專(zhuān)利名稱(chēng)：一種錨桿錨固劑及使用其進(jìn)行錨桿支護(hù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦井井巷的錨桿支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及煤礦礦井巷道的全長(zhǎng)錨桿支護(hù)的新方法及其所使用的錨固劑。
背景技術(shù)：
目前，井巷支護(hù)已廣泛推廣應(yīng)用錨桿支護(hù)。在錨桿支護(hù)中，起粘結(jié)錨固作用的材料稱(chēng)為錨固劑?，F(xiàn)有的錨固劑由樹(shù)脂膠泥和固化劑兩部分組成，樹(shù)脂膠泥主要由不飽和聚醚樹(shù)脂、填料和化學(xué)助劑組成，化學(xué)助劑組成，固化劑一般選用過(guò)氧化物聚合引發(fā)劑和其他化學(xué)助劑組成。樹(shù)脂膠泥和固化劑按一定比例封裝于一只相互隔絕的聚酯薄膜袋內(nèi)，平時(shí)封存于藥卷內(nèi)的兩種糊狀化學(xué)物質(zhì)互不接觸不會(huì)固化。使用過(guò)程中，在鉆好的眼孔內(nèi)放置的樹(shù)脂藥卷被旋轉(zhuǎn)的桿體通破，將兩種物質(zhì)攪拌混合，隨即產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使樹(shù)脂膠泥固化，把錨桿桿體與煤、巖體粘結(jié)在一起。
安裝錨桿時(shí)，先將樹(shù)脂錨固劑放入鉆好的錨桿安裝孔中，使用錨桿機(jī)或風(fēng)煤鉆將錨桿桿體旋進(jìn)眼孔。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，先將樹(shù)脂錨固劑放入鉆好的孔中，將樹(shù)脂錨固劑的樹(shù)脂膠泥與固化劑攪拌混合，隨即產(chǎn)生聚合反應(yīng)，使膠泥固化，把桿體與煤、巖體粘結(jié)在一起。樹(shù)脂固化劑將錨桿桿體錨固于錨桿安裝孔內(nèi)后，螺緊桿體尾部墊板，即可承載。
在煤礦礦井深部煤巷錨桿支護(hù)中，煤巷兩幫是支護(hù)的重點(diǎn)，按照錨固約束層支護(hù)原理，煤幫應(yīng)采用從錨桿安裝孔孔底到孔口的全長(zhǎng)粘結(jié)錨固。在這一情況下，雖然樹(shù)脂錨固劑具有很好的錨固加強(qiáng)效果，但選用樹(shù)脂錨固劑存在如下問(wèn)題首先錨桿安裝的施工比較困難。頂板錨桿可以使用單體錨桿機(jī)攪拌藥卷并安裝錨桿。但幫錨桿一般只能用風(fēng)煤鉆攪拌安裝，當(dāng)錨固長(zhǎng)度達(dá)1.8m時(shí)，使用風(fēng)煤鉆扭距較小，無(wú)法安裝錨桿。目前還沒(méi)有其他安裝機(jī)械可供使用。其次使用樹(shù)脂固化劑進(jìn)行支護(hù)的成本較高。由于使用全長(zhǎng)錨固，樹(shù)脂藥卷用量很大，每孔藥卷成本費(fèi)達(dá)7元左右，造成巷道錨桿支護(hù)的費(fèi)用昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種錨桿支護(hù)的新方法，方便施工并提高錨固性能。該錨桿支護(hù)方法所使用的錨固劑具有錨固性能優(yōu)越、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種錨桿錨固劑，其特征在于它由如下重量配比的原料組成快硬硫鋁酸鹽水泥400～600重量份，細(xì)砂400～600重量份，萘系減水劑3～7重量份，鋁酸鹽熟料促凝劑12～18重量份、水120～160重量份。
該錨桿錨固劑的具體由如下重量配比的原料組成快硬硫鋁酸鹽水泥500重量份，細(xì)砂500重量份，萘系減水劑5重量份，鋁酸鹽熟料促凝劑15重量份、水140重量份。
所述的細(xì)砂為黃砂或建筑用細(xì)砂，平均粒徑為0.25～0.35mm，細(xì)度模數(shù)為2.2～1.6。
所述的萘系減水劑包括β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽、甲基萘磺酸鈉鹽、萘磺酸鈉鹽或多萘磺酸鈉鹽。
所述的鋁酸鹽熟料促凝劑為鋁酸鈉水泥。
使用該錨桿錨固劑進(jìn)行錨桿支護(hù)的方法，包括在井巷內(nèi)鉆出錨桿安裝孔，其特征在于對(duì)錨桿采用從孔底到孔口的全長(zhǎng)粘結(jié)錨固，錨桿在無(wú)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由單體錨桿機(jī)或風(fēng)煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實(shí)現(xiàn)錨固。
所述的錨桿安裝空的深度為1.5～2.0m。
該錨桿錨固劑采用快硬硫鋁酸鹽水泥和細(xì)砂為基料，并加入減水劑和促凝劑，在滿(mǎn)足錨固強(qiáng)度的條件下提高錨固的效率?？煊擦蛩猁}水泥是以適當(dāng)成分的生料為原料，經(jīng)煅燒得到以無(wú)水硫酸鋁鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，然后加入適量石膏和0～10％的石灰石碾細(xì)制成的早期強(qiáng)度高的水硬性凝膠材料?？煊擦蜾X酸鹽水泥具有不干縮的特點(diǎn)，加入細(xì)砂可以提高牢固度并節(jié)省快硬硫鋁酸鹽水泥的用量。選用過(guò)篩黃砂或者建筑用細(xì)砂、黃砂等。促凝劑能使水泥速凝固，達(dá)到早強(qiáng)的目的。減水劑能顯著地改善混凝土的某些特性化學(xué)物質(zhì)。能大量減少水的加入量；提高混凝土的強(qiáng)度、耐久性能；改變混凝土的流動(dòng)性能，增加其可操作性。本發(fā)明使用的萘系減水劑為高效減水劑。
在井巷進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，如果使用樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，則錨桿在安裝時(shí)必須旋轉(zhuǎn)進(jìn)入，這會(huì)對(duì)錨桿安裝孔壁造成破壞，影響錨固效果。本發(fā)明的錨桿支護(hù)方法可采用常規(guī)的井下掘進(jìn)機(jī)具風(fēng)煤鉆即可進(jìn)行錨桿的安裝。本發(fā)明的發(fā)明人同時(shí)發(fā)明了一種錨桿安裝器，該錨桿安裝器包括連接動(dòng)力鉆的直桿型旋轉(zhuǎn)部和連接錨桿的直桿型頂進(jìn)部，所述的直桿型旋轉(zhuǎn)部的前端為與動(dòng)力鉆配合的尾部，后端沿軸心開(kāi)設(shè)有圓柱形盲孔；所述的直桿型頂進(jìn)部的前端為與旋轉(zhuǎn)部后端的圓柱形盲孔配合的圓柱體形，圓柱體形的直徑略小于所述圓柱形盲孔的孔徑，頂進(jìn)部的后端沿軸心開(kāi)設(shè)有與錨桿端部配合的盲孔。該錨桿安全器的直桿型旋轉(zhuǎn)部的作用是對(duì)直桿型頂進(jìn)部產(chǎn)生頂進(jìn)錨桿的作用力，直桿型頂進(jìn)部將直桿型旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)作用力轉(zhuǎn)化為垂直的推進(jìn)力，使錨桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下頂進(jìn)錨桿安全孔并和水泥組合物錨固劑壓密充實(shí)。該錨桿安裝器能夠適應(yīng)新錨固劑的需要，有效的杜絕了錨桿旋轉(zhuǎn)對(duì)錨桿安裝孔孔壁的破壞，提高了錨固力。它可以適用于各種礦井的井巷錨桿支護(hù)作業(yè)中錨桿的安裝。
本發(fā)明的有益效果在于，該錨桿錨固劑具有錨固強(qiáng)度高，施工作業(yè)方便，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，其成本僅為樹(shù)脂錨固劑的30～50％左右。使用錨桿錨固劑進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，采用常規(guī)的井下掘進(jìn)機(jī)具即可完成，并能有效保護(hù)錨桿安裝孔的孔壁結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，提高了錨固強(qiáng)度。


圖1是3217W運(yùn)輸巷1#表面位移曲線圖；圖2是3217W運(yùn)輸巷2#表面位移曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例、應(yīng)用例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例1按下列重量配比取原料并攪拌混合得到錨桿錨固劑的砂漿標(biāo)號(hào)為525#的快硬硫鋁酸鹽水泥500千克，20目篩分的細(xì)砂500千克，上海產(chǎn)MIGHTY 100β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽減水劑5千克，鋁酸鈉水泥促凝劑15千克、水140千克。
對(duì)該錨桿錨固劑砂漿進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)，其物理力學(xué)性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1錨桿錨固劑砂漿的物理力學(xué)性能指標(biāo)

對(duì)該錨桿錨固劑與不同類(lèi)型巖石間的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。
表2錨固劑與巖石之間的粘結(jié)強(qiáng)度

對(duì)該錨桿錨固劑與螺紋鋼間的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。
表3錨桿錨固劑與螺紋鋼的粘結(jié)強(qiáng)度

*上表中，M20是指該錨固劑錨固在直徑20mm的桿體上產(chǎn)生的粘結(jié)強(qiáng)度。將該錨桿錨固劑做成試件，固化后進(jìn)行抗壓輕度試驗(yàn)，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4表4錨桿錨固劑的試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以山東省新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊煤礦的3217W運(yùn)輸巷為錨桿支護(hù)試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行井巷支護(hù)作業(yè)，先在巷道兩幫打出1.8m深度的錨桿安裝孔，將錨桿錨固劑填充入錨桿安裝孔中，再用風(fēng)煤鉆和不旋轉(zhuǎn)錨桿的錨桿安裝器進(jìn)行錨桿的無(wú)旋轉(zhuǎn)安裝，在風(fēng)煤鉆的旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)力的作用下，將錨桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結(jié)在一起。選取六處作為錨桿錨固強(qiáng)度的檢測(cè)地點(diǎn)并進(jìn)行編號(hào)，在不同時(shí)間檢測(cè)到的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。
表5錨桿錨固劑現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)施例2按下列重量配比取原料并攪拌混合得到錨桿錨固劑的砂漿標(biāo)號(hào)為425#的快硬硫鋁酸鹽水泥600千克，20目篩分的細(xì)砂400千克，上海產(chǎn)MIGHTY100-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽減水劑7千克，鋁酸鈉水泥促凝劑12千克、水160千克。
以新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊煤礦的3217W運(yùn)輸巷進(jìn)行井巷支護(hù)作業(yè)，先在巷道兩幫打出1.8-2.0m深度的錨桿安裝孔，將錨桿錨固劑填充入錨桿安裝孔中，再用風(fēng)煤鉆和不旋轉(zhuǎn)錨桿的錨桿安裝器進(jìn)行錨桿的無(wú)旋轉(zhuǎn)安裝，在風(fēng)煤鉆的旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)力的作用下，將錨桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結(jié)在一起。將該錨固點(diǎn)和采用現(xiàn)有新泰某公司產(chǎn)聚醚樹(shù)脂錨固劑的錨固點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比測(cè)定。
1.表面位移觀測(cè)發(fā)明人于2005年6月30日在距迎頭13米處導(dǎo)線點(diǎn)中4以東11米樹(shù)脂錨固劑支護(hù)處安設(shè)了1#觀測(cè)站，測(cè)站設(shè)置一個(gè)側(cè)面。具體安設(shè)方法采用十字布點(diǎn)法來(lái)測(cè)量出巷道兩幫及頂?shù)装逦灰屏?。在巷道兩幫及頂?shù)装邈@孔，巷道兩幫以及頂板分別用長(zhǎng)400mm的木錨桿固定在錨桿上，然后釘上鐵釘?shù)装逵瞄L(zhǎng)400mm、直徑18mm的螺紋錨桿固定。即上幫為B、下幫為A、頂板為C、底板為D，呈十字布置。AB、CD相交與O點(diǎn)。在7月15日對(duì)本發(fā)明的錨固劑錨桿試驗(yàn)段安設(shè)了2#觀測(cè)站。兩站相距70m，安設(shè)方法同一測(cè)站相同。因采用“十字布點(diǎn)法”測(cè)量巷道相對(duì)表面位移，要求AB在同一水平面上，CD垂直于AB，呈十字布置，兩條線相交于O點(diǎn)。用5m的鋼尺(精確到毫米)測(cè)出AB、OA、CD、0C之間的距離。通過(guò)計(jì)算差值來(lái)研究巷道相對(duì)位移量和變形速度，測(cè)點(diǎn)安設(shè)一周內(nèi)每天觀測(cè)一次，趨于穩(wěn)定后可順減。
2.觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理發(fā)明人于2005年6月30日設(shè)立1#觀測(cè)站到8月30日共61天，測(cè)得40組數(shù)據(jù)。通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，并制作了位移曲線圖，即圖1和圖2，最后得出以下結(jié)論自巷道開(kāi)挖后兩周內(nèi)變形劇烈，14天內(nèi)兩幫位移量99mm，移近量速度平均7mm/天；頂板位移量是164mm，移近量速度平均10.25mn/天。在后47天內(nèi)，兩幫位移逐漸穩(wěn)定，位移量是42mm，移近量速度平均只有0.89mm/天頂?shù)装逦灰屏渴?8mm，移近量速度平均0.81mm/天；兩幫61天總位移量是140mm，移近量速度平均2.30mm/天；上幫位移量是106mm，移近量速度平均1.74mm/天；頂?shù)装逦灰屏渴?02mm，移近量速度平均3.31mm/天；頂板位移量是150mm，移近量速度平均2.46mm/天，其中上幫變化量占兩幫總變化量的75.7％，下幫變化量占總變化量達(dá)到24.3％。從數(shù)據(jù)可知上幫變化量為下幫變化量的3倍多，頂板變化量占總變化量的74.3％，而底板位移量占總變化量的25.7％，從而可知頂板位移量約為底板位移量的2.89倍。從以上分析說(shuō)明上幫位移大于下幫位移、頂板位移大于底板位移。發(fā)明人在7月6日設(shè)置了第二個(gè)表面位移觀測(cè)站，開(kāi)挖階段14天內(nèi)兩幫總位移量是86mm，移近量速度平均6.14mm/天；頂?shù)装逦灰屏渴?15mm，移近量速度平均8.21mm/天巷道兩幫40天位移量是135mm，移近量速度平均2.11mm/天；上幫位移量是89mm，移近量速度平均1.39mm/天；下幫位移量是46mm，位移速度平均0.72mm/天；上幫變化量占總變化量的65.9％，而下幫位移量占總變化量的34.1％。頂?shù)装?0天位移量是155mm，移近量速度平均2.42mm天；頂板位移量是103mm，移近量速度平均1.61mm/天底板位移量是52mm，位移量速度平均0.81mm/天；頂板位移量占頂?shù)装逦灰屏康?6.5％，底板位移量占頂?shù)装逦灰屏康?3.5％。
通過(guò)圖1和圖2和數(shù)據(jù)分析可以看出，1#、2#測(cè)站變化基本相同，都是上幫位移大于下幫位移、頂板位移大于底板位移。本發(fā)明提供的錨桿錨固劑終凝后的錨固強(qiáng)度明顯高于現(xiàn)有的聚醚類(lèi)樹(shù)脂錨固劑，所提供的錨固力完全能滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的要求。
實(shí)施例3按下列重量配比取原料并攪拌混合得到錨桿錨固劑的砂漿快硬硫鋁酸鹽水泥400千克，20目篩分的細(xì)砂600千克，上海產(chǎn)MIGHTY 100β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽減水劑3千克，鋁酸鈉水泥促凝劑18千克、水120千克。
進(jìn)行井巷支護(hù)作業(yè)時(shí)，先在巷道兩幫打出1.8-2.0m深度的錨桿安裝孔，將錨桿錨固劑填充入錨桿安裝孔中，再用風(fēng)煤鉆和不旋轉(zhuǎn)錨桿的錨桿安裝器進(jìn)行錨桿的無(wú)旋轉(zhuǎn)安裝，在風(fēng)煤鉆的旋轉(zhuǎn)頂進(jìn)力的作用下，將錨桿在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結(jié)在一起。該每個(gè)錨桿錨固時(shí)所使用的錨固劑的成本約為3元。經(jīng)檢測(cè)，該錨固劑和錨固的錨桿具有優(yōu)良的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種錨桿錨固劑，其特征在于它由如下重量配比的原料組成快硬硫鋁酸鹽水泥400～600重量份，細(xì)砂400～600重量份，萘系減水劑3～7重量份，鋁酸鹽熟料促凝劑12～18重量份、水120～160重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿錨固劑，其特征在于他由如下重量配比的原料組成快硬硫鋁酸鹽水泥500重量份，細(xì)砂500重量份，萘系減水劑5重量份，鋁酸鹽熟料促凝劑15重量份、水140重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錨桿錨固劑，其特征在于所述的細(xì)砂為黃砂或建筑用細(xì)砂，平均粒徑為0.25～0.35mm，細(xì)度模數(shù)為2.2～1.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錨桿錨固劑，其特征在于所述的萘系減水劑包括β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽、甲基萘磺酸鈉鹽、萘磺酸鈉鹽或多萘磺酸鈉鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錨桿錨固劑，其特征在于所述的鋁酸鹽熟料促凝劑為鋁酸鈉水泥。
6.使用權(quán)利要求1所述的錨桿錨固劑進(jìn)行錨桿支護(hù)的方法，包括在井巷內(nèi)鉆出錨桿安裝孔，其特征在于對(duì)錨桿采用從孔底到孔口的全長(zhǎng)粘結(jié)錨固，錨桿在無(wú)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由單體錨桿機(jī)或風(fēng)煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實(shí)現(xiàn)錨固。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進(jìn)行錨桿支護(hù)的方法，其特征在于所述的錨桿安裝空的深度為1.5～2.0m。
全文摘要
一種錨桿錨固劑，屬于礦井井巷的錨桿支護(hù)技術(shù)。它由如下重量配比的原料組成快硬硫鋁酸鹽水泥400～600重量份，細(xì)砂400～600重量份，萘系減水劑3～7重量份，鋁酸鹽熟料促凝劑12～18重量份、水120～160重量份。使用該錨桿錨固劑進(jìn)行錨桿支護(hù)的方法，包括在井巷內(nèi)鉆出錨桿安裝孔，對(duì)錨桿采用從孔底到孔口的全長(zhǎng)粘結(jié)錨固，錨桿在無(wú)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下由單體錨桿機(jī)或風(fēng)煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實(shí)現(xiàn)錨固。該錨桿錨固劑具有錨固強(qiáng)度高，施工作業(yè)方便，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，其成本僅為樹(shù)脂錨固劑的30～50％左右。使用錨桿錨固劑進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，采用常規(guī)的井下掘進(jìn)機(jī)具即可完成，并能有效保護(hù)錨桿安裝孔的孔壁結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，提高了錨固強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C04B22/00GK1830882SQ20061007225
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者張京泉, 高杰, 劉兆偉 申請(qǐng)人:張京泉, 高杰, 劉兆偉