【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于礦用材料，具體涉及一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料。
技術(shù)介紹
0、技術(shù)背景
1、隨著開采深度的提升，煤礦巷道遇到軟巖、強采動、大變形等工程難題的幾率大大增加，出現(xiàn)錨桿錨索破斷、錨固脫黏等錨固失效等問題，成為煤礦支護(hù)安全亟待解決的難題。為了降低深井軟巖開挖后的損傷，及時控制圍巖變形，需要強初撐、急增阻、高阻力的支護(hù)技術(shù)，以防止圍巖損傷變形過大。然而，傳統(tǒng)端錨支護(hù)在這種工程條件下出現(xiàn)適應(yīng)性不足的問題。相比于端錨，全長錨固技術(shù)更具優(yōu)勢，能夠有效提高錨固系統(tǒng)的可靠性，是解決脫黏失效的一個有效途徑。通過錨桿長度范圍內(nèi)的黏結(jié)材料把圍巖和錨桿連接為一個整體，使錨桿不僅具有托錨力，還具有全長范圍內(nèi)抵抗圍巖剪切作用的能力，增強了對圍巖變形的控制能力。
2、通過先使用樹脂錨固劑端錨，后使用中空或預(yù)留管道灌注錨固材料實現(xiàn)孔內(nèi)填充粘結(jié)錨固是錨索實現(xiàn)全長錨固的主要方式。水泥基灌注式錨固材料相比化學(xué)基錨固材料具有低成本的顯著優(yōu)勢，但仍存在易漏漿、結(jié)石率低、收縮率大、粘結(jié)性差等問題，導(dǎo)致自由段錨固長度不足、出現(xiàn)錨固粘結(jié)空洞，使得水泥基全錨錨固性能嚴(yán)重降低。對于此，中國專利cn?115385615?b公開了一種《一種水泥基灌漿料》，該材料包括膠凝材料、硬石膏、石英砂、消泡劑、減水劑以及塑性膨脹劑。該材料解決了水泥灌漿材料因膨脹及強度不足而容易收縮的問題，但是漿材流動性較大，觸變性較低，仍然存在頂板支護(hù)漏漿的問題。中國專利cn116514460?b公開了一種《一種結(jié)構(gòu)加固用早強灌漿料》，該材料包含如下組分
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其可塑性好，具有良好觸變性，保水性粘結(jié)性高，與泥巖界面粘錨力強，同時具有微膨脹、高早強的特點，特別適合用于泥質(zhì)圍巖中空錨索的全長錨固。具有良好觸變性使得頂板注漿不漏漿，同時具有保水性和泥巖界面的高粘結(jié)性，從而大幅提升材料與泥巖錨固力。
2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，材料組分包括：膠凝材料、外加劑、石英砂和水，其中膠凝材料、外加劑、石英砂和水的質(zhì)量比為100:2.93:100:29；
3、膠凝材料包括：51～57％質(zhì)量百分比的硅酸鹽水泥、13～17％質(zhì)量百分比的硫鋁酸鹽水泥、12～20％質(zhì)量百分比的礦粉、3～8％質(zhì)量百分比的硅灰、4～7％的uea膨脹劑；膠凝材料中的各原料質(zhì)量百分比總和為100％；
4、外加劑包括：38～45％質(zhì)量百分比的減水劑、1.5～3％質(zhì)量百分比的塑性膨脹劑、0.7～1.2％質(zhì)量百分比的羥丙基甲基纖維素、0.4～0.7％質(zhì)量百分比的聚丙烯酰胺、1～2％質(zhì)量百分比的氣相二氧化硅、1～3％質(zhì)量百分比的碳酸鋰、2～4％質(zhì)量百分比的甲酸鈣、7-11％質(zhì)量百分比的消泡劑、32～42％質(zhì)量百分比的可分散乳膠粉、3～5％質(zhì)量百分比的801膠粉、3～5質(zhì)量百分比的硅烷偶聯(lián)劑；外加劑中的各原料質(zhì)量百分比總和為100％。
5、所述硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥均為42.5級，比表面積≥400m2/kg；所述礦粉為s95級礦粉；所述硅灰的sio2含量為96％；所述石英砂細(xì)度為70-110目；所述減水劑為高性能聚羧酸減水劑，減水率≥35％。
6、進(jìn)一步，所述uea膨脹劑中硫酸鋁和氧化鋁比重不低于70％，比表面積≥200kg/m3。
7、進(jìn)一步，其特征在于，所述塑性膨脹劑的平均粒徑為2.5～3.9μm，發(fā)泡時間≤12h。
8、進(jìn)一步，所述羥丙基甲基纖維素的粘度為400pa·s，純度為工業(yè)級。
9、進(jìn)一步，所述聚丙烯酰胺為pam陰離子1200型。
10、進(jìn)一步，所述氣相二氧化硅，由質(zhì)量比為2:1的20nm和1μm的氣相二氧化硅組成，純度均為99.9％。
11、進(jìn)一步，所述可分散乳膠粉為醋酸乙烯酯/乙烯共聚膠粉，含固量≥99％，顆粒尺寸為1-7μm。
12、進(jìn)一步，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
13、一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料的制備方法，步驟如下：
14、(1)按材料配比將硅烷偶聯(lián)劑放入水中，低速攪拌3～5min，攪拌溫度15～35℃；
15、(2)按材料配比將膠凝材料、其他外加劑和石英砂依次放入攪拌機(jī)內(nèi)，低速攪拌1-2min加入80％質(zhì)量比例的水，高速攪拌1-2min加入剩余水，繼續(xù)高速攪拌3～5min得到錨固材料；所述低速攪拌的轉(zhuǎn)速為120-180r/min；所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為250～350r/min。
16、有益效果：與現(xiàn)有錨固材料相比，本專利技術(shù)的高觸變高粘結(jié)水泥基錨固材料具有以下有益效果：
17、1)本專利技術(shù)漿材性能穩(wěn)定可控，漿材無離析泌水，性能均勻，漿材初凝時間在95min-230min可調(diào)，漿材流動度在260-310mm可調(diào)，可滿足多種工程條件的應(yīng)用。同時通過硫鋁酸鹽水泥和早強劑的復(fù)配使得漿材初凝后強度發(fā)展快，1day抗壓強度≥30mpa；結(jié)石體長期強度大，28day抗壓強度≥80mpa，抗折強度≥20mpa，結(jié)石體承載力強，折壓比較大，漿材抗彎抗折能力突出，能夠大幅提高全錨結(jié)構(gòu)的抗巖層錯動剪切能力。
18、2)本專利技術(shù)通過羥丙基甲基纖維素、聚丙烯酰胺、氣相二氧化硅的低摻量復(fù)配，可在體系內(nèi)形成有機(jī)-無機(jī)雜化吸附交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，大幅提升漿材的保水性、可塑性和黏聚性，從而顯著提升漿材的觸變性，同時搭配高性能聚羧酸減水劑和塑性膨脹劑，實現(xiàn)顆粒間潤滑和發(fā)泡，可以使得漿材在泵送時具有良好流動性，減小泵送阻力，可泵送性強，并在泵送至鉆孔內(nèi)后具有穩(wěn)定觸變性，可滿足泵停漿停，撤壓后漿液不外流，可實現(xiàn)鉆孔內(nèi)精準(zhǔn)定量定長錨固。
19、3)本專利技術(shù)通過可分散乳膠粉和801膠粉的復(fù)配，使得膠凝材料表面包覆一層水溶粘結(jié)性聚合物，并通過硅烷偶聯(lián)劑預(yù)先溶解在無機(jī)-有機(jī)界面的橋接作用，增強膠凝材料顆粒與聚合物間的結(jié)合力，進(jìn)一步增強材料與界面間的粘結(jié)力。并通過羥丙基甲基纖維素、聚丙烯酰胺、氣相二氧化硅提供的保水作用，大幅減少泥巖對漿體內(nèi)部水的吸收，使得漿材與泥質(zhì)巖體界面具有良好的粘結(jié)力，與泥巖粘結(jié)強度≥2.5mpa，在潮濕和含水界面的粘結(jié)力降低較少，界面含水狀態(tài)粘結(jié)強度降低不超過10％，能夠滿足多種工況錨索的全長錨固。
20、4)本專利技術(shù)通過硫鋁酸鹽水泥、uea膨脹劑和塑性膨脹劑的復(fù)配，使得漿材凝膠早期-中期-后期均具有顯著的膨脹性能，能夠?qū)崿F(xiàn)長期(＞28day)微膨脹，膨脹率≥0.2％，可通過漿體長期膨脹對圍巖鉆孔內(nèi)壁產(chǎn)生膨脹擠壓，從而增強錨固材料在孔內(nèi)的法向摩擦力，可進(jìn)一步提高漿材的粘結(jié)錨固本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，材料組分包括：膠凝材料、外加劑、石英砂和水，其中膠凝材料、外加劑、石英砂和水的質(zhì)量比為100:2.93:100:29；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述UEA膨脹劑中硫酸鋁和氧化鋁比重不低于70％，比表面積≥200kg/m3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，其特征在于，所述塑性膨脹劑的平均粒徑為2.5～3.9μm，發(fā)泡時間≤12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述羥丙基甲基纖維素的粘度為400Pa·s，純度為工業(yè)級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述聚丙烯酰胺為PAM陰離子1200型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述氣相二氧化硅，由質(zhì)量比為2:1的20nm和
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述可分散乳膠粉為醋酸乙烯酯/乙烯共聚膠粉，含固量≥99％，顆粒尺寸為1-7μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
9.一種上述權(quán)利要求1～8中任一項所述用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料的制備方法，其特征在于，步驟如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，材料組分包括：膠凝材料、外加劑、石英砂和水，其中膠凝材料、外加劑、石英砂和水的質(zhì)量比為100:2.93:100:29；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述uea膨脹劑中硫酸鋁和氧化鋁比重不低于70％，比表面積≥200kg/m3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，其特征在于，所述塑性膨脹劑的平均粒徑為2.5～3.9μm，發(fā)泡時間≤12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于泥質(zhì)軟巖全錨的高觸變高粘結(jié)的水泥基錨固材料，其特征在于，所述羥丙基甲基纖維素的粘度為400pa·s，純度為工業(yè)級。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：項哲，張農(nóng)，潘東江，謝正正，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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