树脂锚杆锚固性能及影响因素分析

树脂锚杆锚固性能及影响因素分析

张海青

国家能源集团神华包头能源有限责任公司万利一矿内蒙古鄂尔多斯017000

摘要：通过采用理论分析与实验操作相结合的方法，对树脂锚杆锚固性能及影响因素进行了研究和分析。分析了锚杆在不同影响因素下的锚固能力，并且在实验室中进行了相关实验，测定了不同的外部条件，如温度，水量和拉拔力对锚固力的影响效果。而且模拟研究了预紧力锚杆密度，锚杆长度，锚杆角度等因素对锚杆支护与应力场分布的影响，并对相应数据进行了分析，得出了对锚固性能最好的控制范围，最后进行了一系列实地实验，进一步为锚杆的锚固性能提供了数据支持。

关键词：树脂锚杆；锚固性能；应力分布；影响因素

首先对锚杆性能的研究是我国目前工业发展的趋势，由于我国煤矿的生产环境比较复杂，大多数情况下都需要在井下开采。而井下开采就会带动一些支护技术的发展，因为地下开采是十分危险的，技术人员必须依靠支护技术来保证他们的人身安全。近年来，尤其是树脂锚杆的支护技术得到了很大的发展，由于它的可靠度高，适应性强，逐步取代了其他类型的锚杆，成为了锚杆支护的主导形式。这种工艺比较简便，而且安全性，可靠性很高，给矿给煤矿企业带来了巨大的技术经济效益，也成为我国地下开采的一大技术支持。但是，随着全国经济化的发展，煤层开采深度的加大，再加上锚杆自身的复杂性和不确定性给树脂锚杆提出了更高的要求。

一、树脂锚杆的锚固性能分析

1.1研究树脂锚杆锚固性能的背景

随着我国煤矿产业的发展，对锚杆树脂锚固的性能有了更高的要求，虽然我国的树脂锚杆支护技术已经达到了很高的水平，但是由于一些新工艺，新方法的不断出现。使我国的树脂锚杆也出现了很多的问题。另外，由于自然环境的改变，对树脂锚杆锚固性能造成了很大的影响。所以我们必须不断地对树脂锚杆进行改造，从这种树脂锚杆最初由德国发明到现在已经成为了全世界采煤国家井工煤矿巷道支护的主要方式，它必须要经过不断的改变才能适应社会的发展。

1.2树脂锚杆的锚固方式

树脂锚杆的锚固方式对锚杆支护效果起着关键性的作用，锚杆的锚固方式主要有种类型，如加长锚固、全长锚固、端部锚固等。由于树脂锚杆锚固方式不但在工业中应用广泛，而且也运用到了生活中，比如巷道支护和一些景区支护等，所以这些在使用树脂锚固时要根据具体的环境，进行合适的选择。否则不但是对材料和人力的浪费，而且也会造成极大的安全隐患。而且由于影响锚杆锚固性能的因素很多，所以必须通过一系列实验来检测各个影响因素对锚杆锚固性能的影响。因为不同的方式建造方式不一样，其影响因素也大不相同，我们必须根据不同的地区不同的方式，不同的影响因素使锚杆发挥最大的锚固性能。

二、锚杆锚固性能的影响因素

2.1锚杆孔直径对锚杆性能的影响

我们通过实验来检测锚杆孔直径对锚固性能的影响。首先在实验前应该先对锚钢管进行预热，模拟钻孔壁围岩温度，采用自制保温套管及时对钢管进行保温，我们要尽量减少温度损失对实验结果的影响。通过实验得出的实验数据结果表明，当锚固剂环形厚度不同时，它的粘结能力不一样。

2.2拉拔力对锚固性能的影响

经过实验我们发现当拉拔力较小时，锚杆轴力沿锚杆向上呈递减分布，也就是说锚杆尾部阻力是最大的，相近于拉拔力，而它的端部轴力最小趋近于零。从实验数据得出的结果是呈负指数曲线的。而且当拉拔力较小的时候，树脂药卷剪应力分布也和锚杆轴力分布相似，主要集中在锚杆尾部。数据表明，锚杆端部锚固剂的剪应力随着拉拔力的增加而增加，也说明了拉拔力的增加导致了树脂药卷应力向锚杆端部延伸，所以拉把力对锚杆锚固的影响就是随着围岩任意点剪应力随该点到锚杆径向距离是成正比的，类似于负指数曲线，也就是说围岩内卷应力主要分布在锚杆周围的有限区域内。即随着拉拔力的增大，该曲线整体呈增长趋势。所以直径较大的锚杆对围岩的变形控制较有力，说明树脂锚杆的锚固性能和系统刚度，强度有关，反之较小直径的锚杆不利于围岩的变形控制，锚固的效果较差。但是锚管的直径增大需要增加原料，相应就会增加成本，所以锚杆的直径大小要根据具体情况来定。

2.3锚固方式对锚固性能的影响

不同的锚固方式对锚固性能也有一定的影响。实验发现，在端部锚固时，由于锚固段较短，所以，锚固段最外端剪应力最大，从外向里逐步递减。此时的锚固段利用率是最高的，但是较短的锚管对锚固剂的强度和收缩力都提出较高的要求，而且如果锚管较短，也不利于锚固剂加固围岩作用的发挥。但是，较长的自由段锚管对围岩的离层反应不灵敏，所以这时对于不同的锚杆的长度，就要从加固方式上进行改变。实验中发现，如果在考虑预应力的情况下，全长锚固和加长锚固的锚固段利用效果比端部锚骨效果差。如果超速固化和慢速固化搭配使用，端部机械锚固于慢速固化膜，就会形成一种类似混凝土的结构，可以显著地增强锚固的支护效果。对锚固方式的选择在很大程度上回减少成本，增大锚固性能，所以在锚固法方式的选择上我们要慎重。

2.4锚杆在钻孔中的居中度

由于锚杆锚固剂和围岩之间的支护系统，我们可以近似的看成轴对称系统，既然是轴对称，那么就要求他们之间是相互协调的，所以要想锚固效果最好，锚杆居中毛钻孔正中央位置及锚杆轴线与钻孔轴线相重合时，此时的锚杆的锚固效果最好。当他们偏离的时候，三者的受力就会不协调，偏离距离越大，锚固效果越差，甚至锚固失效。

2.5树脂锚杆支护存在的问题

尽管从目前的发展趋势来看，树脂锚杆支护已经得到了广泛的应用，在一般条件下，支护的效果都是非常好的，也成为了一些巷道和井下作业的主要支护方式，但是对于一些比较复杂的巷道或者是井下环境，树脂锚杆的支护效果就很会差强人意了，它不能有效地控制变形，所以就造成了一定的安全问题，导致这种问题的因素包括对树脂锚杆支护作用的机理认识还不够深刻，而且不能有效地把环境因素与锚杆使用结合起来。对于锚杆的支护，我们要根据环境进行相应的调整，但是由于目前技术人员，相对的不专业性，就给巷道安全和井下工作造成了一定的隐患。还有就是锚杆本身的性能，由于它的刚度过低，导致支护力不够大是锚杆的支护作用不能得到充分发挥的重要因素。

三、对提高树脂锚杆性能的建议

一款产品的好坏取决于它的材料和配比。在树脂锚固剂材料与配方方面我们应该进一步深化，树脂锚固剂各组份的性能，含量以及不同配方对锚固剂力学性能影响的研究是十分重要的。不同的锚固剂和水的比例，锚固剂各组份的所占比例的多少都对锚固性能有很大的影响，我们要更深入的进行锚杆锚固剂和围岩之间的综合联系，减少他们之间的热性影响，为进一步提高锚固力奠定基础。在设计方面，我们也要尽可能的设计有利于锚固稳定的，在锚杆施工方面应严格按照要求安装，尽量清除钻孔中的碎屑，采取有效的措施保证锚杆的性能，当然，也要具体情况具体分析，对于一些地势或者是极软岩层等一些困难环境来说，可以相对的改变钻孔形状，比如当遇到极软岩层时，可以将钻孔底部钻成圆锥形的，以增强它的锚固力和减小阻力。

四、总结

通过本篇文章的介绍，我们知道了影响树脂锚杆锚固力的主要因素有杆体的形状与直径，锚杆在钻孔中的居中度，钻孔直径，锚固长度，围岩强度与完整性和温度及施工质量等等。锚杆杆体形状对锚固力有显著影响，我们要根据实验结论，尽可能的把锚杆的形状进行相应的调整。围岩的温度对树脂锚杆锚固性的影响也很明显，低温和高温都会导致锚杆锚固力的下降，围岩含水同样显著影响锚固性能。随着钻孔淋水量增加，锚杆锚固力降低，特别是当淋水量较大的时候，锚固效果几乎为零。所以通过以上内容的介绍，我们了解了树脂锚固的性能及影响因素，为进一步提高树脂锚固性能的稳定提供了相关参考。

参考文献：

[1]崔千里，树脂锚杆锚固性能及影响因素研究，《煤炭科学研究总院》2010

[2]胡滨林健姜鹏飞，锚固剂环形厚度对树脂锚杆锚固性能影响的研究，《煤矿开采》2011

[3]杨景贺韩国强，不同杆体外形树脂锚杆锚固与安设性能对比实验研究，《煤炭学报》2015