矿用复合材料及由其制备钢结构、木垛架设的方法技术

本发明专利技术提供一种矿用复合材料及由其制备钢结构、木垛架设的方法，矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯20～40％；聚醚多元醇20～40％；粉煤灰20～60％；催化剂和稀释剂的含量分别占异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～1.0％、0.5～2％；并采用该矿用复合材料制备钢结构来架设“井”字型木垛；本发明专利技术采用高性能的有机和无机复合材料制作的承压块，韧性好，压缩率可达40％以上；抗压强度与木材横纹强度相当，但是本发明专利技术的承压块的重量更轻。本发明专利技术的承压块之间采用钢筋或锚杆作为承拉构件形成的矿用复合材料钢结构，抗拉性能比木梁更好，使木垛稳定性和承载性能更强，成本比木材架设的木垛节约50％。

【技术实现步骤摘要】
矿用复合材料及由其制备钢结构、木垛架设的方法
本专利技术涉及矿山巷道顶板支护领域，特别涉及一种矿山巷道以木梁架设木垛方法的替代方式，具体涉及一种矿用复合材料，及由该矿用复合材料制备钢结构的方法和利用该钢结构的架设木垛方法。
技术介绍
矿山巷道由于受地压或强烈的采动影响，顶板下沉量较大，经常采用短木梁成“井”字型架设木垛的方式来支撑顶板，多以落叶松、黄花松、柞木、曲柳木、山槐为原材料，由于木材横纹受压具备良好的韧性，再加上木材木垛结构承载性能好，因此在矿山应用较为广泛，但是采用短木梁架设木垛的方式需要消耗大量的优质木材，破坏生态环境，成本高，且利用木材架设的木垛存在易腐蚀、易燃、影响巷道通风等严重缺陷，给矿山生产造成极大的安全隐患。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术木梁架设的木垛存在易腐蚀、易燃、影响巷道通风等方面的问题，提出一种矿用复合材料，及由该矿用复合材料制备钢结构的方法和利用该钢结构的架设木垛的方法。本专利技术的技术方案采用高性能有机、无机复合材料制备承压块，短钢筋或锚杆作为承拉部件，形成复合材料钢结构短梁；该技术方案仍然采用“井”字型架设木垛，该架设方式不改变木垛支撑结构，采用有机和无机复合材料制作的承压块具备比木材更好的韧性，单轴抗压强度与木材横纹强度相当，承压块之间采用钢筋或锚杆作为承拉构件，抗拉性能比木梁更好。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种矿用复合材料，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，20～40％(例如22％、23％、25％、28％、32％、36％、39％)；聚醚多元醇，20～40％(例如24％、27％、29％、31％、35％、38％)；粉煤灰，20～60％(例如22％、25％、28％、34％、38％、42％、47％、50％、53％、57％、59％)；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～1.0％(例如0.3％、0.5％、0.8％、0.9％)；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5～2％(例如0.6％、0.7％、0.9％、1.0％、1.2％、1.5％、1.7％、1.9％)。在如上所述的矿用复合材料，进一步优选，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，30～40％(例如32％、34％、37％、38％、39％)；聚醚多元醇，25～35％(例如26％、28％、29％、30％、32％、34％)；粉煤灰，25～40％(例如26％、28％、29％、31％、34％、37％、39％)；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～0.5％(例如0.2％、0.3％、0.4％)；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5～1％(例如0.6％、0.7％、0.8％、0.9％)。在如上所述的矿用复合材料，进一步优选，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，40％；聚醚多元醇，30％；粉煤灰，30％；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5％；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5％。在如上所述的矿用复合材料，进一步优选，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯30％，聚醚多元醇30％，粉煤灰40％；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.3％；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.6％。在如上所述的矿用复合材料，进一步优选，所述催化剂为叔胺类催化剂；所述稀释剂为硅油。在如上所述的矿用复合材料，进一步优选，所述矿用复合材料可作为矿井坑木替代材料使用。一种由所述的矿用复合材料制备钢结构的方法，所述制备钢结构的方法包括以下步骤：1)将异氰酸酯、聚醚多元醇、粉煤灰、催化剂和稀释剂按照所需配比称取后混合，高速搅拌均匀，得混合浆体；2)将步骤1)中的混合浆体注入模具内，固结成型48h以上(例如50h、55h、60h、67h、69h、75h、80h、90h、100h)，再制成承压块；在所述承压块上预留拉筋孔；3)将直径为20mm以上(例如21mm、22mm、25mm、28mm、30mm、35mm、40mm)的短梁的两端分别穿入由步骤2)得到的两个所述承压块的拉筋孔内，所述短梁用于连接两个所述承压块，得矿用复合材料钢结构。在如上所述的制备钢结构的方法，进一步优选，在所述步骤2)中，所述模具的规格为150mm×150mm×150mm。在如上所述的制备钢结构的方法，进一步优选，在所述步骤2)中，所述拉筋孔是在所述混合浆体注入模具前，预先在所述模具内设置有内孔直径与所述步骤3)中的短梁直径相等的塑料管，用于形成拉筋孔，便于所述短梁的穿入；所述拉筋孔贯穿所述承压块的对称的两端面，以使所述短梁能够穿入并伸出所述承压块的端面。在如上所述的制备钢结构的方法，进一步优选，在所述步骤3)中，所述短梁的长度为1.2～1.5m；所述短梁为短钢筋或锚杆。在如上所述的制备钢结构的方法，进一步优选，在所述步骤3)中，还包括定位装置，用于固定所述承压块和短梁。在如上所述的制备钢结构的方法，进一步优选，所述定位装置包括垫片和螺母，所述垫片和所述螺母均套设于所述短梁上，所述垫片的一侧面与所述承压块的端面接触，所述螺母与所述垫片的另一个侧面抵接；优选地，两个所述承压块的同侧均设置有所述垫片和所述螺母。利用所述的方法制备的钢结构的木垛架设方法，所述木垛架设方法包括以下步骤：在木垛架设的施工地点，首先对施工地点的浮底进行清理，然后将矿用复合材料钢结构按照“井”字型架设木垛；木垛上的矿用复合材料钢结构的承压块之间接触紧密，欠接顶部分(由于矿井顶板的凹凸不平造成顶板与木垛之间存在的间隙部分)采用木楔或薄木梁填充。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：1、本专利技术的技术方案采用高性能的有机和无机复合材料制作的承压块，韧性好，压缩率可达40％以上；抗压强度与木材横纹强度相当，但是本专利技术的承压块的重量更轻。2、本专利技术的技术方案承压块之间采用钢筋或锚杆作为承拉构件形成的矿用复合材料钢结构，抗拉性能比木梁更好，使木垛稳定性更强。3、本专利技术的矿用复合材料钢结构木垛承载性能更好，成本比木材架设的木垛节约50％，且本专利技术采用人工合成材料，社会和环境效益更加明显，具备较为明显的推广应用价值。4、采用本专利技术的技术方案架设的木垛，工人劳动强度低，不易燃，耐久性好，通风断面大，且成本低，环保特性好。5、本专利技术解决了现有木垛需要消耗大量坑木、成本高、易腐蚀、易燃，以及破坏生态环境等缺陷问题，具有显著的经济性和环境性。附图说明图1矿用复合材料承压块单轴压缩曲线示意图；图2矿用复合材料钢结构示意图；图3采用矿用复合材料钢结构架设木垛的结构示意图。图中：1、承压块；2、短梁；3、螺母；4、垫片；5、第一钢结构；6、第二钢结构；7、第三钢结构；8、第四钢结构。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用复合材料，其特征在于，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，20～40％；聚醚多元醇，20～40％；粉煤灰，20～60％；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～1.0％；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5～2％。

【技术特征摘要】
1.一种矿用复合材料，其特征在于，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，20～40％；聚醚多元醇，20～40％；粉煤灰，20～60％；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～1.0％；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5～2％。2.如权利要求1所述的矿用复合材料，其特征在于，所述矿用复合材料包括按重量百分比计的下述组份：异氰酸酯，30～40％；聚醚多元醇，25～35％；粉煤灰，25～40％；还包括外加入的催化剂和稀释剂，所述催化剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.1～0.5％；所述稀释剂的含量占所述异氰酸酯和聚醚多元醇重量和的0.5～1％。3.如权利要求1或2所述的矿用复合材料，其特征在于，所述催化剂为叔胺类催化剂；所述稀释剂为硅油。4.一种由权利要求1所述的矿用复合材料制备钢结构的方法，其特征在于，所述制备钢结构的方法包括以下步骤：1)将异氰酸酯、聚醚多元醇、粉煤灰、催化剂和稀释剂按照所需配比称取后混合，高速搅拌均匀，得混合浆体；2)将步骤1)中的混合浆体注入模具内，固结成型48h以上，再制成承压块；在所述承压块上预留拉筋孔；3)将直径为20mm以上的短梁的两端分别穿入由步骤2)得到的两个所述承压块的拉筋孔内，所述短梁用于连接两个所述承压块，得矿用复合材料钢结构。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨利，熊祖强，袁策，熊志鹏，王凯，刘旭峰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41