CN111412001B - 具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷及安装方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷及安装方法，药卷：催化剂药卷体和树脂胶泥药卷体相互卷曲形成双组分包装药卷，且首端之间和尾端之间通过两个紧固卡扣卡固，附加层由涂覆在树脂胶泥药卷体的内侧表面的胶体和通过所述胶体黏附于树脂胶泥药卷体的内侧表面若干个钢粒组成。方法：预制钻孔、添加预制药卷、获取钻机作业过程中转速、推进速度和旋转时间；利用计算机确定出保证相对较快推进速度下的转速，并确定常量a和调整系数k；制作符合工况的药卷；进行实际安装作业。该药卷和方法可以显著提高聚酯薄膜的破碎程度，并能增强锚固力；该方法可以有效增加锚固剂的力学性能，能有效消除传统的裹覆效应。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道锚固支护技术领域，具体涉及一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷及方法。
背景技术
矿用树脂锚固剂是一种双组份黏结材料，并由聚酯薄膜分隔为两室。在现场应用时，将树脂锚固剂塞入预先钻设好的钻孔中，再插入锚杆，而后锚杆在锚杆钻机的带动下高速旋转，将聚酯薄膜搅碎，使双组份黏结材料混合产生化学反应，最终将锚杆和钻孔紧密黏结为一体产生支护效应。不同于传统的水泥药卷或者灌浆法，矿用树脂锚固剂最快可以在半分钟内凝固并紧密黏结锚杆和钻孔内壁，因此可以在短时间内迅速产生支护效应。这一特性使其在应用于煤矿巷道和软岩工程时尤其具有优越性。
在上述过程中，聚酯薄膜的破碎度对最终锚固效果的好坏起着至关重要的作用。聚酯薄膜的破碎度高低与锚杆转速、锚杆推进力、锚杆触底后的旋转持续时间有着紧密的关联。锚杆的转速越高、推进力越小(推进速度慢)、锚杆触底后的旋转持续时间越长，则聚酯薄膜的破碎程度就越高。
然而，这些理想的情形在煤矿实际锚固工程中却很难做到，其主要原因如下：第一，煤巷锚固要求及时支护，所采用的锚固剂在钻孔最底部的一定是快速锚固剂，最快能在不到一分钟内完全凝固，在如此短的时间内是无法实现长时间的触底旋转，同时，采用较慢的推进速度也是非常不现实的。第二，矿用锚杆外形无锋利边角，因而无法完全破碎聚酯薄膜。这一现象在煤巷锚固中尤为常见，煤巷钻孔往往会发生局部塌孔导致钻孔直径扩大的现象，进而使锚杆无法有效接触聚酯薄膜并将其搅拌破碎。由于矿用锚杆多为左旋无纵筋螺纹式钢锚杆，仅有边缘相对圆润的横肋在锚杆旋转的时候充当刀刃效应，由于这些横肋没有尖锐的几何外形，因而无法有效的撕裂聚酯薄膜，反而使聚酯薄膜大范围裹覆在杆体上并随着杆体一起旋转。第三，锚杆钻机功率的限制，锚杆钻机的额定功率决定了在转速和推进力之间的矛盾性，转速越大，推进力则越小，这导致在加长锚固和全长锚固的应用中经常发生锚杆尚未完全钻进锚固剂就已经凝固的现象，进而会导致钻孔的报废。综上可知，必须在保证有效转速的前提下，最大程度的破碎聚酯薄膜，还需要有足够的推进力，这样才能在锚固剂的两组分充分反应时就将锚杆送入钻孔底部。但是无论是从钻进性能改进方面，还是从改进锚固剂封装方式的层面上，都无法提出一个有效的解决方案。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，该药卷可以显著提高聚酯薄膜的破碎程度，并能增强锚固力；该方法可以有效增加锚固剂的力学性能，能有效消除传统的裹覆效应。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，包括催化剂药卷体、树脂胶泥药卷体和附加层，所述催化剂药卷体由催化剂封装薄膜和封装在催化剂封装薄膜内部中的催化剂组成，所述树脂胶泥药卷体由树脂胶泥封装薄膜和封装在树脂胶泥封装薄膜内部中的树脂胶泥组成，所述催化剂药卷体和树脂胶泥药卷体相互卷曲形成双组分包装药卷，且首端之间和尾端之间通过两个紧固卡扣卡固；
所述附加层由涂覆在树脂胶泥药卷体的内侧表面的胶体和通过所述胶体黏附于树脂胶泥药卷体的内侧表面若干个钢粒组成。
进一步，为了有效的提高破碎能力，所述若干个钢粒从筒形容纳腔体的首端到尾端的填充密度按照反比函数关系
进行布置，其中，D为树脂胶泥中钢粒密度，k为调整系数，L为锚固剂长度，a为大于1的常量，v1为锚杆钻机转速，v2为锚杆钻机推进速度。
进一步，为了具有较强的破碎能力，所述钢粒的含碳量为0.6％～0.8％，其外层镀锌，为三菱柱型，其高度为1.0～1.4mm，其顶面和底面均为等腰三角形，且等腰三角形的底角角度为45°～75°，腰长为钢粒高度的0.9～1.1倍。
进一步，为了提高增强锚固剂的力学性能，当钢粒高度为1.0mm时，若干个钢粒的重量与树脂胶泥和催化剂重量之和的配比为0.25；当钢粒高度为1.4mm，若干个钢粒的重量与树脂胶泥和催化剂重量之和的配比为0.1；当钢粒高度介于1.0mm和1.4mm之间时，若干个钢粒的重量与树脂胶泥和催化剂重量之和的配比按照钢粒高度的增加呈线性等比递减。
作为一种优选，所述催化剂封装薄膜和树脂胶泥封装薄膜材质均为聚酯材料制成。
作为一种优选，所述胶体为高黏度丙烯酸压敏胶。
由于所添加的钢粒的填充密度从锚固剂的尾端到头端符合反比例函数关系，进而左旋无纵筋锚杆在旋转过程中能够充分地将锚固剂往孔底方向带入。因此，在搅拌过程中钢粒也能够被往孔底方向带入。由于钢粒的设置符合反比例函数的分布关系使得近孔底部分也能够在后期搅拌中被引入更多钢粒，能进一步辅助该部分封装薄膜的破碎，也使得该部分的锚固剂更加厚实。从而使整个锚固段的封装薄膜都被破碎的相对彻底，局部封装薄膜的裹覆问题也能够得到有效解决。本发明通过在常规的树脂锚固剂中添加特定尺寸和特定外形的钢粒实现了辅助破碎封装薄膜的功能，进而能在锚杆的安装过程中，钢粒在锚杆杆体的转动下能快速旋转并充当刀刃的作用，从而有效破碎封装薄膜，扩大了锚固剂与钻孔壁之间的黏结面积，消除了传统裹覆效应。同时，由于添加了钢粒，在特定重量配比和尺寸下，锚固剂的力学性能不但不会削弱，还会增强。另外，多余的锚固剂也能够渗入近孔底部分的钻孔壁缝隙中，从而大幅增加该位置附近的锚固能力，对整体锚固效果是极为有利的。
本发明提供了一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的安装方法，包括以下步骤：
步骤一：在煤矿巷道围岩中钻孔，按照规程吹孔，洗孔，保持钻孔的直线度和清洁度；
步骤二：在钻孔中塞入预先制备的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，并保持锚固药卷的首端先进入钻孔，多个锚固药卷依次塞入，相邻锚固药卷之间首端和尾端相接；
步骤三：在锚杆钻机上增设转速传感器和推进速度传感器，并使其均与数据处理模块连接，便于通过接入数据处理模块实时显示并记录当前转速、当前推进速度及当前孔累计旋转时间；
步骤四：将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在钻孔期间加大推力使转速下降趋于停转，之后再降低推力使转速上升恢复正常，该流程执行一次即可；安设完毕后，通过数据处理模块导出该安设过程中转速、推进速度、累计旋转的时间参数，并将其导入计算机绘制曲线进行分析，其中横轴为时间参数，纵轴为转速及推进速度参数；在曲线中找到转速曲线和推进速度曲线的第一个交点，利用该交点所对应的转速和推进速度代入关系式
中，并结合所添加钢粒总重量、锚固剂的总长度、调整系数来综合确定常量a，其中调整系数k范围为0.8～1.2之间，依据工人操作水平、钻孔成孔质量、钻机性能、钻孔含水量诸多现场参数进行实际调整，当上述现场参数相对理想时，k取大值，当上述参数相对较差时，k取小值；
步骤五：根据钢粒密度函数
调整预先制备的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的钢粒密度，制造符合特定现场工况的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷；
步骤六：进行实际安装作业，将步骤五中得到的符合特定现场工况的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷按照步骤二中的方式装配在钻孔中，再将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在旋入后，保持钻机旋转状态，使锚杆的旋转状态在孔底保持10～15秒后停止，而后按照常规方式安设托盘、螺母，并预紧。
本方法克服了传统树脂锚固剂在工程中经常出现的封装薄膜裹覆效应，所添加的钢粒充当了刀刃，在锚杆的转动下能够将封装薄膜破碎，能有效消除传统的裹覆效应，同时，还增加锚固剂与钻孔壁的黏结力，使锚固剂能够渗入孔壁裂隙，有效增加锚固剂的力学性能，大幅的提升了支护性能。因此，通过该安装方法，锚固剂的力学性能会增强，锚固药卷封装薄膜的裹覆效应会大大降低，经济成本低，技术效果明显，推广应用价值明显。
附图说明
图1是本发明中具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的结构示意图；
图2是本发明添加不同尺寸和不同重量钢粒条件下树脂锚固剂的单轴压缩峰值强度分布曲线；
图3是图1展开状态下的封装薄膜及黏附于封装薄膜上的钢粒的示意图；
图4是本发明中黏附于封装薄膜上的钢粒沿着锚固药卷长度方向上的密度分布曲线；
图5是本发明中钢粒的立体结构图；
图6是图5的正视图；
图7是图5的俯视图。
图中：1、催化剂，2、树脂胶泥，3、钢粒，4、树脂胶泥封装薄膜，5、催化剂封装薄膜，6、紧固卡扣，7、尾端，8，首端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图7所示，一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，包括催化剂药卷体、树脂胶泥药卷体和附加层；所述催化剂药卷体由催化剂封装薄膜5和封装在催化剂封装薄膜5内部中的催化剂1组成，所述树脂胶泥药卷体由树脂胶泥封装薄膜4和封装在树脂胶泥封装薄膜4内部中的树脂胶泥2组成，所述催化剂药卷体和树脂胶泥药卷体相互卷曲形成双组分包装药卷，双组分包装药卷的首端8之间和尾端7之间通过两个紧固卡扣6卡固；
所述附加层由涂覆在树脂胶泥药卷体的内侧表面的胶体和通过所述胶体黏附于树脂胶泥药卷体的内侧表面若干个钢粒3组成。
为了有效的提高破碎能力，所述若干个钢粒3从双组分包装药卷的首端8到尾端7的填充密度按照反比函数关系
进行布置，其中，D为树脂胶泥中钢粒密度，k为调整系数，L为锚固剂长度，a为大于1的常量，v1为锚杆钻机转速，v2为锚杆钻机推进速度。
为了具有较强的破碎能力，所述钢粒3的含碳量为0.6％～0.8％，其外层镀锌，为三菱柱型，其高度为1.0～1.4mm，其顶面和底面均为等腰三角形，且等腰三角形的底角角度为45°～75°，腰长为钢粒高度的0.9～1.1倍。
为了提高增强锚固剂的力学性能，当钢粒3高度为1.0mm时，若干个钢粒3的重量与树脂胶泥2和催化剂1重量之和的配比为0.25；当钢粒3高度为1.4mm，若干个钢粒3的重量与树脂胶泥2和催化剂1重量之和的配比为0.1；当钢粒3高度介于1.0mm和1.4mm之间时，若干个钢粒3的重量与树脂胶泥2和催化剂1重量之和的配比按照钢粒3高度的增加呈线性等比递减。
作为一种优选，所述催化剂封装薄膜5和树脂胶泥封装薄膜4材质均为聚酯材料制成。
作为一种优选，所述胶体为高黏度丙烯酸压敏胶。
在该技术方案中，由于所添加钢粒边角比较尖锐且尺寸合适，能够起到刀刃作用破碎锚固剂的封装薄膜。通过多次实验表明当钻孔和杆体的推荐直径差为6～8mm时，所添加钢粒尺寸不会对锚杆钻进造成卡住现象，同时不会大幅增加锚杆钻机的功率。另外，当煤巷掘进过程中采用掘锚一体机的情形下，更不可能造成卡住现象，也不会对钻机造成影响。在锚杆钻进时，由于钢粒黏附在封装薄膜内侧，能够第一时间与封装薄膜接触并搅动后者破碎，将薄膜破碎为小块，进而有效的消除裹覆效应。
本发明还提供了一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的安装方法，包括以下步骤：
步骤一：在煤矿巷道围岩中钻孔，按照规程吹孔，洗孔，保持钻孔的直线度和清洁度；
步骤二：在钻孔中塞入预先制备的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，并保持锚固药卷的首端8先进入钻孔，多个锚固药卷依次塞入，相邻锚固药卷之间首端8和尾端7相接，塞入锚固药卷的卷数依据工程条件和锚固质量要求而定；
步骤三：在锚杆钻机上增设转速传感器和推进速度传感器，并使其均与数据处理模块连接，便于通过接入数据处理模块实时显示并记录当前转速、当前推进速度及当前孔累计旋转时间；
步骤四：将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在钻孔期间加大推力使转速下降趋于停转，之后再降低推力使转速上升恢复正常，该流程执行一次即可；安设完毕后，通过数据处理模块导出该安设过程中转速、推进速度、累计旋转的时间参数，并将其导入计算机绘制曲线进行分析，其中横轴为时间参数，纵轴为转速及推进速度参数；在曲线中找到转速曲线和推进速度曲线的第一个交点，利用该交点所对应的转速和推进速度代入关系式
中，并结合所添加钢粒3总重量、锚固剂的总长度、调整系数来综合确定常量a，其中调整系数k范围为0.8～1.2之间，依据工人操作水平、钻孔成孔质量、钻机性能、钻孔含水量诸多现场参数进行实际调整，当上述现场参数相对理想时，k取大值，当上述参数相对较差时，k取小值；
步骤五：根据钢粒7密度函数
调整预先制备的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的钢粒密度，制造符合特定现场工况的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷；
步骤六：进行实际安装作业，将步骤五中得到的符合特定现场工况的一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷按照步骤二中的方式装配在钻孔中，再将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在旋入后，保持钻机旋转状态，使锚杆的旋转状态在孔底保持10～15秒后停止，而后按照常规方式安设托盘、螺母，并预紧。
本方法克服了传统树脂锚固剂在工程中经常出现的封装薄膜裹覆效应，所添加的钢粒充当了刀刃，在锚杆的转动下能够将封装薄膜破碎，能有效消除传统的裹覆效应，同时，还增加锚固剂与钻孔壁的黏结力，使锚固剂能够渗入孔壁裂隙，有效增加锚固剂的力学性能，大幅的提升了支护性能。因此，通过该安装方法，锚固剂的力学性能会增强，锚固药卷封装薄膜的裹覆效应会大大降低，经济成本低，技术效果明显，推广应用价值明显。
Claims (1)
1.一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的安装方法，所述具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷包括催化剂药卷体、树脂胶泥药卷体和附加层，所述催化剂药卷体由催化剂封装薄膜（5）和封装在催化剂封装薄膜（5）内部中的催化剂（1）组成，所述树脂胶泥药卷体由树脂胶泥封装薄膜（4）和封装在树脂胶泥封装薄膜（4）内部中的树脂胶泥（2）组成，所述催化剂药卷体和树脂胶泥药卷体相互卷曲形成双组分包装药卷，双组分包装药卷的首端（8）之间和尾端（7）之间通过两个紧固卡扣（6）卡固；所述附加层由涂覆在树脂胶泥药卷体的内侧表面的胶体和通过所述胶体黏附于树脂胶泥药卷体的内侧表面若干个钢粒（3）组成；其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在煤矿巷道围岩中钻孔，按照规程吹孔，洗孔，保持钻孔的直线度和清洁度；
步骤二：在钻孔中塞入预先制备的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷，并保持锚固药卷的首端（8）先进入钻孔，多个锚固药卷依次塞入，相邻锚固药卷之间首端（8）和尾端（7）相接；
步骤三：在锚杆钻机上增设转速传感器和推进速度传感器，并使其均与数据处理模块连接，便于通过接入数据处理模块实时显示并记录当前转速、当前推进速度及当前孔累计旋转时间；
步骤四：将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在钻孔期间加大推力使转速下降趋于停转，之后再降低推力使转速上升恢复正常，该流程执行一次即可；安设完毕后，通过数据处理模块导出该安设过程中转速、推进速度、累计旋转的时间参数，并将其导入计算机绘制曲线进行分析，其中横轴为时间参数，纵轴为转速及推进速度参数；在曲线中找到转速曲线和推进速度曲线的第一个交点，利用该交点所对应的转速和推进速度代入关系式
中，并结合所添加钢粒（3）总重量、锚固剂的总长度、调整系数来综合确定常量a，其中调整系数k范围为0.8～1.2之间，依据工人操作水平、钻孔成孔质量、钻机性能、钻孔含水量诸多现场参数进行实际调整，当上述现场参数相对理想时，k取大值，当上述参数相对较差时，k取小值；
步骤五：根据钢粒（7）密度函数
，调整具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷的钢粒密度，制造符合特定现场工况的具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷；
步骤六：进行实际安装作业，将步骤五中得到的符合特定现场工况的一种具有辅助破碎封装薄膜功能的树脂锚固药卷按照步骤二中的方式装配在钻孔中，再将锚杆插入钻孔中，启动锚杆钻机，将锚杆旋入该钻孔内，在旋入后，保持钻机旋转状态，使锚杆的旋转状态在孔底保持10～15秒后停止，而后按照常规方式安设托盘、螺母，并预紧。
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