[發明專利]一種煤體與錨固劑界面粘結強度測試方法

有效

• 申請號: 201710946462.6
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107843553B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 李桂臣;孫元田;杜樂樂;孫長倫;何錦濤;董玉璽;賈斌義
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 華德明

本發明公開了一種煤體與錨固劑界面粘結強度測試方法，首先根據煤體賦存情況壓制煤基體(1)，在煤基體(1)中間形成通孔(2)，然后在通孔(2)中間放入彈性圓柱體(3)，在通孔(2)中注入錨固劑形成錨固劑柱體(4)，對彈性圓柱體(3)充氣加壓，保持一定氣壓待錨固劑完全生效后，將彈性圓柱體(3)換為剛性柱體(6)，封堵通孔(2)兩端形成試件，再然后將試件放置在伺服壓力機(10)上，其中試件下部放置中間有與通孔(2)相同的孔，且該孔與通孔(2)對齊，壓頭(8)為直徑與錨固劑柱體(4)直徑相等的圓柱，開始降低壓頭(8)測試粘結力，最后采集數據分析。本發明以真實煤體作為受錨固基體，測試結果更加接近現場情況。

技術領域

本發明涉及一種粘結強度的測試方法，具體是一種煤體與錨固劑界面粘結強度測試方法，屬于礦業工程領域。

背景技術

錨桿支護是煤礦井下巖層巷道及煤層巷道的主要支護形式之一，其施工方式及作用原理是：首先在巖體或煤體中打鉆孔，并放入樹脂錨固劑，然后將錨桿插入鉆孔中，待樹脂錨固劑生效后，錨固劑將錨桿與鉆孔內壁煤巖體粘結起來，使錨桿伸進鉆孔的一端固定在煤巖體中，最后在錨桿伸出鉆孔的一端固定托盤，從而約束圍巖變形破壞；錨桿作為一種深入煤巖體中的受拉構件，發揮主動支護作用；從現場實踐反饋來看，在煤層支護中，錨桿、煤體與錨固劑三者之間，最常見的破壞形式是煤體和錨固劑之間界面的粘結失效；經過分析，研究者認為主要是煤體強度較低，錨固結構松散，在地層應力及回采擾動過程中，易在粘結界面產生裂隙并逐漸發育至粘結滑脫或剪切滑移，因此，合理確定煤體與錨固劑間的粘結強度，適時補強支護，對煤礦井下支護設計極為重要。

目前實驗室對錨固機理的研究主要圍繞錨桿和錨固劑直接的粘結面，即第一錨固界面，并取得了眾多研究成果；在關于錨固劑與圍巖的粘結面，即第二錨固界面研究相對較少，且研究對象多集中于錨固劑與巖石或人造水泥基體的界面。申請號為201610254643.8的中國發明專利公布了一種測試錨固系統界面粘結強度的方法及裝置，其方法為：制作試樣后，在試樣上鉆孔，放入錨桿，然后注入錨固劑，待錨固劑凝固后，將測試試樣放置于限位裝置內，錨桿穿過限位孔；測試第一錨固界面時，將限位塞擰進限位孔內，并使限位塞與測試試樣緊密貼合；測試第二錨固界面粘結強度時，將承拉盤安裝在錨桿的內延長段上，并使承拉盤與錨固劑緊密貼合；對錨桿施加拉拔力，并實時記錄拉拔力與拉拔位移；分析試驗數據，根據公式計算錨固界面粘結強度，繪制試驗曲線。由于在現場實踐中，安裝錨桿時，要先打鉆孔，然后放入錨固劑，最后插入錨桿；錨桿對錨固劑產生一定擠壓力，因此，錨固劑是在鉆孔內受壓的條件下逐漸凝固起效的，其粘結強度與未受壓情況相比差距較大，采用上述發明專利公布的方法實驗時，忽略了這個因素，致使測試結果與現場實踐中的粘結強度誤差較大。

煤體強度較低，錨固情況與巖石不同，且在實驗中，采用常規方法將面臨試件難以加工的問題；尤其當煤體為較為松散破碎的軟煤時，錨固界面的粗糙度，受粘結程度與巖石或人造水泥基體有很大不同，該類煤體介質是不均勻、非連續、各向異性的；在該類軟煤上鉆孔時，鉆孔內壁為粗糙界面，而巖石或人造水泥基體的鉆孔內壁常常較為光滑；同時在受應力擾動期間，松散破碎軟煤內部結構及錨固材料的物理力學性質參數在不斷變化，這些因素對錨固材料粘結強度影響較大；且針對強度極低的軟煤進行實驗時，對軟煤取樣后，極難將煤樣加工成實驗所需的試件。因此對于在松散破碎軟煤中進行錨桿支護這種特殊環境下，煤體與錨固劑界面(第二錨固界面)粘結強度測定及效果分析還缺乏系統的研究方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤體與錨固劑界面粘結強度測試方法，該方法以真實煤體作為受錨固基體，能夠量化計算煤體與錨固劑脫粘強度，同時測試結果更加接近現場情況。

為實現上述目的，本發明提供的一種煤體與錨固劑界面粘結強度測試方法，包括以下步驟：

(一)制作煤基體：在現場取煤樣，并根據現場煤體賦存狀態將煤體壓制成煤基體，同時在煤基體中間形成直徑與鉆孔相等的圓形通孔，該煤基體為實驗所需的尺寸；