基于温度补偿的光纤光栅井下锚杆受力动态监测技术

基于光纤Bragg光栅传感原理与技术,通过实验室力学标定试验建立光纤光栅反射波波长与锚杆轴向应力、温度的物理关系,构建基于温度补偿的光纤光栅测力锚杆受力动态监测技术;并在塔山矿进行井下光纤Bragg光栅测力锚杆受力动态监测试验。试验结果表明,光纤Bragg光栅反射波波长偏移量呈高度线性关系,相关系数达0.99,光纤光栅测力具备高测量精度;但与此同时,光纤Bragg光栅反射波波长对温度变化敏感,温度每升高1℃,光纤Bragg光栅波长大约增加59 pm。基于温度补偿的光纤Bragg光栅井下锚杆受力动态监测系统可实现锚杆工作状态的高精度动态监测。     

温度补偿的井下光纤光栅锚杆受力动态监测技术研究

目前煤矿井下全长锚固锚杆受力信息监测存在反馈滞后问题,而且精度较差,温度变化对测力传感器有较大影响,针对这些问题,提出建立温度补偿的基于光纤光栅传感技术的井下锚杆受力动态监测系统。基于光纤Bragg光栅传感原理与技术,通过实验室力学标定试验,建立光纤光栅反射波波长与锚杆轴向应力、温度的物理关系,构建光纤光栅测力锚杆受力动态监测系统,并在塔山矿进行井下光纤Bragg光栅测力锚杆受力动态监测试验。试验结果表明,该光纤Bragg光栅反射波波长偏移量呈高度线性关系,相关系数达0.99,光纤光栅测力具备高测量精度。但与此同时,光纤Bragg光栅反射波波长对温度变化敏感,温度每升高1℃,光纤Bragg光栅波长大约增加59pm,故井下锚杆动态监测系统中应考虑地温变化对应力监测的影响,需要布置温度补偿锚杆。该锚杆受力动态监测系统通过测试表明,它可实现锚杆工作状态的高精度动态监测,并为锚固支护参数的动态优化控制提供依据。     

锚杆托盘的实验应力分析

介绍了锚杆测力托盘的制作方法,在实验室对锚杆托盘的应力分布进行了分析。     

矿用碟状异形锚杆托盘的研制与应用

为解决煤矿巷道肩角等特殊部位使用普通锚杆托盘存在锚杆受剪易损的技术难题,对普通碟状托盘的球形部位,按照托盘与锚杆安装方向夹角设计托盘钻孔眼位,采用A3钢材进行加工制作,研制开发了矿用碟状异形锚杆托盘.应用结果表明,碟状异形托盘强度和结构均能与锚杆杆体及其它构件合理匹配,改善了锚杆受力状态,提高了锚杆支护效果,取得了良好的技术经济效益.     

基于ANSYS的锚杆托盘有限元分析

针对锚杆屈服强度升级，采用ANSYS软件对配套的锚杆托盘进行结构静力有限元分析，合理选取锚杆托盘材料。在锚杆受力屈服时，锚杆托盘仍处在弹性状态；锚杆拉断时，锚杆托盘孔口处应力集中区内的极小范围区域，应力超过屈服强度但未达到极限强度，即允许锚杆托盘有一定的极其有限的塑性变形。有限元分析结果与现场实验验证情况相符，对锚杆托盘的材料选取、强度分析提供了有价值的参考和依据。     

锚杆托盘扩孔夹持器

为提高煤矿回撤形变锚杆托盘修复质量及效率,结合利用立式钻床扩孔修复的实际情况,在不改变修复工艺的基础上,设计了一种新型可自动调心对正锚杆托盘修复的夹持器,并对其结构、工作原理做了详细的介绍,现场使用后发现,利用该夹持器有效地简化了修复过程中的操作步骤,极大程度提高形变锚杆托盘的修复效率,同时对钻床主轴起到了一定的保护作用,减少了设备故障率,延长了设备使用寿命。     

测力锚杆力学原理及其应用

测力锚杆可对煤巷锚杆工作状况及顶板安全状况进行有效的监测，通过观测测力锚杆的应变来分析锚杆的受力状态，对煤巷锚杆支护的安全施工及支护参数设计优化具有重要作用。对测力锚杆的力学原理进行了论述，提出了测力锚杆各力学数据的计算公式，并对测力锚杆的应用情况进行了解释。     

深井主要巷道永久支护锚杆工况安全分析

为了研究深部煤矿主要巷道支护情况,采用测力锚杆对深部煤矿采区主要回风巷道锚杆受力及变形进行检测,通过在630回风大巷拱部顶板、肩窝处、帮部各布置一个测力锚杆,得到了巷道不同区域锚杆受力及变形数据。对测力锚杆收集到的数据进行可以看出,顶板锚杆轴向受力主要集中在1000~2100mm范围之内,锚杆受力大约为50k N,大致相当于锚杆杆体的屈服载荷的20~30%左右。     

测力锚杆的研制与应用

详尽地叙述了测力锚杆的基本原理，结构设计，制作工艺和使用方法，并列举了两个测力锚杆的应用实例。     

济三煤矿巷道锚杆支护构件力学性能研究

济三煤矿回采巷道锚杆支护出现帮锚杆托盘被压平、压反、甚至是托盘崩出,造成帮锚杆失效发生破坏的现象,为此,从现场提取部分锚杆、锚索以及托盘等锚固系统构件进行力学性能研究,研究内容包括:锚杆杆体力学性能实验、托盘压缩性能实验和锚索索具性能实验。通过对实验结果的分析,锚杆杆体材料的质量比较稳定,符合安全规程的规定。但托盘的刚度较小,锚索杆体延伸率不适应围岩大变形的要求。因此,改善帮锚杆托盘的材料,增加托盘球壳的冲压高度,可以较好的防止托盘失效;通过增加锚索整体变形量,来提高锚索适应围岩大变形的要求。     

高煤帮巷道锚杆锚索支护合理预紧力匹配设计及应用

巷帮锚杆锚索预紧力不匹配是造成高煤帮巷道支护失效的重要原因之一。文章分析了某矿30211综采工作面回风巷帮锚索崩断射人事故原因,采用FLAC_^3D软件模拟了巷道采用锚杆、锚索联合支护时二者的匹配关系。结果表明：锚杆、锚索两种延伸率差别很大的材料用在同一条巷道的同一侧帮时,延伸率小的锚索承担的载荷较大,先破断; 锚杆、锚索预紧力联合作用在巷道帮部围岩表面及内部附近形成了大小不等的压应力区,随着预紧力的增加,压应力值和范围也在不断扩大; 锚杆的预紧力矩设定在200~300N?m之间,且锚索的预紧力设定在200~250kN之间,是比较合理的匹配方案。研究结果对高煤帮巷道支护设计和施工具有一定的指导意义。     

基于FLAC3D的节理岩体巷道锚注加固数值模拟

通过对节理面锚注加固抗剪切强度的力学推导,得出锚注加固在节理岩体巷道中的作用机理以及锚杆和注浆的联合应用增强和加固了围岩的支撑能力。通过FLAC^3D大型数值模拟软件,对节理化软岩巷道未支护、锚注加固时的岩体巷道围岩进行数值模拟分析研究,锚注加固对于改善节理化软岩巷道围岩的受力状况、限制巷道围岩变形量具有重大的作用,对节理裂隙岩体进行锚注加固是一种有效的节理岩体支护方法。     

基于单片机的新型锚杆测力计设计与测试

锚杆支护效果监测是防治巷道冒顶的重要步骤,锚杆受力状态是反映锚固效果好坏的重要指标。通过锚杆受力监测,可全面了解锚杆工作状况,保证巷道支护安全性与可靠性。现有具有冒顶危险报警功能的锚杆测力计较少。因此,基于单片机STC12,以电阻应变片及具有温度自补偿的全桥电路作为测量电路,设计了新型锚杆测力计,确定安全载荷区间,设置相应锚固系统阈值,对锚杆锚固力实时监测并报警,避免了顶板冒顶隐患,保证巷道安全。     

矿用便携式锚杆测力仪的研制

利用螺母动摩擦扭紧力矩与锚杆预紧轴向力呈现一定的线性关系的原理,通过测量扭紧力矩实现锚杆预紧力的间接测量,采用超低功耗MSP430单片机以及外围电路制作成适合煤矿井下使用的本质安全型矿用便携式锚杆测力仪,通过实验证明,其测量精度可以满足工程上需要。     

W形钢带生产线设计

传统的掘进工作面采用锚杆加托盘联合支护,用这种支护方法最终形成的顶板是由很多的点(托盘)组成,为防止顶板恶性事故的发生,决定采用锚杆、托盘、W形钢带联合支护。W形钢带需要量很大,外购W形钢带,常常因为供货不及时而影响生产,为此,研制了W形钢带生产线,满足了双鸭山矿业集团新安煤矿安全生产的需要。     

矿用小孔径预应力拉力分散型锚索锚固结构研究及应用

采用数值模拟方法分析了目前煤矿小孔径树脂锚固锚索剪应力分布特征，指出其受力本质为拉力集中型，在外锚固起始段会产生严重的应力集中现象，容易造成锚索锚固段渐进破坏，进而导致锚索锚固失效。通过凝胶时间达6～8h、抗压强度60MPa以上缓凝型树脂锚固剂的研发，提出了矿用新型小孔径拉力分散型锚索结构及施工工艺。在现有矿用锚索支护施工工艺不变的条件下，实现了同一钻孔内不同锚固段树脂药卷的分时分段锚固。数值计算结果表明矿用拉力分散型锚索能够将锚固段剪应力分散至两处，显著降低锚固段应力集中程度。工程应用结果表明，该技术能够大幅提高锚索内锚可靠性及锚索强度利用率，有效改善锚索内锚力与破断力的匹配性能，对巷道变形控制效果显著。     

综采切眼施工中锚索的应用

综采切眼施工中采用锚索、锚杆、铺网联合支护的施工方法，节省了材料，减轻了工作的劳动强度，给综采安装工作提供了方便。     

旧巷改造的锚固技术方案

通过对巷道围岩现状调研,确定了适宜的支护原则:中等支护强度原则、预紧力及预紧力扩散原则和及时支护原则。依据大厚度锚固板理论和整体锚固结构理论制定了合理有效的锚固支护方案,支护效果甚佳。现场矿压监测发现旧巷具有变形小,短期即可稳定,锚杆(索)受力小,锚固结构仍有较大承载潜能特点。     

锚杆预应力对巷道支护效果影响研究

为了确保矿井的安全生产,以理论分析为基础,分析了锚杆预紧力和预应力矩的关系。结合某矿的工作面概况,数值模拟了不同预紧力对锚杆支护的应力场影响和锚杆、锚索联合支护下的附加应力分布。研究得出,高预紧力作用下,锚杆产生的附加应力场较大,锚杆起到了主动支护的效果;在锚杆和锚索联合支护作用下,锚杆和锚索相交区域出现以锚杆为连续带、以锚索为骨架的网状结构,此时的支护作用显著。