技术摘要：
本发明公开了一种自进式中空注浆树脂锚杆，包括杆体，在杆体上设有波状螺纹和倒钩状螺纹锚固段，杆体靠近倒钩状螺纹锚固段的端部设有钻头，在杆体设有波状螺纹的部分上套设有封闭胶套，封闭胶套与杆体固定，在封闭胶套背离杆体的一侧设有托盘，所述杆体贯穿封闭胶套和  全部
背景技术：
锚杆支护是将锚杆一端锚固于围岩体内，并在岩体外部对锚杆施加轴向预紧力， 通过托盘等配套构件，约束围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。锚杆支护作为隧道工程安全 高效的主要支护方式，在我国隧道工程和煤矿巷道支护中得到大面积推广应用。 在如今的隧道工程中，经常会穿越有毒有害气体的地区，其中瓦斯对隧道开挖危 险系数最大，虽然有严格的瓦斯监测设施和制度，但由于隧道内每个地段的瓦斯浓度都不 同，无法检测到整个隧道所有地区的瓦斯浓度情况，但锚杆支护作为一个隧道内覆盖面极 广的支护方式，如果能在起到支护作用的同时，并监测隧道内部的瓦斯浓度，能够大幅降低 成本，并且对于工人的生命财产安全和工程的顺利进行都有很大的帮助。 在另一方面，如果使用常规工艺进行锚杆支护，就要求围岩具有较好的结构完整 性，能够打设锚杆安装钻孔，并在打完钻孔退出钻杆后，保留完整的钻孔结构和形状。但是， 地下十分复杂，不仅存在大量的松软岩层，地层内还存在大量褶曲、断层等地质构造。此类 围岩，往往结构完整性较差，形成破碎岩体。破碎岩体钻孔后退出钻杆时孔壁容易坍塌，尤 其是受到采掘动压影响时，打设锚杆安装钻孔更困难，严重影响锚杆支护的施工质量和速 度。 使用自进式注浆钻杆注浆后，破碎围岩形成完整的传力结构，能够显著提高结构 完整性，为锚杆支护施工创造条件。从现有的几种锚杆应用情况来看，都有其不足的一面， 如全长粘结型锚杆，这类锚杆无法在一次施工中连续完成钻进、锚固并注浆；在高地应力隧 道及地下工程中锚杆会随着围岩的变形增大并很快被拉断；金属锚杆加工较为不方便且成 本较高。因此，综合来看，在隧道岩土工程锚杆支护领域需要一种既不易被折断、能够加固 围岩又能够监测隧道内瓦斯浓度的自进式中空注浆树脂锚杆。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术锚杆不能进行一次钻进并且在钻进中不能对瓦 斯进行监测导致工作效率较低安全性能较差的不足，提供了一种自进式中空注浆树脂锚 杆，能够在一次施工中连续完成钻进、锚固、注浆并进行瓦斯浓度测量工作，提高施工速度 质量同时，稳定测量并且精度高的瓦斯浓度测量装置并结合其使用方法使得施工速度质量 和瓦斯浓度测量精度都得到较为有效的提升，也增强了施工过程的安全性。 本发明的目的主要通过以下技术方案实现： 一种自进式中空注浆树脂锚杆，包括中空的杆体，在杆体上设有波状螺纹和倒钩 状螺纹锚固段，波状螺纹和倒钩状螺纹锚固段将杆体的外表面分为独立的两部分，杆体靠 近倒钩状螺纹锚固段的端部设有钻头，钻头与杆体固定，钻头上开有通孔，所述通孔与杆体 4 CN 111594246 A 说　明　书 2/8 页 的内部连通，在杆体设有波状螺纹的部分上套设有封闭胶套，封闭胶套与杆体固定，在封闭 胶套背离杆体的一侧设有托盘，托盘与封闭胶套固定，所述杆体贯穿封闭胶套和托盘延伸 到托盘背离封闭胶套的侧面外，在杆体靠近波状螺纹的端部外套设有螺母，螺母与托盘之 间设有垫圈，垫圈分别与托盘和螺母接触，在杆体的端部还设有能够防止浆液回流并调节 浆液流动中的湍流、涡流或扰流现象的调节机构，调节机构与杆体固定，在托盘上设有气体 检测元件和警报装置，所述气体检测元件和警报装置与托盘固定。 在现有技术中，通常隧道工程中会穿越有毒有害气体的地区，其中瓦斯对隧道开 挖危险系数最大，虽然有严格的瓦斯监测设施和制度，但由于隧道内每个地段的瓦斯浓度 都不同，无法检测到整个隧道所有地区的瓦斯浓度情况，在使用自进式注浆钻杆注浆后，破 碎围岩形成完整的传力结构，能够显著提高结构完整性，为锚杆支护施工创造条件，所以在 隧道岩土工程锚杆支护领域需要一种既不易被折断、能够加固围岩又能够监测隧道内瓦斯 浓度的自进式中空注浆树脂锚杆；本发明中通过波状螺纹和倒钩状螺纹锚固段的区分，有 效的将杆体的功能进行分区，波状螺纹能够有效的避免剪切应力折断杆体，同时也能有效 的避免拉伸应力对杆体的损害，倒钩状螺纹锚固段能够有效的保障锚杆固定在岩体内不会 脱出，在所述的杆体上设置的封闭胶套用于将杆体与托盘的连接处进行密封，本发明中从 调节机构、杆体到钻头的内部均连通，托盘作为中间件，与螺母一起压紧垫圈，从而使得垫 圈将连接处密封，在托盘上的气体检测元件能够有效的检测到有害气体，并在有害气体超 过安全浓度时触发警报装置发出警报，本发明不仅能够在一次施工中连续完成钻进、锚固、 注浆并进行瓦斯浓度测量工作，还能在提高施工速度质量同时，稳定测量并且精度高的瓦 斯浓度测量装置使得施工速度质量和瓦斯浓度测量精度都得到较为有效的提升，也增强了 施工过程的安全性。 进一步的，所述垫圈为调心球形垫圈，调心球形垫的截面面积在由螺母指向托盘 的方向上递减。本发明采用的调心球形垫圈有止退作用；在紧固时调心球形垫圈在杆体轴 向有应力存在，加大了螺纹间的摩擦力，这样被紧固的对象不易松动。 进一步的，所述调节机构包括壳体，在壳体内部中空，所述壳体与杆体固定，壳体 与杆体固定的侧面开设有注浆出口，所述注浆出口与杆体内部连通，在壳体上注浆出口所 在侧面的对向侧面上还开设有注浆入口，所述注浆入口与壳体内部连通，在注浆入口出固 定有注浆组件，在注浆出口处固定有出浆组件，在壳体内还设有转动轮，所述转动轮位于注 浆入口和注浆出口之间，转动轮通过轴承与壳体固定，在转动轮的中心还设有棘轮机构，棘 轮机构与转动轮固定并与壳体通过轴承固定，在转动轮的外圆周上设有若干均匀分布的装 载斗，所述装载斗与转动轮铰接；所述装载斗包括“U”形的斗体，斗体与转动轮铰接，在斗体 与转动轮转动方向相反的一侧开口处固定有背板，在背板上设有若干漏液孔，注入到斗体 上的浆液一部分从斗体的侧面开口处流出，另一部分从背板上的漏液孔流出。 在现有技术中，在进行液体灌注时通常设置的调节机构仅仅只具有止回作用，而 由于现有技术中的浆液在灌注时压力较高，所以一般并不会考虑灌注中的浆液具体受力的 作用，而在注浆时，浆液必须要经过调节机构，在调节机构的作用下，通常注浆的速度会受 到湍流、涡流和扰流作用的影响，在湍流、涡流和扰流作用下的浆液会在注浆通道中释放能 量，一般时会影响浆液的流动速率，而严重时会破坏注浆通道的内壁，对注浆施工造成极大 影响，甚至于损坏设备导致停工；在本发明中调节机构的作用之一是只允许介质向一个方 5 CN 111594246 A 说　明　书 3/8 页 向流动，而且阻止反方向流动，本发明中的调节机构在应用中是自动工作的，在注浆过程 中，在流动的流体压力作用下，调节机构打开；在流体反方向流动时，由流体压力和调节机 构自身的作用下切断流动，通过调节机构能够有效的防止注入的浆液回流，本发明中的调 节机构通过注浆组件和出浆组件的共同作用，有效的在浆液回流发生时产生双重的止回保 障，能够有效的保障止回浆液的效果，所述壳体内的转动轮在棘轮机构的作用下只能单向 转动，而转动轮的转动方向是促使浆液注入的方向，此时转动轮上的装载斗能够在有效的 消除浆液注入时的湍流和扰流的同时加快浆液注入的速率，以提高施工效率，当浆液回流 时，转动轮和转动轮上的装载斗不能反转，这样会阻止流体向壳体内的流入，进一步的辅助 实现阻止浆液的回流，通过注浆组件和出浆组件能够有效的通过阻挡、堵塞的方式阻止注 入的浆液回流，并且由于转动轮的单向转动，转动轮上的装载斗不仅能在最大程度上降低 浆液流动的湍流和/或扰流，也会进一步的阻止浆液的回流，在转动轮、装载斗、注浆组件和 出浆组件的共同作用下，能够有效的防止浆液回流；在所述斗体的背板上设置漏液孔，由于 流体在绕中心点进行流动时会形成循环流场，部分流体在流动中会分散，这样便会形成区 域的循环流场，区域的循环流场会在液体中形成气泡，气泡会使得注浆速率降低并影响注 浆效果，而本发明中通过漏液孔的设置，在靠近转动轮的中心部位形成反向流体，通过抵冲 的形式完成对涡流能量的消除，使得注浆过程更加稳定。 进一步的，所述注浆组件包括入口固定环，所述入口固定环与壳体固定，在入口固 定环靠近壳体外表面的一侧设有入口密封环，所述入口密封环与入口固定环和壳体均固定 连接，在入口固定环靠近壳体内部的一侧设有第一止回球体，所述入口固定环和入口密封 环的中心设有贯穿孔，所述第一止回球体的体积能够将所述贯穿孔完全封堵住，第一止回 球体入口固定环接触，在第一止回球体与壳体的内壁之间还设有若干第一拉簧，所述第一 拉簧的两端分别与第一止回球体和壳体固定。本发明中壳体内的密封作用通过入口密封环 来实现，在入口密封环的作用下，向壳体内注入浆液时，会有效的保护壳体内的密封性能， 从而使得壳体内的浆液不会泄露，而入口固定环能够有效的对第一止回球体起到支撑作 用，并能够配合第一止回球体进行封堵，从而避免浆液回流，而所述第一拉簧能够有效的帮 助第一止回球体恢复到合适的位置，从而避免第一止回球体的脱出而丧失止回作用，在本 发明中第一拉簧会受到浆液冲击，在注入浆液时第一拉簧受到向注浆方向的冲击力，帮助 第一止回球体进行打开，在注浆完成后，没有注入浆液后，第一拉簧的弹性恢复力能够将第 一止回球体有效的拉动恢复到正常位置，在正常的注浆过程中，浆液不会对第一拉簧造成 不可逆的影响。 进一步的，所述出浆组件包括出口固定环，所述出口固定环与壳体固定，在出口固 定环靠近壳体外表面的一侧设有出口密封环，所述出口密封环与出口固定环和壳体均固定 连接，在出口固定环靠近壳体内部的一侧设有第二止回球体，所述出口固定环和出口密封 环的中心设有贯通孔，所述第二止回球体的体积能够将所述贯通孔完全封堵住，第二止回 球体出口固定环接触，在第二止回球体与壳体的内壁之间还设有若干第二拉簧，所述第二 拉簧的两端分别与第二止回球体和壳体固定。本发明中壳体内的密封作用通过出口密封环 来实现，在出口密封环的作用下，向壳体内注入浆液时，会有效的保护壳体内的密封性能， 从而使得壳体内的浆液不会泄露，而出口固定环能够有效的对第二止回球体起到支撑作 用，并能够配合第二止回球体进行封堵，从而避免浆液回流，而所述第二拉簧能够有效的帮 6 CN 111594246 A 说　明　书 4/8 页 助第二止回球体恢复到合适的位置，从而避免第二止回球体的脱出而丧失止回作用，在本 发明中第二拉簧会受到浆液冲击，在注入浆液时第二拉簧受到向注浆方向的冲击力，帮助 第二止回球体进行打开，在注浆完成后，没有注入浆液后，第二拉簧的弹性恢复力能够将第 二止回球体有效的拉动恢复到正常位置，在正常注浆过程中，浆液不会对第二拉簧造成不 可逆的影响。 进一步的，所述斗体的开放的侧面朝向转动轮旋转的方向，斗体的开口端面为圆 角矩形。本发明在使用时，直接将转动轮固定在壳体内，利用端部开口且开口方向与转动轮 的旋转方向相同的装载斗对壳体中的浆液进行推动，并且装载斗的开口端面为圆角矩形， 当装载斗与浆液接触时，装载斗的开口端面边缘与浆液发生相互作用，从而促使壳体内的 浆液在尽量不产生湍流的情况下加快流动，而装载斗的内截面为倒置的梯形的容纳腔体直 接将浆液带动做与之同步的圆周运动，极大地降低了高速流动的浆液产生湍流和/或扰流 的概率，最后浆液经注浆出口有效排出。 进一步的，所述转动轮上还设有平衡块，所述平衡块距离转动轮轴心70～80mm，平 衡块与转动轮固定，所述平衡块的纵向截面为圆弧形、矩形或是三角形。在距转动轮轴心70 ～80mm处固定有平衡块，因此注浆过程中，平衡块能够对转动轮产生最大振幅时受到的作 用应力进行削减，使得转动轮保持稳定的工作性能，进而达到减小湍流和/或扰流产生的概 率的目的。 一种自进式中空注浆树脂锚杆的使用方法，包括以下步骤： S1：钻孔：开启钻机，使锚杆钻机向所述钻头切削的同方向旋转，超越离合器传动 结构并锁紧，与杆体同步转动，带动钻头切割岩体； S2：锚固：所述杆体前端钻入所述岩体后，使杆体向所述钻头切削的反方向旋转， 超越离合器传动结构松开，钻头停止钻进，并沿杆尾螺纹旋进，推动调心球形垫圈，使托盘 压紧围岩表面，倒钩状螺纹锚固段锚固，完成注浆锚杆预紧； S3：封孔：注浆锚杆预紧时，封孔胶塞在托盘和调心球形垫圈的推动下，沿杆体挤 入孔口内，封孔胶塞内部箍紧杆体，外部压紧孔口段孔壁； S4：注浆：注浆锚杆封孔后，在杆体远离钻头的一端安装注浆管接头，并将注浆管 接头与注浆系统连接，开动注浆泵向钻孔内注浆，注入的浆液从注浆入口流入，冲开注浆组 件并沿着第一止回球体的外表面向壳体内流动，浆液冲击在调节机构的装载斗上带动转动 轮转动，浆液从装载斗的斗体的侧面开口和背板漏液孔中均匀流出形成方向相反的两个循 环流场，浆液通过调节机构后经过出浆组件从注浆出口处流出；注浆完成后，调节机构自动 关闭，封堵注浆通道。 S5：监测瓦斯浓度：在使用时，打开电子开关，气体检测元件会对空气中的瓦斯气 体浓度进行监测，当外界空气中的瓦斯浓度在安全标准内时，警报装置不会有反应，相反， 当外界空气中有瓦斯气体时，气敏元件的导电率会急速上升，警报装置的指示灯会变亮并 发出蜂鸣。 本发明中在钻孔时能够通过锚杆钻机向所述钻头切削的同方向旋转使得钻孔过 程更加的稳定，钻孔的位置不会与设定位置产生偏移，由于在钻头停止钻进后，沿杆尾螺纹 旋进螺母，推动调心球形垫圈，使托盘压紧围岩表面，倒钩状螺纹锚固段锚固，完成注浆锚 杆预紧，从而使得本发明中的锚杆位置能够有效的固定下来，在进行封孔后，通过注浆完成 7 CN 111594246 A 说　明　书 5/8 页 锚杆的固定，并通过调节机构有效的防止注浆回流，在封堵注浆通道后，能够有效的保障施 工安全，本发明中通过对瓦斯浓度的实时监测，能够有效的反应出环境中的瓦斯是否存在 危险，使得施工人员能够及时对瓦斯气体产生的危险做出对，增强了施工中的安全性。 进一步的，在所述步骤S4中，在开动注浆泵向钻孔内注浆时对注浆口进行加压，注 浆完成后，采用泡发材料封堵注浆通道。对注浆口进行加压，能够有效的加快注浆速率，并 能够使得注浆在液柱静压力的作用下还能够有效的注入，采用泡发材料封堵注浆通道能够 有效的减小封堵注浆通道的难度。 进一步的，所述步骤S5中，在警报装置变亮并发出蜂鸣时，锚杆停止转动，并切断 锚杆上的外部电力供应。由于在锚杆上设有警报装置的独立电源，所以在触发报警后立刻 切断外部供电，不仅能够避免进一步的施工造成更多的有害气体泄漏，而且还能够避免由 于电火花的产生而造成瓦斯气体的爆炸，对有害气体防护起到多重保护的作用。 综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果： (1)本发明中从调节机构、杆体到钻头的内部均连通，托盘作为中间件，与螺母一 起压紧垫圈，从而使得垫圈将连接处密封，在托盘上的气体检测元件能够有效的检测到有 害气体，并在有害气体超过安全浓度时触发警报装置发出警报，本发明不仅能够在一次施 工中连续完成钻进、锚固、注浆并进行瓦斯浓度测量工作，还能在提高施工速度质量同时， 稳定测量并且精度高的瓦斯浓度测量装置使得施工速度质量和瓦斯浓度测量精度都得到 较为有效的提升，也增强了施工过程的安全性。 (2)本发明中装载斗的开口端面边缘与浆液发生相互作用，从而促使壳体内的浆 液在尽量不产生湍流的情况下加快流动，而装载斗的内截面为倒置的梯形的容纳腔体直接 将浆液带动做与之同步的圆周运动，极大地降低了高速流动的浆液产生湍流和扰流的概 率，最后浆液经注浆出口有效排出。 (3)由于在锚杆上设有警报装置的独立电源，所以在触发报警后立刻切断外部供 电，不仅能够避免进一步的施工造成更多的有害气体泄漏，而且还能够避免由于电火花的 产生而造成瓦斯气体的爆炸，对有害气体防护起到多重保护的作用。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中： 图1为本发明结构示意图； 图2为本发明局部剖视示意图； 图3为本发明端部结构视图； 图4为本发明调节机构剖视图； 图5为本发明斗体结构示意图； 图6为本发明