錨索錨固技術的仿真實驗研究

何炳銀，楊永剛

（安徽省煤炭科學研究院，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用已有較長時間了。錨索支護技術在煤礦巷道支護中的普遍應用，對于提高煤礦巷道的支護技術水平、改變煤礦巷道支護的技術面貌、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、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，從中發現錨固技術、錨固參數與工藝中可能存在的問題，進而研究并提出相應的解決方法，這有助于進一步提高煤礦錨索支護的技術水平；特別是在當前深部錨索支護巷道中不斷出現嚴重安全問題的情況下，加強錨索錨固技術的研究，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 實驗材料與設備儀器

鋼管1，內徑28mm，外徑34mm，長7m；

鋼管2，內徑30mm，外徑38mm，長7m；

鋼管3，內徑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；

工業內窺鏡：Olympas IV88100L1。

2.2 實驗鋼管制作與固定

相同直徑的鋼管準備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接耳，用螺栓將其聯接固定成整體，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接法蘭，將長、短管重新聯接組裝成一根鋼管，鋼管長7m。

實驗在樓梯處進行。將準備好的鋼管豎立在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 實驗內容與方法

3.1 實驗內容

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

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

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，然后用鋼絞線將其推送至設計的鋼管深處（見圖2）。實驗分別在內徑28 mm、內徑30 mm、內徑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見表1。

表1 錨索錨固實驗項目與次數

此時，鋼絞線應進入鋼管內3700mm。在推送錨固劑時，每推送一次（約1m），用工業內窺鏡監視錨固劑在孔內的實際狀態（見圖3）。

圖3 錨固劑在安裝推送中

當錨固劑到達預定深度后，用內窺鏡從鋼管下端伸入觀察鋼管內壁情況，查看錨固劑是否全部、完整地到達預定錨固段，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。實驗結束前，將上部剖開的鋼管卸下，將其聯接的螺栓卸開，察看管內錨索與錨固劑的實際錨固狀態。

4 實驗結果與分析

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，兩根錨固劑發生了相互擠壓錯位現象，后續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，不能到達預定的錨固位置，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，未發現此種現象。

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20cm，寬度可達6cm，面積可達84cm2。這些大小不等的薄膜碎片全部散布于錨固介質中（見圖8）。如果其正好位于鋼絞線與錨固介質之間，或位于錨固介質與孔壁之間，無疑會分隔錨固劑的粘結作用，減少鋼絞線被粘結的表面積，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 結語與建議

5.1 結論

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

（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攪碎。

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到40%左右。