CN117266904A - 一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法 - Google Patents

Abstract

一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法，锚杆：中空钢管与钢绞线组成柔性中空杆体；中空防扭套筒通过增摩丝簧套装在柔性中空杆体的左端；止浆塞安装在中空防扭套筒的端部；居中定位器套装在柔性中空杆体的右端；封孔套套装于中空防扭套筒的外侧；防扭托盘由中心盘体和四个止动柱组成，并套装在防扭连接段的左端；光纤光栅传感器布置在杆体外侧。工法:在岩体中施工阶梯钻孔；装入锚固剂，依次放入柔性中空杆体、防扭托盘、带肋托盘、调心球头、减磨垫圈和扭矩螺母；搅拌锚固剂并完成锚杆的紧固；精准把控注浆加固时机，完成滞后注浆。本发明利用光纤光栅传感器可实现锚杆状态的实时监测，同时具有安装速度快、注浆便捷、锚固质量高等优势。

Description

一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法

技术领域

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法。

背景技术

随着智能掘进的发展以及煤炭向深部开采的趋势，对巷道掘进支护提出了更高的要求。首先在于复杂条件巷道的安全高效维控，以深部巷道为例，其面临着变形严重、采场矿压剧烈、动力灾害频发等一系列突出难题；其次在于提高巷道的掘进速度、实现巷道支护状态的实时监测反馈，构建智能快掘体系也是目前煤矿智能化发展的必然路径。

锚杆支护是我国煤矿巷道的主要支护形式，然而，受限于巷道狭小空间约束，刚性锚杆锚固深度最大为2.4～2.8m，难以锚入到深部稳定岩层中，造成基础承载圈层薄弱，顶板垮冒事故频发；锚索虽然可以解决锚固深度小、强度小的缺点，但其安装过程相对复杂，不能实现掘后及时支护，施工效率低下，严重制约掘进速度。为解决上述问题，现有技术中出现了安装过程相对简单的柔性锚杆的施工方法，但其仍存在构件较多、支护步骤较为繁琐的问题，且存在锚固偏心的问题，即锚杆索在锚固过程中未处于钻孔中心，导致最大锚固力损失可达30％。

针对裂隙发育岩体，仅靠锚杆索支护难以实现巷道的稳定控制，将锚杆索支护作用与注浆加固作用相互结合，对破碎围岩进行改性加固能显著提升其强度和承载性能，可以更好地应对更为复杂的巷道环境。目前主要通过中空注浆锚杆索实现巷道锚注控制，而注浆封孔装置大都为挤压封孔式，封孔装置与杆体分开设置，如专利公开号为CN218563629U，公开日期为2023年3月3日，名称为一种中空注浆矿用锚索嵌入式膨胀封孔器的专利，这种结构在实施操作过程较为繁琐、且封孔成功率低、封孔效果差。

锚杆应力监测是巷道支护状态的主要评价指标之一，现有测力计仅能对锚杆外露端进行局部应力监测，随着光纤在煤矿的应用，可以通过光纤来实现锚杆杆体的应力监测，且具有更高的精度和灵敏度。光纤的布置主要通过杆体开槽或者附在杆体外侧两种方式来实现，如专利公开号为CN113267127B，公开日期为2022年3月8日，名称为以锚杆为传感媒介的光纤光栅传感巷道围岩安全监测系统的专利所述，通过在杆体上开槽来设置光纤，然而开槽的方式会导致杆体强度的降低，从而会影响锚固强度；在杆体外侧布置光纤的方式则会增大杆体的直径，容易受孔壁剐蹭影响导致光纤发生断裂的情况出现，进而会导致监测过程的无法实施。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法，该锚杆在满足支护长度和强度要求的同时可实现快速安装过程，能大幅提高巷道掘进效率，有助于构建高质量支护系统，并能实现支护状态的实时监测，可有效确保煤矿的安全生产作业；该方法施工步骤简单，实施成本低，支护效果理想，并能对支护状态进行实时的监测，有利于构建高质量支护体系。

为了实现上述目的，本发明提供一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括柔性中空杆体、封孔套、防扭托盘、带肋托盘、调心球头、减磨垫圈、扭矩螺母和光纤光栅传感器；

所述柔性中空杆体由中空防扭套筒、止浆环、增摩丝簧、钢绞线、中空钢管、止浆塞和居中定位器组成；

所述中空防扭套筒的左半部分为紧固段，其右半部分为防扭连接段，所述防扭连接段的外轮廓断面为正多边形结构，且于外轮廓上的每个面上均开设有一个条形过线凹槽，在防扭连接段的轴心处开设有杆体安装腔，所述紧固段的外轮廓为圆柱状结构，且于外轮廓上设置有外螺纹结构一，在紧固段的轴心处开设有芯管安装孔，并于芯管安装孔左端内部开设有一段内螺纹结构；所述芯管安装孔的右端与杆体安装腔的左端相连通；

所述止浆环的外径与杆体安装腔的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔的左端；

所述增摩丝簧的外径与杆体安装腔的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔中，并位于止浆环的右侧；

所述钢绞线由多根钢丝呈螺旋状缠绕制成，并于轴心部分形成中心空腔；钢绞线的中段径向地插装有销钉，并通过所插装的销钉预留出连通中心空腔和外部空间的过浆通道；

所述中空钢管的左部一段为主体安装段，其在主体安装段以右的部分为杆体安装段；中空钢管的杆体安装段固定插装于钢绞线的中心空腔中，并于对应过浆通道的位置开设有出浆口；相连接后的中空钢管和钢绞线共同形成柔性中空杆体；

所形成的柔性中空杆体的左部插装于中空防扭套筒内部的杆体安装腔中，且钢绞线的左端插装于增摩丝簧的弹簧腔中，并通过与增摩丝簧的相互挤压作用与防扭连接段固定连接，同时，中空钢管的主体安装段在穿过止浆环后固定插装于芯管安装孔中，且主体安装段的左端止于内螺纹结构右端的右侧；

所述止浆塞塞体的外表面设置有外螺纹结构二，并通过外螺纹结构二与内螺纹结构之间的螺纹配合装配于芯管安装孔的左端；

所述居中定位器由定位套筒和三个定位夹片组成，三个定位夹片呈环形均匀地分布，且其左端环状均匀地固定连接在定位套筒右端的端沿上，所述居中定位器通过定位套筒固定套装在钢绞线右端的外侧；

所述封孔套由弹性密封材料制成，其由位于左部连续起伏段和位于右部的缩口段组成，封孔套套装于中空防扭套筒和柔性中空杆体连接的过渡区域的外侧，其中，连续起伏段的外轮廓为连续起伏式变化结构，并套设于防扭连接段的外侧，缩口段的外轮廓为由左向右外径逐渐缩小的收口结构，并套设于钢绞线的外侧；

所述防扭托盘由中心盘体和四个止动柱组成，所述盘体为平面板状结构，其中心开设有与防扭连接段外轮廓形状相适配的正多边形的防扭安装孔，其外缘面上周向均匀地开设有四个定位缺口，并于四个定位缺口之间形成四个定位凸块；四个止动柱围绕防扭安装孔周向均匀地分布，且与四个定位凸块一一相对应地设置，且每个止动柱垂直地固定连接在对应的定位凸块上；防扭托盘通过防扭安装孔套装在防扭连接段左端的外部，且四个止动柱位于中心盘体的右侧；

所述带肋托盘由位于中心区域的主体部和位于主体部四周边缘的支撑部组成，所述主体部由边缘向中心逐渐向远离支撑部的方向突出，并于周向上均匀地形成八个凸起纵肋，同时，在八个凸起纵肋的中心区域形成与支撑部相平行的承载部，在八个凸起纵肋的内部边缘均匀地形成八个八角凹槽，且在八个凸起纵肋的内部所形成的空间尺寸与所述中心盘体的尺寸相适配；主体部的一侧路况开设有一个过线小孔；所述承载部的中心开设有球头定位孔，所述球头定位孔的中心呈球窝状的向靠近支撑部的方向凹陷；带肋托盘通过球头定位孔套装在紧固段的外部，同时，带肋托盘内表面中的不相邻四个八角凹槽与防扭托盘上的四个凸块定位配合；

所述调心球头为半球状结构，其轴心开设有锚孔，调心球头通过锚孔套装在紧固段的外部，且其球体部插装于球头定位孔中；

所述减磨垫圈套装在紧固段的外部，且与调心球头的平面部分相贴合地连接；

所述扭矩螺母通过其内部的螺纹结构与外螺纹结构一之间的螺纹配合装配于紧固段的外部，并依次将位于其右侧的减磨垫圈、调心球头和带肋托盘向靠近防扭托盘的方向压紧；

所述光纤光栅传感器由光纤和布置在光纤上的多个光栅组成，三个光纤光栅传感器周向均匀地布置，且每个光纤光栅传感器嵌合地粘贴于相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，且其右端延伸到居中定位器的左端，其左端止于中空防扭套筒的右端；三个光纤光栅传感器上对应连接的三个光纤输出段在穿过三个条形过线凹槽后穿入到带肋托盘的内腔中，并由过线小孔穿出到带肋托盘的外部。

作为一种优选，所述防扭连接段的外轮廓为正六边形，且于防扭连接段外轮廓上周向均匀开设有六个条形过线凹槽，其中，三个光纤光栅传感器上对应连接的三个光纤输出段两两不相邻地布置于三个条形过线凹槽中。

作为一种优选，所述紧固段的外径小于防扭连接段的外径，所述中空防扭套筒在紧固段和防扭连接段之间具有过渡环形凸台,所述过渡环形凸台的外径大于紧固段的外径且小于防扭连接段的外径。

作为一种优选，所述连续起伏段内孔的断面呈与防扭连接段外轮廓相适配的正多边形，其外轮廓呈多段连续排布的鼓形结构，所述缩口段内孔的断面呈与钢绞线外轮廓相适配的圆形。

作为一种优选，所述止动柱通过胶粘或者焊接的方式与定位凸块固定连接。

进一步，为了便于实时查看锚固段各部位的应力状态，还包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪分别与三个光纤光栅传感器的光纤输出段连接。

进一步，为了确保减磨垫圈具有良好的使用寿命，所述减磨垫圈由聚四氟乙烯材料制成。

为了能够有效地夹持锚固剂，并能显著地提高搅拌效果，三个定位夹片所围成的环形空间的尺寸与定位套筒的内径尺寸相一致，三个定位夹片的外边缘尺寸大于定位套筒的外径尺寸。

为了提高密封效果，同时，为了确保封孔套具有良好的使用寿命，所述封孔套由橡胶材料制成。

本发明中，在中空防扭套筒的轴心处设置有相连通的芯管安装孔和杆体安装腔，可以在钢绞线的左端插装于杆体安装腔中时，使中空钢管外露的主体安装段插装于芯管安装孔中，这样，便可以利用芯管安装孔配合中空钢管的主体安装段来实现注浆功能。钢绞线和中空防扭套筒之间设置增摩丝簧，可以利用增摩丝簧来显著提高摩擦力，进而可以通过扣压的方式确保钢绞线能够稳固地连接于防扭套筒的内部，并能有效确保连接处的承载能力。将止浆环设置在杆体安装腔的左端，并使中空钢管的主体安装段的根部插装于止浆环的内部，可以利用止浆环来对中空钢管外圆面与杆体安装腔内圆面之间的空隙进行封堵，进而可以有效避免注入到钢绞线中的浆液会从芯管安装孔和中空钢管之间的间隙溢出。通过在钢绞线的中段径向地插装有销钉，可以利用销钉在多根钢丝之间预留出过浆通道，并可有效避免过浆通道不会被钢丝所掩埋，由于中空钢管在钢绞线内部设置有出浆口，这样，便可以确保进入中心空腔的浆液能够顺畅地通过过浆通道流到钢绞线的外部区域，进而可以有效地填充于钢绞线与钻孔孔壁之间的空隙中，在浆液凝固后便可以将柔性中空杆体牢固地固定于钻孔中。在钢绞线的尾端装配居中定位器，并使居中定位器的右端均匀设置三个定位夹片，不仅可以便于利用定位夹片对锚固剂进行定位推送，还可以在转动的过程中对锚固剂进行充分搅拌，另外，还能在搅拌过程中使柔性中空杆体处于钻孔的中央区域，进而可以确保所加注的浆液能够均匀地充填于杆体与钻孔之间的空隙之中，可显著提高锚固力，有助于构建高质量支护系统。使中空防扭套筒右半部分的防扭连接段外轮廓为正多边形，并使防扭托盘中心的防扭安装孔为与防扭连接段相适配的正多边形，这样，当将防扭托盘套装在中空防扭套筒上的防扭连接段外部时，便能确保防扭托盘和中空防扭套筒之间不会发生相对转动的情况。由于在防扭托盘的一侧面的四周垂直固定连接了四个止动柱，这样，在实际安装过程中，只需要利用扭矩螺母提供锁紧力将防扭托盘上的四个止动柱压紧在岩壁表面上即可以有效避免柔性中空杆体在预紧过程中发生转动的情况，从而能施加更大的预紧力，极大地提高了支护效果。使中空防扭套筒左半部分的紧固段为圆柱状结构，并设置有外螺纹结构一，可以便于在紧固段上套装带肋托盘、调心球头和扭矩螺母，并能便于通过螺纹配合利用扭矩螺母施加预紧力；在防扭连接段外轮廓的每个面上均开设有一个条形过线凹槽，可以确保布置在钢绞线表面上的光纤光栅传感器的光纤输出段能够嵌设于条形过线凹槽中，可以有效避免外物剐蹭光纤导致光纤损坏的情况发生。在紧固段端部的芯管安装孔内部开设有一段内螺纹结构，同时，使止浆塞的塞体表面设置有外螺纹结构二，这样，便能通过螺纹配合将止浆塞稳固地装配在芯管安装孔的端部，从而可以对注浆通道进行有效的封堵，避免了在注浆后出现浆液外溢情况。将封孔套整体包裹于钢绞线与中空防扭套筒连接处的外侧，不仅可以确保在注浆过程中浆液不会从连接处外溢，而且还能利用封孔套因挤压后而膨胀的外轮廓对锚杆与钻孔之间的空隙进行有效的封堵，避免了浆液会从钻孔与锚杆之间的间隙外溢出来，从而可以实现一体式全面的封孔作业；使连续起伏段的右端为缩口段，有利于在安装过程中利用缩口段对钻孔中的变径过渡位置进行有效的封堵。使带肋托盘主体部的外表面周向均匀地设置有八个凸起纵肋，可以有效提高带肋托盘的承载性能，有利于对锚杆施加更大的预紧力，同时，由于这种带有凸起纵肋结构的托盘可以提供较大的承载力，因此，在同等支护需求下，可以采用重量更小的带肋托盘来替代传统的蝶形托盘，有利于降低井下作业人员的劳动负荷；使带肋托盘内表面于周向上均匀地设置八个八角凹槽，可以便于利用其中的四个八角凹槽与防扭托盘四周的四个定位凸块定位配合，这样，在防扭托盘上的四个止动柱压紧在岩壁上时，便可以通过与防扭托盘的配合来避免在施加预紧力的过程中发生转动的情况。通过在主体部上开设有过线小孔，可以便于光纤光栅传感器的输出端穿出到外部空间中，以便于与光纤光栅调解仪连接。使调心球头为半球状结构，同时，使带肋托盘的中心开设有呈球窝状的球头定位孔，这样，在施加预紧力的过程中，调心球头的球体部分与带肋托盘的球头定位孔之间始终为环形线接触，从而能达到自动调心的目的，可确保在预紧力施加过程中带肋托盘不会发生偏离预定安装位置，有利于提高施工的质量，并能显著确保支护效果。在扭矩螺母和调心球头的平面部分之间设置减磨垫圈，有利于在施加预紧力过程中对扭矩螺母和调心球头进行保护，避免了因相互损伤而降低支护强度的情况发生。在钢绞线外表面相邻钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中布置光纤光栅传感器，不仅可以实现对有效锚固杆体全长的应力监测，有利于实时获知有效锚固杆体的应力情况，而且还能在不增大杆体直径的同时，避免了在杆体表面直接开槽进而造成杆体强度降低情况的发生，有效地确保了杆体的锚固力。另外，采用三个光纤光栅传感器均匀地分布在钢绞线表面的方式，有效避免了传统方式中仅布置一个光纤光栅传感器易出现的漏检情况的发生。

本发明还提供了一种集数字化监测的柔性中空锚杆的安装方法，采用一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括以下步骤：

步骤一：在岩体中钻取阶梯钻孔，其中，阶梯钻孔由靠近岩体表面的大径段钻孔和远离岩体表面的小径段钻孔组成，且大径段钻孔的孔径和长度与封孔套的孔径和长度相适配，小径段钻孔的孔径和长度与钢绞线的孔径和长度相适配；

步骤二：先将长度与钢绞线长度相适配的三个光纤光栅传感器周向均匀地布置在钢绞线的外表面上，并使每个光纤光栅传感器粘附在相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，同时，使三个光纤光栅传感器上对应连接的三个光纤输出段嵌设于中空防扭套筒上的三个条形过线凹槽中；接着，将封孔套套装在中空防扭套筒的外部；然后，将防扭托盘套装在中空防扭套筒左端的外部，并使止动柱位于靠近封孔套的一侧；最后，依次在紧固段的外部套装带肋托盘、调心球头、减磨垫圈和扭矩螺母，并使调心球头嵌设于球头定位孔中；

步骤三：先在阶梯钻孔中放入锚固剂，再利用固定在柔性中空杆体端部的居中定位器顶住锚固剂并将其推入阶梯钻孔的孔底；接着启动锚杆钻机带动扭矩螺母旋转并同步带动柔性中空杆体旋转，进而利用居中定位器上的三个定位夹片搅拌锚固剂，在柔性中空杆体旋转的同时，将锚杆钻机继续向靠近孔底的方向推动以使锚固剂搅拌均匀，待推至孔底后停留30秒使锚固剂充分凝固；

步骤四：继续开启锚杆钻机破坏扭矩螺母上的销片，使扭矩螺母沿着紧固段上的外螺纹结构一向靠近孔底的方向旋转，并压紧作用于减摩垫圈和调心球头，继而推动带肋托盘和防扭托盘沿紧固段的轴向向靠近孔底的方向移动，使防扭托盘上的四个止动柱压紧定位在岩壁上，并利用防扭托盘推动封孔套向孔底方向移动，将封孔套外轮廓上的缩口段推入大孔径钻孔和小孔径钻孔的连接处，该过程中，利用已经定位的防扭托盘对中空防扭套筒和带肋托盘进行旋转方向的定位，利用封孔套外轮廓上的缩口段将大孔径钻孔和小孔径钻孔之间过渡处进行封堵，同时，利用封孔套外轮廓上因挤压而体积膨胀的连续起伏段对大孔径钻孔进行封堵；

步骤五：退下锚杆钻机，重复步骤一至四，依次进行柔性中空锚杆的安装作业；

步骤六：对于每一根柔性中空锚杆，卸下中空防扭套筒上的止浆塞，并在紧固段轴心处的芯管安装孔处安装注浆管，利用注浆管进行注浆；在柔性中空锚杆安装后不立即实施注浆，这时的巷道围岩裂隙未充分发育，等待巷道应力释放完毕并达到重新平衡，此时裂隙有一定发育，但未相互贯通，能够保持围岩的稳定性，在这个时间内进行注浆，通过精准把控注浆时机，开始实施滞后注浆作业，使注入的浆液通过芯管安装孔、中空钢管和中空钢管上的出浆口进入到钢绞线的中心空腔中，再通过钢绞线上的过浆通道充填到钢绞线与小径段钻孔之间的空间中，在注浆结束过后通过螺纹配合将止浆塞安装在芯管安装孔的左端，进行止浆塞的复位安装，以有效封堵浆液，实现岩体裂隙的封闭；

步骤七：将每一根柔性中空锚杆上三个光纤光栅传感器上对应连接的三个光纤输出段与光纤光栅解调仪相连，利用光纤光栅解调仪对每一根柔性中空锚杆进行应力监测。

本发明中，在岩体中钻取阶梯外孔，可以在利用小径段钻孔容纳柔性中空杆体的同时，利用大径段钻孔来容纳套装有封孔套的中空防扭套筒；将三个光纤光栅传感器均匀地布置在钢绞线的表面，并使每个光纤光栅传感器粘附在相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，可以在不增加杆体外径尺寸、不损伤杆体结构的前提下，使锚杆具备应力监测功能，进而能实现杆体全长的应力监测。在钻孔中装入锚固剂后，利用居中定位器上的三个定位夹片对锚固剂进行充分搅拌，可以显著提高锚固效果。在施加预紧力过程中，利用调心球头推动带肋托盘向靠近孔底的方向移动，可以实现自动调心的目的，进而在预紧力施加过程中带肋托盘不会发生偏离预定安装位置，有利于提高施工的质量。使防扭托盘上的四个止动柱压紧定位在岩壁上，可以将与防扭托盘定位相配合的带肋托盘和中空防扭套筒进行径向限位，从而可以避免在预紧过程中带肋托盘和柔性中空杆体发生转动的情况，可显著提高锚杆的锚固强度。利用封孔套外轮廓上的缩口段对大孔径钻孔和小孔径钻孔之间过渡处进行封堵，同时，利用封孔套外轮廓上因挤压而体积膨胀的连续起伏段对大孔径钻孔进行封堵，这样，便可以对杆体与钻孔之间的空隙进行多重式封堵，显著提高了封堵效果。在注浆结束后通过螺母配合将止浆塞安装在芯管安装孔的左端，可以有效对芯管安装孔进行封堵，从而能避免浆液从芯管安装孔中溢出。

该种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法与现有技术相比具有以下优点：

(1)杆体为高强度的钢绞线，在施工时仅需通过扭转螺母进行预紧，相较于普通锚杆有利于实现高强度加长锚固，同时，具有更短的安装时间，可实现掘后巷道的及时支护，能大幅提高巷道掘进效率，促进与智能快掘装备的结合；

(2)柔性中空锚杆将防扭装置与注浆封孔装置均集成在杆体上，实现一体化安装，避免繁琐的操作流程，可以节省支护时间大幅提升注浆效率；

(3)柔性中空锚杆杆体端部设置居中定位器，可使锚固剂充分搅拌，同时在搅拌过程中实现杆体居中从而提提升锚固力，构建高质量支护系统；

(4)柔性中空锚杆中光纤光栅传感器附在钢绞线的凹槽中，在不增大现有杆体的直径同时避免了开槽造成的杆体强度降低，通过三根光纤光栅传感器联合错位布置实现杆体全长应力实时监测，有效避免传统一根光纤光栅传感器的漏检问题；

(5)柔性中空锚杆中带肋托盘相较于传统蝶形托盘重量更小，同时拥有更强的承载性能，可以有效降低井下工作人员的劳动强度。

本发明可以实现高强度加长锚固，且施工步骤简单，可以有效提升掘进效率；通过一体化封孔装置实现高效注浆作业；通过布置光纤光栅传感器，在不降低杆体强度的情况下实现对支护状态的实时监测，有利于构建高质量支护体系。

附图说明

图1是本发明柔性中空锚杆的支护状态示意图；

图2是本发明中阶梯钻孔的结构示意图；

图3是本发明柔性中空锚杆的结构示意图；

图4是本发明中中空防扭套管、止浆环和增摩丝簧的装配示意图；

图5是本发明中空防扭套管的立体结构示意图；

图6是本发明中柔性中空杆体的结构示意图；

图7是本发明中居中定位器的结构示意图；

图8是本发明中封孔套的结构示意图；

图9是本发明中防扭托盘的结构示意图；

图10是本发明中带肋托盘的结构示意图；

图11是本发明中光纤光栅传感器的结构示意图；

图12是本发明中防扭托盘、中空防扭套筒及光纤光栅传感器的装配示意图；

图13是本发明中光纤光栅传感器与钢绞线的装配示意图；

图14是本发明中光纤光栅传感器与柔性中空杆体的装配示意图。

图中：1、柔性中空杆体，1.1、中空防扭套筒，1.1a、防扭连接段，1.1b、过渡环形凸台，1.1c、外螺纹结构一,1.1d、内螺纹结构，1.1e、紧固段，1.1f、条形过线凹槽，1.1g、杆体安装腔，1.1h、芯管安装孔，1.2、钢绞线，1.2a、出浆口，1.2b、销钉，1.2c、中空钢管，1.2d、过浆通道，1.3、增摩丝簧，1.4、止浆环，1.5、止浆塞，1.6、居中定位器；1.6a、定位套筒，1.6b、定位夹片；2、封孔套，2.1、鼓形段结构，2.2、收口结构；3、防扭托盘，3.1、中心盘体，3.1a、定位凸块，3.1b、防扭安装孔，3.1c、定位缺口，3.2、止动柱；4、带肋托盘，4.1、凸起纵肋，4.2、八角凹槽，4.3、过线小孔，4.4、球头定位孔，4.5、承载部，4.6、支撑部，4.7、主体部；5、调心球头；6、减磨垫圈；7、扭矩螺母；8、光纤光栅传感器，8.1、光纤，8.2、光栅；9、阶梯钻孔，9.1、大径段钻孔，9.2、小径段钻孔；10、岩体。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

如图1至图14所示，本发明提供了一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括柔性中空杆体1、封孔套2、防扭托盘3、带肋托盘4、调心球头5、减磨垫圈6、扭矩螺母7和光纤光栅传感器8；

所述柔性中空杆体1由中空防扭套筒1.1、止浆环1.4、增摩丝簧1.3、钢绞线1.2、中空钢管1.2c、止浆塞1.5和居中定位器1.6组成；

所述中空防扭套筒1.1的左半部分为紧固段1.1e，其右半部分为防扭连接段1.1a，所述防扭连接段1.1a的外轮廓断面为正多边形结构，且于外轮廓上的每个面上均开设有一个条形过线凹槽1.1f，在防扭连接段1.1a的轴心处开设有杆体安装腔1.1g，所述紧固段1.1e的外轮廓为圆柱状结构，且于外轮廓上设置有外螺纹结构一1.1c，在紧固段1.1e的轴心处开设有芯管安装孔1.1h，并于芯管安装孔1.1h左端内部开设有一段内螺纹结构1.1d；所述芯管安装孔1.1h的右端与杆体安装腔1.1g的左端相连通；

所述止浆环1.4的外径与杆体安装腔1.1g的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔1.1g的左端；

所述增摩丝簧1.3的外径与杆体安装腔1.1g的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔1.1g中，并位于止浆环1.4的右侧；

所述钢绞线1.2由多根钢丝呈螺旋状缠绕制成，并于轴心部分形成中心空腔；钢绞线1.2的中段径向地插装有销钉1.2b，并通过所插装的销钉1.2b预留出连通中心空腔和外部空间的过浆通道1.2d；

所述中空钢管1.2c的左部一段为主体安装段，其在主体安装段以右的部分为杆体安装段；中空钢管1.2c的杆体安装段固定插装于钢绞线1.2的中心空腔中，并于对应过浆通道1.2d的位置开设有出浆口1.2a；相连接后的中空钢管1.2c和钢绞线1.2共同形成柔性中空杆体；

所形成的柔性中空杆体的左部插装于中空防扭套筒1.1内部的杆体安装腔1.1g中，且钢绞线1.2的左端插装于增摩丝簧1.3的弹簧腔中，并通过与增摩丝簧1.3的相互挤压作用与防扭连接段1.1a固定连接，同时，中空钢管1.2c的主体安装段在穿过止浆环1.4后固定插装于芯管安装孔1.1h中，且主体安装段的左端止于内螺纹结构1.1d右端的右侧；

所述止浆塞1.5塞体的外表面设置有外螺纹结构二，并通过外螺纹结构二与内螺纹结构1.1d之间的螺纹配合装配于芯管安装孔1.1h的左端；

所述居中定位器1.6由定位套筒1.6a和三个定位夹片1.6b组成，三个定位夹片1.6b呈环形均匀地分布，且其左端环状均匀地固定连接在定位套筒1.6a右端的端沿上，所述居中定位器1.6通过定位套筒1.6a固定套装在钢绞线1.2右端的外侧；

所述封孔套2由弹性密封材料制成，其由位于左部连续起伏段2.2和位于右部的缩口段2.1组成，封孔套2套装于中空防扭套筒1.1和柔性中空杆体连接的过渡区域的外侧，其中，连续起伏段2.2的外轮廓为连续起伏式变化结构，并套设于防扭连接段1.1a的外侧，缩口段2.1的外轮廓为由左向右外径逐渐缩小的收口结构，并套设于钢绞线1.2的外侧；

作为一种优选，连续起伏段2.2的长度略短于防扭连接段1.1a的长度，这样，可以便于留出位置装配防扭托盘3。

所述防扭托盘3由中心盘体3.1和四个止动柱3.2组成，所述盘体3.1为平面板状结构，其中心开设有与防扭连接段1.1a外轮廓形状相适配的正多边形的防扭安装孔3.1b，其外缘面上周向均匀地开设有四个定位缺口3.1c，并于四个定位缺口3.1c之间形成四个定位凸块3.1a；四个止动柱3.2围绕防扭安装孔3.1b周向均匀地分布，且与四个定位凸块3.1a一一相对应地设置，且每个止动柱3.2垂直地固定连接在对应的定位凸块3.1a上；防扭托盘3通过防扭安装孔3.1b套装在防扭连接段1.1a左端的外部，且四个止动柱3.2位于中心盘体3.1的右侧；

所述带肋托盘4由位于中心区域的主体部4.7和位于主体部4.7四周边缘的支撑部4.6组成，所述主体部4.7由边缘向中心逐渐向远离支撑部4.6的方向突出，并于周向上均匀地形成八个凸起纵肋4.1，同时，在八个凸起纵肋4.1的中心区域形成与支撑部4.6相平行的承载部4.5，在八个凸起纵肋4.1的内部边缘均匀地形成八个八角凹槽4.2，且在八个凸起纵肋4.1的内部所形成的空间尺寸与所述中心盘体3.1的尺寸相适配；主体部4.7的一侧路况开设有一个过线小孔4.3；所述承载部4.5的中心开设有球头定位孔4.4，所述球头定位孔4.4的中心呈球窝状的向靠近支撑部4.6的方向凹陷；带肋托盘4通过球头定位孔4.4套装在紧固段1.1e的外部，同时，带肋托盘4内表面中的不相邻四个八角凹槽4.2与防扭托盘3上的四个凸块3.1a定位配合；

所述调心球头5为半球状结构，其轴心开设有锚孔，调心球头5通过锚孔套装在紧固段1.1e的外部，且其球体部插装于球头定位孔4.4中；

所述减磨垫圈6套装在紧固段1.1e的外部，且与调心球头5的平面部分相贴合地连接；

所述扭矩螺母7通过其内部的螺纹结构与外螺纹结构一1.1c之间的螺纹配合装配于紧固段1.1e的外部，并依次将位于其右侧的减磨垫圈6、调心球头5和带肋托盘4向靠近防扭托盘3的方向压紧；作为一种优选，柔性中空锚杆的锚固长度为1800～11000mm，即当压紧后，带肋托盘4的支撑部4.6至居中定位器1.6之间所夹持的岩体长度为1800～11000mm,这样，可以确保柔性中空锚杆可以具有较长的锚固长度；

所述光纤光栅传感器8由光纤8.1和布置在光纤8.1上的多个光栅8.2组成，三个光纤光栅传感器8周向均匀地布置，且每个光纤光栅传感器8嵌合地粘贴于相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，且其右端延伸到居中定位器1.6的左端，其左端止于中空防扭套筒1.1的右端；三个光纤光栅传感器8上对应连接的三个光纤输出段在穿过三个条形过线凹槽1.1f后穿入到带肋托盘4的内腔中，并由过线小孔4.3穿出到带肋托盘4的外部。

作为一种优选，所述防扭连接段1.1a的外轮廓为正六边形，且于防扭连接段1.1a外轮廓上周向均匀开设有六个条形过线凹槽1.1f，其中，三个光纤光栅传感器8上对应连接的三个光纤输出段两两不相邻地布置于三个条形过线凹槽1.1f中。

作为一种优选，所述紧固段1.1e的外径小于防扭连接段1.1a的外径，所述中空防扭套筒1.1在紧固段1.1e和防扭连接段1.1a之间具有过渡环形凸台1.1b,所述过渡环形凸台1.1b的外径大于紧固段1.1e的外径且小于防扭连接段1.1a的外径。

作为一种优选，所述连续起伏段2.2内孔的断面呈与防扭连接段1.1a外轮廓相适配的正多边形，其外轮廓呈多段连续排布的鼓形结构，所述缩口段2.1内孔的断面呈与钢绞线外轮廓相适配的圆形。

作为一种优选，所述止动柱3.2通过胶粘或者焊接的方式与定位凸块3.1a固定连接。

为了便于实时查看锚固段各部位的应力状态，还包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪分别与三个光纤光栅传感器8的光纤输出段连接。

为了确保减磨垫圈具有良好的使用寿命，所述减磨垫圈6由聚四氟乙烯材料制成。

为了能够有效地夹持锚固剂，并能显著地提高搅拌效果，三个定位夹片1.6b所围成的环形空间的尺寸与定位套筒1.6a的内径尺寸相一致，三个定位夹片1.6b的外边缘尺寸大于定位套筒1.6a的外径尺寸。

为了提高密封效果，同时，为了确保封孔套具有良好的使用寿命，所述封孔套2由橡胶材料制成。

本发明中，在中空防扭套筒的轴心处设置有相连通的芯管安装孔和杆体安装腔，可以在钢绞线的左端插装于杆体安装腔中时，使中空钢管外露的主体安装段插装于芯管安装孔中，这样，便可以利用芯管安装孔配合中空钢管的主体安装段来实现注浆功能。钢绞线和中空防扭套筒之间设置增摩丝簧，可以利用增摩丝簧来显著提高摩擦力，进而可以通过扣压的方式确保钢绞线能够稳固地连接于防扭套筒的内部，并能有效确保连接处的承载能力。将止浆环设置在杆体安装腔的左端，并使中空钢管的主体安装段的根部插装于止浆环的内部，可以利用止浆环来对中空钢管外圆面与杆体安装腔内圆面之间的空隙进行封堵，进而可以有效避免注入到钢绞线中的浆液会从芯管安装孔和中空钢管之间的间隙溢出。通过在钢绞线的中段径向地插装有销钉，可以利用销钉在多根钢丝之间预留出过浆通道，并可有效避免过浆通道不会被钢丝所掩埋，由于中空钢管在钢绞线内部设置有出浆口，这样，便可以确保进入中心空腔的浆液能够顺畅地通过过浆通道流到钢绞线的外部区域，进而可以有效地填充于钢绞线与钻孔孔壁之间的空隙中，在浆液凝固后便可以将柔性中空杆体牢固地固定于钻孔中。在钢绞线的尾端装配居中定位器，并使居中定位器的右端均匀设置三个定位夹片，不仅可以便于利用定位夹片对锚固剂进行定位推送，还可以在转动的过程中对锚固剂进行充分搅拌，另外，还能在搅拌过程中使柔性中空杆体处于钻孔的中央区域，进而可以确保所加注的浆液能够均匀地充填于杆体与钻孔之间的空隙之中，可显著提高锚固力，有助于构建高质量支护系统。使中空防扭套筒右半部分的防扭连接段外轮廓为正多边形，并使防扭托盘中心的防扭安装孔为与防扭连接段相适配的正多边形，这样，当将防扭托盘套装在中空防扭套筒上的防扭连接段外部时，便能确保防扭托盘和中空防扭套筒之间不会发生相对转动的情况。由于在防扭托盘的一侧面的四周垂直固定连接了四个止动柱，这样，在实际安装过程中，只需要利用扭矩螺母提供锁紧力将防扭托盘上的四个止动柱压紧在岩壁表面上即可以有效避免柔性中空杆体在预紧过程中发生转动的情况，从而能施加更大的预紧力，极大地提高了支护效果。使中空防扭套筒左半部分的紧固段为圆柱状结构，并设置有外螺纹结构一，可以便于在紧固段上套装带肋托盘、调心球头和扭矩螺母，并能便于通过螺纹配合利用扭矩螺母施加预紧力；在防扭连接段外轮廓的每个面上均开设有一个条形过线凹槽，可以确保布置在钢绞线表面上的光纤光栅传感器的光纤输出段能够嵌设于条形过线凹槽中，可以有效避免外物剐蹭光纤导致光纤损坏的情况发生。在紧固段端部的芯管安装孔内部开设有一段内螺纹结构，同时，使止浆塞的塞体表面设置有外螺纹结构二，这样，便能通过螺纹配合将止浆塞稳固地装配在芯管安装孔的端部，从而可以对注浆通道进行有效的封堵，避免了在注浆后出现浆液外溢情况。将封孔套整体包裹于钢绞线与中空防扭套筒连接处的外侧，不仅可以确保在注浆过程中浆液不会从连接处外溢，而且还能利用封孔套因挤压后而膨胀的外轮廓对锚杆与钻孔之间的空隙进行有效的封堵，避免了浆液会从钻孔与锚杆之间的间隙外溢出来，从而可以实现一体式全面的封孔作业；使连续起伏段的右端为缩口段，有利于在安装过程中利用缩口段对钻孔中的变径过渡位置进行有效的封堵。使带肋托盘主体部的外表面周向均匀地设置有八个凸起纵肋，可以有效提高带肋托盘的承载性能，有利于对锚杆施加更大的预紧力，同时，由于这种带有凸起纵肋结构的托盘可以提供较大的承载力，因此，在同等支护需求下，可以采用重量更小的带肋托盘来替代传统的蝶形托盘，有利于降低井下作业人员的劳动负荷；使带肋托盘内表面于周向上均匀地设置八个八角凹槽，可以便于利用其中的四个八角凹槽与防扭托盘四周的四个定位凸块定位配合，这样，在防扭托盘上的四个止动柱压紧在岩壁上时，便可以通过与防扭托盘的配合来避免在施加预紧力的过程中发生转动的情况。通过在主体部上开设有过线小孔，可以便于光纤光栅传感器的输出端穿出到外部空间中，以便于与光纤光栅调解仪连接。使调心球头为半球状结构，同时，使带肋托盘的中心开设有呈球窝状的球头定位孔，这样，在施加预紧力的过程中，调心球头的球体部分与带肋托盘的球头定位孔之间始终为环形线接触，从而能达到自动调心的目的，可确保在预紧力施加过程中带肋托盘不会发生偏离预定安装位置，有利于提高施工的质量，并能显著确保支护效果。在扭矩螺母和调心球头的平面部分之间设置减磨垫圈，有利于在施加预紧力过程中对扭矩螺母和调心球头进行保护，避免了因相互损伤而降低支护强度的情况发生。在钢绞线外表面相邻钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中布置光纤光栅传感器，不仅可以实现对有效锚固杆体全长的应力监测，有利于实时获知有效锚固杆体的应力情况，而且还能在不增大杆体直径的同时，避免了在杆体表面直接开槽进而造成杆体强度降低情况的发生，有效地确保了杆体的锚固力。另外，采用三个光纤光栅传感器均匀地分布在钢绞线表面的方式，有效避免了传统方式中仅布置一个光纤光栅传感器易出现的漏检情况的发生。

本发明还提供了一种集数字化监测的柔性中空锚杆的安装方法，采用一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括以下步骤：

步骤一：如图2所示，在岩体10中钻取阶梯钻孔9，其中，阶梯钻孔9由靠近岩体10表面的大径段钻孔9.1和远离岩体10表面的小径段钻孔9.2组成，且大径段钻孔9.1的孔径和长度与封孔套2的孔径和长度相适配，小径段钻孔9.2的孔径和长度与钢绞线1.2的孔径和长度相适配；

步骤二：如图14所示，先将长度与钢绞线1.2长度相适配的三个光纤光栅传感器8周向均匀地布置在钢绞线1.2的外表面上，并使每个光纤光栅传感器8粘附在相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，同时，使三个光纤光栅传感器8上对应连接的三个光纤输出段嵌设于中空防扭套筒1.1上的三个条形过线凹槽1.1f中；接着，将封孔套2套装在中空防扭套筒1.1的外部；然后，将防扭托盘3套装在中空防扭套筒1.1左端的外部，并使止动柱3.2位于靠近封孔套2的一侧；最后，依次在紧固段1.1e的外部套装带肋托盘4、调心球头5、减磨垫圈6和扭矩螺母7，并使调心球头5嵌设于球头定位孔4.4中；

步骤三：先在阶梯钻孔9中放入锚固剂，再利用固定在柔性中空杆体1端部的居中定位器1.6顶住锚固剂并将其推入阶梯钻孔9的孔底；接着启动锚杆钻机带动扭矩螺母7旋转并同步带动柔性中空杆体1旋转，进而利用居中定位器1.6上的三个定位夹片1.6b搅拌锚固剂，在柔性中空杆体1旋转的同时，将锚杆钻机继续向靠近孔底的方向推动以使锚固剂搅拌均匀，待推至孔底后停留30秒使锚固剂充分凝固；

步骤四：继续开启锚杆钻机破坏扭矩螺母7上的销片，使扭矩螺母7沿着紧固段1.1e上的外螺纹结构一1.1c向靠近孔底的方向旋转，并压紧作用于减摩垫圈6和调心球头5，继而推动带肋托盘4和防扭托盘3沿紧固段1.1e的轴向向靠近孔底的方向移动，使防扭托盘3上的四个止动柱3.2压紧定位在岩壁上，并利用防扭托盘3推动封孔套2向孔底方向移动，将封孔套2外轮廓上的缩口段2.1推入大孔径钻孔9.1和小孔径钻孔9.2的连接处，该过程中，利用已经定位的防扭托盘3对中空防扭套筒1.1和带肋托盘4进行旋转方向的定位，利用封孔套2外轮廓上的缩口段2.1将大孔径钻孔9.1和小孔径钻孔9.2之间过渡处进行封堵，同时，利用封孔套2外轮廓上因挤压而体积膨胀的连续起伏段2.2对大孔径钻孔9.1进行封堵；

步骤五：退下锚杆钻机，重复步骤一至四，依次进行柔性中空锚杆的安装作业；

步骤六：对于每一根柔性中空锚杆，卸下中空防扭套筒1.1上的止浆塞1.5，并在紧固段1.1e轴心处的芯管安装孔1.1h处安装注浆管，利用注浆管进行注浆；在柔性中空锚杆安装后不立即实施注浆，这时的巷道围岩裂隙未充分发育，等待巷道应力释放完毕并达到重新平衡，此时裂隙有一定发育，但未相互贯通，能够保持围岩的稳定性，在这个时间内进行注浆，通过精准把控注浆时机，开始实施滞后注浆作业，使注入的浆液通过芯管安装孔1.1h、中空钢管1.2c和中空钢管1.2c上的出浆口1.2a进入到钢绞线1.2的中心空腔中，再通过钢绞线1.2上的过浆通道1.2d充填到钢绞线1.2与小径段钻孔9.2之间的空间中，在注浆结束过后通过螺纹配合将止浆塞1.5安装在芯管安装孔1.1h的左端，进行止浆塞1.5的复位安装，以有效封堵浆液，实现岩体裂隙的封闭；

步骤七：将每一根柔性中空锚杆上三个光纤光栅传感器8上对应连接的三个光纤输出段与光纤光栅解调仪相连，利用光纤光栅解调仪对每一根柔性中空锚杆进行应力监测。

本发明中，在岩体中钻取阶梯外孔，可以在利用小径段钻孔容纳柔性中空杆体的同时，利用大径段钻孔来容纳套装有封孔套的中空防扭套筒；将三个光纤光栅传感器均匀地布置在钢绞线的表面，并使每个光纤光栅传感器粘附在相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，可以在不增加杆体外径尺寸、不损伤杆体结构的前提下，使锚杆具备应力监测功能，进而能实现杆体全长的应力监测。在钻孔中装入锚固剂后，利用居中定位器上的三个定位夹片对锚固剂进行充分搅拌，可以显著提高锚固效果。在施加预紧力过程中，利用调心球头推动带肋托盘向靠近孔底的方向移动，可以实现自动调心的目的，进而在预紧力施加过程中带肋托盘不会发生偏离预定安装位置，有利于提高施工的质量。使防扭托盘上的四个止动柱压紧定位在岩壁上，可以将与防扭托盘定位相配合的带肋托盘和中空防扭套筒进行径向限位，从而可以避免在预紧过程中带肋托盘和柔性中空杆体发生转动的情况，可显著提高锚杆的锚固强度。利用封孔套外轮廓上的缩口段对大孔径钻孔和小孔径钻孔之间过渡处进行封堵，同时，利用封孔套外轮廓上因挤压而体积膨胀的连续起伏段对大孔径钻孔进行封堵，这样，便可以对杆体与钻孔之间的空隙进行多重式封堵，显著提高了封堵效果。在注浆结束后通过螺母配合将止浆塞安装在芯管安装孔的左端，可以有效对芯管安装孔进行封堵，从而能避免浆液从芯管安装孔中溢出。

该种集数字化监测的柔性中空锚杆及施工工法与现有技术相比具有以下优点：

(1)杆体为高强度的钢绞线，在施工时仅需通过扭转螺母进行预紧，相较于普通锚杆有利于实现高强度加长锚固，同时，具有更短的安装时间，可实现掘后巷道的及时支护，能大幅提高巷道掘进效率，促进与智能快掘装备的结合；

(2)柔性中空锚杆将防扭装置与注浆封孔装置均集成在杆体上，实现一体化安装，避免繁琐的操作流程，可以节省支护时间大幅提升注浆效率；

(3)柔性中空锚杆杆体端部设置居中定位器，可使锚固剂充分搅拌，同时在搅拌过程中实现杆体居中从而提提升锚固力，构建高质量支护系统；

(4)柔性中空锚杆中光纤光栅传感器附在钢绞线的凹槽中，在不增大现有杆体的直径同时避免了开槽造成的杆体强度降低，通过三根光纤光栅传感器联合错位布置实现杆体全长应力实时监测，有效避免传统一根光纤光栅传感器的漏检问题；

(5)柔性中空锚杆中带肋托盘相较于传统蝶形托盘重量更小，同时拥有更强的承载性能，可以有效降低井下工作人员的劳动强度。

本发明可以实现高强度加长锚固，且施工步骤简单，可以有效提升掘进效率；通过一体化封孔装置实现高效注浆作业；通过布置光纤光栅传感器，在不降低杆体强度的情况下实现对支护状态的实时监测，有利于构建高质量支护体系。

Claims (10)

1.一种集数字化监测的柔性中空锚杆，包括柔性中空杆体(1)，其特征在于，还包括封孔套(2)、防扭托盘(3)、带肋托盘(4)、调心球头(5)、减磨垫圈(6)、扭矩螺母(7)和光纤光栅传感器(8)；

所述柔性中空杆体(1)由中空防扭套筒(1.1)、止浆环(1.4)、增摩丝簧(1.3)、钢绞线(1.2)、中空钢管(1.2c)、止浆塞(1.5)和居中定位器(1.6)组成；

所述中空防扭套筒(1.1)的左半部分为紧固段(1.1e)，其右半部分为防扭连接段(1.1a)，所述防扭连接段(1.1a)的外轮廓断面为正多边形结构，且于外轮廓上的每个面上均开设有一个条形过线凹槽(1.1f)，在防扭连接段(1.1a)的轴心处开设有杆体安装腔(1.1g)，所述紧固段(1.1e)的外轮廓为圆柱状结构，且于外轮廓上设置有外螺纹结构一(1.1c)，在紧固段(1.1e)的轴心处开设有芯管安装孔(1.1h)，并于芯管安装孔(1.1h)左端内部开设有一段内螺纹结构(1.1d)；所述芯管安装孔(1.1h)的右端与杆体安装腔(1.1g)的左端相连通；

所述止浆环(1.4)的外径与杆体安装腔(1.1g)的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔(1.1g)的左端；

所述增摩丝簧(1.3)的外径与杆体安装腔(1.1g)的内径相适配，且同轴心地装配于杆体安装腔(1.1g)中，并位于止浆环(1.4)的右侧；

所述钢绞线(1.2)由多根钢丝呈螺旋状缠绕制成，并于轴心部分形成中心空腔；钢绞线(1.2)的中段径向地插装有销钉(1.2b)，并通过所插装的销钉(1.2b)预留出连通中心空腔和外部空间的过浆通道(1.2d)；

所述中空钢管(1.2c)的左部一段为主体安装段，其在主体安装段以右的部分为杆体安装段；中空钢管(1.2c)的杆体安装段固定插装于钢绞线(1.2)的中心空腔中，并于对应过浆通道(1.2d)的位置开设有出浆口(1.2a)；相连接后的中空钢管(1.2c)和钢绞线(1.2)共同形成柔性中空杆体；

所形成的柔性中空杆体的左部插装于中空防扭套筒(1.1)内部的杆体安装腔(1.1g)中，且钢绞线(1.2)的左端插装于增摩丝簧(1.3)的弹簧腔中，并通过与增摩丝簧(1.3)的相互挤压作用与防扭连接段(1.1a)固定连接，同时，中空钢管(1.2c)的主体安装段在穿过止浆环(1.4)后固定插装于芯管安装孔(1.1h)中，且主体安装段的左端止于内螺纹结构(1.1d)右端的右侧；

所述止浆塞(1.5)塞体的外表面设置有外螺纹结构二，并通过外螺纹结构二与内螺纹结构(1.1d)之间的螺纹配合装配于芯管安装孔(1.1h)的左端；

所述居中定位器(1.6)由定位套筒(1.6a)和三个定位夹片(1.6b)组成，三个定位夹片(1.6b)呈环形均匀地分布，且其左端环状均匀地固定连接在定位套筒(1.6a)右端的端沿上，所述居中定位器(1.6)通过定位套筒(1.6a)固定套装在钢绞线(1.2)右端的外侧；

所述封孔套(2)由弹性密封材料制成，其由位于左部连续起伏段(2.2)和位于右部的缩口段(2.1)组成，封孔套(2)套装于中空防扭套筒(1.1)和柔性中空杆体连接的过渡区域的外侧，其中，连续起伏段(2.2)的外轮廓为连续起伏式变化结构，并套设于防扭连接段(1.1a)的外侧，缩口段(2.1)的外轮廓为由左向右外径逐渐缩小的收口结构，并套设于钢绞线(1.2)的外侧；

所述防扭托盘(3)由中心盘体(3.1)和四个止动柱(3.2)组成，所述盘体(3.1)为平面板状结构，其中心开设有与防扭连接段(1.1a)外轮廓形状相适配的正多边形的防扭安装孔(3.1b)，其外缘面上周向均匀地开设有四个定位缺口(3.1c)，并于四个定位缺口(3.1c)之间形成四个定位凸块(3.1a)；四个止动柱(3.2)围绕防扭安装孔(3.1b)周向均匀地分布，且与四个定位凸块(3.1a)一一相对应地设置，且每个止动柱(3.2)垂直地固定连接在对应的定位凸块(3.1a)上；防扭托盘(3)通过防扭安装孔(3.1b)套装在防扭连接段(1.1a)左端的外部，且四个止动柱(3.2)位于中心盘体(3.1)的右侧；

所述带肋托盘(4)由位于中心区域的主体部(4.7)和位于主体部(4.7)四周边缘的支撑部(4.6)组成，所述主体部(4.7)由边缘向中心逐渐向远离支撑部(4.6)的方向突出，并于周向上均匀地形成八个凸起纵肋(4.1)，同时，在八个凸起纵肋(4.1)的中心区域形成与支撑部(4.6)相平行的承载部(4.5)，在八个凸起纵肋(4.1)的内部边缘均匀地形成八个八角凹槽(4.2)，且在八个凸起纵肋(4.1)的内部所形成的空间尺寸与所述中心盘体(3.1)的尺寸相适配；主体部(4.7)的一侧路况开设有一个过线小孔(4.3)；所述承载部(4.5)的中心开设有球头定位孔(4.4)，所述球头定位孔(4.4)的中心呈球窝状的向靠近支撑部(4.6)的方向凹陷；带肋托盘(4)通过球头定位孔(4.4)套装在紧固段(1.1e)的外部，同时，带肋托盘(4)内表面中的不相邻四个八角凹槽(4.2)与防扭托盘(3)上的四个凸块(3.1a)定位配合；

所述调心球头(5)为半球状结构，其轴心开设有锚孔，调心球头(5)通过锚孔套装在紧固段(1.1e)的外部，且其球体部插装于球头定位孔(4.4)中；

所述减磨垫圈(6)套装在紧固段(1.1e)的外部，且与调心球头(5)的平面部分相贴合地连接；

所述扭矩螺母(7)通过其内部的螺纹结构与外螺纹结构一(1.1c)之间的螺纹配合装配于紧固段(1.1e)的外部，并依次将位于其右侧的减磨垫圈(6)、调心球头(5)和带肋托盘(4)向靠近防扭托盘(3)的方向压紧；

所述光纤光栅传感器(8)由光纤(8.1)和布置在光纤(8.1)上的多个光栅(8.2)组成，三个光纤光栅传感器(8)周向均匀地布置，且每个光纤光栅传感器(8)嵌合地粘贴于相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，且其右端延伸到居中定位器(1.6)的左端，其左端止于中空防扭套筒(1.1)的右端；三个光纤光栅传感器(8)上对应连接的三个光纤输出段在穿过三个条形过线凹槽(1.1f)后穿入到带肋托盘(4)的内腔中，并由过线小孔(4.3)穿出到带肋托盘(4)的外部。

2.根据权利要求1所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述防扭连接段(1.1a)的外轮廓为正六边形，且于防扭连接段(1.1a)外轮廓上周向均匀开设有六个条形过线凹槽(1.1f)，其中，三个光纤光栅传感器(8)上对应连接的三个光纤输出段两两不相邻地布置于三个条形过线凹槽(1.1f)中。

3.根据权利要求2所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述紧固段(1.1e)的外径小于防扭连接段(1.1a)的外径，所述中空防扭套筒(1.1)在紧固段(1.1e)和防扭连接段(1.1a)之间具有过渡环形凸台(1.1b),所述过渡环形凸台(1.1b)的外径大于紧固段(1.1e)的外径且小于防扭连接段(1.1a)的外径。

4.根据权利要求3所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述连续起伏段(2.2)内孔的断面呈与防扭连接段(1.1a)外轮廓相适配的正多边形，其外轮廓呈多段连续排布的鼓形结构，所述缩口段(2.1)内孔的断面呈与钢绞线外轮廓相适配的圆形。

5.根据权利要求4所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述止动柱(3.2)通过胶粘或者焊接的方式与定位凸块(3.1a)固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，还包括光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪分别与三个光纤光栅传感器(8)的光纤输出段连接。

7.根据权利要求6所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述减磨垫圈(6)由聚四氟乙烯材料制成。

8.根据权利要求7所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，三个定位夹片(1.6b)所围成的环形空间的尺寸与定位套筒(1.6a)的内径尺寸相一致，三个定位夹片(1.6b)的外边缘尺寸大于定位套筒(1.6a)的外径尺寸。

9.根据权利要求8所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，所述封孔套(2)由橡胶材料制成。

10.一种集数字化监测的柔性中空锚杆的安装方法，采用如权利要求1至9任一项所述的一种集数字化监测的柔性中空锚杆，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在岩体(10)中钻取阶梯钻孔(9)，其中，阶梯钻孔(9)由靠近岩体(10)表面的大径段钻孔(9.1)和远离岩体(10)表面的小径段钻孔(9.2)组成，且大径段钻孔(9.1)的孔径和长度与封孔套(2)的孔径和长度相适配，小径段钻孔(9.2)的孔径和长度与钢绞线(1.2)的孔径和长度相适配；

步骤二：先将长度与钢绞线(1.2)长度相适配的三个光纤光栅传感器(8)周向均匀地布置在钢绞线(1.2)的外表面上，并使每个光纤光栅传感器(8)粘附在相邻两根钢丝之间形成的螺旋形安装凹槽中，同时，使三个光纤光栅传感器(8)上对应连接的三个光纤输出段嵌设于中空防扭套筒(1.1)上的三个条形过线凹槽(1.1f)中；接着，将封孔套(2)套装在中空防扭套筒(1.1)的外部；然后，将防扭托盘(3)套装在中空防扭套筒(1.1)左端的外部，并使止动柱(3.2)位于靠近封孔套(2)的一侧；最后，依次在紧固段(1.1e)的外部套装带肋托盘(4)、调心球头(5)、减磨垫圈(6)和扭矩螺母(7)，并使调心球头(5)嵌设于球头定位孔(4.4)中；

步骤三：先在阶梯钻孔(9)中放入锚固剂，再利用固定在柔性中空杆体(1)端部的居中定位器(1.6)顶住锚固剂并将其推入阶梯钻孔(9)的孔底；接着启动锚杆钻机带动扭矩螺母(7)旋转并同步带动柔性中空杆体(1)旋转，进而利用居中定位器(1.6)上的三个定位夹片(1.6b)搅拌锚固剂，在柔性中空杆体(1)旋转的同时，将锚杆钻机继续向靠近孔底的方向推动以使锚固剂搅拌均匀，待推至孔底后停留30秒使锚固剂充分凝固；

步骤四：继续开启锚杆钻机破坏扭矩螺母(7)上的销片，使扭矩螺母(7)沿着紧固段(1.1e)上的外螺纹结构一(1.1c)向靠近孔底的方向旋转，并压紧作用于减摩垫圈(6)和调心球头(5)，继而推动带肋托盘(4)和防扭托盘(3)沿紧固段(1.1e)的轴向向靠近孔底的方向移动，使防扭托盘(3)上的四个止动柱(3.2)压紧定位在岩壁上，并利用防扭托盘(3)推动封孔套(2)向孔底方向移动，将封孔套(2)外轮廓上的缩口段(2.1)推入大孔径钻孔(9.1)和小孔径钻孔(9.2)的连接处，该过程中，利用已经定位的防扭托盘(3)对中空防扭套筒(1.1)和带肋托盘(4)进行旋转方向的定位，利用封孔套(2)外轮廓上的缩口段(2.1)将大孔径钻孔(9.1)和小孔径钻孔(9.2)之间过渡处进行封堵，同时，利用封孔套(2)外轮廓上因挤压而体积膨胀的连续起伏段(2.2)对大孔径钻孔(9.1)进行封堵；

步骤五：退下锚杆钻机，重复步骤一至四，依次进行柔性中空锚杆的安装作业；

步骤六：对于每一根柔性中空锚杆，卸下中空防扭套筒(1.1)上的止浆塞(1.5)，并在紧固段(1.1e)轴心处的芯管安装孔(1.1h)处安装注浆管，利用注浆管进行注浆；在柔性中空锚杆安装后不立即实施注浆，这时的巷道围岩裂隙未充分发育，等待巷道应力释放完毕并达到重新平衡，此时裂隙有一定发育，但未相互贯通，能够保持围岩的稳定性，在这个时间内进行注浆，通过精准把控注浆时机，开始实施滞后注浆作业，使注入的浆液通过芯管安装孔(1.1h)、中空钢管(1.2c)和中空钢管(1.2c)上的出浆口(1.2a)进入到钢绞线(1.2)的中心空腔中，再通过钢绞线(1.2)上的过浆通道(1.2d)充填到钢绞线(1.2)与小径段钻孔(9.2)之间的空间中，在注浆结束过后通过螺纹配合将止浆塞(1.5)安装在芯管安装孔(1.1h)的左端，进行止浆塞(1.5)的复位安装，以有效封堵浆液，实现岩体裂隙的封闭；

步骤七：将每一根柔性中空锚杆上三个光纤光栅传感器(8)上对应连接的三个光纤输出段与光纤光栅解调仪相连，利用光纤光栅解调仪对每一根柔性中空锚杆进行应力监测。