1、中文译文树脂环对充分包裹锚杆锚固性能的影响新南威尔士大学，悉尼一个多样化的选择包括锚杆设计和树脂环，适合地下矿山使用。近年来，在新南威尔士大学矿业研究中心的研究成果，对锚杆拉应力测试设施的建设有很大帮助。这种设备后来被升级和调试，关于拉伸测试的初步测试工作已经完成。测试程序已经完成，其目的是了解负载转移机制和提高锚杆的总体性能。本文介绍了本研究的结果。引言在地下矿井开采中，锚杆正被越来越多地被依赖于作为一个关键组件中的主要支撑部分。在澳大利亚煤炭采矿业中，例如，每年超过500万个锚杆被使用，费用超过35百万美元。根据以前由新南威尔士大学的研究，岩层控制科技控股有限公司（SCT）和动力煤有限公司
2、发现超过30的锚杆“不提供煤矿环境中的最佳性能”（高尔文等2001）。一个研究计划已经被推出，在大学的专业知识中结合工业、科研技能和经验，发展关于完全封装锚杆的了解。广泛的目标是，以提高锚杆系统的性能，从而提高矿山整体安全。这一举措促使在新南威尔士大学，成立可以控制实验室环境的试验设施。作为这项倡议的一部分，研究旨在量化各种锚杆变化的敏感性和锚固性能参数。本文概述了关于迄今发现的关于不同厚度树脂环充分包裹的锚杆的锚固性能。测试设施设计目标锚杆试验设施的理想属性被视为：设施应该能够研究广泛范围与相关参数的锚杆安装，并且能在广泛范围条件内重复进行；测试中，应进行控制条件，以更好地确保重复性结果；应
3、该把矿山可以使用（锚杆系统供应商和行业的最终用户）这种设施作为独立的目的，评估新产品的性能或变化中的安装方法。 新的测试设备的设计，采用了最新锚杆液压油缸拉拔试验。液压缸拉拔机可以为锚杆实验提供各种不同负载条件。双向轴向单元卡住一个完全封装锚杆试样。试样可以是效仿一个特定矿井条件的岩石样本，或着人造材料。后者的优点是它减少了许多问题，可能会出现岩石试样之间易变的材料特性引起的问题。设施的特点 新南威尔士大学的矿业研究中心的试验设施作为测试平台，采用修改后的车间车床。设施的主要组成部分包括：一个双向轴向单元装到车床床，其内部直径为145毫米，长度为200毫米，限制最大额定压力为30兆帕；液压伺服
4、控制系统，在拔出测试中精确控制一个拥有300千牛负荷率的中空型钻机；关于锚杆，电脑系统控制外加的负载，通过液压系统和监测观察实际负载和位移。试样的制备实验样品 在测试程序中，选择一个碳化铁灌浆（Celtite MG75S）取代被取空的试样。灌浆压强约为75兆帕。为了确保统一的材料特性，单批准备超过100个测试样品，并浇注到塑料模具中。每个试样中心有一个直径145毫米和长度200毫米的孔。样本在测试前至少等待28天。每个样品都被安装在车床上，用钎型钻头钻一个深度达175毫米的洞。一个凿子被用于26毫米的孔，指状齿轮被用于更大的洞。恒定的旋转速度和进给率，使用水冲刷确保钻孔的均匀粗糙度。锚杆锚固
5、如图1所示，一个Celtite24毫米的特高强度CX锚杆，作为一个基本的轮廓设计在测试程序中使用。锚杆有一个内在的空心，直径21.7毫米，凸起的螺纹绕在直径22.8毫米的锚杆上，螺纹间距为10毫米。锚杆的极限抗拉强度为344千牛。图1 在测试程序中使用的锚杆的外形 最初树脂药筒被用于锚固，然而，树脂和催化剂与塑料包装之间不能充分混合的问题导致不一致的结果。封装的长度短更是加剧了不能充分混合带来的影响。随后一个混合和凝树脂被应用到测试程序中来。混合后，注入树脂，纺纱锚杆孔被夯实。锚杆被夹头支撑，从而树脂被凝固10分钟。然后，树脂进一步用48h与锚杆结合，这样样品锚杆就能永久垂直在上面。据观察，从
6、盒式树脂混合变化到混合注入树脂混合，注入树脂有近两倍最大拔出负荷增加，约200-250千牛。实验方案程序 总的来说，测试过程涉及很复杂的东西，被应用在锚杆和端面试验样品之间。拉伸载荷被用于模拟锚杆诱导负载时分离发生在岩层之间的夹矸。在每次试验后，试样的外表面在10兆帕的禁闭双轴流细胞。拉拔试验开始前，阀门封闭停止液压油流的细胞。禁闭水平原位场模拟条件，但它也是最低水平要支持细胞样品中，在钻井和拉拔试验。压力传感器监测任何双向轴向细胞中的压力变化在每个测试。拉伸载荷由空心液压油缸，如图2所示。压力传感器测量的锚杆上的负载。一个LVDT的测量，因为它的位移，锚杆来自洞的RAM。 数据采集系统记录负
7、载的RAM和在双向轴向细胞和以及在流离失所率20读数/秒。测试参数 综合锚杆负载和位移来评估锚杆锚固系统的性能。利用这些数据，每个测试后绘出载荷/位移曲线。根据这条曲线，可能决定出将要发生的状况。最大拔出负荷（或MPL），这是锚固系统持续的最高阻力。在弹性区域内系统的刚度。最大拔出负荷MPL时的位移。在即将失败区域的刚度。系统的残余刚度。从即将失效到残留刚度变化点的阻力。位移量为50mm时负荷阻力。图2 测试设置显示双轴安排结构，液压油缸，压力传感器和线性可变置换变频器（LVDT）结果增加孔的直径，同时保持锚杆直径对锚杆锚固性能的影响，已经被研究并发表（Hagan and Weckert,20
8、02)。 26、28、30和32毫米的孔直径与相应厚度为2、3、4和5毫米的化学树脂环进行了测试。在每个树脂环上的测试要重复6次。图3：3毫米厚树脂环的锚固系统的载荷/位移曲线。结果增加孔的直径，同时保持锚杆直径对锚杆锚固性能的影响，已经被研究并发表（Hagan and Weckert,2002)。 26、28、30和32毫米的孔直径与相应厚度为2、3、4和5毫米的化学树脂环进行了测试。在每个树脂环上的测试要重复6次。图3：3毫米厚树脂环的锚固系统的载荷/位移曲线。结果增加孔的直径，同时保持锚杆直径对锚杆锚固性能的影响，已经被研究并发表（Hagan and Weckert,2002)。 26、
9、28、30和32毫米的孔直径与相应厚度为2、3、4和5毫米的化学树脂环进行了测试。在每个树脂环上的测试要重复6次。图3：3毫米厚树脂环的锚固系统的载荷/位移曲线。结果增加孔的直径，同时保持锚杆直径对锚杆锚固性能的影响，已经被研究并发表（Hagan and Weckert,2002)。 26、28、30和32毫米的孔直径与相应厚度为2、3、4和5毫米的化学树脂环进行了测试。在每个树脂环上的测试要重复6次。图3：3毫米厚树脂环的锚固系统的载荷/位移曲线。结果增加孔的直径，同时保持锚杆直径对锚杆锚固性能的影响，已经被研究并发表（Hagan and Weckert,2002)。26、28、30和32毫
10、米的孔直径与相应厚度为2、3、4和5毫米的化学树脂环进行了测试。在每个树脂环上的测试要重复6次。图3 3毫米厚树脂环的锚固系统的载荷/位移曲线观察结果如图3所示，合理的重复性观察每个级别的树脂环。这个图表显示为3毫米厚树脂环的载荷/位移曲线。当孔直径达到32mm，树脂环厚度达到5mm时观察到了一种不同的现象，如图4所示。图4说明了，该结果再次合理一致。然而，在最初的锚固系统刚度是类似观察在较小的树脂环，上面的负载约40千牛和一个实例110千牛，发生一个变化，造成更大的位移前最大负荷达到了。这位移是一个类似量关于锚杆螺纹间距的。图4 5毫米厚树脂环锚固系统的载荷/位移曲线 测试程序的结果综述在表
11、1中。每个测试中，从双向轴向元件中的压强可以观察到一小部分可测量的变化。实验噪音往往掩盖一些改变，否则可能发生。在拉拔试验期间，当树脂扩张和缩进锚杆螺纹运动趋势，可以预料会发生一些变化。不幸的是，当前监测安排往往连任何在压力的瞬态变化，可能发生沿试样的长度。间隔的备用设备监控任何可以感应到的应力变化，被考虑用到未来的实验中。分析从2、3和4mm树脂环曲线中可以观察到小的差异，在图5中汇总图表。在这些例子中，锚固系统性能表现得相对很高，以及一致的水平刚度最大的拔出负荷（MPL）点；后者是锚固系统的最大负荷承载能力。 这种初始的弹性表现反映出在锚固系统中锚杆要素，材料性质和锚杆之间的内聚力影响一致
12、。当锚杆的最大拔出负荷小于抗拉强度时，最大拔出强度很可能暗示树脂/岩石和树脂/锚杆接触面中一个或者两个失效的可能性。 除了最大拔出强度，外部实际的负荷阻力下降使锚杆位移进一步加大一直持续到锚固系统的残余阻力强度。有趣的是，发现这残余阻力仍然拥有相当高的强度，相当于约最大拔出强度的70。 因此，即使树脂界面充分接触失效后，一个完全封装锚杆仍然可以提供一个可观的抵抗岩层水平分离的力。 应注意，但是，这个水平残余阻力可能是依赖于自然围岩材料特性，将需要进一步的测试证实了这一点。 在每一种情况下，除为5毫米厚树脂环，限制弹性表现和对最大拉出强度相当一致分别约为180千牛和240千牛。最低最大拔出载荷和
13、失败后的刚度均与最小环说明需要的树脂的最低金额确保良好的粘接之间负荷转移锚杆和岩石。 结果表明，在锚地的变化行为发生在5毫米。在这个环，它是可能是树脂材料的性能来发挥和树脂不再是仅仅一个中等以促进之间的负载锚杆转移和岩石。图5 叠加的曲线显示每个厚度树脂环的平均结果 树脂环厚度太大是降低最大拉出强度的一个因素。在这个测试中，发现树脂环厚度从4mm改变到5mm，锚固系统承受载荷的能力降低了近25%。推断这种实测的表现，孔直径更大，因此一个成功的锚固系统，它可能是最好的锚固系统的最大拔出强度将保持不变在这个较低的水平，但它更可能会减少甚至进一步。将需要后续的检验确认了这一趋势。这个大的树脂厚度，在
14、高峰负荷达到之前，明显需要有一个在量的相应增加三倍位移。 具体而言，这将表明，大型树脂环，使底板更软，即，与更小的树脂环相比，更大的岩层分离肯定会在达到同样载荷之前出现。另外，锚固系统抵制岩层分离的能力可以减少了大量的树脂环。因此，锚固系统过大的树脂环是不太可能作为一种有效的岩石支撑机制。结论测试程序证明，树脂环厚度有一个最佳范围，在这范围内，完全封装的锚杆锚固系统性能变化不大。在这个最佳范围的任一侧有一个锚固系统的最大拔出强度和其他性能都有所下降。例如，在实验中发现，以21.7mm的锚杆为例，一个孔直径达到32mm的锚杆，树脂环达到5mm时，最大拔出强度约降低了25%，与树脂环厚度在最佳范围
15、内时相比。这可以显着降低锚杆结合岩层在一起的能力。这是尚待证实是否在最佳树脂环厚度范围，因此孔直径允许偏差，随着锚杆直径的变化。这个测试程序还表示，一个完全封装锚杆锚固系统仍然可以提供一个合理的阻力水平，对岩层分离或相对位移增大，甚至当锚固系统最大负荷的承载能力已超标。这些发现，是锚杆系统供应商通常给打协议内容。发现让人们认识到给一定的锚杆搭配正确的孔直径的重要性。鸣谢作者感谢澳大利亚煤炭工业协会研究发展计划（ACARP）资助这次研究项目。该项目同样得到了Celtite控股有限公司的支持，岩层控制科技控股有限公司（SCT）提供咨询和测试材料。作者真心感谢史蒂芬沃克和丹尼尔皮尔为该项目作出的贡献。参考文献Galvin, J M, Offner, J C, Whitaker, A, Fabjanczyk, M and Watson, J O, 2001. Establishing anchorage and failure mechanisms of fully encapsulated roof support systems End of grant summary report.ACARP Project C7018.Hagan, P C an
