1.一种用于破碎围岩支护的伞骨式注浆锚杆,其特征在于,包括可替换传压装置(1)、钢制空心外壳(2)、伞骨式注浆装置(3)以及中心输浆管(4);所述可替换传压装置(1)设置于钢制空心外壳(2)的顶端,包括顶部承压板(11)和中部传压杆(12);所述顶部承压板(11)固定连接于中部传压杆(12)的一端,在锚杆钻入的过程中进行受压;所述中部传压杆(12)远离顶部承压板(11)的一端通过钢制空心外壳(2)顶部设置的传压杆限位孔(21)伸入钢制空心外壳(2)内与伞骨式注浆装置(3)可拆卸固定连接;所述钢制空心外壳(2)为圆筒状,其侧面周向均布有四个外探骨预留孔(22);所述伞骨式注浆装置(3)包括传压限位管(31)、中心骨(32)以及外探骨(33);所述传压限位管(31)一端可拆卸固定安装于中部传压杆(12)伸入钢制空心外壳(2)的一端,另一端空心设置;所述中心骨(32)为一体成型部件,一端固定安装于中心输浆管(4)的顶端,另一端插入传压限位管(31)内部空腔中;所述外探骨(33)为与外探骨预留孔(22)对应设置的四个,每一外探骨(33)一端与传压限位管(31)转动连接,另一端伸入对应外探骨预留孔(22)中,四个外探骨(33)沿传压限位管(31)周向均布;所述外探骨(33)上设置有滑轨(331),所述外探骨预留孔(22)内固定安装有外探骨固定导向节(221),所述外探骨固定导向节(221)嵌入滑轨(331)内,二者配合对外探骨(33)的运动轨迹进行限定;所述外探骨(33)伸入外探骨预留孔(22)中的一端上布设外探骨注液管(332),所述外探骨注液管(332)通过伸缩注液管(42)与中心输浆管(4)连通;所述外探骨(33)伸入外探骨预留孔(22)中的一端外部还包裹有外探骨封堵液囊(334),所述外探骨注液管(332)上对应外探骨封堵液囊(334)开设有封堵液囊加压口(333);所述中心输浆管(4)通过输浆管固定柱(5)固定安装于钢制空心外壳(2)内部,顶端与中心骨(32)固定连接,底端延伸至锚杆底部,设有底部输浆接口;所述中心输浆管(4)连接中心骨(32)的一端通过伸缩注液管(42)与外探骨注液管(332)连通,浆液由底部输浆接口输入后,通过中心输浆管(4)、伸缩注液管(42)以及外探骨注液管(332)输入钻孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于破碎围岩支护的伞骨式注浆锚杆,其特征在于,所述传压限位管(31)连接中心骨(32)的一端外壁固定安装有限位管外探齿(311),所述限位管外探齿(311)上固定安装有固定转向节(312),所述外探骨(33)通过固定转向节(312)与限位管外探齿(311)进行铰接。
3.根据权利要求1所述的一种用于破碎围岩支护的伞骨式注浆锚杆,其特征在于,所述中心输浆管(4)连接伸缩注液管(42)的一端设置有四出口输浆接口(41)。
4.一种使用权利要求1所述的用于破碎围岩支护的伞骨式注浆锚杆进行注浆加固的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、在煤矿井下巷道中选择需要注浆加固的区域,在巷道顶板钻设一定数量的钻孔,钻孔达到预定深度后,使用岩层探测记录仪进行钻孔窥视并记录;步骤二、将钻孔窥视过程图像进行整理分析,选择将要注浆的破碎顶板岩层,并确定注浆高度 R ;步骤三、根据步骤二中探明的破碎顶板岩层及注浆高度 R ,取 R 处岩样进行物理力学参数测试,测量岩石的重度 γ 、岩石的抗拉强度 σ t 、岩石的泊松比 ν 、注浆孔孔深 R z 、 岩石的静止侧压力系数 K 0 ;步骤四、根据岩石裂隙的劈裂注浆理论进行计算,得出伞骨式注浆锚杆在注浆过程中使得浆液在顶板岩层中能够形成劈裂注浆浆脉网络所需要加注的垂直劈裂注浆压力及水平劈裂注浆压力,并取二者中较大值作为最小注浆压力;步骤五、根据步骤四中所确定的最小注浆压力,确定实际注浆压力 P z ,再结合岩石注浆劈裂扩散理论,得出粒状浆液劈裂渗透扩散半径 R K ;步骤六、将步骤五所得出的粒状浆液劈裂渗透扩散半径结合锚杆四向正交注浆扩散的特点,进行锚杆间排距的确定,使得在一定破碎顶板巷道区域内,形成点阵式注浆锚杆群,注入浆液形成网格状扩散群;步骤七、在需要注浆加固的区域,根据步骤二中确定的破碎顶板岩层位置、注浆高度 R 以及步骤六中所确定的锚杆间排距,施工多个长度为 L 0 的锚杆钻孔,同时在锚杆钻孔内注浆高度 R 处施工垂直于锚杆钻孔的水平注浆孔;步骤八、将锚固剂置于顶部承压板(11)上方,通过锚杆钻机将伞骨式注浆锚杆钻入锚杆钻孔中,待锚杆打到锚杆钻孔头部时将锚固剂捅破,形成锚固端;步骤九、持续对伞骨式注浆锚杆施加钻入力,顶部承压板(11)、中部传压杆(12)以及传压限位管(31)位置不变,钢制空心外壳(2)连同中心骨(32)继续向锚杆钻孔内移动,此时中心骨(32)插入传压限位管(31)内部空腔中,同时外探骨(33)向上向外展开插入水平注浆孔中,待外探骨(33)展开至水平状态时,中心骨(32)也刚好插入传压限位管(31)顶端进行机械锁止,停止钻入动作;步骤十、根据步骤五所确定的实际注浆压力,使用高压注浆泵(6)通过伞骨式注浆锚杆尾端的下部输浆接口(43)进行注浆。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤四中,伞骨式注浆锚杆在注浆过程中使得浆液在顶板岩层中能够形成劈裂注浆浆脉网络所需要加注的垂直劈裂注浆压力及水平劈裂注浆压力计算方法为:垂直劈裂:水平劈裂:式中:P 0 -注浆压力,kPa;γ -岩石的重度,kN/m 3 ;R z -注浆孔孔深,m;σ t -岩石的抗拉强度,kPa;N -用来扩张孔壁的流体压力比例系数,一般在0~1之间变化;ν -岩石的泊松比;K 0 -岩石的静止侧压力系数。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤五中,粒状浆液劈裂渗透扩散半径 R K 计算方法为:式中:ρ w -水的密度,g/cm 3 ;g -重力加速度,cm/s 2 ;P z -实际注浆压力,kPa;r e -孔隙的等效半径,cm;S -注浆材料的凝胶强度,dyn/cm²;R z -注浆孔孔深,m。