CN107429565A - 可泵送的双组分树脂 - Google Patents

Abstract

一种用于矿井顶板锚杆安装的可泵送树脂系统，包括：树脂贮料器，构造为容纳树脂；催化剂贮料器，构造为容纳催化剂；树脂泵结构，与树脂贮料器处于流体连通；催化剂泵结构，与催化剂贮料器处于流体连通；输送管线，与树脂泵结构和催化剂泵结构中的至少一个处于流体连通；以及锚杆机臂(bolter arm)，构造为钻出孔眼并安装矿井顶板锚杆。输送管线构造为经由锚杆机臂从树脂贮料器和催化剂贮料器输送树脂和催化剂至孔眼。

Description

可泵送的双组分树脂

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2015年3月3日和2016年1月25日分别提交的、美国专利申请序号为62/127,450和62/286,686的优先权，这些申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

背景技术

[技术领域]

本发明涉及一种双组分树脂，并且更具体地涉及用于安装矿井顶板锚杆的可泵送的双组分树脂系统和方法。

[现有技术]

通常，通过使用插入孔眼的钢锚杆拉紧顶板而使矿井顶板受到支撑，在矿井顶板中钻有孔眼，矿井顶板加强矿井顶板上方未受支撑的岩石结构。通过将矿井顶板锚杆末端的膨胀组件与岩石结构(构造)相结合，矿井顶板锚杆可被机械锚固至岩石结构。可选地，通过插入孔眼中的树脂粘接材料，矿井顶板锚杆可粘结至岩石结构。通过使用膨胀组件和树脂粘接材料，也可采用机械锚固与树脂粘接的组合。

当使用树脂粘接材料时，粘接材料渗入周围的岩石结构，以粘合岩石岩层并将顶板锚杆坚固地保持在孔眼内。典型地，将树脂以双组分塑料药包的形式插入矿井顶板孔眼，双组分塑料药包具有包含可固化的树脂成分的组分和包含固化剂(催化剂)的另一组分。将双组分树脂药包插入孔眼的封闭端，并且将矿井顶板锚杆插入孔眼，从而矿井顶板锚杆的端部使双组分树脂药包破裂。当矿井顶板锚杆关于其纵轴旋转时，树脂药包内的分隔室被扯碎，并且使组分混合。树脂混合物填充孔眼壁与矿井顶板锚杆的轴之间的环形区域。混合的树脂固化并将矿井顶板锚杆结合至周围岩石。矿井顶板锚杆典型地经由驱动头旋转。

发明内容

根据一个方面，一种用于矿井顶板锚杆安装的可泵送树脂系统，包括：树脂贮料器，构造为容纳树脂；催化剂贮料器，构造为容纳催化剂；树脂泵结构，与树脂贮料器处于流体连通；催化剂泵结构，与催化剂贮料器处于流体连通；输送管线，与树脂泵结构和催化剂泵结构中的至少一个处于流体连通；以及，锚杆机臂(bolter arm)，构造为钻出孔眼并安装矿井顶板锚杆。输送管线构造为经由锚杆机臂从树脂贮料器和催化剂贮料器输送树脂和催化剂至孔眼。

输送管线可固定至锚杆机臂并且可相对于锚杆机臂移动。输送管线可包括与树脂泵结构处于流体连通的树脂管线和与催化剂泵结构处于流体连通的催化剂管线。树脂管线和催化剂管线可由静态混合器容纳，输送管线还包括与静态混合物处于流体连通的注浆管，注浆管构造为将树脂/催化剂混合物输送进孔眼。该系统还包括抑制剂贮料器、抑制剂泵结构和与抑制剂泵结构处于流体连通的抑制剂管线，抑制剂管线构造为将抑制剂从抑制剂贮料器输送至孔眼，以在孔眼内限定快速凝固部分和慢速凝固部分。树脂泵结构可包括树脂缸泵，并且催化剂泵结构可包括催化剂缸泵，通过液压活塞和液压泵，树脂缸泵和催化剂缸泵一起从动并受到控制。

树脂泵结构可包括与树脂缸泵处于流体连通的树脂供应泵，并且催化剂泵结构可包括与催化剂缸泵处于流体连通的催化剂供应泵。树脂贮料器和催化剂贮料器可各自包括螺杆(auger)，构造为容纳和混合包含树脂或催化剂的药包。树脂贮料器可以为构造成容纳树脂药包的树脂进料缸，并且催化剂贮料器可以为构造成容纳催化剂药包的催化剂进料缸，树脂进料缸和催化剂进料缸各自包括盖。树脂进料缸的盖可限定树脂进料缸的盖与树脂进料缸之间的间隙，以及，催化剂进料缸的盖可以限定催化剂进料缸的盖与催化剂进料缸之间的间隙，在树脂药包和催化剂药包于各树脂进料缸和催化剂进料缸内的压缩期间，这些间隙构造为允许空气从相应的树脂进料缸和催化剂进料缸逸出。

根据另一方面，一种安装矿井顶板锚杆的方法，包括：使用锚杆机臂将输送管线插入孔眼；使用输送管线将浆料注入孔眼；使用锚杆机臂从孔眼撤回输送管线；以及，使用锚杆机臂，通过将矿井顶板锚杆插入孔眼并旋转矿井顶板锚杆，将矿井顶板锚杆安装在孔眼中。

浆料可包括树脂和催化剂，所述方法进一步包括：经由树脂泵结构从树脂贮料器供应树脂；以及，经由催化剂泵结构从催化剂贮料器供应催化剂。该方法可包括启动液压活塞，以将树脂和催化剂供应至输送管线。该方法也可包括将抑制剂从抑制剂贮料器供应至孔眼，与催化剂和树脂反应相比，抑制剂构造为与树脂更慢地反应，以在孔眼内限定快速凝固部分和慢速凝固部分。经由抑制剂泵结构和与抑制剂泵结构处于流体连通的抑制剂管线，抑制剂从抑制剂贮料器供应。输送管线可固定至锚杆机臂并且可相对于锚杆机臂移动。

根据另一方面，一种安装矿井顶板锚杆的方法，包括：将输送管线插入孔眼；沿孔眼的至少部分长度，使用输送管线将树脂和催化剂注入孔眼；从孔眼移除输送管线；将矿井顶板锚杆插入孔眼；以及，使用矿井顶板锚杆混合树脂和催化剂。

使用锚杆机臂可以将输送管线插入孔眼并从其移除。使用锚杆机臂可将矿井顶板锚杆插入孔眼，并且混合树脂和催化剂。该方法可包括：经由树脂泵结构从树脂贮料器供应树脂；以及经由催化剂泵结构从催化剂贮料器供应催化剂。该方法也可包括启动液压活塞，以将树脂和催化剂供至输送管线。该方法还可包括：从抑制剂贮料器将抑制剂供应至孔眼，对于孔眼的部分长度，抑制剂构造为延迟树脂和催化剂之间的反应。

结合附图考虑下述说明，该系统的这些和其他特点和特征将变得更为明了，所有这些形成该说明书的一部分，其中在各附图中相似的附图标记表示相应的部件。然而，应该明确地理解，附图仅用于图示和说明的目的，并不作为对本发明定义的限制。如具体实施方式中使用的，除非上下文中明确指出，单数形式“一”、“一种”、以及“所述”包括复数个所指对象。

附图说明

图1是根据本发明一方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图，示出孔眼的填充。

图2是图1的系统和方法的正面图，示出矿井顶板锚杆正在插入孔眼中。

图3是图1的系统和方法的正面图，示出安装好的矿井顶板锚杆。

图4是根据本发明第二方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图5是根据本发明第三方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图6是根据本发明第四方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图，示出开始填充孔眼。

图7是图6的系统和方法的正视图，示出由树脂和催化剂填充的孔眼。

图8是根据本发明第五方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图9是根据本发明第六方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图10是根据本发明第七方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图11是示出根据本发明一方面用于料斗的双螺杆(twin auger)结构的轴测图。

图12A至图12D是示出根据本发明一方面安装矿井顶板锚杆的方法的正面图。

图13是根据本发明另一方面用于安装矿井顶板锚杆的泵送系统和方法的正面图。

图14A至图14D是示出根据本发明一方面安装矿井顶板锚杆的多种方法的正面图。

图15是根据本发明一方面泵送结构的局部剖视图，示出泵送结构的初始位置。

图16是根据本发明一方面泵送结构的局部剖视图，示出泵送结构的泵送位置。

具体实施方式

现在参照附图对本发明的各方面进行描述。下文中为了说明的目的，词语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词应该如附图中取向的与本发明相关。然而，应当理解，本发明可以采取不同的替代变化以及步骤顺序，除了明确规定为相反的之外。还应当理解，附图中所示以及下文说明中的具体装置是本发明的简单示范性实施例。因此，与本文所披露实施例相关的具体尺寸以及其他物理特征不应视为限制。

参照图1至图3，可泵送双组分树脂系统10的一方面包括由树脂管线12和催化剂管线14形成的输送管线，树脂管线12和催化剂管线14构造为输送诸如树脂28和催化剂30等浆料至孔眼。树脂管线12和催化剂管线14各自具有进口16、20和出口18、22。树脂管线12的进口16连接至树脂泵24并与其处于流体连通。催化剂管线14的进口20连接至催化剂泵26并与其处于流体连通。树脂泵24和催化剂泵26连接至容纳树脂28和催化剂30的各自贮料器(未示出)。树脂管线12和催化剂管线14可经由带32彼此固定，以有助于管线12、14插入孔眼34中。树脂泵24和催化剂泵26可以为单吸切碎泵(chop check pumps)，但也可使用适于泵送高粘度材料的其他类型的泵。对各泵24、26的流量进行校准，以提供树脂28与催化剂30之间适当的比率，使用水基催化剂时，该比率优选为2:1或66％树脂和33％催化剂。该比率能够从约4:1至3:2变化。使用油基催化剂时，使用9:1+/-5％的比率。通过调整进气口压力以及树脂管线12出口18和催化剂管线14出口22的直径，对各泵24、26的流量进行校准。树脂28是具有10％-25％惰性填料诸如石灰石的填料树脂。该树脂可具有约100,000-400,000厘泊(centipoise)的粘度。常规聚氨酯树脂典型地具有小于10,000厘泊的粘度。高粘度树脂的使用通常使泵送更困难，但通过使用较廉价的填料而大大节约了成本。

参照图1，为了开始孔眼34的填充，将树脂管线12和催化剂管线14插入孔眼34，并且同时启动泵24、26，以用树脂28和催化剂30填充孔眼34。随着树脂28和催化剂30被泵送进孔眼34，由转移的材料迫使管线12、14离开孔眼34，确保完全填充孔眼34。可选地，略微小于孔眼34内径的压紧器(packer)或塞子(未示出)可恰好安装在管线12、14端部之前。

参照图2和图3，树脂28和催化剂30会彼此接触并且发生反应以建立非常好的屏障，其阻止树脂28与催化剂30之间发生进一步反应。然后将矿井顶板锚杆36插入孔眼34并旋转以混合树脂28和催化剂30。如图3所示，在完全插入矿井顶板锚杆36之后，混合的树脂28和催化剂30硬化并固化以将锚杆36牢固地锚固在孔眼34中。

参照图4，可泵送的双组分树脂系统10还可包括连接器38，诸如Y形或T形连接器，用于分别从树脂泵24和催化剂泵26接收树脂管线12和催化剂管线14。连接器38的使用允许树脂管线12和催化剂管线14结合成单个注浆管39，注浆管39经由连接器38连接至树脂泵24和催化剂泵26。单个注浆管39用作输送管线并构造为将树脂28和催化剂30引入孔眼34。使用连接器38的系统10以与关于图1至图3的上述说明相同的方式操作。

参照图5，第三方面的可泵送双组分树脂系统40包括树脂管线42和催化剂管线44。树脂管线42和催化剂管线44各自具有进口46、52和出口48、54。以与图1所示及上述讨论类似的方式，树脂管线42和催化剂管线44的进口46、52分别连接至树脂泵56和催化剂泵58并与其处于流体连通。然而，树脂管线42和催化剂管线44的出口48、54连接至连接器60，连接器60为诸如Y形或T形装置，其固定至静态混合器62。静态混合物62构造为在将树脂28和催化剂30泵送进孔眼64之前将它们混合。单个注浆管66用作输送管线，并且固定至静态混合器62及构造为将树脂和催化剂作为混合物引入孔眼64。

参照图6和图7，第四方面的可泵送双组分树脂系统70包括由树脂管线72、标准催化剂管线74和抑制催化剂管线76形成的输送管线。图6和图7的系统70与图1所示和上文描述的系统10以相似的方式操作，但包括抑制催化剂管线76，以在孔眼34中提供快速凝固部分78(诸如在孔眼34的封闭端处)和慢速凝固部分79(与孔眼34的封闭端进一步间隔开)。与来自标准催化剂管线74的标准催化剂30和来自树脂管线72的树脂28的反应相比，抑制催化剂或抑制剂77与来自树脂管线72的树脂更慢地反应。这些部分允许当慢速凝固部分仍在固化时，在快速凝固部分处锚固矿井顶板锚杆并且随后拉紧。

再次参照图6和图7，在使用中，管线72、74、76可各自插入孔眼34。然后，可将树脂管线72和标准催化剂管线74启动或设置在“打开”状态，如图6所示，使树脂28和标准催化剂30被输送至孔眼34，抑制催化剂管线74设置在“关闭”状态。沿孔眼34的预定长度提供树脂28和标准催化剂30，以限定(构成)快速凝固部分78。此时，停止使用标准催化剂管线74或设置在“关闭”状态，并将抑制催化剂管线76设置在“打开”状态，使树脂28和抑制催化剂30沿孔眼的预定长度提供，以限定慢速凝固部分79。树脂28和催化剂30的快速凝固部分78将硬化，并由于由标准催化剂管线74提供的催化剂30与抑制催化剂管线76提供的催化剂30之间的不同，快速凝固部分78比慢速凝固部分79更快地硬化和固定，这允许当慢速凝固部分79仍在固化时，矿井顶板锚杆安装并点锚固在孔眼34的封闭端处，然后被拉紧。

参照图8，第五方面的可泵送双组分树脂系统80包括树脂管线82、标准催化剂管线84和催化剂抑制剂管线86。图8的系统80类似于图6和图7所示及上文描述的系统，但是直接将催化剂抑制剂管线86馈入标准催化剂管线84。催化剂抑制剂管线86仅在需要较慢凝固时间的部分处运转或泵送。将催化剂抑制剂管线86连接至标准催化剂管线84避免了使第三条管线位于孔眼34内。通过预混合树脂和催化剂也能够使用该系统80。除了使用两种或更多种催化剂之外，系统80也可使用两种或更多种树脂组分。具体而言，系统80可利用多个树脂和催化剂，以优化其性能和成本。

参照图9，第六方面的可泵送双组分树脂系统90包括树脂管线92和催化剂管线94。树脂管线92和催化剂管线94各自具有进口96、102和出口98、104。树脂管线92的进口96连接至树脂缸泵106并与其处于流体连通。催化剂管线94的进口102连接至催化剂缸泵108并与其处于流体连通。出口98、104连接至作为输送管线的注浆管66，但也可使用其他适当的结构。树脂缸泵106和催化剂缸泵108经由树脂供应管线114和催化剂供应管线116连接至各自的供应泵110、112。经各自的树脂供应管线114和催化剂供应管线116，供应泵110、112将树脂126和催化剂128从各自的贮料器118、120泵送并进入各树脂缸泵106和催化剂缸泵108。如图9所示，树脂缸泵106和催化剂缸泵108一起从动，以恒定的约2:1的体积比率注入树脂126和催化剂128，但也可使用其他适当的比率。由单独的活塞113控制从动泵106、108，活塞113由液压泵115操作。液压泵115可具有1,200磅/平方英寸(psi)的最大输出压力，其被证实在经过直径为1/2英寸、长度大于50英尺的管子将树脂126和催化剂128注入孔眼130是有效的，但也可使用其他适当的泵。

供应泵110、112为隔膜泵，但也可以使用适合泵送高粘度材料的其他类型的泵，诸如单吸切碎泵、螺杆泵(progressive cavity pumps)等。图9中示出的可泵送双组分树脂系统90通常与图1至图3所示和上文描述的系统10以相同的系统操作。供应泵110、112用于将树脂缸泵106和催化剂缸泵108的各缸122、124填充至用于各缸122、124的预定水平。然后，启动树脂缸泵106和催化剂缸泵108，以同时分配树脂126和催化剂128。为了获得理想的树脂对催化剂的比率，在体积上树脂缸122通常应该是催化剂缸124的约两倍大。以与图2和图3所示相似的方式，树脂126和催化剂128填充孔眼130并且然后将锚杆插入孔眼130。然后，经由供应泵110、112，可以再次填充树脂缸泵106和催化剂缸泵108。贮料器118、120可各自为具有双螺杆结构132的料斗，双螺杆结构132在图11中更清楚地示出，但是可使用其他适当的贮料器结构。双螺杆结构132允许组分连续混合，以防止树脂和催化剂126、128的分离或干燥。可使用大型“鱼形容器”或药包139，或包含树脂和催化剂126、128的其他容器用来向贮料器118、120供料。如下文更详细讨论的，注浆管66连接至锚杆机臂140，并且可相对于锚杆机臂140移动，以允许注浆管66插入孔眼130，用于输送浆料。图9中示出的系统可使用图1至图8中所示及上述的其他结构。

参照图10，图9所示及上述的可泵送的双组分树脂系统90可使用螺杆泵作为供应泵110、112，而不是图9所示的隔膜泵。然而，系统90以与上述相同的方式操作。

参照图12A至图12D，示出用于安装矿井顶板锚杆的方法134的一方面。方法134可设置有使用锚杆机(未示出)用来注入和安装矿井顶板锚杆的自动结构。如图12A所示，在使用锚杆机钻出孔眼136之后，使用锚杆机的锚杆机臂140将注浆管138插入孔眼136。树脂和催化剂组分142、144被注入孔眼136，并且注浆管138以适当速率撤回，以防止气穴或树脂与催化剂142、144绕过注浆管138的末端，如图12B和图12C所示。一旦在孔眼136内提供所需量的树脂和催化剂142、144，从孔眼136移开注浆管136，如图12D所示。接着，以与关于图1至图3所述相同的方式，可将矿井顶板锚杆插入孔眼136并旋转，以混合树脂和催化剂142、144。此外，图12A至图12D所示的方法可利用图1至图11所示的任意系统和结构。锚杆机可构造为自动钻出孔眼136、将树脂和催化剂142、144注入孔眼136、以及通过将锚杆插入孔眼136并旋转锚杆以混合树脂和催化剂142、144而安装矿井顶板锚杆。锚杆机可使用诸如PLC等控制器以及一个或多个传感器，以控制矿井顶板锚杆的安装。可通过第一组和第二组驱动轮146、148驱动注浆管138，但是也可使用用于插入和撤回注浆管138的任何的适当结构。

参见图13，可泵送的双组分树脂系统150类似于图9所示及上述讨论的系统90。然而，代替如图9的系统90中使用供应泵110、112，图13的系统150使用具有树脂进料缸154和催化剂进料缸156的进料泵结构152，树脂进料缸154和催化剂进料缸156一起从动，以分别对树脂缸泵106和催化剂缸泵108喂料。由主活塞158控制上述的缸154、156，主活塞158由液压泵(未示出)操作。树脂进料缸154和催化剂进料缸156可通过树脂药包与催化剂药包160、162或如上讨论的其他适当结构供料。通过移开盖164，可将树脂药包和催化剂药包160、162投入上述缸154、156，盖164将在下文更详细的讨论并且在图15和图16中示出。

参见图14A至图14D，示出使用上述讨论的系统10、40、70、80、90安装矿井顶板锚杆的其他方法。在注入期间，树脂和催化剂的混合和/或非混合可由引入注浆管线的湍流量控制。控制湍流量的基本特征是双组分的粘度、注入管的内径和长度、以及流率。这些参数的变化会改变从湍流(混合)至层流(非混合)的流动特征。能够控制流动是否为湍流或层流或二者组合的流率特征对于在上述讨论的系统10、40、70、80、90中恰当安装矿井顶板锚杆是很重要的。在某些情形中，由于树脂会在安装锚杆之前凝固，树脂和催化剂的混合为不理想的。然而，在其他情形中，在注入期间完全混合或部分混合树脂和催化剂是理想的。

参照图14A，系统200使用分开的注入管202，以保持双组分分离。当树脂和催化剂离开注入管时，它们并排铺放在孔眼中。湍流和层流不构成该系统200和方法的问题。使用该系统200的方法典型地包括：钻出孔眼；将注入管202插入孔眼；以防止混合的流率泵送树脂和催化剂；泵送树脂和催化剂的同时，以设定的速率撤回注入管202，防止注入管202前方的空隙和回流；以及安装矿井顶板锚杆(未示出)并旋转矿井顶板锚杆，以混合树脂和催化剂。用于该方法的典型特征如下：

树脂粘度：125,000-225,000cps(厘泊)

催化剂粘度：10,000-25,000cps

注入管线内径(ID)：3/4英寸

注入管线长度：14英尺

流率：1-3gpm(加仑/分钟)

参照图14B，系统210使用单个注入管线212。对于33毫米的孔眼，注入管线212的典型尺寸是3/4英寸。将树脂和催化剂以较慢速率成Y形泵送，以保持层流。树脂和催化剂以非常少量的混合而并排平铺。随着树脂和催化剂离开注入管线212，树脂和催化剂并排保持在孔眼中。然后，将矿井顶板锚杆插进分开的树脂和催化剂，并旋转以混合树脂和催化剂。对于该方法的典型特征如下：

树脂粘度：200,000-225,000cps

催化剂粘度：20,000-25,000cps

注入管线内径(ID)：3/4英寸

注入管线长度：14英尺

流率：1-1.5gpm

通过使用图14B的系统210的方法，如果流率从层流流率增加至中间流率，在注入管线212中会发生较小的混合。流率约为1.5gpm。当注入树脂和催化剂时，树脂和催化剂的较小混合会引起混合树脂和催化剂的较小硬化碎片形成在原始树脂和催化剂中，较小硬化碎片的宽度为1/8英寸、长度为1/2英寸、厚度为1/16英寸。在这种部分混合的过程中，仅大约10％的树脂可与催化剂反应。当安装矿井顶板锚杆时，树脂/催化剂的反应碎片作为小型混合叶片。

使用该系统210的方法典型地包括：钻出孔眼；将注入管线212插入孔眼；以防止混合的层流流率泵送树脂和催化剂；泵送的同时，以设定速率撤回注入管线212，防止注入管线212前方的空隙和回流；以及安装矿井顶板锚杆(未示出)并旋转锚杆以混合树脂和催化剂。

参照图14C，系统220使用单个注入管线222。注入管线222的典型尺寸为3/4英寸。树脂和催化剂被以更快的速率成Y形泵送，以产生中间流动至湍流。当树脂和催化剂流经注入管线222时，它们会混合。在该方法的一个方面中，注浆管224可连接至矿井顶板锚杆并保持在固化的树脂/催化剂混合物中。然而，在其他方面中，如上文关于图14B的系统所描述的，在注入树脂和催化剂之后，可安装矿井顶板锚杆。对于该方法的典型特征如下：

树脂粘度：125,000-150,000cps

催化剂粘度：10,000-15,000cps

注入管线内径(ID)：3/4英寸

注入管线长度：14英尺

流率：2.0-2.5gpm

图14C的系统200的安装方法典型地包括：钻出孔眼；将注入管线222连接至注浆管224或将注入管线222插入孔眼端部，注浆管224与矿井顶板锚杆(未示出)并排放置；将预定量的树脂和催化剂以湍流流率泵送进入孔眼，以允许树脂和催化剂的混合；以及，当孔眼充满时停止泵送。矿井顶板锚杆将被完整安装，并且由于湍流和树脂和催化剂之前的混合，不需要旋转矿井顶板锚杆。

参照图14D，系统230使用单个注入管线232并形成点锚固结构。对于33毫米的孔眼，注入管线232的典型尺寸为3/4英寸。在注入的开始，将树脂和催化剂快速成Y形泵送，然后在预定位置产生湍流(混合)流动，将流动切换至层流(非混合)流动。在孔眼顶部234处，混合的树脂/催化剂开始反应，此时在孔眼底部236处，树脂和催化剂没有反应或凝固。矿井顶板锚杆(未示出)被快速安装并旋转，以混合底部236，经混合的树脂和催化剂的反应时间开始。在注入期间混合的顶部234于底部236之前凝固，以允许锚杆扭动，从而在底部236凝固之前于锚杆中产生拉力。系统230类似于点锚固的钢筋锚杆，其使用顶部的快速树脂/催化剂药包和底部的慢速树脂/催化剂药包。用于该方法的典型特性如下：

树脂粘度：125,000-225,000cps

催化剂粘度：10,000-25,000cps

注入管线内径(ID)：3/4英寸

注入管线长度：14英尺

流率：1-2.5gpm

图14D的系统的安装方法典型地包括：钻出孔眼；将注入管线232插入孔眼端部；以湍流流率将预定量的树脂和催化剂泵送进入孔眼，从而允许树脂和催化剂的混合；在以湍流流率供应预定时长或预定量的树脂和催化剂之后，切换至树脂和催化剂的层流流率，以防止混合；通过湍流和层流流率泵送的同时，以设定速率撤回注入管线232，从而防止注入管线前方的空隙和回流；以及，安装矿井顶板锚杆(未示出)并旋转矿井顶板锚杆，以混合树脂和催化剂。如上所述，以湍流流率注入树脂/催化剂的顶部234从而混合树脂和催化剂，该顶部234首先凝固，以允许矿井顶板锚杆底部处诸如螺帽等驱动件被施以扭转力，以拉紧矿井顶板锚杆。

参照图15和图16，通过移开盖164，树脂药包和催化剂药包160、162可送入缸154、156中。经由适当结构，盖164相对于缸154、156可移动。使用类似门阀结构，盖164可以为铰链连接、横向可移动的，或者为竖向可移动的，缸154、156经由导向轨座可移动。树脂药包和催化剂药包160、162能够以不同的树脂对催化剂比率提供，从约1:1至95:5。在一个方面中，比率可以为约2:1，树脂和催化剂单独设置在药包160、162中。缸154、156包括穿过缸154、156的侧壁延伸的端口166，但端口166也可设置在盖164中，如图15和图16中虚线所示。端口166可以为3/4英寸的管连接口，但也可使用其他适当的连接装置和端口。药包160、162包括本体168，其限定用于容纳树脂或催化剂的空间。本体168可由不反应的塑料材料形成，诸如尼龙、聚丙烯、或聚四氟乙烯基材料，但也可使用其他适当的材料。树脂药包160可以具有6英寸直径，以及催化剂药包162可具有4英寸直径，各药包160、162具有14英寸的高度，其与缸154、156的尺寸一致，但是也可使用其他适当的尺寸。

再次参照图15和图16，盖164和缸154、156限定盖164和缸154、156之间的间隙170。当药包160、162在缸154、156中开始压缩期间，间隙170允许空气从缸154、156中逸出。如果盖164与缸154、156形成空气密封，空气将被困在缸154、156中，并且最终被迫经注浆管66流出，导致不希望的空气爆破或爆炸、不均匀的流动、和/或树脂和催化剂的湍流混合。如图16所示，当药包160、162被压缩时，空气经间隙170逸出，药包160、162的本体168膨胀至自密封盖164与缸154、156之间的间隙170。因此，盖164和缸154、156形成自密封设计，在此处，树脂和催化剂不会经间隙170逸出，并且塑料袋不会破裂或经间隙170伸出。此外，当药包160、162被压缩和加压时，在端口166位置处，仅药包160、162的本体168被戳破并直接流进端口166，用于最终输送至孔眼。当缸154、156被完全压缩时，仅剩余药包160、162的本体168和很少量树脂或催化剂。然后丢弃药包160、162的本体168，并且能够对缸154、156重新加载装满的药包160、162。在使用期间，为了便于装载和卸载，缸154、156、药包160、162、以及盖164的该结构保持缸154、156清洁，并保护缸154、156的活塞密封，防止由树脂材料磨损。

虽然在前面描述中提供了系统的各方面，在不偏离本发明范围和精神的情况下，本领域技术人员可对这些方面进行变化或改变。例如，可以理解，本发明在可能的程度上考虑任意方面的一个或多个特征可与其他方面的一个或多个特征合并。因此，前面描述意于为示例性的而不是限制性的。上文描述的本发明由具体说明限定，落入该意思和具体说明等效置换的范围内的对本发明的所有变化包含在其范围内。

Claims (25)

1.一种用于矿井顶板锚杆安装的可泵送树脂系统，包括：

树脂贮料器，构造为容纳树脂；

催化剂贮料器，构造为容纳催化剂；

树脂泵结构，与所述树脂贮料器处于流体连通；

催化剂泵结构，与所述催化剂贮料器处于流体连通；

输送管线，与所述树脂泵结构和所述催化剂泵结构中的至少一个处于流体连通；以及

锚杆机臂，构造为钻出孔眼并安装矿井顶板锚杆，其中，所述输送管线构造为经由所述锚杆机臂从所述树脂贮料器和所述催化剂贮料器输送树脂和催化剂至孔眼。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述输送管线固定至所述锚杆机臂并且相对于所述锚杆机臂可移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述输送管线包括与所述树脂泵结构处于流体连通的树脂管线和与所述催化剂泵结构处于流体连通的催化剂管线。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述树脂管线和所述催化剂管线由静态混合器容纳，并且，其中所述输送管线还包括与所述静态混合器处于流体连通的注浆管，所述注浆管构造为将树脂/催化剂混合物输送进孔眼。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括抑制剂贮料器、抑制剂泵结构、和与所述抑制剂泵结构处于流体连通的抑制剂管线，所述抑制剂管线构造为将抑制剂从所述抑制剂贮料器输送至所述孔眼，以在孔眼内限定快速凝固部分和慢速凝固部分。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述树脂泵结构包括树脂缸泵，并且所述催化剂泵结构包括催化剂缸泵，以及，其中通过液压活塞和液压泵，所述树脂缸泵和所述催化剂缸泵一起从动并受到控制。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述树脂贮料器包括构造为接收树脂药包的树脂进料缸，并且所述催化剂贮料器包括构造为接收催化剂药包的催化剂进料缸，所述树脂进料缸和所述催化剂进料缸各自包括盖，所述树脂进料缸的盖限定所述树脂进料缸的盖与所述树脂进料缸之间的间隙，并且所述催化剂进料缸的盖限定所述催化剂进料缸的盖与所述催化剂进料缸之间的间隙，以及，其中，在树脂药包和催化剂药包于各所述树脂进料缸和所述催化剂进料缸内的压缩期间，所述间隙构造为允许空气从相应的所述树脂进料缸和所述催化剂进料缸逸出。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述树脂贮料器和所述催化剂贮料器各自包括推进器，构造为容纳和混合包含树脂或催化剂的药包。

9.一种安装矿井顶板锚杆的方法，包括：

使用锚杆机臂将输送管线插入孔眼；

使用所述输送管线将浆料注入所述孔眼；

使用所述锚杆机臂从所述孔眼撤回所述输送管线；以及

使用所述锚杆机臂，通过将矿井顶板锚杆插入所述孔眼并旋转所述矿井顶板锚杆，将所述矿井顶板锚杆安装在所述孔眼中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述浆料包括树脂和催化剂，所述方法进一步包括：

经由树脂泵结构供应来自树脂贮料器的所述树脂；以及

经由催化剂泵结构供应来自催化剂贮料器的所述催化剂。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

启动液压活塞，以将所述树脂和催化剂供应至所述输送管线。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

将来自抑制剂贮料器的抑制剂供应至所述孔眼，和所述催化剂与所述树脂的反应相比，所述抑制剂构造为与所述树脂更慢地反应，以限定所述孔眼内的快速凝固部分和慢速凝固部分。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，经由抑制剂泵结构和与所述抑制剂泵结构处于流体连通的抑制剂管线，从所述抑制剂贮料器供应所述抑制剂。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述输送管线固定至所述锚杆机臂并且相对于所述锚杆机臂可移动。

15.一种安装矿井顶板锚杆的方法，包括：

将输送管线插入孔眼；

使用所述输送管线沿所述孔眼的至少部分长度，将树脂和催化剂注入所述孔眼；

从所述孔眼移除所述输送管线；

将矿井顶板锚杆插入所述孔眼；以及

使用所述矿井顶板锚杆混合所述树脂和催化剂。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，使用锚杆机臂将所述输送管线插入所述孔眼并从其移除。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用所述锚杆机臂将所述矿井顶板锚杆插入所述孔眼并混合所述树脂和催化剂。

18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

经由树脂泵结构从树脂贮料器供应所述树脂；以及

经由催化剂泵结构从催化剂贮料器供应所述催化剂。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

启动液压活塞，以将所述树脂和催化剂供至所述输送管线。

20.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

将抑制剂从抑制剂贮料器供应至所述孔眼，对于所述孔眼的部分长度，所述抑制剂配置为延迟所述树脂和所述催化剂之间的反应。

21.一种安装矿井顶板锚杆的方法，包括：

将输送管线插入孔眼；

使用所述输送管线沿所述孔眼的至少部分长度，将树脂和催化剂注入所述孔眼，其中，通过湍流、层流、或湍流与层流组合的一种流动，以可选择地方式注入所述树脂和催化剂；

从所述孔眼移除所述输送管线；以及

将矿井顶板锚杆插入所述孔眼。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述树脂和催化剂以中间湍流流率注入，从而引起所述树脂和催化剂的部分混合，以形成多个硬化的树脂件，所述多个硬化的树脂件构造为用作混合叶片，以帮助树脂和催化剂的混合。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述树脂和催化剂以湍流流率注入，形成快速凝固的顶部，以及，接着以层流流率注入，以形成较慢速凝固的底部。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：

通过安装矿井顶板锚杆并旋转所述矿井顶板锚杆，对所述矿井顶板锚杆进行点锚固，使所述顶部形成点锚固，以允许所述矿井顶板锚杆在所述底部凝固之前被拉紧。

25.根据权利要求21所述的方法，其中，使用注浆管以湍流注入所述树脂和催化剂，所述树脂和催化剂在所述注浆管内混合，并且，其中所述注浆管连接至矿井顶板锚杆。