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創新點
（1）透過樹脂錨固劑工作時配料的反應發生機理，明確了固膠比對錨固效能存在一定的影響，為探究樹脂錨固劑固膠比與錨固效能的關係研究提供了理論基礎。
（2）利用數值模擬方法研究發現，不同固膠比的樹脂錨固劑工作時，峰值應力均出現在錨杆橫肋及錨固劑與錨杆橫肋下表面接觸處，得到了中速樹脂錨固劑的最佳固膠比。
（3）透過實驗室實驗得出，不同固膠比錨固劑錨固力峰值平均值呈先增後減的趨勢，超快、快速、中速樹脂錨固劑在固膠比為8%、4%、8%時，錨杆錨固力峰值平均值達到最大，最佳固膠比錨固劑的錨固效能在煤礦現場巷道得到了驗證。
礦用樹脂錨固劑固膠比與錨固效能關係
作者：劉少偉1,2，何亞飛1，付孟雄1,2，姜彥軍3，李永恩4，範凱5
單位：1.河南理工大學 能源科學與工程學院；2.煤炭安全生產與清潔高效利用省部共建協同創新中心；3.河南省新鄭煤電有限責任公司；4.神華國能集團有限公司煤炭管理部；5.四川華鎣山龍灘煤電有限責任公司
背 景
錨固作為岩土工程以及巷（隧）道支護的主要形式，在國內外已經得到廣泛的應用。其中錨杆（索）採用樹脂錨固的應用範圍最廣，使用量最大。樹脂錨固劑作為錨杆（索）與圍巖體的黏結介質，依靠錨杆（索）、錨固劑與圍巖體3者之間的相互作用，使巷道圍巖體得到加固。隨著礦井開採深度逐年的增大，地質條件的複雜多變，如遇鬆軟破碎圍巖體、地質構造等區域時，錨杆錨固效果較差，極易造成錨固失效等問題，巷（隧）道頂板存在安全隱患，為保證巷（隧）道正常使用，對錨固系統提出了更高的要求。
針對我國巷（隧）道圍巖地質條件，研究出了不同固化速度（超快速、快速、中速）的樹脂錨固劑。由於其黏結強度大、固化快、成本低、安全可靠性高等效能，已廣泛運用於巷（隧）道支護中。
國內外許多學者對影響礦用樹脂錨固劑錨固效能方面做了大量研究，針對錨杆不同肋間距、錨固劑環形厚度、錨固長度等研究都取得了一系列的成果，對了解影響樹脂錨固劑錨固效能因素有重要指導意義；有關專家對樹脂錨固劑中樹脂、固化劑、促進劑、骨料等配方以及對樹脂錨固劑的力學效能，包括黏結力、抗壓強度、抗拉強度、收縮率等方面做了大量研究；張明、CAO Chen等研究了在樹脂錨固劑中新增不同鋼質骨料對錨固效能的影響，指出新增骨料數量應選擇數量較小的骨料，而改變鋼質骨料粒徑時，應選擇粒徑較大的骨料，指出鋼丸新增劑明顯優於鋼砂新增劑；錨杆杆體形狀與直徑、鑽孔直徑、錨杆居中度、錨固劑力學性質對樹脂錨杆錨固性也存在影響。樹脂錨固劑在不同溫度、溼度條件下對錨杆錨固力的試驗研究得出，溫度變化對樹脂錨杆錨固力產生影響，而在25℃條件下錨固力最大，頂板淋水對錨固力也有影響。現階段對樹脂錨固劑錨固效能試驗的研究主要集中在錨杆外形的最佳化、溫度與溼度等對錨固效能的影響方面，而對樹脂錨固劑中樹脂膠泥與固化劑的最佳質量比（即固膠比）的研究尚且不多，因此，研究樹脂錨固劑不同固膠比錨固效能試驗很有必要，對錨固劑生產具有一定的意義。
摘 要
固膠比是樹脂錨固劑製作時重要的指標，決定樹脂錨固劑效能的優劣。針對樹脂錨固劑在工程上的廣泛應用，發現樹脂錨固劑中樹脂膠泥與固化劑配比對其工作效能存在重要的影響。為得到不同型別礦用樹脂錨固劑的最佳固膠比，提升其工作效能，基於樹脂錨固劑固化反應機理，採用數值模擬、實驗室實驗以及現場工程試驗相結合的方法，研究了不同型別不同固膠比樹脂錨固劑的錨固效能，得到了不同型別樹脂錨固劑最佳固膠比例關係。
結果表明：中速樹脂錨固劑固膠比為2%(對照組)，4%,6%,8%和10%時，錨固工作時在錨杆橫肋、錨固劑與錨杆橫肋下表面接觸區域均出現了不同程度的應力集中，應力峰值均在該區域；與對照組相比，隨著固膠比逐漸增大，錨杆應力以及錨固劑剪應力峰值也逐漸的增大，且在固膠比為8%時兩者應力值峰值達到最大。
同理，對煤礦常用的超快、快速、中速3種樹脂錨固劑依次進行固膠比與錨固力關係實驗室實驗，發現中速樹脂錨固劑在固膠比為8%時錨固力峰值平均值最大，與對照組相比，其錨固力提升了23.70%；超快、快速樹脂錨固劑在固膠比分別為8%,4%時錨固力峰值平均值最大，與對照組相比，錨固力分別提升了39.24%,7.35%。
在煤礦巷道進行不同型別及固膠比的錨固實驗得出，超快、快速、中速3種不同型別樹脂錨固劑最佳固膠比分別為8%,4%,8%，為樹脂錨固劑的配製以及選擇提供了參考依據。
圖 片
樹脂錨固劑常用搭配方式
錨杆示意
60kN時不同固膠比錨杆杆體應力雲圖
5種固膠比下錨杆工作時力學特徵
60kN時不同固膠比錨固劑剪應力雲圖
5種固膠比下錨固劑工作時力學特徵
試驗所用錨杆
試驗鋼管
CX-15035試驗自動鑽孔機
配製好的樹脂錨固劑
錨固後的部分試件
YNS300型微機控制電液伺服萬能試驗機
CK型樹脂錨固劑不同固膠比下試件錨固力-位移曲線
CK型樹脂錨固劑不同固膠比下錨杆錨固力峰值及其平均值
K型樹脂錨固劑不同固膠比下試件錨固力-位移曲線
K型樹脂錨固劑不同固膠比下錨杆錨固力峰值及其平均值
Z型樹脂錨固劑不同固膠比下試件錨固力-位移曲線
Z型樹脂錨固劑不同固膠比下錨杆錨固 力峰值及其平均值
錨固試驗測站佈置
不同型別不同固膠比樹脂錨固劑錨固力分佈
作者簡介
劉少偉，1977年生，男，博士，教授，博士生導師，遼寧錦州人。現任河南理工大學能源科學與工程學院副院長，河南省學術技術帶人頭，河南省傑出青年基金獲得者，河南省高校創新人才，河南省教育廳學術技術帶頭人；兼任中國岩石力學與工程學會軟巖專業委員會理事；2000、2003年畢業於遼寧工程技術大學採礦工程專業分別獲學士、碩士學位；2006年在中國礦業大學（北京）獲採礦工程博士學位。長期從事礦山壓力與岩層控制方面的教學與科研工作。主持國家自然科學基金專案4項，河南省傑出青年基金及大型企業委託專案30餘項，作為主要完成人參與國家自然科學基金專案2項。主持完成省部級科研鑑定成果10餘項，其中5項鑑定成果達到國際先進或國內領先水平，創造了顯著的經濟和社會效益。獲省部級科技進步獎6項，其中一等獎2項、二等獎4項。在《InternationalJournal of Rock Mechanics and Mining Sciences》《Rock Mechanicsand Rock Engineering》《煤炭學報》《岩石力學與工程學報》《中國礦業大學學報》等期刊及學術會議上發表學術論文50餘篇，其中被EI、SCI收錄30餘篇，出版著作3部，獲國家發明專利20餘項。
研究方向
礦山壓力與岩層控制
主要成果
致力於困難條件下煤礦巷道支護理論、技術及產品方面的研究，取得多項創新性成果。本文針對樹脂錨固劑中固膠比問題進行研究，分析了其錨固效果，得到了不同型別樹脂錨固劑的最佳固膠比，為樹脂錨固劑配製及應用提供了有益的參考及指導。
來源：
劉少偉，何亞飛，付孟雄，等．礦用樹脂錨固劑固膠比與錨固效能關係[J]．煤炭學報，2021，46（12）：3819-3832．
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