一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂及其制备方法与流程

本发明属于锚固剂制备技术领域，尤其是一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂及其制备方法。

背景技术

使用锚固剂把锚杆与锚孔围岩粘结再一起的技术属于后加固技术，该技术是利用锚固剂高强度、高粘结性等理化性能,使得锚杆与锚孔围岩等产生强大的锚固力,从而达到预留效果；其产生的高负荷承载力、不易移位、不易拔出等良好的性能不亚于管缝锚杆。由于其通过化学粘合固定,不但对被支护围岩不会产生膨胀破坏,而且对锚杆与锚孔围岩有补强作用,因此无论是在井下支护还是隐蔽工程,在安全性方面都优于机械式锚固。化学锚固还有施工简便迅速,安全且符合环保要求等优点；在现有的井巷工程施工中，大多采用不饱和聚醋双组分树脂型锚固剂,矿井下作业条件具有极大的不确定性,在井巷工程施工面常有渗水、淋水现象发生,不饱和聚醋双组分树脂型锚固剂因其本身固有的性质,在有水情况下比无水情况下凝胶时间变慢,强度增长速度变缓,最终强度也变小，不饱和聚醋双组分树脂型锚固剂含苯乙烯固化剂组份大多是有机过氧化物,有爆炸危险,同时该锚固剂还具有耐久性差，成本高，锚固料不密实，搅拌不均匀等缺点。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂。

具体通过以下方式得以实现。

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，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。

所述原料以重量份计为：磷酸镁水泥110份、外加剂6份、掺合料12份、骨料80份。

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。

所述重烧氧化镁为在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。

所述外加剂为工业级硼砂或硼酸，纯度以质量百分数计≥95％，细度为60～400目

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，养份含量≥58％，细度为60～400目。

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比2～4:1的混合物。

所述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。

所述骨料的粒径为0～2.36mm。

本发明的另一个目的是提供该磷镁材料的锚杆锚固剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取各原料放入料仓，按设计配合比计量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，运至施工现场。

(2)待锚杆孔施工完毕，把本批次锚孔所需锚固剂干混料倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶，用配置的计量杯向桶内加说明书中规定的水量，然后用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀；

(3)把浆状混合物通过塑料漏斗，装入套在模具上相配套的可溶性的塑料纸袋中，装至模具的上口，取下打结，并用10～20mm长的防水胶封口即可。

本发明锚固剂的规格如下表1：

表1

本发明有益效果

①本发明制备的磷镁材料早期和后期强度高、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。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，粉煤灰的粒径在300～1600目范围内发挥效果最好；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。采用通过筛分、整形后的精品砂，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。

②本发明通过采用磷酸镁水泥、外加剂、掺合料和骨料为原料，通过合理的配比设计，使得各成分在混合过程中相互作用，与不饱和聚醋双组分树脂锚固剂相比，具有强度高，施工方便的特点，适用矿井下复杂的地质条件，锚固剂可以根据具体的应用环境调节产品组分，进而控制凝结时间，无爆炸危险，具有良好的耐久性、成本低、锚固料密实、搅拌均匀等优点，进而可提高锚杆的抗拔能力。

③该锚固剂安装完毕后上好托盘和螺母后就可撤出锚杆机等安装设备，强度非常高且稳定，这是不饱和聚醋双组分树脂锚固剂不能相比的，2.5小时内可达到设计工作状态。

④本发明锚固剂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为本发明锚固剂制备工艺流程图

具体实施方式

下面结合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。

以下实施例采用如下磷镁材料的锚杆锚固剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取各原料放入料仓，按设计配合比计量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，运至施工现场。

(2)待锚杆孔施工完毕，把本批次锚孔所需锚固剂干混料倒入高0.4米，直径0.5米的圆形塑料桶，用配置的计量杯向桶内加说明书中规定的水量，然后用mds的小型电动搅拌器搅拌均匀；

(3)把浆状混合物通过塑料漏斗，装入套在模具上相配套的可溶性的塑料纸袋中，装至模具的上口，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2)

表2

实施例1

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，原料以重量份计为：磷酸镁水泥80kg、外加剂2kg、掺合料10kg、骨料50kg。

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。

所述重烧氧化镁为在1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为88％，细度为80目。

所述外加剂为工业级硼酸，纯度以质量百分数计≥95％，细度为60目

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，氧分含量≥57％，细度为60目。

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比2:1的混合物。

所述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。

所述骨料的粒径为0.16mm。

实施例2

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，原料以重量份计为：磷酸镁水泥120kg、外加剂15kg、掺合料15kg、骨料100kg。

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。

所述重烧氧化镁为在1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为95％，细度为400目。

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，养份含量≥58％，细度为400目。

所述外加剂为工业级硼砂，纯度以质量百分数计≥95％，细度为400目

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比4:1的混合物。

所述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。

所述骨料的粒径为1.25mm。

实施例3

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，原料以重量份计为：磷酸镁水泥80kg、外加剂15kg、掺合料10kg、骨料100kg。

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。

所述重烧氧化镁为在1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为88％，细度为400目。

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，养份含量≥58％，细度为300目。

所述外加剂为工业级硼砂，纯度以质量百分数计≥95％，细度为200目

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比2:1的混合物。

所述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800～1600目。

所述骨料的粒径为0.35mm。

实施例4

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，原料以重量份计为：磷酸镁水泥120kg、外加剂4kg、掺合料15kg、骨料50kg。

所述磷酸镁水泥为重烧氧化镁和磷酸一铵按照质量比为2：1的混合物。

所述重烧氧化镁为在1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为90％，细度为200目。

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，养份含量≥58％，细度为250目。

所述外加剂为工业级硼砂，纯度以质量百分数计≥95％，细度为350目

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比4:1的混合物。

所述粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为800目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为1600目。

所述骨料的粒径为1.10mm。

实施例5

一种基于磷镁材料的锚杆锚固剂，所述原料以重量份计为：磷酸镁水泥110kg、外加剂6kg、掺合料12kg、骨料80kg。

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。

所述重烧氧化镁为在1600℃以上煅烧过的菱镁矿，其氧化镁含量为92％，细度为250目。

所述磷酸一铵为工业产品级别的磷酸一铵，养份含量≥58％，细度为200目。

所述外加剂为工业级硼砂，纯度以质量百分数计≥95％，细度为200目

所述掺合料为粉煤灰和偏高岭土按照质量比3:1的混合物。

所述粉煤灰等级不低于二级粉煤灰，细度为1200目；偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度为1400目。

所述骨料的粒径为0.85mm。

在此有必要指出的是，以上实施例和试验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。