1.一种窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆结构,其特征在于:它包括固定在煤岩体(2)中锚孔(3)内的中空锚杆(1),所述的中空锚杆(1)头部设有膨胀增强锚固端头,中空锚杆(1)的后部设有用于封堵的止浆塞(16),止浆塞(16)上设有排气管(15),排气管(15)穿过止浆塞(16);中空锚杆(1)的尾部依次安设塑胶垫板(17)、金属托盘(18)和螺母(19);所述膨胀增强锚固端头包括设置在中空锚杆(1)头部的金属多孔胀锁体(5),金属多孔胀锁体(5)侧壁上设有碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7),金属多孔胀锁体(5)的尾端设有将碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)外罩的可折叠的囊袋被动保护羽翼(4),当碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)膨胀后将外侧的囊袋被动保护羽翼(4)撑开形成伞状结构。
2.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述中空锚杆(1)与膨胀增强锚固端头之间设有单向阀体组,金属多孔胀锁体(5)内部设有可滑动的橡胶活塞(9),单向阀体组包括与金属多孔胀锁体(5)之间连接的注浆单向阀B(14),注浆单向阀B(14)与金属多孔胀锁体(5)之间设有泄压阀(11),泄压阀(11)上设有注浆单向阀A(10),所述的注浆单向阀A(10)与泄压阀(11)均通过螺纹与金属多孔胀锁体(5)连接。
3.根据权利要求2所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述中空锚杆(1)平行设有注浆管(12),注浆管(12)一端通过不锈钢弹簧夹(13)与注浆单向阀A(10)连接,另一端穿过止浆塞(16)与注浆设备连接,所述不锈钢弹簧夹(13)包括不锈钢弹片(131)以及紧固螺栓(132)。
4.根据权利要求2所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述金属多孔胀锁体(5)为非等直径的厚壁金属圆筒,金属多孔胀锁体(5)位于碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)内侧的筒壁位置布置有多个溢浆孔(51),金属多孔胀锁体(5)前端对称布置有分别与注浆单向阀A(10)、泄压阀(11)连接的螺纹孔a(54)、螺纹孔b(55),尾部扩大端的圆心处设置有排气孔(53),四周设有多个用于连接囊袋被动保护羽翼(4)的铰接端头(56),囊袋被动保护羽翼(4)与金铰接端头(56)之间使用铰接螺栓a(57)铰接。
5.根据权利要求4所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述的囊袋被动保护羽翼(4)单体由金属杆件组成,金属杆件为4~8个,张开角度为0~35°。
6.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)通过囊袋固定环b(6)与囊袋固定环a(8)分别固定在金属多孔胀锁体(5)外部前后凹槽(52)上,所述的囊袋固定环b(6)与囊袋固定环a(8)均是由两个金属半圆环(81)组成,使用螺栓b(82)连接。
7.根据权利要求1所述窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置,其特征在于:所述的注浆单向阀A(10)包括金属阀体(101),金属阀体a(101)内通过弹簧a(102)顶住金属球体构成的阀瓣a(103),所述的泄压阀(11)的金属阀体b(111)内含有弹簧b(112)与金属球体构成的阀瓣b(113),所述的注浆单向阀B(14)的金属阀体c(141)的两端具有外螺纹与内螺纹,分别与金属多孔胀锁体(5)、中空锚杆(1)连接,金属阀体c(141)内含有弹簧c(142)与金属球体构成的阀瓣c(143),所述的金属阀体c(141)上设置有4~6个出浆孔。
8.一种使用上述任一权利要求所述的窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置的使用方法,其特征在于步骤如下:
在中空锚杆(1)的尾部安装注浆单向阀B(14)与金属多孔胀锁体(5),并在金属多孔胀锁体(5)内部设置可滑动的橡胶活塞(9),底部设置排气孔(53),外部设置由囊袋固定环b(6)与囊袋固定环a(8)前后紧固的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7),碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)外侧设置囊袋被动保护羽翼(4),注浆单向阀A(10)与泄压阀(11)对称安装在金属多孔胀锁体(5)前端的螺纹孔a(54)、螺纹孔b(55),共同组成自膨胀增强锚固结构;
当贯穿窄煤柱的锚孔(3)钻通并清理碎屑后,将窄煤柱沿空顺槽端头自膨胀增强锚固型锚杆锚固装置安装在锚孔(3)内,利用注浆管(12)对膨胀增强锚固端头进行低压注浆,浆液通过注浆管(12)进入注浆单向阀A(10),金属阀体(101)内的弹簧(102)受到挤压,浆液通过注浆单向阀A(10)进入到金属多孔胀锁体(5)内部,随着浆液的持续流入,浆液挤压橡胶活塞(9)在金属多孔胀锁体(5)内部滑动,多余的空气经排气孔(53)排出,同时浆液通过溢浆孔(51)流入碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7),随着浆液的进一步注入金属多孔胀锁体(5),橡胶活塞(9)滑动至金属多孔胀锁体(5)的底部封闭排气孔(53)构成密闭环境,同时碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)受到浆液挤压持续膨胀,囊袋被动保护羽翼(4)亦伴随着展开,当注浆压力达到泄压阀(11)泄压标准,注入的多余浆液通过泄压阀(11)排出,碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)达到膨胀变形最大值,囊袋被动保护羽翼(4)的展开角度亦达到最大,此时注浆压力不再变化后停止注浆,注浆单向阀A(10)内的弹簧(102)挤压阀瓣(103)阻止浆液回流,待浆液凝固后,膨胀的碳纤维可膨胀性橡胶囊袋(7)、囊袋被动保护羽翼(4)及凝固的浆液共同组成自膨胀增强锚固端头,增加了锚杆(1)端头锚固的体积,提高了锚杆端头锚固性能,达到扩大锚固端头的效果,为锚固装置提供锚固阻力;
当膨胀增强锚固端头低压注浆结束浆液凝固后,排气管(15)从止浆塞(16)一端插入,止浆塞(16)穿过中空锚杆(1)推入锚孔(3)孔口内,在煤岩体(2)外侧中空锚杆(1)的尾部上安装塑胶垫板(17)和金属托盘(18);在张拉中空锚杆(1)施加预应力时,使浆液凝固后的自膨胀增强锚固端头挤压采空区一侧的煤岩体(2),将锚孔(3)采空区侧封闭,安装螺母(19),使用中空锚杆(1)向钻孔进行钻孔高压注浆,浆液通过注浆单向阀B(14)的出浆孔流入锚孔(3)内,浆液自锚孔(3)底部向孔口处蔓延,直至浆液自排气管(15)排出,经塑胶垫板(17)、金属托盘(18)中空锚杆(1)的缝隙流出,即可停止注浆,在钻孔高压注浆期间窄煤柱煤岩体(2)内部的煤岩体裂隙(20)被浆液填充,将窄煤柱内破碎的煤岩胶结成整体,提高了煤岩体(2)的内聚力和内摩擦角,从而改善了深井窄煤柱的整体强度和自承能力。
9.根据权利要求8所述的使用方法,其特征在于:安装止浆塞(16)时确保排气管(15)位于水平高处,从而防止钻孔高压注浆浆液未能填满浆液自锚孔(3)。