具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1~图8所示,本发明提供一种新型耐热高强全长锚固树脂锚固剂及其推进辅助装置。
本发明提供的一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂由固化剂与混合树脂胶泥按照质量份数比例大于4:100构成(例如5:100、6:100、7:100、8:100、9:100、10:100、11:100、12:100、13:100、14:100、15:100、16:100、17:100、18:100、19:100、20:100);优选地,固化剂与混合树脂胶泥按照质量份数的比例范围为4:100~10:100(例如4.5:100、4.8:100、5:100、5.2:100、5.5:100、5.8:100、6:100、6.2:100、6.5:100、6.8:100、7:100、7.5:100、8:100、8.5:100、9:100、9.5:100)。再优选,固化剂与混合树脂胶泥按照质量份数的比例范围为4:100~7:100(例如4.2:100、4.5:100、4.8:100、5:100、5.2:100、5.5:100、5.8:100、6:100、6.2:100、6.3:100、6.4:100、6.5:100、6.6:100、6.8:100、7:100)。在耐热高强全长锚固树脂锚固剂的组成原料中,并不是说固化剂的占据的比例越大,其固化性能就会越好就证明全长锚固树脂锚固剂的性能更好的,这是因为当固化剂的数值超过一定的比例值后,就会影响全长锚固树脂锚固剂的其他性能(如耐热性和强度)。
按重量份数计,该混合树脂胶泥包括如下组份:混合树脂100份;促进剂0.8~1.1份(例如0.82份、0.85份、0.87份、0.89份、0.90份、0.92份、0.95份、0.98份、1份、1.02份、1.05份、1.08份、1.1份);纳米SiO2 1.0~1.2份(例如1.02份、1.05份、1.07份、1.09份、1.12份、1.15份、1.17份、1.18份、1.19份、1.2份);石粉480~600份(例如490份、500份、510份、520份、530份、540份、550份、560份、570份、580份、590份、595份、600份);偶联剂0.2~1.0份(例如0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、0.95份、1份)。
在本发明中,纳米二氧化硅添加主要是减少锚固剂中树脂与石粉之间的离析,微观上解释就是纳米二氧化硅颗粒很小,可以充填在粗细石粉颗粒之间,增加了锚固剂的密实性,同时由于纳米二氧化硅颗粒小、比表面积较大,增加了树脂与颗粒间的结合,减少锚固剂在存放过程中树脂与骨料之间的离析。但是纳米二氧化硅的掺入量也不易过多,过多的会影响锚固剂的流动度。
在本发明中,促进剂为促进剂DMA(N,N-二甲基苯胺)和促进剂DMT(N,N-二甲基对甲苯胺)中的一种或者两种混合组成。
优选地,该促进剂由促进剂DMA和促进剂DMT混合组成。促进剂DMA和促进剂DMT混合质量比例为3:2~4:1(例如3.5:2、4:2、4.5:2、5:2、5.5:2、6:2、6.5:2、7:2、7.5:2、8:2)。
在本发明中,固化剂为不饱和聚酯树脂固化体系。优选地,固化剂为过氧化苯甲酰(BPO)、2.4-二氯过氧化苯甲酰(DC)、石灰粉和乙二醇的混合物构成的不饱和聚酯树脂固化体系。本发明中使用的固化剂是过氧化苯甲酰(BPO)、2.4-二氯过氧化苯甲酰(DC)与碳酸钙(石灰粉)和乙二醇等混合物,其混合物中过氧化苯甲酰含量6~10%(例如6.1%、6.3%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%),2.4-二氯过氧化苯甲酰含量2%~5%(例如2.1%、2.3%、2.5%、3%、3.5%、3.8%、4%、4.5%、4.8%、4.9%),碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1。在固化剂的多个成分中,过氧化苯甲酰、2.4-二氯过氧化苯甲酰是起固化作用的有效成分,碳酸钙与乙二醇为载体。
再优选地,该全长锚固树脂锚固剂在固化前稠度为50~60mm(例如51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm);将耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂固化前稠度设定为50~60mm(例如51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm),是为了现场使用方便,工人推进阻力小且锚固剂自身不会从洞内流淌出来。
在本发明中,混合树脂为PET型不饱和聚酯树脂和酚醛环氧乙烯基酯树脂混合组成,二者混合质量比例为1:4~1:1(例如1:4、1.2:4、1.5:4、1.8:4、2:4、2.2:4、2.5:4、2.8:4、3:4、3.2:4、3.5:4、3.8:4、4:4),在该配比范围内可以得到强度高耐高温的锚固剂。优选地,PET型不饱和聚酯树脂和酚醛环氧乙烯基酯树脂的质量比例为1:4~2:3。本发明中PET型不饱和聚酯树脂和酚醛环氧乙烯基酯树脂(优选型号FX-470)的具体参数如下表1:
表1 PET型不饱和聚酯树脂和FX-470的性能参数
在本发明中,偶联剂为硅烷偶联剂;优选地,偶联剂为KH-570型硅烷偶联剂。在本发明中,偶联剂使用过多会显著的的减小锚固剂的稠度,稠度就相当与粘度,加入偶联剂后,粘度减小;偶联剂具有处理降稠作用外,还有增加树脂和石粉间化学连接的作用,起到增强的作用。虽然全长锚固剂需要减小锚固剂自身稠度,但是锚固剂的稠度范围需要在50~60mm,这是因为如果锚固剂过稀,流淌性过好,在现场施工搅拌时,锚固剂就会从锚洞中流出。假如锚洞角度再过大,就会出现锚固剂从锚洞直接流出,不利于现场施工,所以偶联剂不易过度使用。此外,偶联剂价格相对较贵,过量的添加会导致锚固剂成本的上升。
在本发明中,进一步优选,按重量份数计,该混合树脂胶泥包括如下组份:混合树脂100份;促进剂1份;纳米SiO2 1.0份;石粉550份;偶联剂0.8份。再优选地,促进剂由促进剂DMA 0.6重量份与促进剂DMT0.4重量份混合组成。
在本发明中,该耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂中石粉不能选用河沙、石英砂、水泥、膨润土等材料作为骨料,石粉应选用含Ca量高的沉积岩,CaO含量大于45wt%且Fe2O3含量小于1wt%。在本发明中选用含Ca高的石粉能增强锚固剂的强度,这是因为石粉中的CaO与锚固剂中的树脂的粘结性更好,在分子间能产生化学键。
优选地,石粉由粗颗粒和细颗粒组成,且粗颗粒和细颗粒的质量比例为4:6~6:4(例如8.5:12、9:12、9.5:12、10:12、11:12、12:12、13:12、14:12、15:12、16:12、17:12、18:12)。本发明中的石粉选用粗细颗粒混合,是基于此颗粒大小的石粉通过固定比例混合,锚固剂稠度适宜,锚固剂密实,强度大;同时石粉与树脂混合加入纳米SiO2后,锚固剂长时间放置不会产生离析。
再优选地,按质量百分比,粗颗粒中粒度在10~50目的占比为70%以上(优选为85~95%)(例如86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%)、粒度在50~100目的占比为3~10%(例如4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%)、粒度在100~150目的占比为2~5%(例如2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%),细颗粒中粒度在10~50目的占比为10~15%(例如11%、12%、13%、14%、14.5%)、粒度在50~100目的占比为15~20%(例如16%、17%、18%、19%、19.5%)、粒度在100~150目的占比为10~15%(例如11%、12%、13%、14%、14.5%)、粒度在150~200目的占比为40~50%(例如41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%)、粒度在200~325目的占比为15~20%(例如16%、17%、18%、19%、19.5%)。具体如下表2:
表2粗颗粒和细颗粒粒度大小分布表
在本发明中,混合树脂中酚醛环氧乙烯基酯树脂中不饱和双键较少,通过调整固化剂和促进剂量,来调整锚固剂固化时间,达到现场快速支护的要求,可实现快速锚固,中速锚固,慢速锚固。本发明的技术方案制备出的锚固剂主要用于深部矿井支护,凝胶时间一般在41~180s(例如50s、60s、70s、80s、100s、120s、130s、140s、170s)范围内。
此外,本发明还提供了一种全长锚固树脂锚固剂的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
(1)将全长锚固树脂锚固剂所需要的组份按照设定的配比称取、备用;
(2)将混合树脂、促进剂、纳米SiO2和偶联剂于常温下以1200转/分钟以上的转速快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌30~40分钟(例如31分钟、32分钟、33分钟、34分钟、35分钟、36分钟、37分钟、38分钟、39分钟),使其充分均匀分散后得混合物;在快速搅拌器中搅拌混合的转速优选为1200~2500转/分钟(例如1300转/分钟、1500转/分钟、1800转/分钟、2000转/分钟、2100转/分钟、2200转/分钟、2300转/分钟、2400转/分钟、2450转/分钟)。
(3)接着将称取的石粉与步骤(2)中所得混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌10~15分钟(例如11分钟、12分钟、13分钟、14分钟、15分钟),即得混合树脂胶泥;
(4)最后将固化剂与步骤(3)中所得混合树脂胶泥按照设定的质量比例分别装入到不同的双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂。本发明中的双层薄膜袋具体是一个圆柱状袋子,中间有薄膜隔开;本发明是将树脂锚固剂胶泥和固化剂分别装入袋子内的,如果不分开放置的话,在平时的存放中锚固剂胶泥和固化剂混合就会发生反应硬化。
如图1-图2所示,本发明还提供了一种全长锚固树脂锚固剂的装入辅助装置,该辅助装置用来将锚固剂送入到应用的锚杆洞中。为了更加顺利地完成锚固剂的送入、降低工人劳动强度,本发明设计了锚固剂装入辅助装置。装入辅助装置的总长度由现场施工条件确定,在巷道内如果顶板较高、长度就大,顶板低、长度就短。本发明的装入辅助装置优点是设计简单,使用方便,解决了现场施工中出现的上述技术问题。
该辅助装置由第一半圆管1和第二半圆管2组成,且第一半圆管1和第二半圆管2通过各自外壁上设置的定位连接部3和第一定位固定螺栓4连接在一起组成一个整体圆筒结构。其设置的定位连接部3和第一定位固定螺栓4可以为常用的箍环。
优选地,第一半圆管1和第二半圆管2采用2~3mm(例如2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm)厚铝制管材。
在本发明中,如果将装入辅助装置分段,则还需要进行每段之间的连接,不方便,本发明设置了几种型号,即装入辅助装置的长度为500mm、1000mm和1500mm三种即可,因为巷道施工的高度一般通过工艺调整不会太高,施工人员的手臂的高度加1500mm足够。在本发明中,装入辅助装置的长度可以根据施工条件自由设定,本发明对此不限定。
进一步优选,该整体圆筒结构的圆筒外直径为32mm、内直径26~28mm(例如26.2mm、26.5mm、26.8mm、27mm、27.2mm、27.5mm、27.8mm);再优选地,第一半圆管1的长度大于第二半圆管2的长度。
再优选地,第一半圆管1比第二半圆管2长100~150mm(例如105mm、110mm、115mm、120mm、125mm、130mm、140mm)。第一半圆管1和第二半圆管2通过对应的定位连接部位3、且通过第一定位固定螺栓4连接在一起。
也就是说,该装入辅助装置用两个半圆长管通过外壁箍环相连固定,半圆长管采用2~3mm厚铝制管材,通过半圆箍环固定在一起,组成一个整圆筒,圆筒外直径32mm,内直径26~28mm,两个半圆其中一个长度长,一个长度短。即该装入辅助装置的两端仍是半圆管,中间部分是整圆筒。在本发明中为何要将第一半圆管1、第二半圆管2设置成一长一短,这主要是基于现场锚固施工时,通常选用20mm或22mm直径的锚杆,锚洞一般采用直径32mm的钻头打洞,辅助装置的半圆管有一定厚度,不同型号锚固剂外直径为25~28mm之间,为了方便锚固剂装入,辅助管外径和施工锚洞大小一样,如果辅助管长度一致,则辅助管对准装入锚洞就不方便,设计成两头长度不一样就可以使得一端插入锚洞方便,另一端放入锚固剂也方便。
在本发明中,还设计了一种锚杆推进辅助装置如图3-图8所示,在现场施工主要靠锚杆钻机,顶部锚杆钻机一般适用于肩窝以上部位支护施工,帮部锚杆钻机可以在帮部使用,但在施工全长锚固时,推进力较弱,这里设计一种辅助推进装置使顶部锚杆钻机能使用到帮部支护中。在本发明中肩窝和帮部均为本领域的专业技术名词,肩窝是指巷道肩窝,实际生产中巷道是直墙半圆拱,直墙以上就是肩窝和顶部;帮部是指巷道帮部,就是直墙部分。
在本发明中设计的的锚杆的推进辅助装置包括:
锚杆转机固定台6,用于固定锚杆转机;
支撑装置,支撑装置起支撑作用,该支撑装置具体包括多根立柱5、倾斜设置的支撑腿14和锚杆转机固定台支撑13;多根立柱5均匀分布设置在锚杆转机固定台6的两侧面,且在锚杆转机固定台6的两侧面的立柱数量、位置相对应,锚杆转机固定台支撑13横架设在对应设置的锚杆转机固定台6的两侧面的两根立柱5中间,锚杆转机固定台6放置在多根锚杆转机固定台支撑13上面;倾斜设置的支撑腿14与锚杆转机固定台6的一端部的下表面连接;
挡板10,挡板10竖立设置在锚杆转机固定台6的一端部的上表面上,且在挡板10的中间位置处设置有锚杆转机固定孔11。
进一步优选地,在立柱5上设置有摩擦定位环7,且摩擦定位环7与立柱5依靠摩擦力进行连接。且横架设在两根立柱5之间的锚杆转机固定台支撑13是通过立柱5上设置的摩擦定位环7与立柱5连接起来的。
在本发明中,因为锚杆转机固定台支撑13要支撑锚杆转机固定台6上锚杆钻机的重量,锚杆转机固定台支撑13与摩擦定位环7相连,摩擦定位环7通过摩擦力传给立柱5,最后传到地面。本发明为何使用摩擦定位环7,而不使用螺母或其他卡键,主要原因是摩擦定位环7在立柱5上的设置位置与推进辅助使用场所有关,比如:所用场所地面有坡度,则四根立柱的摩擦定位环的位置不同,通过调整,能保证推进辅助装置上的锚杆钻机推进角度与锚洞的角度一致。
优选地,立柱5的底部设置有抓地三角爪8,支撑腿14的底部设置有万向抓地爪15。支撑腿14与万向抓地爪15通过万向接头连接。该抓地三角爪8和万向抓地爪15的设置能更好的使该推进装置抓牢地面,提高放置时的稳定性。再优选地,立柱5通过螺纹与抓地三角爪8相连。
在本发明中,锚杆转机固定台6上还设置有半圆箍9。半圆箍9与锚杆转机固定台6通过第二定位固定螺栓16连接,第二定位固定螺栓16穿过定位固定螺孔17。在施工时,锚杆转机要固定在锚杆转机固定台6上,本发明的半圆箍9是为了固定锚杆钻机,锚杆钻机是一种矿上井下专用的施工设备。
在本发明中,挡板10通过固定三角铁18焊接在锚杆转机固定台6上。
在本发明中,支撑腿14通过支撑腿连接轴19与锚杆转机固定台6连接。支撑腿连接轴19和支撑腿与连接轴连接处20对齐并采用螺栓进行连接即可。
在本发明中,锚杆转机固定台6与锚杆转机固定台支撑13通过第二定位固定螺栓16连接。
在本发明的具体实施例中,优选,立柱5的数量为4根,锚杆转机固定台支撑13为2根,在锚杆转机固定台6量侧面分别竖立着两根立柱5。
在本发明中,通过立柱5可以调节平台保持锚杆转机固定台6水平,适应现场工作环境,通过前后锚杆转机固定台支撑13的旋转可以使得锚杆转机固定台13调节不同角度,适应现场帮部支护。
在本发明中,该推进辅助装置是主要推动锚杆的装置,推进辅助装置只是提供一个固定锚杆钻机,并给锚杆钻机提供支护反力的装置。
因为在全长锚固支护中,锚固剂要塞满锚洞,所以锚杆在推入的过程中受到的阻力较大,设计辅助推进装置能配合锚杆转机使用,大大减小锚固剂的推入阻力(现有的正常施工现场是人工使用锚杆转机推入使用,费时费力)。
本发明设计的全长锚固树脂锚固剂的推进辅助装置使用方法如下:将推进辅助装置依据巷道地形架设,保证锚杆钻进机固定台6与支护锚洞角度一致;然后将锚杆钻机固定在锚杆钻进机固定台6上,施工人员站在推进辅助装置一边(推进辅助装置平台一般高度在人的腰和胸之间都行)进行操作即可。本发明设计的装置简单、操作方便,且能显著提高工作效率和施工质量。
实施例1
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)混合树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂20份;酚醛环氧乙烯基酯树脂80份。
2)石粉,500份;其中,粗石粉,250份;细石粉,250份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.8份;DMT,0.2份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.5份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌35分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌10分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6wt%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量2wt%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,树脂胶泥和固化剂分开放置,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂。
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度53mm,固化后的锚固剂的抗压强度63Mpa,热稳定性良好。
实施例2
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)混合树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,30份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,70份。
2)石粉,500份;其中,粗石粉,250份;细石粉,250份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.7份;DMT,0.3份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.5份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌30分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌15分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量3%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂。
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度52mm,固化后的锚固剂的抗压强度64Mpa,热稳定性良好。
实施例3
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,40份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,60份。
2)石粉,500份;其中,粗石粉,250份;细石粉,250份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.6份;DMT,0.4份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.5份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌30分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌12分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量2%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度53mm,固化后的锚固剂的抗压强度65.8Mpa,热稳定性良好。
实施例4
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,20份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,80份。
2)石粉,530份;其中,粗石粉,250份;细石粉,280份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.8份;DMT,0.2份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.7份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌30分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌12分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量5%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度53mm,固化后的锚固剂的抗压强度68Mpa,热稳定性良好。
实施例5
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,30份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,70份。
2)石粉,530份;其中,粗石粉,250份;细石粉,280份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.7份;DMT,0.3份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.7份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌40分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌10分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量3%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度52mm,固化后的锚固剂的抗压强度69Mpa,热稳定性良好。
实施例6
本实施例一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,40份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,60份。
2)石粉,530份;其中,粗石粉,250份;细石粉,280份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.6份;DMT,0.4份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,0.7份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌35分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌15分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量5%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度53mm,固化后的锚固剂的抗压强度69.8Mpa,热稳定性良好。
实施例7
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,20份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,80份。
2)石粉,580份;其中,粗石粉,270份;细石粉,290份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.8份;DMT,0.2份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,1.0份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌38分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌14分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量4%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度53mm,固化后的锚固剂的抗压强度71.7Mpa,热稳定性良好。
实施例8
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,30份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,70份。
2)石粉,580份;其中,粗石粉,270份;细石粉,290份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.7份;DMT,0.3份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,1.0份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌38分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌15分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量2%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度52mm,固化后的锚固剂的抗压强度72.4Mpa,热稳定性良好。
实施例9
本实施例提供一种耐热高强全长锚固树脂锚固剂,按重量份数计,耐热高强全长锚固树脂锚固剂由如下原料组份组成:
1)树脂,100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂,40份;酚醛环氧乙烯基酯树脂,60份。
2)石粉,580份;其中,粗石粉,270份;细石粉,290份。
3)促进剂,1份;其中,DMA,0.6份;DMT,0.4份组成
4)纳米SiO2,1份;
5)添加剂,1.0份;其中,添加剂为KH-570型硅烷偶联剂。
将耐热高强全长锚固树脂锚固剂的所有原料组份按照配比分别称重计量,将PET型不饱和聚酯树脂、酚醛环氧乙烯基酯树脂、促进剂DMA、促进剂DMT、纳米SiO2和偶联剂于常温下通过转速在1200转/分钟以上快速搅拌器进行搅拌混合,分散搅拌30分钟,使其充分均匀分散,得混合物,接着将称取的石粉与混合物进行混合,并在锚固剂搅拌机中搅拌15分钟,得到树脂锚固剂胶泥;
将树脂胶泥质量5%的固化剂(固化剂为过氧化苯甲酰与2.4-二氯过氧化苯甲酰、碳酸钙和乙二醇的混合物,其中混合物中过氧化苯甲酰含量为6%,2.4-二氯过氧化苯甲酰含量3.5%,碳酸钙与乙二醇的含量比例为2:1)与树脂胶泥装入到双层薄膜袋中,并将双层薄膜袋的两端封口后,就制备得到耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂
本实施例中制备的耐热高强全长锚固树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度51mm,固化后的锚固剂的抗压强度73.5Mpa,热稳定性良好。
对照例1
对照例1与实施例1的区别在于:对照例1中的混合树脂100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂100份;不添加酚醛环氧乙烯基酯树脂。其他方法步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本对照例1中制备的树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度54mm,常温抗压强度61.5Mpa,但随着环境温度升高,自身抗压强度和锚固力将大幅度下降。
对照例2
对照例2与实施例4的区别在于:对照例2中的混合树脂100份;其中,酚醛环氧乙烯基酯树脂100份;不添加PET型不饱和聚酯树脂。其他方法步骤与实施例4相同,在此不再赘述。
本对照例中树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度52mm,酚醛环氧乙烯基酯树脂中含不饱和双键相对PET型不饱和聚酯树脂少,若要达到国家标准的固化时间,添加固化剂量较多,而且树脂锚固剂固化后抗压强度为60Mpa,低于混合树脂或单一PET型树脂的锚固剂。针对本发明实施例混合树脂(PET型和FX型树脂的混合物)或对照例1的单一PET型树脂的锚固剂也进行了试验验证。
对照例3
对照例3与实施例6的区别在于:对照例3中的混合树脂100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂100份;不添加KH-570型硅烷偶联剂。其他方法步骤与实施例6相同,在此不再赘述。
本对照例即为现在正在生产使用的端锚锚固型树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度大,稠度值为40mm。锚固剂胶凝后随温度升高,自身抗压强度和锚固力将大幅度下降。
对照例4
对照例4与实施例9的区别在于:对照例4中的石粉400份;其中,粗石粉200份;细石粉200份;混合树脂100份;其中,PET型不饱和聚酯树脂100份;不添加KH-570型硅烷偶联剂。其他方法步骤与实施例9相同,在此不再赘述。
本对照例即为现在正在生产使用的全长锚固型树脂锚固剂,在标准温度(22±1)℃下树脂胶泥稠度50mm,由于石粉含量低,树脂锚固剂固化后抗压强度为58Mpa,而且随着环境温度的升高,自身抗压强度和锚固力将大幅度下降。
本发明中实施例中所使用的PET树脂为美亚高新材料股份有限公司生产的,酚醛环氧乙烯基酯树脂为南通方鑫化工有限公司生产的FX-470。
上述各个实施例中所制备的制品的各项性能列于下表3。
表3各实施例与对照例性能指标检验结果
综上所述,本发明针对高地温、高地压复杂地质条件下全长锚固支护工艺的树脂锚固剂应用中存在的问题,提供了一种耐高温、高强度全长锚固型树脂锚固剂及其支护体系,解决上述问题,主要是要提高树脂锚固剂固化前流动性问题和锚固剂固化后的耐热、强度低问题,并解决现场施工中的锚固剂安装问题,本发明通过引入酚醛环氧乙烯基酯树脂提高其耐热温度,并引入硅烷偶联剂KH-570,在优化配比后的锚固剂配比下,使其生产的锚固剂能适应高地温、高地压复杂地质条件下全长锚固支护体系要求,并设计锚固剂装入及锚杆推进辅助装置,配合现场已有机具,能够快速、省力实现全长锚固支护,为煤矿深部开采提供强有力的安全保证。
在本发明的具体方案中:
(1)树脂不仅用常规PET型不饱和聚酯树脂,还引入酚醛环氧乙烯基酯树脂配制混合树脂,通过不饱和聚酯树脂快速固化体系实现快速锚固。PET型不饱和聚酯树脂成本低,力学性能好,粘结性好,但耐热性很差,酚醛环氧乙烯基酯树脂耐热性好,强度一般,将两者结合通过固化剂凝固,形成的混合树脂性能优良。
本发明中锚固剂成分中采用的混合树脂中酚醛环氧乙烯基酯树脂中不饱和双键较少,本发明通过调整固化剂和促进剂量,来调整锚固剂凝胶时间,以此达到现场快速支护的要求,从而可实现快速锚固,中速锚固。本发明中的锚固剂主要用于深部矿井支护,凝胶时间一般在41~180s内。
(2)硅烷偶联剂KH-570的应用,一方面能提高液态树脂对被粘物石粉的浸润效果,如果能获得完全的浸润,那么树脂对高能表面的物理吸附将提供高于有机树脂的内聚强度的粘接强度。另一方面偶联剂含有分别与有机物和无机物相结合的不同的官能团与聚合分子键合,以获得良好的界面结合,偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁似的作用。因此本发明使用偶联剂,可以在不降低石粉用量的情况下,提高树脂锚固剂自身流动性。
(3)本发明通过试验比较树脂和石粉,及粗、细石粉不同比例的力学性能,最终确定了石粉和树脂比例、石粉粗细颗粒比例。树脂与石粉比例一定时,酚醛环氧乙烯基酯的强度低于混合树脂或单一PET型树脂的锚固剂。在树脂型号与比例一定时,组份配比中石粉含量越高,通常强度会大些。
(4)本发明耐热、高强度全长锚固型树脂锚固剂的制备方法,方法步骤简便、易操作、工艺成本低。
通过本发明的技术方案制备出的耐热、高强度、全长锚固型锚固剂,性能优异,其中“全长锚固型”锚固剂是有别于端头锚固型锚固剂,与对照例4方法制备的树脂锚固剂相比,本发明的新型树脂锚固剂在22℃、50℃、80℃和110℃时抗压强度分别提高了20.4%、82.5%、118.2%和237.5%,具体是在不同温度下分别达到77.5、71.5、60、50.6MPa;锚固力在22℃、50℃、80℃和110℃时分别提高了4.7%、8.7%、40.2%和62.9%。
(5)采用本发明提供的技术方案进行井下支护施工顶部和帮部施工工艺,更加方便、快捷、省力。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。