本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種加固材料，尤其是一種礦用高分子加固材料、加注設(shè)備及煤（巖）層加固方法。

背景技術(shù)：

作為一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭作為我國(guó)主要能源的地位仍不會(huì)改變，但我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)形式一直以來(lái)仍未得到根本改善，每年煤礦安全事故經(jīng)常發(fā)生，煤礦事故的死亡率高。煤礦安全生產(chǎn)、保護(hù)礦工的生命安全和國(guó)家的財(cái)產(chǎn)安全一直是國(guó)家安全生產(chǎn)防護(hù)的重中之重。煤礦中的安全隱患有諸多方面，如:瓦斯、透水、塌方等。

礦用新型材料和技術(shù)是消除瓦斯、冒頂、火災(zāi)和頂板等煤礦井下災(zāi)害的有效方法之一，國(guó)外礦用新型材料發(fā)展有悠久歷史，在澳大利亞、俄羅斯、德國(guó)等國(guó)均有成熟使用。隨著煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)信息與技術(shù)國(guó)際化交流的日趨廣泛與深入，在國(guó)外應(yīng)用比較成熟的礦用新型材料開(kāi)始傳入國(guó)內(nèi)，上世紀(jì)70年代，河北開(kāi)灤集團(tuán)引進(jìn)德國(guó)產(chǎn)品和技術(shù)，在范各莊煤礦井下用高分子材料進(jìn)行了堵水。后來(lái)，該技術(shù)雖在科研方面有所進(jìn)展，但沒(méi)有大面積推廣和產(chǎn)業(yè)化。直到2000年，濟(jì)寧浩珂礦業(yè)工程設(shè)備有限公司引進(jìn)吸收法國(guó)高分子材料和技術(shù)，才逐步走上自主創(chuàng)新之路。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，礦用新型材料作為解決煤礦安全生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)，已被國(guó)內(nèi)引進(jìn)、消化、吸收，其中礦用高分子加固材料在解決工作面塌冒治理及頂板維護(hù)、巷道加固和不良地質(zhì)條件下的圍巖固化等安全問(wèn)題中，以其安全、高效和快捷等特點(diǎn)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

目前煤礦生產(chǎn)對(duì)安全管理提出了更新更高的目標(biāo)，煤體加固、瓦斯治理、水害防范、頂板管理、防滅火等等安全工程的解決方案對(duì)安全新型材料的需求越來(lái)越大、應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，但目前廣泛使用的礦用高分子加固材料均為采購(gòu)，品種繁多，產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，不便于礦井安全的綜合管理，具體來(lái)講當(dāng)前的礦用高分子加固材料在使用中主要存在以下缺點(diǎn)：

（1）加固后的破碎煤巖體要經(jīng)受多次劇烈礦山壓力影響，對(duì)材料固結(jié)后的體積收縮、粘結(jié)強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度要求很高，但是現(xiàn)有的礦用高分子加固材料無(wú)法達(dá)到這種強(qiáng)度要求；

（2）現(xiàn)有的礦用高分子加固材料的閃點(diǎn)特性、阻燃特性無(wú)法滿足礦用安全要求；

（3）現(xiàn)有的礦用高分子加固材料的速凝特性無(wú)法滿足化學(xué)加固與采掘施工快速推進(jìn)相結(jié)合的使用要求；

（4）當(dāng)前井下通風(fēng)空間有限，對(duì)加固材料的有害成分要求嚴(yán)格，當(dāng)前的礦用高分子加固材料無(wú)法滿足礦井環(huán)保要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，創(chuàng)新的提出一種全新的礦用高分子加固材料、加注設(shè)備及煤（巖）層加固方法，所述礦用高分子加固材料自身能夠發(fā)生膨脹，自動(dòng)產(chǎn)生漿液在煤巖體裂隙中的二次滲透壓力，其不僅依靠泵壓作用的濃度壓力差進(jìn)行滲透，而且可依靠材料本身的膨脹特性產(chǎn)生自身的二次滲透，使得漿液向四周擴(kuò)散，從而使得所述礦用高分子加固材料的擴(kuò)散范圍和充填密實(shí)度相比于現(xiàn)有普通加固材料要高出數(shù)倍，具有滲透性強(qiáng)、粘結(jié)力高、韌性優(yōu)良、超高強(qiáng)度以及阻燃安全、環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而且通過(guò)創(chuàng)新專用于所述礦用高分子加固材料的加注設(shè)備，使得所述礦用高分子加固材料的加固操作快捷簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)于各種復(fù)雜煤礦地質(zhì)條件下的加固，市場(chǎng)前景廣闊。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下：

一種礦用高分子加固材料，包括A組份和B組份，其中A組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：聚醚多元醇75-85%、阻燃劑12-20%、催化劑2-3.5%、有機(jī)錫0.1-0.8%、異辛酸鉀0.2-1%和硅油0.5-1%；其中B組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：異氰酸酯85-92%和阻燃劑8-15%；同時(shí)A組份和B組份按照體積比1：1混合反應(yīng)形成加固漿液。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料，其中A組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：聚醚多元醇80%、阻燃劑16%、催化劑2.2%、有機(jī)錫0.5%、異辛酸鉀0.6%和硅油0.7%；其中B組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：異氰酸酯90%和阻燃劑10%。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料，其中A組份中的所述聚醚多元醇采用MN-500型聚醚多元醇，所述催化劑采用鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯，所述硅油采用CGYM-1型硅油。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料，其中A組份和B組份中的阻燃劑為磷酸三（2-氯丙基）酯。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料，其中A組份和B組份中的阻燃劑由質(zhì)量百分比含量為65％-70％的熔融指數(shù)處于11-15g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為5％-8％的熔融指數(shù)在1.8-2.0g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為15％-20％的選自粉末狀滑石、高嶺石、絹云母、二氧化硅以及硅藻土中的至少一種無(wú)機(jī)填料和質(zhì)量百分比含量為5％-8％的選自十溴二苯基醚、十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯或其混合物的有機(jī)阻燃鹵化物混合制得。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料，其中A組份的漿液密度為1.010～1.040 g/cm³，A組份的初始粘度為130～260mPa·s，B組份的漿液密度為1.220～1.240 g/cm³，B組份的初始粘度為240～359mPa·s，A組份和B組份混合的最高反應(yīng)溫度小于140℃，A組份和B組份的反應(yīng)時(shí)間小于120秒，A組份和B組份混合反應(yīng)形成的加固漿液的抗壓強(qiáng)度大于40MPa、抗拉強(qiáng)度大于15MPa、抗剪強(qiáng)度大于15MPa、粘結(jié)強(qiáng)度大于3.0Mpa。

一種專用于本發(fā)明所述礦用高分子加固材料的加注設(shè)備，包括一臺(tái)雙組份化學(xué)注漿泵和一支雙液注射混合槍，所述雙組份化學(xué)注漿泵將A組份和B組份按照預(yù)定的混合比例泵送注入至所述雙液注射混合槍內(nèi)，所述雙液注射混合槍實(shí)現(xiàn)A組份和B組份的混合反應(yīng)，并將混合反應(yīng)后得到的加固漿液加注到目的位置。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的加注設(shè)備，其中所述雙組份化學(xué)注漿泵包括第一料筒1、第二料筒2、第一吸料軟管3、第二吸料軟管4、多功能氣泵5、第一流量控制器6、第二流量控制器7、第一排料軟管8和第二排料軟管9，所述第一料筒1用于存放所述A組份，所述第二料筒2用于存放所述B組份，所述第一吸料軟管3連接于第一料筒1和多功能氣泵5之間，所述第二吸料軟管4連接于第二料筒2和多功能氣泵5之間，所述第一排料軟管8和第二排料軟管9連接于所述多功能氣泵5，在所述第一排料軟管8上設(shè)置有所述第一流量控制器6，在所述第二排料軟管9上設(shè)置有所述第二流量控制器7，所述多功能氣泵5通過(guò)第一吸料軟管3將第一料筒1中的A組份抽吸到第一排料軟管8中，通過(guò)第一流量控制器6控制抽吸到第一排料軟管8中的A組份的體積流量，所述多功能氣泵5通過(guò)第二吸料軟管4將第二料筒2中的B組份抽吸到第二排料軟管9中，通過(guò)第二流量控制器7控制抽吸到第二排料軟管9中的B組份的體積流量；所述雙液注射混合槍包括第一注射管路10、第二注射管路13和混合注射管路16，所述第一注射管路10和第二注射管路13的出料端共同連通于所述混合注射管路16，所述雙液注射混合槍整體形成為“Y”形結(jié)構(gòu)，所述第一注射管路10和第二注射管路13上均設(shè)置有閥門，所述第一排料軟管8的出料口連接于所述第一注射管路10的進(jìn)料口，所述第二排料軟管9的出料口連接于所述第二注射管路13的進(jìn)料口，注入至所述第一注射管路10中的A組份和注入至第二注射管路13中的B組份在混合注射管路16中進(jìn)行均勻混合反應(yīng)生成加固漿液，并經(jīng)混合注射管路16將加固漿液加注到目的位置。

一種加固方法，使用本發(fā)明所述的加注設(shè)備將本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料加注至煤層、巖層或煤巖層裂隙中。

進(jìn)一步的根據(jù)本發(fā)明所述的加固方法，具體包括以下步驟：

步驟一、進(jìn)行孔位設(shè)計(jì)，確定包括注漿孔位、注漿孔深、注漿孔徑、封孔深度在內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)；

步驟二、根據(jù)步驟一確定的孔位參數(shù)，進(jìn)行鉆孔；

步驟三、選擇一個(gè)鉆孔插入注射管和注射花管，并按照封孔深度安裝封孔器，所述注射花管連接于注射管前端；

步驟四、安裝供風(fēng)管路和權(quán)利要求7或8所述的加注設(shè)備，先進(jìn)行加注設(shè)備中雙組份化學(xué)注漿泵和雙液注射混合槍的安裝連接，然后將雙液注射混合槍中的混合注射管路的出料口連接于步驟三中設(shè)置的注射管的進(jìn)料口，最后進(jìn)行管路壓降測(cè)試；

步驟五、啟動(dòng)加注設(shè)備開(kāi)始注漿，將加固漿液注入煤層、巖層或煤巖層內(nèi)部；

步驟六、達(dá)到停注要求后停止注漿；

步驟七、選擇另一個(gè)鉆孔重復(fù)執(zhí)行步驟三至步驟六，進(jìn)行換孔注漿；

步驟八、待所有孔位注漿完成后，清洗所有設(shè)備。

本發(fā)明的技術(shù)方案在以下方面具有獨(dú)創(chuàng)特點(diǎn)和突出效果，這些特點(diǎn)和效果在一定程度上隱含了本發(fā)明所述礦用高分子加固材料及其加注設(shè)備的創(chuàng)新之處：

（1）本發(fā)明提出一種全新的礦用高分子加固材料，由A、B兩種組份組成，兩種組份反應(yīng)前為純液態(tài)，具有良好的滲透性，可滲透到微小的裂隙中，兩種組份混合后反應(yīng)時(shí)間極短，能夠快速固結(jié)并達(dá)到加固強(qiáng)度要求，同時(shí)反應(yīng)過(guò)程中放熱量低，且反應(yīng)后形成的固化物強(qiáng)度高，強(qiáng)粘結(jié)性能可保證與巖層的高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長(zhǎng)期作用，并且具有強(qiáng)抗?jié)B性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，從而能夠達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固巖體的目的，屬于一種理想的礦用加固材料。

（2）本發(fā)明所述礦用高分子加固材料在符合國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》第一類“鼓勵(lì)類”第三項(xiàng)煤炭第3條礦井災(zāi)害（瓦斯、煤塵、礦井水、火、圍巖、地溫、沖擊地壓等）防治，屬國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的要求，并經(jīng)陜西長(zhǎng)武亭南煤業(yè)有限責(zé)任公司各礦區(qū)的井下各采掘工作面的多次成功試驗(yàn)驗(yàn)證，所述礦用高分子加固材料可作為解決頂板控制、火災(zāi)、瓦斯和水害等煤礦安全生產(chǎn)問(wèn)題的重要產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，防害效果良好。

（3）本發(fā)明所述礦用高分子加固材料可對(duì)巷道頂幫及軟煤區(qū)進(jìn)行注漿加固以提高整體強(qiáng)度，通過(guò)注漿可對(duì)現(xiàn)有的支護(hù)手段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，將頂幫部酥散圍巖體重新固化為一個(gè)整體，大大提高了煤體整體的承載力，增強(qiáng)了煤體抗壓強(qiáng)度，有效減少了圍巖變形，其主要加固效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（3-1）漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)骨架作用

本發(fā)明所述礦用高分子加固材料漿液經(jīng)擠壓或滲透到圍巖縱橫交錯(cuò)的裂隙中與煤層、巖層或煤巖層固結(jié)后形成漿液固結(jié)體/漿液固結(jié)材料，漿液固結(jié)體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網(wǎng)絡(luò)骨架，從而在整個(gè)圍巖中形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)漿液固結(jié)體具有良好的韌性和粘結(jié)性，當(dāng)外載增加時(shí)，漿液固結(jié)體發(fā)生變形但不破壞，載荷主要由強(qiáng)度較高的煤巖體承擔(dān)，這樣圍巖的破壞條件由原來(lái)的裂隙弱面強(qiáng)度條件向接近煤體強(qiáng)度條件轉(zhuǎn)化。當(dāng)煤體應(yīng)力超過(guò)煤體強(qiáng)度發(fā)生較大變形時(shí)，漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)以其良好的韌性和粘結(jié)強(qiáng)度起到骨架作用，提高圍巖的殘余強(qiáng)度，限制圍巖破壞的擴(kuò)展，從而改善維護(hù)狀況。

（3-2）充填壓密及轉(zhuǎn)變圍巖破壞機(jī)制的作用

本發(fā)明所述礦用高分子加固材料漿液在泵壓的作用下，除了將一些較大的裂隙充填滿外，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，從而大大提高了圍巖的彈性模量和強(qiáng)度。具體的經(jīng)過(guò)注漿固化后，裂隙內(nèi)充滿漿液固結(jié)材料，加上漿液固結(jié)材料對(duì)裂隙面的粘結(jié)作用，使裂隙端部的應(yīng)力集中大大削弱或消失，從而使圍巖的破壞機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變。另外當(dāng)圍巖中存在較大裂隙時(shí)，裂隙附近的巖體處于二向應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)裂隙內(nèi)充滿固化材料或壓密后，將變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，而巖體在三向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的強(qiáng)度比二向時(shí)顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強(qiáng)，從受力狀態(tài)來(lái)看，注漿固化也起到了轉(zhuǎn)變巖體破壞機(jī)制和提高圍巖強(qiáng)度的作用。

（3-3）改善錨桿受力狀態(tài)

本發(fā)明所述礦用高分子加固材料采用加注設(shè)備通過(guò)漿液滲透、注漿壓入等作用使得現(xiàn)有支護(hù)中形式中的端錨式錨桿轉(zhuǎn)變?yōu)槿L(zhǎng)錨固或加長(zhǎng)錨固長(zhǎng)度，通過(guò)錨桿孔內(nèi)注漿材料固結(jié)體反作用于圍巖，阻止其變形，從而在錨固劑、注漿材料與圍巖接觸面上產(chǎn)生限制圍巖變形的剪應(yīng)力，使得錨桿與圍巖形成一個(gè)整體，充分發(fā)揮錨桿支護(hù)作用。

（3-4）提高圍巖體強(qiáng)度

本發(fā)明所述礦用高分子加固材料通過(guò)注漿進(jìn)入煤巖層后，能夠改變其弱面的力學(xué)性能，即提高裂隙與煤巖體之間的粘聚力和內(nèi)摩擦角，增大巖體內(nèi)部塊間相對(duì)位移的阻力，從而提高頂板巖體的整體穩(wěn)定性。

（3-5）形成承載結(jié)構(gòu)

本發(fā)明所述礦用高分子加固材料通過(guò)注漿加固，可以使松散巖體重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，并充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，有效利用漿液的滲透和擴(kuò)散作用，封堵圍巖裂隙，可阻止水氣侵入內(nèi)部巖體，防止水害和風(fēng)化對(duì)煤體的進(jìn)一步影響，對(duì)保持圍巖力學(xué)性能、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定意義重大。另外本發(fā)明所述礦用高分子加固材料100%固含量、無(wú)收縮，同時(shí)完全符合煤礦的阻燃性要求。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明所述加注設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明所述加固方法的流程圖；

圖中各附圖標(biāo)記的含義如下：

1-第一料筒，2-第二料筒，3-第一吸料軟管，4-第二吸料軟管，5-多功能氣泵，6-第一流量控制器，7-第二流量控制器，8-第一排料軟管，9-第二排料軟管，10-第一注射管路，11-第一單向閥，12-第一球閥，13-第二注射管路，14-第二單向閥，15-第二球閥，16-混合注射管路，17-注射管。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚的理解本發(fā)明，但并不因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

首先詳細(xì)給出本發(fā)明所述的礦用高分子加固材料的組成及其制備方法。所述礦用高分子加固材料屬于液態(tài)高分子樹(shù)脂材料，包括A、B兩種組份，其中A組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：

聚醚多元醇75-85% 阻燃劑12-20%

催化劑2-3.5% 有機(jī)錫0.1-0.8%

異辛酸鉀0.2-1% 硅油0.5-1%；

其中B組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：

異氰酸酯85-92% 阻燃劑8-15%；

其中聚醚多元醇優(yōu)選采用MN-500型聚醚多元醇，所述催化劑優(yōu)選的采用鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）或鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），所述硅油優(yōu)選的為CGYM-1型硅油，所述阻燃劑優(yōu)選采用磷酸三（2-氯丙基）酯，即TCPP，或者進(jìn)一步創(chuàng)新的所述阻燃劑由質(zhì)量百分比含量（阻燃劑自身的質(zhì)量百分比）為65％-70％的熔融指數(shù)處于11-15g/10min的聚丙烯、質(zhì)量百分比含量為5％-8％的熔融指數(shù)在1.8-2.0g/10min的聚乙烯、質(zhì)量百分比含量為15％-20％的選自粉末狀滑石、高嶺石、絹云母、二氧化硅以及硅藻土中的至少一種無(wú)機(jī)填料和質(zhì)量百分比含量為5％-8％的選自十溴二苯基醚、十二氯十二氫二甲橋苯唑環(huán)辛烯或其混合物的有機(jī)阻燃鹵化物混合制得

進(jìn)一步的優(yōu)選的其中A組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：

聚醚多元醇（MN-500）80% 阻燃劑（TCPP）16%

催化劑（DBP、DOP）2.2% 有機(jī)錫0.5%

異辛酸鉀0.6% 硅油（CGYM-1）0.7%；

B組份按質(zhì)量百分比含量包括如下原料成分：

異氰酸酯90% 阻燃劑（TCPP）10%。

所述礦用高分子加固材料在使用時(shí)，將所述A組份和B組份按照體積比1：1進(jìn)行混合，混合后A組份和B組份在極短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)生成聚氨酯膠黏劑加固漿液，所述加固漿液具有良好的抗壓、抗拉、抗剪和粘結(jié)強(qiáng)度，能夠很好的應(yīng)用于煤巖裂隙的加固，同時(shí)所述阻燃劑的添加也使得所述加固漿液具有良好的阻燃特性，具體的所述A組份、B組份及其反應(yīng)后得到的聚氨酯膠黏劑加固漿液的特性如表1和表2所示。

表1 A組份、B組份的材料性能及其反應(yīng)時(shí)間

表2 A組份和B組份反應(yīng)后得到的加固漿液特性檢測(cè)結(jié)果

可見(jiàn)本發(fā)明所述礦用高分子加固材料包括的兩種組份具有良好的滲透性，可滲透到微小的裂隙中，同時(shí)兩種組份反應(yīng)時(shí)間極短，能夠快速反應(yīng)成加固漿液，所述加固漿液的抗壓強(qiáng)度大于40MPa，抗拉強(qiáng)度大于15MPa，抗剪強(qiáng)度大于15MPa，粘結(jié)強(qiáng)度大于3.0MPa，高強(qiáng)度、高粘結(jié)性保證了加固漿液能與煤巖層實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度粘合形成漿液固結(jié)體，同時(shí)加固見(jiàn)漿液具有良好的柔韌性、較強(qiáng)的抗?jié)B性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，而且阻燃特性優(yōu)良，滿足了各種復(fù)雜條件下的高強(qiáng)度加固要求，所述加固漿液經(jīng)擠壓或滲透到圍巖縱橫交錯(cuò)的裂隙中與煤層、巖層或煤巖層固結(jié)后形成漿液固結(jié)體，所述漿液固結(jié)體呈薄厚不一的片狀或條狀，幾乎可相互連通形成網(wǎng)絡(luò)骨架，從而在整個(gè)圍巖中形成網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)漿液固結(jié)體具有良好的韌性和粘結(jié)性，當(dāng)外載增加時(shí)，漿液固結(jié)體發(fā)生變形但不破壞，載荷主要由強(qiáng)度較高的煤巖體承擔(dān)，這樣圍巖的破壞條件由原來(lái)的裂隙弱面強(qiáng)度條件向接近煤體強(qiáng)度條件轉(zhuǎn)化。當(dāng)煤體應(yīng)力超過(guò)煤體強(qiáng)度發(fā)生較大變形時(shí)，漿液固結(jié)體的網(wǎng)絡(luò)以其良好的韌性和粘結(jié)強(qiáng)度起到骨架作用，提高圍巖的殘余強(qiáng)度，限制圍巖破壞的擴(kuò)展，從而改善維護(hù)狀況。同時(shí)所述加固漿液在泵壓的作用下，除了將一些較大的裂隙充填滿外，還可以將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，從而大大提高了圍巖的彈性模量和強(qiáng)度，并經(jīng)過(guò)注漿固化后，裂隙內(nèi)充滿漿液固結(jié)材料，加上漿液固結(jié)材料對(duì)裂隙面的粘結(jié)作用，使裂隙端部的應(yīng)力集中大大削弱或消失，從而使圍巖的破壞機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變。另外當(dāng)圍巖中存在較大裂隙時(shí)，裂隙附近的巖體處于二向應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)裂隙內(nèi)充滿固化材料或壓密后，將變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，而巖體在三向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的強(qiáng)度比二向時(shí)顯著增大，并且脆性減弱、塑性增強(qiáng)，從受力狀態(tài)來(lái)看，注漿固化也起到了轉(zhuǎn)變巖體破壞機(jī)制和提高圍巖強(qiáng)度的作用。同時(shí)所述加固漿液注入煤巖層后還能夠改善錨桿受力狀態(tài)、提高圍巖體強(qiáng)度、形成高強(qiáng)度承載結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明進(jìn)一步提出基于所述礦用高分子加固材料的加固技術(shù)，如上所述本發(fā)明創(chuàng)新的高分子加固材料反應(yīng)前常溫下為純液態(tài)，具有良好的滲透性，可滲透到微小的裂隙中，只在加固時(shí)進(jìn)行混合，且混合反應(yīng)時(shí)間短，能夠快速固結(jié)并達(dá)到需要強(qiáng)度，反應(yīng)過(guò)程中放熱量低，固結(jié)后固化物強(qiáng)度高，強(qiáng)粘結(jié)性能保證與巖層的高度粘合，良好的柔韌性可以承受地層壓力的長(zhǎng)期作用，并且具有強(qiáng)抗?jié)B性能、抗磨、抗沖擊性能和抗老化性能，從而達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)固巖體的目的。

高分子化學(xué)注漿加固技術(shù)是一項(xiàng)具有很強(qiáng)實(shí)用性且應(yīng)用范圍廣的工程技術(shù)，其利用液壓、氣壓原理，把高分子化學(xué)漿液均勻地注入到具有孔隙、裂隙、節(jié)理等軟弱結(jié)構(gòu)的煤巖體中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，將煤巖體膠結(jié)成一個(gè)整體，使得煤巖體形成強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、穩(wěn)定性高的新結(jié)構(gòu)體，從而改善煤巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高其整體性和強(qiáng)度。

本發(fā)明所述礦用高分子材料的加固技術(shù)屬于一種高分子化學(xué)注漿加固技術(shù)，所采用的設(shè)備包括一臺(tái)雙組份化學(xué)注漿泵和一支雙液注射混合槍，可以在干燥或潮濕的環(huán)境中使用。所述的雙組份化學(xué)注漿泵如附圖1所示的，包括第一料筒1、第二料筒2、第一吸料軟管3、第二吸料軟管4、多功能氣泵5、第一流量控制器6、第二流量控制器7、第一排料軟管8和第二排料軟管9，所述第一料筒1中存放有上述A組份，所述第二料筒2中用于存放上述B組份，所述第一吸料軟管3連接于第一料筒1和多功能氣泵5之間，所述第二吸料軟管4連接于第二料筒2和多功能氣泵5之間，所述第一排料軟管8和第二排料軟管9連接于所述多功能氣泵5，在所述第一排料軟管8上設(shè)置有所述第一流量控制器6，在所述第二排料軟管9上設(shè)置有所述第二流量控制器7，所述多功能氣泵5為氣動(dòng)注漿泵，由氣動(dòng)馬達(dá)下方帶動(dòng)多個(gè)活塞進(jìn)行抽吸料，所述多功能氣泵5通過(guò)第一吸料軟管3將第一料筒1中的A組份抽吸到第一排料軟管8中，通過(guò)第一流量控制器6控制抽吸到第一排料軟管8中的A組份的體積流量，所述多功能氣泵5通過(guò)第二吸料軟管4將第二料筒2中的B組份抽吸到第二排料軟管9中，通過(guò)第二流量控制器7控制抽吸到第二排料軟管9中的B組份的體積流量，從而第一排料軟管8和第二排料軟管9能夠按照預(yù)定的出料比例分別輸出A組份和B組份。所述的雙液注射混合槍包括第一注射管路10、第二注射管路13和混合注射管路16，所述第一注射管路10和第二注射管路13的一端共同連通于所述混合注射管路16，所述雙液注射混合槍整體形成為“Y”形結(jié)構(gòu)，在所述第一注射管路10上設(shè)置有第一單向閥11和第一球閥12，在所述第二注射管路13上設(shè)置有第二單向閥14和第二球閥15，所述第一排料軟管8的出料口連接于所述第一注射管路10的入料端口，所述第二排料軟管9的出料口連接于所述第二注射管路13的入料端口，通過(guò)第一排料軟管8將A組份提供至第一注射管路10中，通過(guò)第一單向閥11和第一球閥12控制第一注射管路10中的物料輸送，通過(guò)第二排料軟管9將B組份提供至第二注射管路13中，通過(guò)第二單向閥14和第二球閥15控制第二注射管路13中的物料輸送，第一注射管路10中的A組份和第二注射管路13中的B組份在混合注射管路16中進(jìn)行均勻混合反應(yīng)生成加固漿液，并由混合注射管路16將加固漿液注入到插入煤巖裂縫中的注漿管17中，通過(guò)注漿管17或其前端連接的注漿花管最終將加固漿液注入煤巖裂縫中。工作時(shí)控制第一注射管路10中的A組份和第二注射管路13中的B組份按照1:1的體積比進(jìn)入混合注射管路16內(nèi)，最終由混合注射管路16將加固漿液注射加注到目的位置。所述的雙液注射混合槍集物料輸送、攪拌混合以及閥門控制于一體，具有安全、快捷和精準(zhǔn)的特點(diǎn)，雙液注射混合槍實(shí)現(xiàn)了雙組份漿液的孔口自動(dòng)配比混合，漿液通過(guò)混合槍達(dá)到混合和均勻攪拌的雙重目的。

下面結(jié)合附圖2說(shuō)明基于本發(fā)明所述加注設(shè)備進(jìn)行的礦用高分子加固材料的注漿加固方法，總體來(lái)說(shuō)注漿工藝根據(jù)地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及注漿目的來(lái)確定。對(duì)于裂隙溝通比較好的煤巖體可采用間隔跳孔注漿方式，來(lái)減少串漿，提高注漿效果；對(duì)于大面積范圍應(yīng)采用先外圍，后內(nèi)部的注漿順序；對(duì)于破碎煤柱整體加固可采用深淺孔配合注漿方式；對(duì)于裂隙比較發(fā)育，跑冒漿液比較嚴(yán)重的注漿載體，可采用先淺部注漿，漿液擴(kuò)散后在淺部快速形成類似“止?jié){墻”的具有止?jié){效果的整體煤體，再深部注漿，保證深部漿液擴(kuò)散范圍和注漿壓力。如附圖2所示，具體的注漿加固操作流程分為以下8個(gè)步驟：

（1）孔位設(shè)計(jì)：針對(duì)不同的煤層、巖層或煤巖層加固要求，合理設(shè)計(jì)注漿參數(shù)，包括注漿孔位、注漿孔深、方位角、孔徑、封孔深度等參數(shù)；

（2）鉆孔：鉆孔需盡量按照注漿孔位設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行，對(duì)于塌孔嚴(yán)重區(qū)域可直接采用自鉆式注射管實(shí)現(xiàn)鉆孔和注漿一體化進(jìn)行；

（3）安設(shè)注射管：連接注射管和注射花管，并將其插入到鉆孔中，然后按照封孔深度安裝封孔器，所述注射管優(yōu)選的采用無(wú)縫鋼管，規(guī)格型號(hào)優(yōu)選的為Φ25×3.5×1000mm，所述注射花管連接于注射管的前端，側(cè)壁形成有若干通孔，用于輸出加固漿液，所述注射花管的規(guī)格型號(hào)優(yōu)選的為Φ25×3.5×1000mm，所述注射管和注射花管在注漿完畢后將留在煤體中以加筋方式提高維護(hù)效果。并且在注漿實(shí)施過(guò)程中為保證更好的控制效果，優(yōu)選的可采用新型錨桿支護(hù)方式——中空注漿錨桿，在注漿方式下進(jìn)行全長(zhǎng)錨注加固。

（4）連接設(shè)備供風(fēng)管路和加注設(shè)備：具體的將加注設(shè)備中的雙組份化學(xué)注漿泵和雙液注射混合槍按照附圖1所示的方案進(jìn)行連接，并將雙液注射混合槍的混合注射管路16的輸出端連接于步驟（3）設(shè)置的注射管的入口，連接完成后進(jìn)行注漿管路壓漿試驗(yàn)，以檢查和確定加注設(shè)備及管路的有效性和可靠性，并在壓漿試驗(yàn)中觀察A、B組份的混合比例，保證注漿效果。

（5）啟動(dòng)加注設(shè)備開(kāi)始注漿：注漿過(guò)程中需按照注漿原則及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，密切觀察注漿區(qū)域煤巖體變化，出現(xiàn)漏料、串漿現(xiàn)象要及時(shí)處理；

（6）達(dá)到停注要求后停止注漿：一般按照注漿壓力、注漿量及返漿情況現(xiàn)場(chǎng)確定停注時(shí)機(jī)；

（7）換孔注漿：更換注漿孔位，然后重復(fù)步驟（3）-（6）進(jìn)行換孔注漿。需要注意的是換孔注漿需及時(shí)，且拔出雙液注射混合槍前需稍泵送少許單液漿沖洗其混合注射管路防止堵塞；

（8）注漿完畢，清洗所有設(shè)備（包括雙組份化學(xué)注漿泵和雙液注射混合槍）和附件，在注漿完畢之前準(zhǔn)備充足的清洗劑，按照加注設(shè)備及材料使用說(shuō)明進(jìn)行設(shè)備清洗。

（9）關(guān)閉風(fēng)源并清理現(xiàn)場(chǎng)。

本發(fā)明創(chuàng)新了一種由A、B兩種組份組成的礦用高分子加固材料，同時(shí)創(chuàng)新了加注設(shè)備，通過(guò)專用加注設(shè)備將A、B兩種組份物料按固定配比混合后注入松散或破碎的煤隙體裂縫中，加固漿液在煤隙體裂縫中迅速凝固，達(dá)到了良好的加固效果，本發(fā)明所述加固材料及加固設(shè)備能夠用于加固嚴(yán)重冒落松散及破碎煤巖體、加固巷道及采掘工作面、超前加固斷層、破碎帶及陷落區(qū)、加固石門揭媒、撤架通道及薄煤柱，并能夠在一定范圍內(nèi)構(gòu)筑擋水墻，推廣應(yīng)用范圍廣闊。

以上僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何公知變形都屬于本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的記載為準(zhǔn)。