浸水条件下树脂锚索锚固性能劣化试验研究

预应力树脂锚索运用于交通/水工隧道中,服役环境复杂、年限长,富水围岩区段锚固系统面临潮湿环境长期侵蚀,在浅析潮湿环境侵蚀机制基础上,开展室内试验测试树脂锚固剂水中浸泡后力学性能变化,研究浸水条件下树脂锚索锚固性能变化特征。研究结果表明:树脂锚固剂试样具有弱吸水性,水中浸泡后单轴抗压强度、弹性模量及泊松比出现不同比例下降,试样破坏形态以垂直贯通的主裂缝为主,周围分布数目较多的细小裂缝,表面局部出现块状体的脱落与分离;随着水中浸泡时间的增长,树脂锚索锚固试件拉拔破坏模式由混凝土劈裂破坏,出现树脂锚固剂-锚索黏结失效的索体拔出破坏,平均极限锚固力下降,锚索锚固性能逐渐劣化,试件劈裂破坏时树脂锚固剂-混凝土界面产生分离,索体拔出破坏时为树脂锚固剂-锚索界面滑移。研究揭示了隧道潮湿环境下树脂锚索锚固性能劣化规律现象,有助于加深对预应力树脂锚固系统后期稳定性变化的认知。

新型锚固剂快速装入器动力学特性研究

针对当前国内锚杆支护操作中存在的人员登高危险、锚固剂装填困难以及安装效率低下等问题,该研究开发一种新型的锚固剂快速装入器。该装入器利用空气压力将锚固剂通过导管顺利注入锚杆孔中,从而方便锚固剂的装填,并减少锚固剂的损耗,提高装填效率。为深入探究锚固剂快速装入器的动力学特性,进行流固耦合分析,并得到在不同气压力下锚固剂在导管中的动力学特性数据。最后,采用锚固剂快速装入器成功地对模拟的锚杆孔进行锚固剂装填,获得令人满意的装填效果。

树脂锚固剂制备过程中搅拌参数对其主要性能的影响分析

首先通过理论分析得出影响树脂锚固剂主要性能的3种主控因素分别为搅拌时间、速率和温度。然后选取350 mm超速型、350 mm快速型、600 mm中速型3种树脂锚固剂为研究对象,并采用控制变量法进行实验设计。最后通过检测不同制备条件下锚固剂的锚固力大小,确定树脂锚固剂制备过程中的最佳搅拌参数。结果显示,超速型、快速型、中速型三种树脂锚固剂的最佳搅拌时间分别为15、25、35 s,最佳搅拌速度为500、500、600 r/s。18~28℃范围内的搅拌温度对这3种树脂锚固剂的性能影响效果不大。以上结果表明,合理选择和控制搅拌参数,可以使树脂锚固剂具备较高的性能。

基于TRIZ的锚固剂装填设备创新研究

针对当前人工装填锚固剂存在危险系数大、劳动强度高等问题,应用TRIZ理论的因果分析得出相应问题模型,分别采用技术矛盾和物-场模型对锚固剂装填自动化的关键技术进行分析。根据施工场所具备条件的不同,形成了2个创新设计方案,通过试验样机验证,均能实现自动化装填锚固剂。采用TRIZ理论对锚固剂装填自动化的研究,为推进矿山领域锚杆(索)支护的自动化、智能化创新发展开拓了思路。

增子坊矿5102工作面733 m处补强支护技术

针对晋能控股集团增子坊煤矿5102工作面733 m处接近断层时遇到支护失效、巷道变形等问题,为确保施工安全,用补强支护方法,制定了锚固剂+锚杆+钢带+锚索联合支护等针对性方案。后期生产中顶板变形、下沉以及移近等情况减少,围岩单轴抗压强度提高了2倍,锚杆失效率降低了7%,锚索受力增大了15%,有效地增加工作面围岩的稳定性,顶板事故明显减少,保证矿井安全生产。

增子坊煤矿5305工作面围岩补强支护技术

针对铁峰煤业增子坊煤矿5305工作面接近断层时遇到的支护失效、巷道变形等问题,为确保施工安全,对工作面制定了锚固剂+锚杆+钢带+钢棚+锚索联合支护等针对性的补强支护方案,有效地增加工作面围岩的稳定性。后期生产中顶板变形、下沉以及与底板的相对移近量减少,锚索和锚杆支护作用增强,顶板事故明显减少,保证矿井安全生产。

淋涌水碎裂煤岩顶板煤巷破坏特征及控制对策研究

针对淋涌水碎裂煤岩顶板煤巷支护过程中出现的围岩剧烈破坏难题,综合现场调研、煤岩试验、数值模拟、理论分析及井下试验与实测等方法,对其变形破坏机制、工字钢与锚杆(索)支护位移场的分布及煤巷动态破坏特征、顶板钻孔淋水量分区、新型防水锚固剂的锚杆(索)锚固力测试及淋涌水碎裂顶板控制对策进行系统化研究,主要研究内容及结论如下:(1)淋涌水碎裂煤岩顶板的破坏主要是支护结构体的非整体性承载、锚杆(索)支护受钻孔淋水持续弱化失效以及顶板复合煤岩结构刚强度差异大而导致的离层综合作用的结果;(2)研究新型防水树脂锚固剂,并通过井下淋涌水顶板锚杆(索)拉拔试验及支护后期锚索监测结果,检验防水锚固剂稳定性能;(3)提出控制淋涌水碎裂顶板的"四位一体"控制对策,分析具体支护措施力学效应及保持顶板稳定性方面的作用;(4)详细介绍井下运用"四位一体"综合控制系统的一典型淋涌水型碎裂煤岩顶板煤巷成功实例。研究成果可在霍州矿区进行推广应用,对类似条件巷道支护技术具有一定的理论和实用价值。

深部高应力富水黏土软岩大巷底鼓机理及控制技术

为研究深部高应力富水黏土软岩大巷强烈底鼓控制技术,以陕西蒋家河煤矿二采区回风大巷为工程背景,理论分析了大巷底鼓影响因素,采用UDEC-Trigon离散元方法研究了大巷变形破坏特征及底板锚注支护机理;研发出适合于富水条件下锚杆(索)锚固的新型耐水锚固剂,并在井下取得良好锚固及拉拔效果;提出了先注浆封闭裂隙、后锚索加固的底鼓控制方案,并成功应用于工程实践。研究结果表明:大巷在高应力及水理作用影响下呈挤压流动性和水理膨胀性底鼓;锚注支护对于减小深部高应力围岩塑性区分布作用不明显,其主要作用在于控制底板围岩浅部张拉裂纹的产生和深部剪切裂纹的产生、扩展延伸及贯通,抑制导水裂隙带形成,避免围岩遇水泥化弱化岩体强度,底板锚索支护系统还可有效改善底板围岩应力状态,避免浅部近零应力区形成及深部围岩应力的进一步释放;锚注支护加固底板后,锚索支护系统与底板围岩系统处于稳定状态,实测大巷最大底鼓量仅202 mm,有效解决了深部高应力富水黏土软岩强烈底鼓问题。

玻璃钢锚杆锚固质量声波检测技术

针对大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量检测手段单一、检测参数有限的现状,应用声波检测技术,对大冶铁矿井下巷道玻璃钢锚杆锚固质量进行抽样检测。在随机抽取的35根锚杆中,玻璃钢锚杆锚固质量合格率为85.7%,与支护巷道的实际情况相符,说明应用声波检测技术对玻璃钢锚杆锚固质量进行检测是可行的。检测结果分析表明,影响大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量的主要因素是玻璃钢锚杆的锚固长度以及玻璃钢锚杆与围岩之间的锚固剂密实度。为此从钻孔深度、锚固剂填塞数量、锚杆杆体插入深度、锚固剂浸泡时间等方面,提出了相应的锚固质量控制对策。玻璃钢锚杆锚固质量声波检测技术可为大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量的控制提供指导,对实现矿山安全高效开采具有较大的应用价值。

螺纹道钉锚固抗拔力的分析和研究

螺纹道钉锚固抗拔力会因螺纹道钉的锈蚀及锚固剂老化等因素而变小,从而影响列车的安全运行,为解决这一问题对螺纹道钉锚固抗拔力进行分析。同时,以锚固剂的结合应力、螺纹道钉的锈蚀程度和偏心度等3个因素为变量对轨道螺纹道钉抗拔力进行实验,采用多元回归分析的方法对实验数据进行计算分析。计算分析表明,锚固剂的结合应力和螺纹道钉的锈蚀程度是影响螺纹道钉抗拔力的主要因素,应避免采用硫磺及有腐蚀性的化学品作为螺纹道钉的锚固剂。初步得出以锚固剂的结合应力、螺纹道钉的锈蚀程度为自变量的螺纹道钉抗拔力的表达式。

水对树脂锚杆锚固性能影响研究

为了分析在围岩含水量比较大的巷道进行锚杆支护时,树脂锚杆锚固力降低的现象,采用实验室试验与理论分析相结合的方法研究了水对树脂锚杆锚固性能的影响。试验结果表明:顶板钻孔淋水和巷帮钻孔积水对树脂锚杆锚固性能影响较大。树脂锚杆锚固力随着模拟顶板钻孔淋水量的增加、巷帮钻孔积水率的增大呈现明显递减规律;当模拟钻孔淋水量超过600mL/min时,锚杆锚固力为无淋水时最大锚固力的10%;当模拟钻孔积水率大于49%时,锚杆锚固力为无积水时最大锚固力的30%,锚固力下降非常明显。在上述研究基础上,分析了水对煤岩体力学特性和树脂锚固剂固化反应过程的影响,提出通过提高树脂锚固剂防水性能、加大锚固长度等方法来保证围岩含水量比较大的巷道中锚杆支护效果。

快硬水泥锚固剂的试验研究

将双快水泥和硫铝酸盐早强水泥按一定比例混合配制一种新型锚固剂,它固化快,终凝在11 min内;使锚杆初锚固力大,安装0.5-1 h可达55-65 kN。这种锚固剂配料方便,价格便宜,并适用于复杂地层及永久性锚杆支护。

不同速率树脂锚固剂组合的拉拔力学性能试验

为确定不同速率树脂锚固剂的合适组合比例,满足现代矿井煤巷快速掘进速度与质量的较高要求。采用FLAC3D软件,建立了锚杆拉拔试验计算模型,通过对不同时间下锚固剂强度参数赋值,模拟得到不同速率树脂锚固剂在不同组合比例下锚杆拉拔力随时间的增长情况。结果表明:各组合比例下,前30 min是拉拔力增长的主要时间段,之后较为平缓;随着时间的增长,不同锚固剂组合比例下拉拔力的区别逐渐减小,区别主要集中在前20 min之内;在拉拔力增长时段内,较其他组合比例,快速与中速树脂锚固剂在3∶2组合时,锚杆拉拔力均为最大,拉拔力增长速率最慢,能有效解决锚杆支护质量和速度间的矛盾,为最合适组合比例。

矿用聚氨酯锚固剂

介绍用于煤矿巷道支护及碎裂岩面加固的聚氨酯锚固剂的研制、施工工艺以及聚氨酯锚固剂的特点 ,讨论了影响锚固力的因素。采用聚氨酯锚固剂 ,当锚杆直径为 16mm、长 180 0mm ,全长锚固时锚固力均达

张拉条件下锚固剂-围岩界面剪应力分布规律研究

为研究锚固剂-围岩界面剪应力分布规律,基于锚杆、锚固剂复合体与围岩孔壁间三阶段线性函数剪切滑移模型,采用载荷传递法开展理论分析,推导出弹性阶段锚固剂-围岩界面剪应力分布公式。结果表明,张拉承载条件下界面剪应力极大值出现在锚固段外端口且沿锚固长度方向呈单调递减规律分布。当锚固段长度较小时(≤0.3 m),界面剪应力可近似认为是均匀分布的。随着锚固长度的增加,锚固段外端口最大剪应力值逐渐降低,界面剪应力分布不均匀程度增加。适当增加锚固长度可以整体降低锚固段界面剪应力大小,一定程度避免锚固始端界面剪应力达到抗剪强度而发生滑移滑脱失效。采用FLAC3D软件开展锚杆、锚固剂实体单元数值计算,验证了锚固剂-围岩界面剪应力沿锚固长度呈递减分布的规律,发现剪应力在锚固段始端前1/3位置递减明显。

纳米SiO_2界面处理对CE基复合材料静态力学性能的影响

将纳米SiO2先用大分子偶联剂SEA–171处理,再与偶氮二异丁腈发生接枝反应而锚固上偶氮引发剂,并通过热失重和元素分析证明了引发剂在纳米SiO2表面的锚固。利用纳米SiO2对氰酸酯树脂(CE)进行改性,研究了纳米SiO2的含量对CE/纳米SiO2复合材料静态力学性能的影响;分析了纳米SiO2复合材料界面的结构特征,探讨了其作用机理。结果表明,纳米SiO2的加入提高了复合材料的冲击强度和弯曲强度。当M–1的添加量为3%时,复合材料的冲击强度增幅56.4%;弯曲强度增幅为44.2%。当M–2的添加量为4%时,复合材料的冲击强度增幅为89.0%;弯曲强度增幅为53.8%。经过锚固处理后,纳米SiO2颗粒团聚程度减小,在高分子有机相中的分散更均匀。

矿用缓凝型树脂锚固剂的研究

由191不饱和树脂、阻聚剂(对苯二酚和一缩二乙二醇)、促进剂(环烷酸钴)、引发剂(过氧化甲乙酮)和无机填料制取矿用缓凝型树脂锚固剂,分为两个组分(树脂胶泥部分和固化剂胶泥部分),使用时将两组分按一定的比例均匀混合。缓凝型锚树脂固剂的树脂胶泥最佳配比为:191不饱和树脂100 g,阻聚剂0.3 g,促进剂0.5 g,无机填料粗石粉、细石粉和白炭黑分别为200 g、300 g和2 g;固化剂胶泥配方为:引发剂4 g,白炭黑1.7 g。凝胶时间和抗压强度测试表明,凝胶时间490 min,抗压强度61 MPa,满足新型拉力分散型锚索锚固工艺的要求。

结合剂对钢包衬砖性能的影响

研究了三种不同的结合剂对钢包砖性能的影响。实验表明:树脂结合的机压钢包砖碳含量在1%左右,而无机结合剂F50和E08不会向钢包砖引入另外的碳,适应了钢包无碳化发展趋势。无机结合剂F50在铝镁质钢包砖上使用,提高了钢包砖的高温强度,同时不影响铝镁质钢包砖的抗渣性和热震稳定性。无机结合剂E08在镁铝质钢包砖上使用,不影响镁铝镁质钢包砖的抗渣性和热震稳定性。

促进剂用量对树脂锚杆锚固剂凝胶时间的影响

选择了2种锚固剂为UP-1和UP-2型号的树脂,考察了不同温度下,促进剂用量对树脂锚固剂凝胶时间的影响。结果表明,随着促进剂用量的增加,树脂锚固剂的凝胶时间显著下降,当促进剂用量超过1.4%时,凝胶时间变化不大;通过化学反应速率方程和Arrhenius方程对固化反应活化能的计算,结果也表明促进剂用量为1.4%时,活化能最低,凝胶时间受温度的影响最小。为此,促进剂的合理用量为1.4%左右。

磷酸镁水泥砂浆无机锚固剂的基本性能研究

采用磷酸镁水泥(MPC)砂浆制备了一种新型无机锚固剂,研究了MPC砂浆的流动度和凝结时间,测试了磷酸镁水泥砂浆的抗压强度和单轴锚固拉拔强度。结果表明,粉煤灰在MPC中具有颗粒填充和化学结合2种作用,使得磷酸镁水泥砂浆的收缩应变显著减小。利用SEM、XCT扫描和3D重构分析发现,标准砂和未反应的MgO颗粒之间均匀分布着MPC水化产物,使得磷酸镁水泥砂浆具有较高的抗压强度和单轴锚固拉拔强度,MPC与钢筋之间同时存在着物理粘结和化学粘结。