本發(fā)明涉及巖土工程施工裝置，具體涉及一種自動(dòng)防跑漿止?jié){塞及其使用方法。
背景技術(shù)：
1、礦山隧道作為重要的地下工程構(gòu)筑物，其安全穩(wěn)定性對(duì)礦山生產(chǎn)和人員安全具有重要影響。注漿加固是礦山隧道施工中廣泛采用的支護(hù)措施，旨在通過(guò)向巖體裂隙和孔隙中注入漿液，提高巖體的密實(shí)度和承載能力，從而增強(qiáng)隧道的整體穩(wěn)定性。
2、在注漿施工過(guò)程中，止?jié){塞作為防止?jié){液逆流和跑漿的重要設(shè)備，其性能直接關(guān)系到注漿效果和施工質(zhì)量?，F(xiàn)有傳統(tǒng)止?jié){塞多采用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，如橡膠密封圈、錐形塞體等方式實(shí)現(xiàn)密封。然而，這些傳統(tǒng)止?jié){塞普遍存在以下不足：1.密封效果有限。機(jī)械密封依賴于止?jié){塞與孔壁的緊密接觸，施工過(guò)程中易因安裝誤差、孔壁不規(guī)則或磨損導(dǎo)致密封不嚴(yán)，無(wú)法有效阻止?jié){液跑漿。2.適應(yīng)性差。傳統(tǒng)止?jié){塞結(jié)構(gòu)剛性較強(qiáng)，難以適應(yīng)巖體孔隙和裂隙形態(tài)的多樣性，不能對(duì)孔口周邊細(xì)微裂隙實(shí)現(xiàn)有效封堵。3.施工復(fù)雜。部分止?jié){塞需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)或多次更換，增加施工難度和工時(shí)，降低施工效率。4.難以保證注漿壓力。跑漿現(xiàn)象導(dǎo)致注漿壓力難以維持，影響漿液充填效果，進(jìn)而影響加固效果和隧道支護(hù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。因此現(xiàn)有傳統(tǒng)止?jié){塞難以滿足礦山隧道施工中對(duì)密封效果和施工便捷性的雙重需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自動(dòng)防跑漿止?jié){塞及其使用方法，主要適用于礦山隧道等地下巖體注漿加固工程，能在高滲水、發(fā)育裂隙等復(fù)雜地質(zhì)條件下，主動(dòng)實(shí)現(xiàn)孔口及周邊裂隙封堵，確保注漿密實(shí)度與壓力傳遞連續(xù)性。
2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、在本發(fā)明的第一方面，提供了一種自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，包括中空的筒型止?jié){塞本體，所述筒型止?jié){塞本體從上至下依次分為前部反應(yīng)激活區(qū)、中部機(jī)械錨固區(qū)和后部限位鎖定區(qū)；所述前部反應(yīng)激活區(qū)為筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有環(huán)形容腔，所述環(huán)形容腔內(nèi)裝有封堵顆粒；所述中部機(jī)械錨固區(qū)整體呈錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)的外壁面上設(shè)置有螺旋凸筋；所述后部限位鎖定區(qū)呈臺(tái)階狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述后部限位鎖定區(qū)的外徑大于所述中部機(jī)械錨固區(qū)的外徑。
4、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，帶有環(huán)形容腔的筒狀結(jié)構(gòu)采用水溶性膜制成，所述筒狀結(jié)構(gòu)的底部采用粘附的方式固定在中部機(jī)械錨固區(qū)的頂部。
5、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述封堵顆粒的粒徑控制在0.3～2.5mm，封堵顆粒的成分包括改性膨潤(rùn)土、高吸水性聚合物、礦物微粉與纖維素復(fù)合材料以及石英砂惰性骨料。
6、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述中部機(jī)械錨固區(qū)上螺旋凸筋的高度為2.5～4.0mm，螺距為10～12mm，每圈凸筋連續(xù)連接形成等距布設(shè)的咬合螺紋結(jié)構(gòu)。
7、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，總螺旋圈數(shù)為4～6圈，螺旋角控制在15°～25°。
8、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述臺(tái)階狀環(huán)形結(jié)構(gòu)為在止?jié){塞尾部設(shè)置的外擴(kuò)凸緣，使止?jié){塞在達(dá)到預(yù)定推進(jìn)深度后形成限位止退，臺(tái)階上方設(shè)有2～5圈等距加強(qiáng)筋或凸緣，高度為1～2mm。
9、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，臺(tái)階外徑為38～45mm，大于止?jié){塞本體外徑，從而在孔口或套管邊緣形成臺(tái)肩限位，臺(tái)階厚度為4～6mm。
10、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述中部機(jī)械錨固區(qū)和后部限位鎖定區(qū)采用相同的聚合物基材料制成，通過(guò)一次注塑或機(jī)械拼接方式形成整體結(jié)構(gòu)。
11、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述前部反應(yīng)激活區(qū)的軸向長(zhǎng)度大于中部機(jī)械錨固區(qū)的軸向長(zhǎng)度，所述中部機(jī)械錨固區(qū)的軸向長(zhǎng)度大于后部限位鎖定區(qū)的軸向長(zhǎng)度。
12、在本發(fā)明的第二方面，提供了一種自動(dòng)防跑漿止?jié){塞的使用方法，包括以下步驟：
13、止?jié){塞作為注漿錨桿的預(yù)裝部件，沿錨桿插入鉆孔內(nèi)部，套設(shè)于錨桿桿體外側(cè)，靠近漿液出漿孔處設(shè)置，對(duì)注漿錨桿與鉆孔孔口位置進(jìn)行封堵，通過(guò)螺旋凸筋與鉆孔內(nèi)壁形成干涉配合，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)定位與初步密封；
14、前部反應(yīng)激活區(qū)內(nèi)的封堵顆粒，在未接觸漿液前處于穩(wěn)定封閉狀態(tài)；
15、當(dāng)注漿施工開(kāi)始，水泥基漿液經(jīng)進(jìn)入注漿錨桿的內(nèi)部通道，漿液自錨桿出漿孔流出，與前部反應(yīng)激活區(qū)接觸，釋放封堵顆粒進(jìn)入孔壁周邊區(qū)域進(jìn)行封堵。
16、本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案具有以下有益效果：
17、（1）本發(fā)明提供的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，通過(guò)設(shè)置的前部反應(yīng)激活區(qū)、中部機(jī)械錨固區(qū)和后部限位鎖定區(qū)，實(shí)現(xiàn)多重協(xié)同密封機(jī)制；其中，前部反應(yīng)激活區(qū)的環(huán)形容腔預(yù)置封堵顆粒，在漿液觸發(fā)下膨脹填充孔口微裂隙，解決傳統(tǒng)機(jī)械密封難以適應(yīng)不規(guī)則孔壁的缺陷；中部機(jī)械錨固區(qū)的螺旋突筋提供主動(dòng)旋入式錨固，在高壓注漿中抵抗滑移，同時(shí)螺旋結(jié)構(gòu)引導(dǎo)漿液渦流，促進(jìn)顆粒均勻分布；后部限位鎖定區(qū)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)形成物理止退屏障，防止?jié){液反壓導(dǎo)致塞體回縮。
18、（2）本發(fā)明提供的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，前部反應(yīng)激活區(qū)采用水溶性膜制成，水溶性膜在接觸漿液后快速分解，使功能性封堵顆粒釋放進(jìn)入孔壁周邊區(qū)域進(jìn)行封堵，實(shí)現(xiàn)封堵過(guò)程的快速響應(yīng)。
19、（3）本發(fā)明采用封堵顆粒成分中的改性膨潤(rùn)土作為主要膨脹基材，具備天然膨脹性與良好界面相容性；高吸水性聚合物可提高反應(yīng)速率與膨脹倍率，使用時(shí)需控制摻量以避免對(duì)膠結(jié)強(qiáng)度造成不利影響；礦物微粉—纖維素復(fù)合材料能夠增強(qiáng)粘結(jié)性與抗分散性能，膨脹后可形成三維支撐結(jié)構(gòu)，提高封堵整體強(qiáng)度。
20、（4）本發(fā)明通過(guò)螺旋突筋參數(shù)的限定，使該螺旋突筋結(jié)構(gòu)在注漿推進(jìn)過(guò)程中起到“旋入導(dǎo)向”作用，在漿液流動(dòng)驅(qū)動(dòng)下可自動(dòng)完成“旋緊式”錨固，增強(qiáng)止?jié){塞與孔壁之間的機(jī)械嚙合力。同時(shí)，中部機(jī)械錨固區(qū)整體為錐形，可顯著提高其抗拔性能，避免漿液反壓引起的倒退現(xiàn)象，有效提升止?jié){效率和密封性能。
21、（5）本發(fā)明為注漿錨桿系統(tǒng)的預(yù)裝部件，施工過(guò)程中無(wú)需增加額外操作或改動(dòng)常規(guī)注漿流程，保證了施工便捷性及工程適配性，適合推廣應(yīng)用于礦山巷道、隧道初支、邊坡注漿加固等多種巖土工程場(chǎng)景。
1.一種自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，包括中空的筒型止?jié){塞本體，所述筒型止?jié){塞本體從上至下依次分為前部反應(yīng)激活區(qū)、中部機(jī)械錨固區(qū)和后部限位鎖定區(qū)；所述前部反應(yīng)激活區(qū)為筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有環(huán)形容腔，所述環(huán)形容腔內(nèi)裝有封堵顆粒；所述中部機(jī)械錨固區(qū)整體呈錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)的外壁面上設(shè)置有螺旋突筋；所述后部限位鎖定區(qū)呈臺(tái)階狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述后部限位鎖定區(qū)的外徑大于所述中部機(jī)械錨固區(qū)的外徑。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，帶有環(huán)形容腔的筒狀結(jié)構(gòu)采用水溶性膜制成，所述筒狀結(jié)構(gòu)的底部采用粘附的方式固定在中部機(jī)械錨固區(qū)的頂部。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，所述封堵顆粒的粒徑控制在0.3～2.5mm，封堵顆粒的成分包括改性膨潤(rùn)土、高吸水性聚合物、礦物微粉與纖維素復(fù)合材料以及石英砂惰性骨料。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，所述中部機(jī)械錨固區(qū)上螺旋突筋的高度為2.5～4.0mm，螺距為10～12mm，每圈突筋連續(xù)連接形成等距布設(shè)的咬合螺紋結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，總螺旋圈數(shù)為4～6圈，螺旋角控制在15°～25°。
6.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，所述臺(tái)階狀環(huán)形結(jié)構(gòu)為在止?jié){塞尾部設(shè)置的外擴(kuò)凸緣，使止?jié){塞在達(dá)到預(yù)定推進(jìn)深度后形成限位止退，臺(tái)階上方設(shè)有2～5圈等距加強(qiáng)筋或凸緣，高度為1～2mm。
7.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，臺(tái)階外徑為38～45mm，大于止?jié){塞本體外徑，從而在孔口或套管邊緣形成臺(tái)肩限位，臺(tái)階厚度為4～6mm。
8.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，所述中部機(jī)械錨固區(qū)和后部限位鎖定區(qū)采用相同的聚合物基材料制成，通過(guò)一次注塑或機(jī)械拼接方式形成整體結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞，其特征在于，所述前部反應(yīng)激活區(qū)的軸向長(zhǎng)度大于中部機(jī)械錨固區(qū)的軸向長(zhǎng)度，所述中部機(jī)械錨固區(qū)的軸向長(zhǎng)度大于后部限位鎖定區(qū)的軸向長(zhǎng)度。
10.一種如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的自動(dòng)防跑漿止?jié){塞的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：