一种磷镁材料锚固剂锚杆制备及其施工方法与流程

本发明属于矿山工程的锚杆支护技术领域，尤其是一种磷镁材料锚固剂锚杆制备及其施工方法。

背景技术

在矿山工程中，为防止巷道围岩变形塌蹦或失稳而危及安全，对巷道围岩进行加固的一种主要的支护技术是采用锚杆支护；通过锚固剂将锚杆与锚孔围岩之间粘结结合将围岩加固起来，提高围岩的整体性，用以控制围岩变形，使之达到稳定安全状态；这种技术现在已经比较成熟，且有多种锚杆支护类型及与锚杆相适应的锚固工艺，以适应不同的围岩与不同条件的需要。

目前使用的锚杆支护多为树脂锚杆支护技术，在树脂锚杆施工中，锚固剂推进移动时，有时会因为锚固剂与锚孔围岩壁摩擦而破损，导致锚固剂提前流出而迅速凝固，使得锚杆过早的被固定，导致锚杆、锚固剂和锚孔孔都被报废，浪费人力物力财力和时间，树脂锚固剂还具有耐久性差，成本高，充盈系，搅拌不均匀、锚固剂松散不密实等缺点；通过研究，得到一种简单实用、强度高、耐久性良好、成本低、搅拌均匀、挤压密实、抗拔能力高的磷镁锚杆构造。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种磷镁材料锚固剂锚杆制备，包括以下步骤：(1)成孔；(2)锚固剂的制备；(3)锚杆杆体加工；(4)制锁环加工；(5)托盘制作；(6)锁紧螺母固定。

所述成孔采用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼。

所述锚固剂的制备，具体为：取本批次锚杆所需磷镁基锚固剂干混料，倒入塑料桶中倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶中，加如说明书中所需水量，用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀，然后通过塑料漏斗向套在模具上相配套的可溶性塑料纸袋中装料，装至模具的上口即可，取下打结，并用10～20mm长的防水胶封口即可。(制备过程中所用机具详见表1)。

搅拌用水符合砂浆搅拌用水标准，占总质量5％～10％。

所述磷镁锚固剂干混料原料以重量份计为磷酸镁水泥80～120份、外加剂2～15份、掺合料10～15份、骨料50～100份，通过计量装置计量后进入搅拌系统搅拌均匀制成干混料，采用塑料包装袋包装为每袋3-5kg。

所述磷酸镁水泥为重烧氧化镁和磷酸一铵按照质量比为1～4:1的混合物；重烧氧化镁特征为：1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为88％～95％，细度为80～400目；磷酸一铵特征为：工业产品级别的磷酸一铵，养份(以n和p2o5总量计)不低于58％，细度为60～400目。

所述外加剂为工业级别硼砂或硼酸，纯度以质量百分数不低于95％，细度为60～400目。

所述掺合料为粉煤灰、偏高岭土混合物等，特征为：粉煤灰：偏高岭土＝2～4：1，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为300～1600目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为800～1600目。

所述骨料(精品机制砂石)是砂石在加工过程中通过了筛分、整形和除尘等工序，使砂石的级配满足质量标准，砂石骨料粒型呈立方多棱体，能有效降低空隙率，增加堆积密度和抗压强度，可大大降低磷酸镁水泥的用量，同时砂石中的含粉量能得到有效控制，粒径为0～2.36mm。

所述锚杆杆体加工按照设计选用所需直径和长度选择粗螺纹钢管或螺纹钢钢筋，锚头加工成粗螺纹丝杆，丝杆长度≧600mm，锚尾为粗螺纹螺杆，丝杆长度≤50mm。

所述制锁环加工由与杆体配套的螺帽和钢制喇叭焊接而成。

所述钢制喇叭用2～3mm厚的薄钢板制作，喇叭下边缘直径比锚孔大2～4mm，在喇叭上应均匀切割4～6条3～5mm宽的均匀竖向缝(喇叭口下沿总缝宽之和≧锚孔喇叭口下沿周长－锚孔周长)，该圆锥台形所对应的圆锥母线之间的夹角是25～30度。

所述托盘用薄钢板制成，外形规格为：长×宽×厚＝120mm×120mm×6mm至长×宽×厚＝120mm×120mm×8mm。

所述锁紧螺母用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

上述方法制备的锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(1)施工用机械设备准备：除了锚固剂、锚杆杆体、制锁环、托盘等制作机具外，尚需配置凿岩设备、锚杆机和锚孔吹扫机具。

(2)用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼；

(3)对步骤(2)的孔进行清孔处理，在清孔的同时进行锚固剂的制备和制锁环安装，制锁环与锚杆为螺纹机械连接；(自锁装置的安装位置详表二)

(4)在锚孔中放入制备好的锚固剂，接着用锚杆顶起锚固剂连接锚杆机，确认连接完成后，开电用锚杆机推进，当不能再推进时，上托盘通过拧紧锚杆尾部的螺帽使托盘紧贴岩面；

(5)用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

锚固剂制备机具配制表1：

表1

锚杆自锁装置安装位置对应表如下表2：

表2

本发明有益效果

①本发明锚杆装置的自锁环不仅保证锚杆不下滑，确保在锚固剂尚未达到锚固强度前，撤离锚杆机实施托盘安装，节省锚杆安装时间。还能能使锚杆居中定位，使锚固剂均匀分布在锚杆周围。

②本发明的自锁环除具有自锁作用外，还有防漏作用和挤压作用。当锚固剂被推动至锚杆孔的底部时，锚固剂不再移动，此时，通过自锁环挤密锚固剂，使锚固剂更密实地充盈至锚孔与杆体之间的空隙内，最终将锚杆与围岩粘接在一起，自锁环有效防止锚固剂漏出，具有支护安全可靠的优点，提高了锚杆支护效果，降低了采矿工程作业中的安全隐患。

③本发明制备的磷镁材料锚固剂早期和后期强度高、凝固时间可控、性能优异。选用了高密度氧化镁与磷酸一铵，磷酸一铵与氧化镁反应速率快于同类型的磷酸一钾、磷酸一钠，采用磷酸一铵制备的强度更高，且采用氧化镁与磷酸一铵之间质量比列为1～4：1，氧化镁过量，保证磷酸盐组分完全反应彻底，未反应完的氧化镁颗粒，其自身强度高，作为骨料，产生微集料效应，进一步提高磷镁材料的强度，氧化镁颗粒细度在80～400目之间效果最优。缓凝剂采用最有缓凝效果的硼砂或硼酸，通过调整掺量，调整磷镁材料的凝固时间，在推荐使用范围内效果最好，且对强度负面影响小。采用具有反应活性的掺和料，粉煤灰和偏高岭土，粉煤灰呈现圆球状，起到填充微观空隙，同时提高磷镁材料工作性，使得磷镁材料与钢筋之间密实度提高，界面粘结更紧密，粉煤灰细度在300～1600目范围内起到的效果最好；并且粉煤灰、偏高岭土中的活性铝组分与磷镁材料中的磷酸盐和氧化镁之间发生反应，提高磷镁材料耐高温性能，特别是偏高岭土中活性铝组分多，偏高岭土细度采用800～1600目之间，即能保证细度大，活性高，也避免过高细度对工作性不利影响。采用通过筛分、整形后的精品砂，降低了砂子颗粒的棱角，制备的磷镁材料工作性好，进一步提高磷镁材料的锚固性能。

④该技术还可以消化部分产能严重过剩的磷酸一铵，提高磷酸一铵的附加值。

附图说明

图1为制锁环结构图；图中：1-喇叭椎角2-缝。

图2为托盘结构图。

图3为锚杆结构图；图中：1-锚孔，2-杆体，3-托盘，4-锁紧螺母，5-自锁环，6-锚固剂。

具体实施方式

下面结核具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种磷镁材料锚固剂锚杆制备，包括以下步骤：(1)成孔；(2)锚固剂的制备；(3)锚杆杆体加工；(4)制锁环加工；(5)托盘制作；(6)锁紧螺母固定。

所述成孔采用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼。

所述锚固剂的制备，具体为：取本批次锚杆所需磷镁基锚固剂干混料，倒入塑料桶中倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶中，加如说明书中所需水量，用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀，然后通过塑料漏斗向套在模具上相配套的可溶性塑料纸袋中装料，装至模具的上口即可，取下打结，并用10mm长的防水胶封口即可。

搅拌用水符合砂浆搅拌用水标准，占总质量10％。

所述磷镁锚固剂干混料原料以重量份计为磷酸镁水泥80kg、外加剂2kg、掺合料10kg、骨料100kg，通过计量装置计量后进入搅拌系统搅拌均匀制成干混料，采用塑料包装袋包装为每袋3kg。

所述磷酸镁水泥为重烧氧化镁和磷酸一铵按照质量比为1:1的混合物；重烧氧化镁特征为：1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为88％，细度为80目；磷酸一铵特征为：工业产品级别的磷酸一铵，养份(以n和p2o5总量计)不低于58％，细度为60目。

所述外加剂为工业级硼酸，纯度以质量百分数不低于95％，细度为60目。

所述掺合料为粉煤灰、偏高岭土混合物等，特征为：粉煤灰：偏高岭土＝2：1，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为300目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为800目。

所述骨料(精品机制砂石)是砂石在加工过程中通过了筛分、整形和除尘等工序，使砂石的级配满足质量标准，砂石骨料粒型呈立方多棱体，能有效降低空隙率，增加堆积密度和抗压强度，可大大降低磷酸镁水泥的用量，同时砂石中的含粉量能得到有效控制，粒径为0～2.36mm。

所述锚杆杆体加工按照设计选用所需直径和长度选择粗螺纹钢管或螺纹钢钢筋，锚头加工成粗螺纹丝杆，丝杆长度≧600mm，锚尾为粗螺纹螺杆，丝杆长度≤50mm。

所述制锁环加工由与杆体配套的螺帽和钢制喇叭焊接而成。

所述钢制喇叭用2mm厚的薄钢板制作，喇叭下边缘直径比锚孔大2mm，在喇叭上应均匀切割4条3mm宽的均匀竖向缝，该圆锥台形所对应的圆锥母线之间的夹角是25度。

所述托盘用薄钢板制成，外形规格为：长×宽×厚＝120mm×120mm×6mm。

所述锁紧螺母用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

上述方法制备的锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(3)施工用机械设备准备：除了锚固剂、锚杆杆体、制锁环、托盘等制作机具外，尚需配置凿岩设备、锚杆机和锚孔吹扫机具。

(4)用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼；

(3)对步骤(2)的孔进行清孔处理，在清孔的同时进行锚固剂的制备和制锁环安装，制锁环与锚杆为螺纹机械连接；

(4)在锚孔中放入制备好的锚固剂，接着用锚杆顶起锚固剂连接锚杆机，确认连接完成后，开电用锚杆机推进，当不能再推进时，上托盘通过拧紧锚杆尾部的螺帽使托盘紧贴岩面；

(5)用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

实施例2

一种磷镁材料锚固剂锚杆制备，包括以下步骤：(1)成孔；(2)锚固剂的制备；(3)锚杆杆体加工；(4)制锁环加工；(5)托盘制作；(6)锁紧螺母固定。

所述成孔采用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼。

所述锚固剂的制备，具体为：取本批次锚杆所需磷镁基锚固剂干混料，倒入塑料桶中倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶中，加如说明书中所需水量，用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀，然后通过塑料漏斗向套在模具上相配套的可溶性塑料纸袋中装料，装至模具的上口即可，取下打结，并用20mm长的防水胶封口即可。

搅拌用水符合砂浆搅拌用水标准，占总质量5％。

所述磷镁锚固剂干混料原料以重量份计为磷酸镁水泥120kg、外加剂15kg、掺合料15kg、骨料70kg，通过计量装置计量后进入搅拌系统搅拌均匀制成干混料，采用塑料包装袋包装为每袋5kg。

所述磷酸镁水泥为重烧氧化镁和磷酸一铵按照质量比为4:1的混合物；重烧氧化镁特征为：1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为95％，细度为400目；磷酸一铵特征为：工业产品级别的磷酸一铵，养份(以n和p2o5总量计)不低于58％，细度为400目。

所述外加剂为工业级别硼砂，纯度以质量百分数不低于95％，细度为400目。

所述掺合料为粉煤灰、偏高岭土混合物等，特征为：粉煤灰：偏高岭土＝4：1，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为1600目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为1600目。

所述骨料(精品机制砂石)是砂石在加工过程中通过了筛分、整形和除尘等工序，使砂石的级配满足质量标准，砂石骨料粒型呈立方多棱体，能有效降低空隙率，增加堆积密度和抗压强度，可大大降低磷酸镁水泥的用量，同时砂石中的含粉量能得到有效控制，粒径为0～1.18mm。

所述锚杆杆体加工按照设计选用所需直径和长度选择粗螺纹钢管或螺纹钢钢筋，锚头加工成粗螺纹丝杆，丝杆长度≧600mm，锚尾为粗螺纹螺杆，丝杆长度≤50mm。

所述制锁环加工由与杆体配套的螺帽和钢制喇叭焊接而成。

所述钢制喇叭用2～3mm厚的薄钢板制作，喇叭下边缘直径比锚孔大2～4mm，在喇叭上应均匀切割6条5mm宽的均匀竖向缝，该圆锥台形所对应的圆锥母线之间的夹角是30度。

所述托盘用薄钢板制成，外形规格为：长×宽×厚＝120mm×120mm×8mm。

所述锁紧螺母用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

上述方法制备的锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(5)施工用机械设备准备：除了锚固剂、锚杆杆体、制锁环、托盘等制作机具外，尚需配置凿岩设备、锚杆机和锚孔吹扫机具。

(6)用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼；

(3)对步骤(2)的孔进行清孔处理，在清孔的同时进行锚固剂的制备和制锁环安装，制锁环与锚杆为螺纹机械连接；(自锁装置的安装位置详表二)

(4)在锚孔中放入制备好的锚固剂，接着用锚杆顶起锚固剂连接锚杆机，确认连接完成后，开电用锚杆机推进，当不能再推进时，上托盘通过拧紧锚杆尾部的螺帽使托盘紧贴岩面；

(5)用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

实施例3

一种磷镁材料锚固剂锚杆制备，包括以下步骤：(1)成孔；(2)锚固剂的制备；(3)锚杆杆体加工；(4)制锁环加工；(5)托盘制作；(6)锁紧螺母固定。

所述成孔采用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼。

所述锚固剂的制备，具体为：取本批次锚杆所需磷镁基锚固剂干混料，倒入塑料桶中倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶中，加如说明书中所需水量，用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀，然后通过塑料漏斗向套在模具上相配套的可溶性塑料纸袋中装料，装至模具的上口即可，取下打结，并用10～20mm长的防水胶封口即可。

搅拌用水符合砂浆搅拌用水标准，占总质量7％。

所述磷镁锚固剂干混料原料以重量份计为磷酸镁水泥100kg、外加剂15kg、掺合料10kg、骨料50kg，通过计量装置计量后进入搅拌系统搅拌均匀制成干混料，采用塑料包装袋包装为每袋4kg。

所述磷酸镁水泥为重烧氧化镁和磷酸一铵按照质量比为3:1的混合物；重烧氧化镁特征为：1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为88％，细度为400目；磷酸一铵特征为：工业产品级别的磷酸一铵，养份(以n和p2o5总量计)不低于58％，细度为300目。

所述外加剂为工业级别硼砂，纯度以质量百分数不低于95％，细度为200目。

所述掺合料为粉煤灰、偏高岭土混合物等，特征为：粉煤灰：偏高岭土＝2：1，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为1600目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为1300目。

所述骨料(精品机制砂石)是砂石在加工过程中通过了筛分、整形和除尘等工序，使砂石的级配满足质量标准，砂石骨料粒型呈立方多棱体，能有效降低空隙率，增加堆积密度和抗压强度，可大大降低磷酸镁水泥的用量，同时砂石中的含粉量能得到有效控制，粒径为0～0.6mm。

所述锚杆杆体加工按照设计选用所需直径和长度选择粗螺纹钢管或螺纹钢钢筋，锚头加工成粗螺纹丝杆，丝杆长度≧600mm，锚尾为粗螺纹螺杆，丝杆长度≤50mm。

所述制锁环加工由与杆体配套的螺帽和钢制喇叭焊接而成。

所述钢制喇叭用2～3mm厚的薄钢板制作，喇叭下边缘直径比锚孔大2～4mm，在喇叭上应均匀切割5条4mm宽的均匀竖向缝，该圆锥台形所对应的圆锥母线之间的夹角是27度。

所述托盘用薄钢板制成，外形规格为：长×宽×厚＝120mm×120mm×7mm。

所述锁紧螺母用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

上述方法制备的锚杆的施工方法，包括以下步骤：

(7)施工用机械设备准备：除了锚固剂、锚杆杆体、制锁环、托盘等制作机具外，尚需配置凿岩设备、锚杆机和锚孔吹扫机具。

(8)用凿岩设备按设计要求的锚孔直径、锚杆间距、排距及孔深进行打眼；

(3)对步骤(2)的孔进行清孔处理，在清孔的同时进行锚固剂的制备和制锁环安装，制锁环与锚杆为螺纹机械连接；(自锁装置的安装位置详表二)

(4)在锚孔中放入制备好的锚固剂，接着用锚杆顶起锚固剂连接锚杆机，确认连接完成后，开电用锚杆机推进，当不能再推进时，上托盘通过拧紧锚杆尾部的螺帽使托盘紧贴岩面；

(5)用与锚杆配套的螺母与锚杆的外螺纹通过粗螺纹旋转固定。

在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。