[发明专利]一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法

权利要求书

1.一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1)利用钻孔窥视技术对钻孔内围岩裂隙分形特征进行逐段评价，根据煤体区域内钻孔是否能够完整成型确定观测起始长度w；根据巷道的煤体赋存情况确定基本锚固观测尺度l；以单个裂隙发育情况与裂隙劣化比两个指标判断基本锚固观测尺度内煤体裂隙发育程度，从而判断基本锚固观测段是否能够进行锚固，重复上述步骤，逐段进行钻孔窥视判断围岩稳定性，直至找到稳定锚固段，最终确定钻孔深度L；

步骤2)预紧锚固联动提升方案

步骤2.1)设计“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒

“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒长度与基本锚固观测尺度l相适应，其结构为一端封闭一端开口的管状结构，其封闭端为锚固段，锚固段包括安装锚固剂的化学锚固常规段和位于端部的化学锚固增强段，化学锚固增强段的直径略大于化学锚固常规段的直径，锚固段外周设置化学锚固剂圆形释放孔；其后为机械预紧段和变径保护段，机械预紧段设置内多线密集螺纹，用于与锚杆外多线密集螺纹连接，变径保护段连接机械增压段，所述机械增压段管体周向至少开设成四片，其尾部逐渐向外张开；锚杆对应“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒内多线密集螺纹的部位设有外多线密集螺纹，并设置用于对机械增压段起到扩张支撑作用的圆形扩径器以及安装于锚杆尾端的外侧锁紧装置；所述锚固段的长度等于机械预紧段、变径保护段和机械增压段的长度之和；

步骤2.2)初步锚固

将化学锚固剂放入“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒的锚固段内，然后把“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒与锚杆套在一起，缓慢推入至钻孔孔底，开动钻机捅破化学锚固常规段与机械预紧段之间的焊接隔板，然后搅拌锚固剂，边搅拌边推进，直至锚杆旋转推入至其外多线密集螺纹与中部预紧段的内多线密集螺纹的起始端接近，搅拌一段时间停机，锚固剂通过锚固剂圆形释放孔释放，上述过程中，在锚固剂化学作用下，“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒与稳定锚固围岩段紧密锚固在钻孔孔底；

步骤2.3)内部预紧力与机械、化学锚固力联动加载

步骤2.3.1)调整降低风动锚杆钻机转速后继续开动钻机，缓慢搅拌锚固剂，锚杆旋转推入至孔底，使得锚杆杆体外多线密集螺纹与“内预紧力-机械化学锚固力”联合提升套筒内多线密集螺纹完全咬合，同时使得圆形扩径器将机械增压段撑开，使其紧密贴合钻孔内壁，实现机械锚固力的施加；

步骤2.3.2)风动锚杆钻机旋转推入锚杆直至外侧锁紧装置挤压钢带微变形，达到设计预紧力后，撤下钻具。

2.根据权利要求1所述的一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法，其特征在于，步骤1)中，确定观测起始长度w的步骤为：自巷道表面，由浅至深，进行钻孔施工，若钻孔过程中出现吸钻、卡钻、夹钻或塌孔现象，则该范围内钻孔不适合锚固，继续钻孔，直至钻孔能够完整成型的煤体区域，确定观测起始长度w。

3.根据权利要求1所述的一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法，其特征在于，步骤1)中，确定基本锚固观测尺度l的步骤为：若煤体夹矸层数在0-3层，则基本锚固观测尺度l选为20-30cm；若煤体夹矸层数在4-6层，则基本锚固观测尺度l选为40-50cm。

4.根据权利要求1所述的一种基于裂隙分形特征的碎裂煤帮锚杆加固方法，其特征在于，步骤1)中，判断基本锚固观测段是否能够进行锚固的步骤为：判断钻孔内煤体裂隙分形特征，以单个裂隙发育情况与裂隙劣化比两个指标判断基本锚固观测尺度内煤体裂隙发育程度

A.若单个裂隙的长度或者宽度贯穿钻孔基本锚固观测尺度或者单个裂隙的长度或者宽度大于5cm，判断为无法锚固围岩段，否则进行下一步判断；

B.判断计算裂隙劣化比，裂隙劣化比是指裂隙面积占测量尺度面积的比例，其表达式为：

式中，k为围岩劣化比；l为基本锚固观测尺度；r为钻孔直径；a’为裂隙长度；b’为裂隙宽度；i代表裂隙条数；

C.根据煤体裂隙劣化比判断该基本锚固观测段是否能够进行锚固，当0≤k＜0.3时，为稳定围岩，即该基本锚固观测段能够进行锚固；k≥0.3时，为破裂围岩，即该基本锚固观测段不能进行锚固。