锚杆尾部螺纹联接的试验研究

针对井下锚杆尾部螺纹联接存在脱扣的现象,采用数值模拟和实验室试验的方法,研究了锚杆杆体屈服强度为500 MPa时,不同螺母强度、齿高、厚度和形状对螺纹联接的影响,分析了螺母强度等级分别为5级、6级、8级,齿高分别为0.6H、0.7H、0.8H、0.875H,螺纹厚度分别为24mm和30 mm及其法兰螺母对螺纹联接的影响,得出锚杆屈服强度为500 MPa时,螺母强度等级不低于6级,齿高不低于0.7H,厚度为24 mm的螺母即可满足锚杆强度的需要,法兰螺母会使得各圈螺纹牙受力更加均匀。     

锚杆附件力学性能匹配性研究

锚杆附件力学性能匹配性是实现锚杆支护能力充分发挥的关键影响因素,锚杆附件不匹配易导致锚杆产生不协调变形,使其因非正常承载而破断,严重影响巷道支护效果。在分析锚杆支护巷道各附件变形破坏状况及原因的基础上,研究了锚杆螺母、托板、调心球垫及减摩垫片的力学性能及匹配性。研究结果表明:锚杆连接处的承载力与螺母强度等级、内螺纹齿高及厚度呈正相关关系,500号锚杆杆体选用的螺母强度不宜低于6级,齿高不小于0.7H,螺母厚度不小于20 mm;托板承载力与托板厚度、拱高相关,托板拱高必须达到一定高度才能具有足够承载力;球垫与托板孔口接触越合理、刚度越高越有利于锚杆角度调节,1010尼龙垫片预紧力转化系数高,且有一定延性,可有效发挥减摩效果。最后,确定了锚杆附件的技术要求,提出了不同强度等级锚杆各附件选择的原则和力学参数,并开发了相应的锚杆附件,在井下进行了试验,试验效果良好。     

高预紧力均布承载型锚杆力学响应及应用

预紧力作为锚杆支护的关键参数之一,对主动支护起着决定性作用,国内外研究表明提高锚杆预紧力可降低冒顶事故的发生,为有效提高锚杆预紧力、降低断锚、失锚的现象发生。研发了滚动式减摩垫片和拉压分离型螺母,综合采用实验室试验、理论分析、数值计算,研究了滚动式减摩垫片、拉压分离型螺母转矩-预紧力转化关系,研究了普通螺母、拉压分离型螺母预紧过程中力学响应特征。研究表明：普通锚杆预紧过程中,约有60%转矩被锚杆螺母与托盘之间的摩擦所消耗,使用滚动式减摩垫片可将摩擦消耗的转矩降低至25%,转矩-预紧力转化率提高2倍左右;普通锚杆螺母内螺纹副应力沿着远离挤压面轴向呈指数衰减,螺母内前3圈应力值较大,该范围发生明显的应力集中,为锚杆杆体断裂的危险面,使用拉压分离型螺母后螺纹副应力呈均匀分布,消除了应力集中现象,螺纹变形协调;集成滚动式减摩垫片、拉压分离型螺母等发明了高预紧力均布承载型锚杆,可将预紧力提升至2.5倍,杜绝锚杆易从螺纹段断裂的现象,在淮南矿区朱集矿得取得良好的应用效果。     

锚杆尾部螺纹加工精度对预应力影响的实验研究

在研究螺母扭矩与锚杆预应力关系的基础上,分析螺纹加工精度对锚杆预应力的影响,及影响螺纹加工精度的主要因素,包括锚杆材质、加工工艺与设备。专门设计了螺纹扭矩与锚杆预应力关系实验台,对采用国内外不同工艺与设备加工的锚杆试件进行了螺纹扭矩与预应力关系试验。实验得出：螺纹精度越高,消耗在摩擦力上的扭矩越小,扭矩转化系数越高;在...     

深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件,在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验,介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现.根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题,在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验.试验表明直径20 mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定,破断载荷均在186 kN,杆体和螺母的螺纹配合完好,顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合,外接圆直径为38 mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合.深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高,它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套.     

深井破碎围岩条件下煤巷锚杆构件合理配套

基于徐州矿区张小楼井24302工作面运输平巷的地质条件，在深井破碎围岩条件下进行了煤巷锚杆支护试验，介绍了锚网带索支护技术参数和不同构件配合支护的巷道矿压显现．根据顶板锚杆螺母撕裂和穿过托板与钢带导致的锚杆支护失效问题，在实验室完成了锚杆、托板、钢带和螺母等支护构件配合的力学性能试验．试验表明：直径20mm的螺纹钢锚杆杆体性能稳定，破断载荷均在186kN，杆体和螺母的螺纹配合完好，顶圆底四方螺母能与托板和钢带很好地配合，外接圆直径为38mm的六方螺母与托板和钢带不能很好地配合．深井高应力破碎围岩条件对锚杆支护系统中的锚杆、锚固剂、托板、钢带和螺母等构件的力学性能配合要求高，它们的力学性能应基于锚杆的破断力合理配套．     

锚杆系统检测方法的研究

根据晋城煤业集团锚杆、锚索在使用中存在的质量问题进行了系统的分析研究，提出了锚杆杆体、锚固力、螺纹、螺母、托板各项强度是否匹配的理论，研制出了锚杆、锚索实际使用工况检测试验设备。在对锚杆、锚索的检测中取得了良好的效果。     

锚杆安装扭矩计算模型的研究

基于锚杆安装扭矩作功用于围岩压缩、螺纹间摩擦发热、及螺母托盘间摩擦发热、杆体伸长而耗功的分析,建立了锚杆安装扭矩作功方程,解析得出了螺母、托盘4种接触类型的锚杆安装扭矩的理论解,为锚杆支护设计及施工、管理提供了理论依据.     

锚杆安装扭矩计算模型的研究

本文基于锚杆安装扭矩作功用于围岩压缩、螺纹间摩擦发热、及螺母托盘间摩擦发热、杆体伸长而耗功的分析，解析得出螺母、托盘4种接触类型的锚杆安装扭矩的理论解，为锚杆支护设计及施工、管理提供了理论依据。     

基于豆石混凝土的不同杆体形式锚杆承载力试验研究

为了提高锚杆承载力,利用小粒径豆石混凝土作为锚固剂,进行了异型锚杆抗拔性能试验,研究了混凝土强度及杆体形式对锚杆承载力的影响。试验结果表明:杆体形式对锚杆承载力影响显著,螺纹双盘、螺纹单盘锚杆承载性能明显优于螺纹光杆锚杆,螺纹单盘锚杆承载力为螺纹光杆锚杆的1.12倍,螺纹双盘锚杆承载力为螺纹单盘锚杆的1.35倍;对于螺纹单盘及螺纹双盘锚杆,由于金属圆盘的存在,锚固体系荷载传递机制发生改变,传统界面滑脱破坏形态不再发生,破坏形态主要为圆盘上部浆体产生锥形剪切破坏,有利于锚杆承载力提高;在相同条件下,各锚杆承载力与混凝土强度呈非线性关系,随混凝土强度的增加而增大,但其增大幅度随着混凝土强度的提高而逐渐降低。     

基于推力球轴承高效减摩方式的锚杆支护

针对煤矿井下锚杆高预紧力施加困难,螺母扭矩转化效率较低,且对螺母施加较高扭矩会对锚杆尾部形成一定损害,导致锚杆尾部容易发生破断,从而降低了锚杆整体强度的现象,采用实验室试验和井下试验的方法,研究推力球轴承对预紧力转化效率的影响,推力球轴承与不同形式螺母的匹配关系;并对新型减摩方式进行了工业性试验,得出推力球轴承扭矩转化效率比尼龙垫片提高了1倍,使锚杆在较小扭矩下实现高预紧力,推力球轴承内径与锚杆直径相差1 mm时有利于轴承抗压强度的发挥,同时使用法兰螺母可使轴承受力更均匀。实践证明,推力球轴承在井下性能稳定,在很大程度上提高了锚杆支护强度和支护刚度,提高了支护系统的可靠性。     

高强等强锚杆

为了适应大采深、高地应力及复杂地质条件下的巷道支护要求 ,淮南矿业集团加大了高强等强锚杆的开发力度。经该集团公司科技开发中心、合成材料公司等多方研究 ,一种新型高强等强锚杆于日前开发成功。　　这种高强等强锚杆公称直径为 2 0ｍｍ ,材质为2 0ＭｎＳｉ,尾部螺纹采用高温淬火工艺 ,大大提高了杆尾丝扣螺纹的强度。测试表明 ,锚杆尾部螺纹强度大于等于杆体强度 ,锚杆整体强度可达 16 0ｋＮ以上。这种锚杆可广泛用于大采深、高地应力区域的锚杆及锚注支护高强等强锚杆@建信     

锚杆预紧扭矩转化效率主控因素分析

为研究锚杆预紧扭矩与预紧力转化规律，通过理论分析和现场试验，系统研究了转化效率主控因素，并基于数值模拟结果对锚杆预紧扭矩进行参数优选。研究结果表明：同一预紧扭矩下，随螺母与螺纹间摩擦因子、螺母与垫圈间摩擦因子增大，锚杆预紧力均随之减小，且减小速率呈降低趋势。对于细牙全螺纹锚杆和左旋无纵筋锚杆，当预紧扭矩超过400 N·m时，预紧力增幅随预紧扭矩增加而变缓，继续施加预紧扭矩获得的预紧力增量较小。锚杆直径越大，预紧扭矩转化效率越低，锚杆螺距越小，预紧扭矩转化效率越高。当预紧力达到80 kN时，直径18 mm细牙全螺纹锚杆和直径20 mm左旋无纵筋锚杆对应的预紧扭矩分别为408 N·m和429 N·m。研究成果对锚杆支护理论完善及支护参数选取具有一定实用价值。     

锚杆螺纹结构与扭矩-预紧力转化关系试验研究

锚杆预紧力是锚杆发挥其主动支护效果的关键。为提高矿井巷道支护锚杆的预紧力,研究了螺纹螺距、牙高、形状对锚杆扭矩-预紧力的转化关系规律;选取了不同锚杆螺纹螺距、螺纹牙高、螺纹形状,通过试验研究螺纹结构对锚杆扭矩-预紧力转化的影响。结果表明:螺纹螺距越大,螺纹牙高越大,锚杆扭矩-预紧力转化率越低;三角形螺纹锚杆的扭矩-预紧力转化率较高。矿井巷道使用锚杆时,为提高锚杆扭矩-预紧力转化效果,可以选取螺纹螺距1.0mm、螺纹牙高0.2mm、螺纹形状为三角形的锚杆。     

冲击韧性对锚杆力学性能影响的试验研究

高强度锚杆在井下使用时经常发生螺纹段脆断现象,这与锚杆材料的冲击韧性密切相关,测试了4个厂家屈服强度500 MPa锚杆的冲击吸收功,不同厂家锚杆冲击韧性差别较大,冲击吸收功从19~165 J不等。对具有不同冲击吸收功锚杆的杆体段和螺纹段分别进行弯曲试验、拉伸试验、复合应力下破坏试验,试验结果表明:冲击韧性影响锚杆螺纹段的冷弯性,当冲击吸收功低于30 J时,锚杆螺纹段冷弯性差;冲击韧性对杆体的冷弯性、杆体段和螺纹段的伸长率没有影响;冲击韧性影响锚杆复合应力下破坏状态,当冲击功低于19 J时,复合应力下锚杆易出现脆性破坏。认为屈服强度500 MPa高强锚杆的冲击吸收功不应低于30 J。     

锚杆杆尾螺纹力学性能的实验研究

为提高锚杆杆尾螺纹段综合力学性能,在分析锚杆杆尾螺纹力学性能主要影响因素的基础上,对不同螺纹参数的锚杆螺纹段力学性能进行了试验研究,开发出螺纹力学性能测试试验台,加工不同公称直径、不同牙型、不同螺距等参数的螺纹段试件,进行多方案对比试验,得出不同螺纹结构参数与锚杆螺纹段力学性能的关系。试验结果表明：螺纹参数对锚杆螺纹段力学性能影响非常显著;通过减小螺纹的螺距,能够有效提高螺纹预紧力矩转化效率,并提高杆尾螺纹段的拉伸强度性能。     

树脂锚杆尾部螺纹螺母承载力试验方法

以树脂锚杆为研究对象,基于万能材料试验机,综合考虑其结构特点,设计出一种用于测试杆体尾部螺纹螺母组装件承载力的简便试验工装,建立试验模型,从而解决试样夹持的问题,不仅降低了测试强度,而且提高了检验效率及测试结果的准确性.     

高强度锚杆尾部螺纹断裂受力分析

针对高强度高预紧力锚杆支护技术在应用过程中存在锚杆尾部螺纹脆性断裂的问题,分析了锚杆螺纹断裂形式和原因,建立了锚杆尾部螺纹受力模型。根据断裂力学理论,得出裂纹应力强度因子大小表达式,并利用K准则,计算出在不同轴力和不同角度条件下锚杆发生断裂时裂纹临界尺寸ac大小,并提出了防止锚杆尾部螺纹脆断的措施。     

刚性长螺纹锚杆及其在巷帮支护中的应用

为避免巷道扩帮后重新补打锚杆,研发了巷帮支护的一种新型刚性长螺纹锚杆,并在焦作煤业集团赵固二矿进行现场试验,对试验巷道进行深基点位移监测和表面位移监测,监测结果表明,由于刚性长螺纹锚杆有高强长螺纹锚尾,在扩帮后,只需继续拧紧螺母,截掉外露多余部分即可,刚性长螺纹锚杆可以充分利用原有巷帮支护,避免重新补打锚杆,不仅节省扩帮维修费用,还能缩短巷道维修时间,其支护效果要优于普通锚网索的支护效果。     

影响树脂锚杆支护效果的易被忽视因素

分析了树脂锚杆支护三径匹配、不同直径锚杆螺母扭矩、二次耦合支护时间、锚杆和锚索二次补强的时间及强度、锚杆眼深度控制等最易被忽视的几个因素，讨论了这些因素对树脂锚杆支护效果的影响，并阐述解决这些问题的有效方法。