專利名稱：一種錨桿錨固劑及使用其進行錨桿支護的方法
技術領域：
本發明屬于礦井井巷的錨桿支護技術領域，尤其涉及煤礦礦井巷道的全長錨桿支護的新方法及其所使用的錨固劑。
背景技術：
目前，井巷支護已廣泛推廣應用錨桿支護。在錨桿支護中，起粘結錨固作用的材料稱為錨固劑。現有的錨固劑由樹脂膠泥和固化劑兩部分組成，樹脂膠泥主要由不飽和聚醚樹脂、填料和化學助劑組成，化學助劑組成，固化劑一般選用過氧化物聚合引發劑和其他化學助劑組成。樹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，平時封存于藥卷內的兩種糊狀化學物質互不接觸不會固化。使用過程中，在鉆好的眼孔內放置的樹脂藥卷被旋轉的桿體通破，將兩種物質攪拌混合，隨即產生化學反應，使樹脂膠泥固化，把錨桿桿體與煤、巖體粘結在一起。
安裝錨桿時，先將樹脂錨固劑放入鉆好的錨桿安裝孔中，使用錨桿機或風煤鉆將錨桿桿體旋進眼孔。旋轉過程中，先將樹脂錨固劑放入鉆好的孔中，將樹脂錨固劑的樹脂膠泥與固化劑攪拌混合，隨即產生聚合反應，使膠泥固化，把桿體與煤、巖體粘結在一起。樹脂固化劑將錨桿桿體錨固于錨桿安裝孔內后，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中，煤巷兩幫是支護的重點，按照錨固約束層支護原理，煤幫應采用從錨桿安裝孔孔底到孔口的全長粘結錨固。在這一情況下，雖然樹脂錨固劑具有很好的錨固加強效果，但選用樹脂錨固劑存在如下問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攪拌藥卷并安裝錨桿。但幫錨桿一般只能用風煤鉆攪拌安裝，當錨固長度達1.8m時，使用風煤鉆扭距較小，無法安裝錨桿。目前還沒有其他安裝機械可供使用。其次使用樹脂固化劑進行支護的成本較高。由于使用全長錨固，樹脂藥卷用量很大，每孔藥卷成本費達7元左右，造成巷道錨桿支護的費用昂貴。
發明內容
本發明的目的是提供一種錨桿支護的新方法，方便施工并提高錨固性能。該錨桿支護方法所使用的錨固劑具有錨固性能優越、成本低的優點。
本發明采用的技術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。
所述的細砂為黃砂或建筑用細砂，平均粒徑為0.25～0.35mm，細度模數為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行錨桿支護的方法，包括在井巷內鉆出錨桿安裝孔，其特征在于對錨桿采用從孔底到孔口的全長粘結錨固，錨桿在無旋轉狀態下由單體錨桿機或風煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實現錨固。
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砂為基料，并加入減水劑和促凝劑，在滿足錨固強度的條件下提高錨固的效率。快硬硫酸鹽水泥是以適當成分的生料為原料，經煅燒得到以無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％的石灰石碾細制成的早期強度高的水硬性凝膠材料。快硬硫鋁酸鹽水泥具有不干縮的特點，加入細砂可以提高牢固度并節省快硬硫鋁酸鹽水泥的用量。選用過篩黃砂或者建筑用細砂、黃砂等。促凝劑能使水泥速凝固，達到早強的目的。減水劑能顯著地改善混凝土的某些特性化學物質。能大量減少水的加入量；提高混凝土的強度、耐久性能；改變混凝土的流動性能，增加其可操作性。本發明使用的萘系減水劑為高效減水劑。
在井巷進行錨桿支護時，如果使用樹脂錨固劑進行錨固，則錨桿在安裝時必須旋轉進入，這會對錨桿安裝孔壁造成破壞，影響錨固效果。本發明的錨桿支護方法可采用常規的井下掘進機具風煤鉆即可進行錨桿的安裝。本發明的發明人同時發明了一種錨桿安裝器，該錨桿安裝器包括連接動力鉆的直桿型旋轉部和連接錨桿的直桿型頂進部，所述的直桿型旋轉部的前端為與動力鉆配合的尾部，后端沿軸心開設有圓柱形盲孔；所述的直桿型頂進部的前端為與旋轉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，頂進部的后端沿軸心開設有與錨桿端部配合的盲孔。該錨桿安全器的直桿型旋轉部的作用是對直桿型頂進部產生頂進錨桿的作用力，直桿型頂進部將直桿型旋轉部的旋轉作用力轉化為垂直的推進力，使錨桿在非旋轉狀態下頂進錨桿安全孔并和水泥組合物錨固劑壓密充實。該錨桿安裝器能夠適應新錨固劑的需要，有效的杜絕了錨桿旋轉對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作業中錨桿的安裝。
本發明的有益效果在于，該錨桿錨固劑具有錨固強度高，施工作業方便，生產成本低的特點，其成本僅為樹脂錨固劑的30～50％左右。使用錨桿錨固劑進行錨桿支護時，采用常規的井下掘進機具即可完成，并能有效保護錨桿安裝孔的孔壁結構不會遭到破壞，提高了錨固強度。
圖1是3217W運輸巷1#表面位移曲線圖；圖2是3217W運輸巷2#表面位移曲線圖。
具體實施例方式
下面結合實施例、應用例和對比例對本發明作進一步的闡述。
實施例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號為525#的快硬硫鋁酸鹽水泥500千克，20目篩分的細砂500千克，上海產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。
對該錨桿錨固劑砂漿進行各項性能檢測，其物理力學性能數據見表1。
表1錨桿錨固劑砂漿的物理力學性能指標
對該錨桿錨固劑與不同類型巖石間的粘結強度進行檢測，測定結果見表2。
表2錨固劑與巖石之間的粘結強度
對該錨桿錨固劑與螺紋鋼間的粘結強度進行檢測，測定結果見表3。
表3錨桿錨固劑與螺紋鋼的粘結強度
*上表中，M20是指該錨固劑錨固在直徑20mm的桿體上產生的粘結強度。將該錨桿錨固劑做成試件，固化后進行抗壓輕度試驗，得到的實驗數據見表4表4錨桿錨固劑的試件抗壓強度試驗數據
以山東省新汶礦業集團協莊煤礦的3217W運輸巷為錨桿支護試驗地點進行井巷支護作業，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，再用風煤鉆和不旋轉錨桿的錨桿安裝器進行錨桿的無旋轉安裝，在風煤鉆的旋轉頂進力的作用下，將錨桿在非旋轉狀態下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結在一起。選取六處作為錨桿錨固強度的檢測地點并進行編號，在不同時間檢測到的抗折強度和抗壓強度數據見表5。
表5錨桿錨固劑現場強度試驗數據
實施例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號為425#的快硬硫鋁酸鹽水泥600千克，20目篩分的細砂400千克，上海產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。
以新汶礦業集團協莊煤礦的3217W運輸巷進行井巷支護作業，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，再用風煤鉆和不旋轉錨桿的錨桿安裝器進行錨桿的無旋轉安裝，在風煤鉆的旋轉頂進力的作用下，將錨桿在非旋轉狀態下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結在一起。將該錨固點和采用現有新泰某公司產聚醚樹脂錨固劑的錨固點進行對比測定。
1.表面位移觀測發明人于2005年6月30日在距迎頭13米處導線點中4以東11米樹脂錨固劑支護處安設了1#觀測站，測站設置一個側面。具體安設方法采用十字布點法來測量出巷道兩幫及頂底板位移量。在巷道兩幫及頂底板鉆孔，巷道兩幫以及頂板分別用長400mm的木錨桿固定在錨桿上，然后釘上鐵釘底板用長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。在7月15日對本發明的錨固劑錨桿試驗段安設了2#觀測站。兩站相距70m，安設方法同一測站相同。因采用“十字布點法”測量巷道相對表面位移，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。用5m的鋼尺(精確到毫米)測出AB、OA、CD、0C之間的距離。通過計算差值來研究巷道相對位移量和變形速度，測點安設一周內每天觀測一次，趨于穩定后可順減。
2.觀測數據的處理發明人于2005年6月30日設立1#觀測站到8月30日共61天，測得40組數據。通過觀測數據的整理分析，并制作了位移曲線圖，即圖1和圖2，最后得出以下結論自巷道開挖后兩周內變形劇烈，14天內兩幫位移量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，兩幫位移逐漸穩定，位移量是42mm，移近量速度平均只有0.89mm/天頂底板位移量是38mm，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；頂底板位移量是202mm，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到24.3％。從數據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。從以上分析說明上幫位移大于下幫位移、頂板位移大于底板位移。發明人在7月6日設置了第二個表面位移觀測站，開挖階段14天內兩幫總位移量是86mm，移近量速度平均6.14mm/天；頂底板位移量是115mm，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％。頂底板60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；頂板位移量占頂底板位移量的66.5％，底板位移量占頂底板位移量的33.5％。
通過圖1和圖2和數據分析可以看出，1#、2#測站變化基本相同，都是上幫位移大于下幫位移、頂板位移大于底板位移。本發明提供的錨桿錨固劑終凝后的錨固強度明顯高于現有的聚醚類樹脂錨固劑，所提供的錨固力完全能滿足安全生產的要求。
實施例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目篩分的細砂600千克，上海產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。
進行井巷支護作業時，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，再用風煤鉆和不旋轉錨桿的錨桿安裝器進行錨桿的無旋轉安裝，在風煤鉆的旋轉頂進力的作用下，將錨桿在非旋轉狀態下頂入錨桿安裝孔中，使錨桿安裝孔壁、錨固劑和錨桿粘結在一起。該每個錨桿錨固時所使用的錨固劑的成本約為3元。經檢測，該錨固劑和錨固的錨桿具有優良的抗折強度和抗壓強度。
權利要求
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.根據權利要求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.根據權利要求1或2所述的錨桿錨固劑，其特征在于所述的細砂為黃砂或建筑用細砂，平均粒徑為0.25～0.35mm，細度模數為2.2～1.6。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.使用權利要求1所述的錨桿錨固劑進行錨桿支護的方法，包括在井巷內鉆出錨桿安裝孔，其特征在于對錨桿采用從孔底到孔口的全長粘結錨固，錨桿在無旋轉狀態下由單體錨桿機或風煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實現錨固。
7.根據權利要求6所述的進行錨桿支護的方法，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技術。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行錨桿支護的方法，包括在井巷內鉆出錨桿安裝孔，對錨桿采用從孔底到孔口的全長粘結錨固，錨桿在無旋轉狀態下由單體錨桿機或風煤鉆頂入填充錨固劑的錨桿安裝孔中實現錨固。該錨桿錨固劑具有錨固強度高，施工作業方便，生產成本低的特點，其成本僅為樹脂錨固劑的30～50％左右。使用錨桿錨固劑進行錨桿支護時，采用常規的井下掘進機具即可完成，并能有效保護錨桿安裝孔的孔壁結構不會遭到破壞，提高了錨固強度。
文檔編號C04B22/00GK1830882SQ20061007225
公開日2006年9月13日 申請日期2006年4月17日 優先權日2006年4月17日
發明者張京泉, 高杰, 劉兆偉 申請人:張京泉, 高杰, 劉兆偉