一种火药压裂式特种锚杆

技术领域

本发明涉及锚杆，特别是涉及一种火药压裂式特种锚杆。

背景技术

锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。目前注浆锚杆是矿井中最常见的锚杆，其通过浆液注入锚孔内，从而使得浆液将锚杆及周围的围岩凝固成一体以起到支护的作用。

在一些碎石、砂石、软岩的地质环境中，其内部缝隙细小，此时通过注浆锚杆向锚孔内注浆的方式会使得浆液在锚孔周围的扩散范围小，也就是锚杆对周围岩土的凝固范围小，此时锚杆的支护效果显然也会降低；或者对一些称重要求较高的重力锚，不仅需要较大的锚杆直接（集束锚杆），还需要凝聚的较大范围的围岩。对此目前常用的方式是在注浆前先接入高压水，通过水压裂锚孔周围的缝隙，然后再进行注浆，此时由于缝隙扩大，浆液能够进入到更多的区域，也就起到了更好的支护效果；另外水压裂的方式还能起到泄压的作用，适合深井支护。这种方式虽然使用起来很简单，技术相对成熟，但是残留在锚孔、裂缝内的水会直接稀释浆液，造成浆液性能下降，也就会影响支护效果。

对此，发明人设计了一种火药压裂式特种锚杆，其通过火药爆炸时产生的高压气体直接压裂、扩展裂缝，从而增加锚杆的凝固区域。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种火药压裂式特种锚杆。

为实现上述目的，本发明提供了一种火药压裂式特种锚杆，包括杆体，杆体的轴向上安装有至少一个火药模块火药模块插入锚孔内；所述杆体上设置有安装槽，安装槽内安装火药模块，所述火药模块包括火药盒，所述火药盒的远离杆体的侧为弧面板，弧面板上设置有数个引导孔，所述引导孔与注气嘴可轴向滑动装配，所述注气嘴安装在注气板上，注气嘴、注气板上设置有贯穿的注气孔，且注气嘴上设置有与注气孔交叉、连通的供气孔，所述供气孔与火药盒内部连通；所述注气板安装在气囊上，气囊安装在火药盒内，且气囊内部为中空的爆炸腔，爆炸腔内填充有火药。

作为本发明的进一步改进，火药盒有两个，每个火药盒的端部上分别安装有连接凸条，两个火药盒同一侧的连接凸条分别与同一块连接板装配固定。

作为本发明的进一步改进，爆炸腔内还安装有点火针，点火针与导线的一端电连接，导线的另一端接出杆体。

作为本发明的进一步改进，所述气囊采用高于300℃可熔化且具有一定弹性的材料制作。

作为本发明的进一步改进，所述弧面板的内壁上还安装有多个刀座，刀座上安装有刀片，刀片的尖端正对气囊。

作为本发明的进一步改进，所述杆体内部为中空的注浆孔，且杆体位于安装槽处还设置有与注浆孔连通的插孔，所述插孔与插管装配，插管安装在火药盒上；插管内部为中空的引流孔，引流孔与火药盒内部连通；引流孔内安装有密封环、铰接台，所述密封环的端面与密封板压紧密封，且密封板通过铰接销与铰接台铰接；所述铰接销上套装有扭簧，扭簧对密封板施加向密封环压紧的弹力，从而使得初始状态时密封板与密封环压紧密封。

作为本发明的进一步改进，所述密封板上还设置有锥刺，所述锥刺正对气囊。

作为本发明的进一步改进，杆体的一端上还安装有止退模块，止退模块插入锚孔内；所述止退模块包括锥形头、止退柱，所述锥形头、止退柱固定为一体，所述锥形头上设置有数个贯穿的排桨孔，且锥形头内设置有与排桨孔连通的盲孔；

所述止退柱上设置有长槽，且止退柱上安装有止退管，所述止退管内部为贯穿的过浆孔、且止退管的外壁上安装有铰接块，所述过浆孔与盲孔连通，所述铰接块与止退板一端铰接，止退板的另一端与外张块贴合且可滑动装配；

所述外张块安装在套管上，套管内部为中空的套孔，套孔可轴向滑动地套装在止退管上；所述套管穿过导向环后与止退头装配，止退头穿过止退环后与撞击头装配，且止退头可相对于止退环轴向移动，所述止退环、导向环均固定在止退柱内；所述止退头上还分别设置有止退通孔、缺槽，所述止退通孔将注浆孔和套孔连通；所述缺槽内安装有止退件，止退件上设置有止退块，止退件具有弹性，且初始状态时止退块在止退环轴向投影上不能穿过止退环。

作为本发明的进一步改进，所述外张块与止退板之间通过插销装配固定，所述插销采用易折断的材料制作。

作为本发明的进一步改进，所述止退块上设置有止退块斜面、止退块端面，所述止退环上设置有止退环斜面、止退环端面，所述止退块端面可与止退环斜面贴合。

本发明的有益效果是：

本发明是一种特种锚杆，通过火药爆炸式燃烧产生的高压气流直接作用在锚孔的内壁上，以起到制造裂缝、扩大裂缝的效果。与传统通过水压压裂的方式对比，这种设计不仅能够直接去除复杂的加压设备，而且操作还十分简单，直接对火药进行点火即可。经过试验测试，其产生裂缝以及对裂缝的扩大效果要高于水压，因此最终能够凝固的围岩面积更大，也就能够起到更好的支护效果。而且可以根据需要调节火药量，从而控制对锚孔内壁的冲击力，以对不同地质环境的锚孔实现灵活调整。

虽然本发明会增加锚杆直径（为普通锚杆直径的3倍及以上）及成本，但是其作为特种锚杆用量及使用场景不大，而且最终支护效果远大于现有的锚杆，因此不会明显增加预算，且够获得更好的支护效果。特别是气体压裂的方式不会形成残留，也就不会影响后续浆液的性能，在压裂的同时还能释放应力，以获得更好的支护效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的结构示意图（杆体110轴线所在中心面处剖视图）；

图4是图3中A处放大图；

图5是图3中B处放大图；

图6是注气孔251轴线所在中心面处剖视图；

图7是火药模块200处结构示意图；

图8是止退模块300处结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1-图8，一种火药压裂式特种锚杆，包括杆体110，杆体110一端上安装有止退模块300，杆体110的轴向上安装有至少一个火药模块200。使用时火药模块200、止退模块300插入锚孔内，止退模块300用于和锚孔卡紧以将整个锚杆与锚孔相对固定。

所述杆体110上设置有安装槽111，安装槽111内安装火药模块200，所述火药模块200包括两个火药盒210，每个火药盒210的端部上分别安装有连接凸条220，两个火药盒210同一侧的连接凸条220分别与同一块连接板270装配固定，从而实现火药盒210安装在安装槽111内。

所述火药盒210的远离杆体110的侧为弧面板211，弧面板211上设置有数个引导孔212，所述引导孔212与注气嘴250可轴向滑动装配，所述注气嘴250安装在注气板240上，注气嘴250、注气板240上设置有贯穿的注气孔251，且注气嘴250上设置有与注气孔251交叉、连通的供气孔252，所述供气孔252与火药盒210内部连通。

所述注气板240安装在气囊510上，气囊510安装在火药盒210内，且气囊510内部为中空的爆炸腔511，爆炸腔511内填充爆炸时能提供大量高压气体的火药以及点火针420，点火针420与导线410的一端电连接，导线410的另一端接出杆体110，从而可以通过导线对点火针供电以点燃火药。

所述气囊510采用高于300℃左右可熔化且具有一定弹性的材料制作，如橡胶。火药点燃后产生的高压气体可以瞬间使气囊510膨胀，也就推动注气嘴250、注气板240远离杆体110移动，使得注气嘴250穿出导向孔212后插入锚孔的内壁中，然后火药的热量可以熔化或汽化气囊，但此时注气嘴250已经插入锚孔的内壁中，因此不会移动，而且高压气体随之从供气孔252、注气孔251注入锚孔的内壁并沿着岩土层的缝隙进入岩层，由于此时气体处于高压状态，因此能够压裂部分岩土层，以为后续的注浆液提供进入通道，起到扩宽裂缝的效果。而后续注浆后，会从注浆液从注气孔251排入锚孔的内壁，并沿着裂缝扩散，从而大大增加锚固的范围，而且气体不会稀释注浆液，因此可以保证较好的注浆效果。另外注气嘴250插入插入锚孔的内壁中并锚固，从而进一步增强锚固性能，降低冲击地压产生时将杆体挤出巷道壁的概率，也就更加安全。

参见图6，优选地，所述弧面板211的内壁上还安装有多个刀座230，刀座230上安装有刀片231，刀片231的尖端正对气囊510。使用时，气囊膨胀，直到与刀片231压紧，刀片231刺破气囊，从而快速释放高压气体，以实现快速将高压气体引入锚孔壁中进行压裂。

优选地，所述弧面板211的外壁上粘贴有一层保护膜520，所述保护膜520用于封闭导向孔212。使用时，注气嘴250可直接刺破保护膜520。

参见图4、图6，优选地，所述杆体110内部为中空的注浆孔101，且杆体110位于安装槽111处还设置有与注浆孔101连通的插孔112，所述插孔112与插管260装配，插管260安装在火药盒210上；插管260内部为中空的引流孔261，引流孔261与火药盒210内部连通；引流孔261内安装有密封环262、铰接台263，所述密封环262的端面与密封板290压紧密封，且密封板290通过铰接销280与铰接台263铰接，所述铰接销280上套装有扭簧，扭簧对密封板290施加向密封环262压紧的弹力，从而使得初始状态时密封板290与密封环262压紧密封。

参见图4，更优选地，所述密封板290上还设置有锥刺291，所述锥刺291正对气囊510。初始状态时，通过气囊510将引流孔261与火药盒210内部分割。使用时气囊510膨胀从而部分进入引流孔261内与锥刺291压紧，锥刺291刺破气囊使得引流孔261与火药盒210内部连通，这为后续注浆液进入火药盒210内提供条件。就算锥刺291没有刺破气囊510，后续注浆液从注浆孔101推开密封板290时，锥刺291也会刺破气囊，从确保注浆液顺利进入火药盒210内。

参见图1-图5、图8，所述止退模块300包括锥形头320、止退柱310，所述锥形头320、止退柱310固定为一体，所述锥形头320上设置有数个贯穿的排桨孔321，且锥形头320内设置有与排桨孔321连通的盲孔322。使用时，注浆液从盲孔322进入排桨孔321，然后输入锚孔中锚固。

所述止退柱310上设置有长槽311，且止退柱310上安装有止退管330，所述止退管330内部为贯穿的过浆孔332、且止退管330的外壁上安装有铰接块331，所述过浆孔332与盲孔322连通，所述铰接块331与止退板340一端铰接，止退板340的另一端与外张块351贴合且可滑动装配。所述外张块351安装在套管350上，套管350内部为中空的套孔352，套孔352可轴向滑动地套装在止退管330上。所述外张块351与止退板340之间通过插销530装配固定，所述插销530采用易折断的材料制作，如塑料、木材等。这种设计一方面保证初始状态时外张块351对止退板340的固定，另一方面在使用时外张块351直接剪断插销530，从而可以推动止退板340向外转动打开。初始状态时，止退板340不超出长槽311，从而不影响锚杆插入锚孔。套孔352与过浆孔332连通，从而能够将注浆液引入盲孔322。

所述套管350穿过导向环382后与止退头360装配，止退头360穿过止退环381后与撞击头363装配，且止退头360可相对于止退环381轴向移动，所述止退环381、导向环382均固定在止退柱310内；所述止退头360上还分别设置有止退通孔362、缺槽361，所述止退通孔362将注浆孔101和套孔352连通；所述缺槽361内安装有止退件370，止退件370上设置有止退块371，止退件具有弹性，且初始状态时止退块371在止退环381轴向投影上不能穿过止退环381。

所述止退块371上设置有止退块斜面3711、止退块端面3712，所述止退环381上设置有止退环斜面3811、止退环端面3812，所述止退块端面3712可与止退环斜面3811贴合，从而引导止退块371克服止退件370的弹力向缺槽361移动，直到止退块371穿过止退环381，此时止退块371在止退件370的弹力下复位，使得止退块端面3712不能穿过止退环端面3812，此时外张块351保持将止退板340向外张开、使得止退板340卡入锚孔壁内完成与锚孔壁的固定。

优选地，还包括止浆塞120、固定板130、锚固螺杆140、螺母150、密封盖160，所述止浆塞120套装在杆体110上且将杆体110与锚孔之间密封，所述固定板130套装在杆体110外，螺母150与杆体上的螺纹旋合装配以将固定板130夹紧在止浆塞120和螺母150之间；锚固螺杆140穿过固定板130后与巷道壁锚固（膨胀螺栓固定），从而将固定板130固定在巷道壁上，也就相对固定杆体110。

所述密封盖160可以通过螺纹旋合在杆体110上，且密封盖160上设置有封堵杆161，封堵杆161将注浆孔101密封封堵。

使用时，首先安装锚杆，但不安装密封盖160，然后在注浆孔101内装入撞击杆01，然后在撞击杆01穿出杆体的一端上施加撞击力，直到撞击力达到预设阈值，此时撞击力将止退块推过止退环，止退板340与锚孔壁卡紧固定。取出撞击杆01，安装密封盖160，对火药进行点火，使得火药产生的高压气体进行锚孔壁的压裂。取下密封盖160，向注浆孔内注浆，直到达到预设的注浆压力，等注浆液的固化后即可完成锚固。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。