閥、液壓閥組；所述機械壓力表布置在所述高壓油管上，所述增壓缸、所述過濾器、所述溢流閥、所述液壓閥組依序布置在所述高壓油管上；所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，所述第一過濾器連接在所述增壓缸輸入口與所述溢流閥之間的高壓油管上，所述第二過濾器連接在所述增壓缸回液輸出口與所述液壓閥組之間。7.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨桿支護裝置還包括助力加長桿，所述助力加長桿與所述扭矩倍增器側(cè)耳連接。8.根據(jù)權利要求1所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述錨桿桿體選用mg400錨桿，所述錨桿桿體屈服強度大于等于400mpa，抗拉強度大于等于540mpa，最大力總延伸率為12％；所述錨索桿體為φ21.8mm-1

×

19股高強度低松弛預應力鋼絞線，抗拉強度等級大于等于1860mpa，極限破斷拉力為607kn，延伸率大于等于7％；

所述螺母為法蘭式，其中無縱肋螺紋鋼錨桿螺母組裝件承載效率系數(shù)大于等于0.90，等強螺紋鋼錨桿螺母組裝件承載效率系數(shù)大于等于0.95；所述調(diào)芯球墊為圓錐形狀，頂部與底部設計10度夾角；所述鎖具規(guī)格為km22-1860，鎖具效率系數(shù)大于等于0.95，總伸長率大于等于2.0％；所述鎖夾片靜載錨固性能系數(shù)大于等于0.95。9.根據(jù)權利要求2所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置，其特征在于，所述托盤鋼材屈服強度大于等于235mpa，厚度大于等于6mm，所述托盤承載力大于等于所述錨桿桿體屈服力標準值的1.3倍。10.一種基于權利要求1至9所述的一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置的聯(lián)合支護方法，其特征在于，包括以下步驟：s1、先施工所述錨桿支護裝置，在圍巖壁或幫部煤壁上施工錨桿孔，向錨桿孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷，所述錨桿桿體頂部深入到錨桿孔內(nèi)，驅(qū)動所述套筒帶動所述錨桿桿體攪拌中速凝固樹脂藥卷，攪拌后40～60秒初凝固，凝固時間180秒，實現(xiàn)所述錨桿桿體與錨桿孔密實錨固；s2、待中速凝固樹脂藥卷將所述錨桿桿體端部加長錨固后，驅(qū)動所述套筒轉(zhuǎn)動帶動所述螺母實施固定、加扭，實現(xiàn)初始高預緊力預緊；s3、再施工所述錨索支護裝置，所述錨索支護裝置與所述錨桿支護裝置錯開布置，在圍巖壁或幫部煤壁上施工錨索孔，向錨索孔內(nèi)依次裝入中速凝固樹脂藥卷，所述錨索桿體頂部深入到錨桿孔內(nèi)，驅(qū)動所述錨索桿體攪拌中速凝固樹脂藥卷；s4、待中速凝固樹脂藥卷將所述錨索桿體端部加長錨固后，驅(qū)動所述錨索張拉器張拉鎖緊實施高預緊力張拉，所述錨索張拉器收縮時形成重復張拉，所述錨索支護裝置安裝預緊完成后，所述錨桿錨索聯(lián)合支護裝置安裝完成。

技術總結(jié)

本發(fā)明提供一種錨高預緊力錨桿錨索聯(lián)合支護裝置及方法，包括錨桿支護裝置和錨索支護裝置，錨桿支護裝置和錨索支護裝置錯開布置，先施工錨桿支護裝置，固定圍巖淺部巖層，再通過錨索支護裝置固定圍巖深部巖層，錨桿錨索聯(lián)合支護能夠加固深淺部巖層整體結(jié)構(gòu)；錨桿支護裝置包括套筒、螺母、錨桿桿體；錨索支護裝置包括錨索桿體、鎖具、鎖夾片、錨索張拉器；錨桿錨索聯(lián)合支護，不僅能夠提高圍巖峰后殘余強度，而且能夠?qū)⑾锏罍\部破碎圍巖懸吊在深部完整性較好的穩(wěn)定巖體內(nèi)，充分發(fā)揮深部巖體承載性能，錨高預緊力，優(yōu)化破碎巖體受力，錨固巷道圍巖，抑制塑性區(qū)擴展。抑制塑性區(qū)擴展。抑制塑性區(qū)擴展。

技術研發(fā)人員：張五一 穆軍 劉西東 馬洋洋 高磊 王彬禮 鄭念伊 張倫峰

受保護的技術使用者：淮南礦業(yè)（集團）有限責任公司

技術研發(fā)日：2022.06.22

技術公布日：2022/8/9