錨索錨固技術(shù)的仿真實驗研究

何炳銀，楊永剛

（安徽省煤炭科學(xué)研究院，安徽 合肥 230001）

1 概述

小孔徑樹脂錨固劑錨固錨索在煤礦巷道支護中推廣應(yīng)用已有較長時間了。錨索支護技術(shù)在煤礦巷道支護中的普遍應(yīng)用，對于提高煤礦巷道的支護技術(shù)水平、改變煤礦巷道支護的技術(shù)面貌、改善煤礦巷道的安全狀況，起到了重要作用。目前，由于缺少對于煤礦巷道錨索錨固技術(shù)的實驗研究，對于錨索在圍巖鉆孔中的實際錨固狀況了解甚少。采用實驗的方法，仿真試驗錨索的錨固工藝、錨固參數(shù)、錨固方法、錨固過程等，對于了解錨索在巷道圍巖中的實際錨固狀態(tài)，從中發(fā)現(xiàn)錨固技術(shù)、錨固參數(shù)與工藝中可能存在的問題，進而研究并提出相應(yīng)的解決方法，這有助于進一步提高煤礦錨索支護的技術(shù)水平；特別是在當(dāng)前深部錨索支護巷道中不斷出現(xiàn)嚴(yán)重安全問題的情況下，加強錨索錨固技術(shù)的研究，對于提高深部巷道錨索支護的安全性與可靠性，更具有重要意義。

2 實驗裝置制作

2.1 實驗材料與設(shè)備儀器

鋼管1，內(nèi)徑28mm，外徑34mm，長7m；

鋼管2，內(nèi)徑30mm，外徑38mm，長7m；

鋼管3，內(nèi)徑32mm，外徑40mm，長7m；

樹脂錨固劑：H2355（緩凝型錨固劑）；Z2355；

鋼絞線：Φ18×7500mm，Φ22×7500mm；

錨桿鉆機：MQT-90／2.3A；

空壓機：QCX5-30；

工業(yè)內(nèi)窺鏡：Olympas IV88100L1。

2.2 實驗鋼管制作與固定

相同直徑的鋼管準(zhǔn)備2根，長管5m，短管2m。將2 m 長的短管沿縱向一剖為二，將剖開的2個半圓鋼管沿縱向在剖開處等間距焊上聯(lián)接耳，用螺栓將其聯(lián)接固定成整體，并用強力膠帶等密封縱向縫隙。在長、短鋼管的對接端分別焊上聯(lián)接法蘭，將長、短管重新聯(lián)接組裝成一根鋼管，鋼管長7m。

實驗在樓梯處進行。將準(zhǔn)備好的鋼管豎立在1～4層樓的樓梯間縫處，用鐵絲將其拴固在樓梯護欄上。長管在下，短管在上，封堵鋼管上端孔口。鋼管下端距地面3 m左右（見圖1）。

圖1 實驗鋼管固定在樓梯間

3 實驗內(nèi)容與方法

3.1 實驗內(nèi)容

（1）推送錨固劑。查看錨固劑推送過程中的存在狀態(tài)，是否可以完全、全部、完整地到達(dá)預(yù)想的錨固位置。

（2）攪拌錨固劑。實驗錨固劑在孔中攪拌后的鋼絞線的位態(tài)，以及錨固劑包裝塑料膜在樹脂攪拌后的物理形態(tài)。

3.2 實驗過程

（1）安裝并攪拌錨固劑

圖2 安裝并攪拌錨索

按照井下安裝錨固劑的方法，將3支H2355緩凝型錨固劑依次接送入鋼管內(nèi)，然后用鋼絞線將其推送至設(shè)計的鋼管深處（見圖2）。實驗分別在內(nèi)徑28 mm、內(nèi)徑30 mm、內(nèi)徑32mm 的鋼管中進行，將錨固劑推送至孔底，錨索錨固實驗項目與次數(shù)見表1。

表1 錨索錨固實驗項目與次數(shù)

此時，鋼絞線應(yīng)進入鋼管內(nèi)3700mm。在推送錨固劑時，每推送一次（約1m），用工業(yè)內(nèi)窺鏡監(jiān)視錨固劑在孔內(nèi)的實際狀態(tài)（見圖3）。

圖3 錨固劑在安裝推送中

當(dāng)錨固劑到達(dá)預(yù)定深度后，用內(nèi)窺鏡從鋼管下端伸入觀察鋼管內(nèi)壁情況，查看錨固劑是否全部、完整地到達(dá)預(yù)定錨固段，攪拌錨固劑30秒。

（2）剖開鋼管

用上述相同方法進行錨固劑安裝實驗。實驗結(jié)束前，將上部剖開的鋼管卸下，將其聯(lián)接的螺栓卸開，察看管內(nèi)錨索與錨固劑的實際錨固狀態(tài)。

4 實驗結(jié)果與分析

1）錨固劑在孔中的實際錨固長度小于錨固劑的安裝長度。

2）在錨固劑推送過程中易發(fā)生相互錯位。在直徑32 mm 的鋼管中推送Z2355錨固劑時，兩根錨固劑發(fā)生了相互擠壓錯位現(xiàn)象，后續(xù)推送的錨固劑通過前面一根錨固劑與孔壁之間的間隔擠到了前頭，使得本來位前的錨固劑滯留在推送途中，不能到達(dá)預(yù)定的錨固位置，而后面的錨固劑卻被推送到了前面（見圖4）。不過，在直徑28 mm、30 mm 的鋼管中推送直徑23mm 錨固劑，未發(fā)現(xiàn)此種現(xiàn)象。

圖4 錨固劑在推送中錯位

3）鋼絞線穿過錨固劑而固化劑未攪破，有2支錨固劑被鋼絞線刺破錨固劑后，從其中穿心而過。鋼絞線在攪拌時，只是對膠泥進行攪拌，而沒有將白色的固化劑一同刺破，沒有將兩種成份攪拌混合在一起，造成錨固劑不能固化，錨索沒有錨固（見圖5、圖6）。

圖5 鋼絞線穿過錨固劑

圖6 鋼絞線穿過錨固劑而固化劑沒有被攪破

4）錨固劑包裝塑料袋不易攪碎。一支錨固劑共有2個平行而相聯(lián)的包裝塑料袋，一個裝膠泥，一個裝固化劑。包裝袋是用薄膜加工的，一根Z2355樹脂錨固劑，其包裝薄膜袋的表面積可達(dá)900cm2。在錨固劑攪拌過程中，錨固劑包裝薄膜袋被攪碎成塊度大小不等的碎片，有的甚至攪不破（圖7）。特別是錨固劑兩頭是用鐵絲扎封，更是不容易攪碎。有的大碎片的長度可達(dá)20cm，寬度可達(dá)6cm，面積可達(dá)84cm2。這些大小不等的薄膜碎片全部散布于錨固介質(zhì)中（見圖8）。如果其正好位于鋼絞線與錨固介質(zhì)之間，或位于錨固介質(zhì)與孔壁之間，無疑會分隔錨固劑的粘結(jié)作用，減少鋼絞線被粘結(jié)的表面積，降低錨索的錨固力。

圖7 錨固劑包裝薄膜未攪碎

圖8 錨固劑包裝袋碎片

5 結(jié)語與建議

5.1 結(jié)論

在煤礦巷道支護中按照現(xiàn)有的錨固技術(shù)、錨固參數(shù)、錨固材料和錨固工藝安裝錨索，將難免出現(xiàn)以下問題：

（1）錨固劑難以全部被推送到錨固位置。

（2）錨固劑不能被攪拌均勻與混合，不能全部固化。

（3）錨索錨固長度短于錨固劑安裝長度。

（4）錨固劑包裝袋未能充分?jǐn)囁椤?/p>

5.2 建議

（1）使用帶有增強攪拌作用的葉片式攪拌錨索，提高錨索的攪拌性能，保證錨固錨索的錨固劑均勻混合、充分固化及錨索錨固的可靠性。

（2）合理選擇錨索錨固的“三徑匹配”關(guān)系，使鉆孔直徑比錨固劑直徑不大于4mm 為宜，錨索錨固劑的過盈率達(dá)到40%左右。