锚杆杆尾扭矩与预紧力相互转化的影响因素研究

针对目前井下普遍存在的锚杆杆尾预紧扭矩向预紧力转化效率低的问题,理论分析了预紧扭矩与预紧力之间的关系,建立了数学表达式,分析了锚杆杆尾预紧扭矩转化效率低的主要影响因素。利用锚杆预紧扭矩试验台,试验研究了锚杆杆尾螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质3种因素对杆尾预紧扭矩转化效率的影响,得出了螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质与锚杆杆尾预紧扭矩转化效率之间的关系,并通过井下试验加以验证。研究结果表明:提高杆尾螺纹加工精度,减小锚杆螺纹直径,使用合适的减摩垫片均能提高杆尾螺纹预紧扭矩向预紧力转化的效率,但减磨垫圈对其影响最显著。井下试验结果与试验室试验结果基本相符,进一步说明了螺纹加工精度、锚杆螺纹处直径及减磨垫片材质对锚杆杆尾预紧扭矩转化效率的影响。     

煤矿巷道锚杆预应力井下试验研究

为研究煤矿井下巷道锚杆预应力的影响因素，在塔然高勒煤矿井下巷道开展顶帮六组锚杆预紧扭矩与预应力的相关试验。结果表明，锚杆预应力随锚杆预紧扭矩增加而增大，呈现良好的正相关变化趋势|锚杆偏斜度严重影响锚杆预应力的大小，锚杆安装偏转角度越大，则锚杆预应力就越小|煤岩层强度也影响到锚杆预应力大小，其强度越高则锚杆预应力就越大。研究结果可为煤矿回采巷道锚杆预应力参数设计提供参考。     

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。     

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。     

锚杆预应力与巷道支护效果的关系研究

通过实验室M-T实验研究,分析锚杆预紧扭矩与轴向预应力的对应关系;利用FLAC3D数值模拟软件对锚杆预应力在巷道围岩中的扩散状态、锚杆预应力与巷道支护效果的关系进行了系统的数值模拟;并通过对试验巷道的现场监测分析,说明锚杆预应力与巷道支护效果的关系。     

煤矿井下锚杆预紧力控制研究

预应力是锚杆支护中重要的参数,预应力对巷道支护效果有重要影响。分析了锚杆预应力对巷道支护效果的影响,锚杆预紧扭矩与预紧力对应关系。针对目前煤矿井下常用的锚杆施工预紧机具,对比了各种施工机具的优缺点,从技术角度、材料方面以及施工机具方面提出了煤矿井下锚杆预紧力的控制措施,提出了锚杆预紧扭矩的合理范围,并得出对于高强度锚杆及强力锚杆,锚杆的预紧扭矩不是越大越好,而是应该有一个合理的范围。井下试验实测数据表明,对于传统高强度锚杆,预紧扭矩要达到300 N·m,一般不要超过500 N·m;对于强力锚杆,锚杆的预紧扭矩要达到400 N·m,一般不要超过550 N·m,否则锚杆容易扭曲变形甚至屈服。通过井下实例进行了锚杆预紧力控制的试验,锚杆破断现象基本消失,取得了很好的支护效果。     

全螺纹等强度锚杆的轧制设备及工艺研究

全螺纹等强度锚杆是通过对 2 50型轧钢机的设备和工艺等进行改造 ,由轧钢机直接轧制成的自身带梯形大螺距螺纹的新型锚杆 ,具有加工设备简单、工艺合理、成本低、安装使用方便等优点     

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。     

螺纹钢等强锚杆杆体螺纹段加工工艺浅析

选材、选择合适的加工工艺,对加工过程中影响螺纹偏差的一些因素进行有效控制,提高锚杆杆体螺纹段的承载力,从而实现锚杆杆体的等强,提高锚杆支护的安全可靠性,确保矿井安全生产.     

全螺纹螺旋锚杆自锚技术及煤巷应用试验

提出一种新型全螺纹螺旋锚杆及自锚固技术。阐明了全螺纹螺旋锚杆的岩体-杆体二元耦合自锚固原理,揭示了其锚固力的时效增阻机制,研究了其在岩体中的极限工作机制及失效情形。并在象山煤矿进行工业性试验研究,对比分析了树脂锚固剂锚杆和全螺纹螺旋锚杆的拉拔力和位移量。研究结果表明:全螺纹螺旋锚杆依靠嵌固力和摩阻力能够实现锚杆自锚,安装扭矩力是影响全螺纹螺旋锚杆自锚技术的关键因素。     

锚杆预紧力对锚固体强度强化的模拟实验研究

锚杆预紧力在巷道支护中发挥着重要作用,但其对锚固体强度强化特征的研究仍存在不少问题;以砂蜡材料、预紧力锚杆和平面应变约束装置制作锚固分离体,在RMT-150C实验机上对其力学特性进行了研究。实验结果表明：锚固体的峰值强度、残余强度的强化系数和岩体强度、锚杆预紧力呈正相关,岩体强度一定时,随着锚杆预紧力的增大,强化系数逐渐增加,锚杆预紧力对锚固体峰后残余强度的强化大于对锚固体峰值强度的强化。锚固体的应变-应力全程曲线与锚杆受力存在着对应关系,锚固体屈服之前,锚杆受力增加缓慢;屈服点之后,受力急剧增加;峰后软化阶段锚杆受力逐渐增加,摩擦阶段锚杆受力处在不断的调整下降中。预紧力一定时,岩体强度越高,锚杆受力增加幅度越小;岩体强度一定时,高预紧力锚杆受力增幅较小;软弱岩层破坏后,锚杆载荷的损失比坚硬岩层大,预紧力锚杆对软弱岩层的作用比坚硬岩层明显。现场实践表明,提高锚杆预紧力能够有效控制围岩的变形。     

张拉高预紧式锚固体强度强化机制研究及工程应用

针对平煤四矿己₁₅-23090运输巷扩帮后锚杆无法重复预紧、锚固体强度减弱等问题,提出了新型张拉预紧式锚杆配套设备,研究预紧力对锚杆锚固性能的影响。通过数值模拟、单轴压缩试验,分析不同预紧力下,岩体强度及内部裂隙发育特征得出:(1)张拉高预紧式锚固体可有效提高岩体的峰值强度和残余强度,增强其极限承载能力;(2)高预紧力能约束内部张拉和剪切裂隙的发育,提高了岩体的整体性。巷道试验后,张拉锁具使锚杆预紧力普遍达到60kN以上,使用锁具紧固锚杆后,巷道帮部位移量比原支护方式减少了44.3%,解决了扩帮后锚杆因尾部螺纹长度不足而无法重复预紧的问题,降低了施工强度及支护成本。     

锚杆预紧力对煤矿巷道支护效果的响应特征研究

为从理论上揭示锚杆预紧力对巷道支护效果的作用机理,针对锚杆支护岩石巷道,建立了分析巷道围岩力学特征的理想弹塑性应变软化模型,获得施加预紧力锚杆支护后巷道围岩位移、应力分布的解析表达式,从理论上表明:提高锚杆预紧力对控制巷道围岩变形及改善巷道周边围岩的应力状态有积极的作用,有利于保持巷道围岩的稳定。并结合现场实际研究了锚杆预紧力对巷道支护效果的影响关系,研究成果对分析锚固作用机理及进行锚杆支护设计具有指导意义。     

锚杆托板的力学性能与支护效果分析

采用实验室试验、数值模拟及井下监测相结合的方法对托板的受力状态、应力分布、变形状况及支护作用进行研究。在实验室,制作专门的测力托板,测试了不同支撑状态下拱形托板变形、应力与载荷的关系,得出不同支撑状态下托板开始屈服的载荷。采用有限元数值模拟方法,分析了拱形托板在面接触、四边支撑、四点支撑及三点支撑状态下的应力分布特征。建立了单根锚杆锚固于围岩中,计算锚杆预应力引起的应力场的数值模型;分析了托板对锚杆预应力场分布的影响,托板应力分布特征及托板对围岩的支护作用。采用测力托板,在潞安屯留矿的回采巷道中进行了托板受力监测,初步分析了托板在锚杆安装预紧阶段、掘进影响与稳定阶段的受力特征与变化规律。     

多裂隙围岩中锚固结构形成的力学机理

把顶板锚固结构简化为均布荷载作用下两端固定支撑的梁,通过分析该固定支撑梁的力学平衡条件,确定了形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、顶板岩石物理力学参数、锚杆有效长度、布置间距之间的定量关系;把两帮锚固结构看作顶板锚固结构的支撑体,通过分析锚固结构的支撑能力与侧向压力的关系,建立了巷道两帮形成锚固结构所需锚杆预紧力与巷道顶压集度、两帮岩石的力学参数、锚杆有效长度、安装根数之间的定量关系。研究结论在大同矿区15号煤层巷道支护中得到应用,效果良好。     

预紧力锚杆作用下锚固体的形成与失稳模式

高强锚固系统在深部及复杂软弱巷道围岩控制中得到越来越广泛的应用,但对该条件下的锚固体形成和失稳的认识仍不充分。笔者采用数值模拟方法研究了预紧力锚杆作用下锚固体的形成因素及原岩应力作用下锚固体的失稳规律。结果表明：预紧力一定时,锚杆间距越小,附加应力就越大;锚杆间排距一定时,预紧力越大,附加应力就越大,附加应力在锚固体范围岩体中呈纺锤形,压力从巷道表面处逐渐衰减,在锚固起始端呈锥形分布;锚固段越短或预紧力越大,压缩区域就越大,锚固体的范围就越大,但锚固段长度对锚固体的影响较为明显。原岩应力环境中,巷道围岩锚固体失稳类型有锚杆断裂型、锚固脱黏型、岩体主导破坏型和锚固体复合型破坏型;岩体强度、锚杆预紧力、原岩应力侧压系数、埋深、锚杆间排距等对锚固体失稳的作用依次减小。     

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。     

煤巷锚杆-锚索支护的预应力协调作用分析

在分析目前锚杆、锚索联合支护条件下施加预紧力时存在问题的基础上,提出了锚杆、锚索联合支护的预应力协调问题,并采用有限差分数值计算软件FLAC3D对锚杆(索)施加不同组合预紧力时围岩产生的应力场分布特征与规律进行了模拟分析。结果表明:预应力锚杆、锚索联合支护可以在巷道围岩锚固结构中形成相互连接、相互叠加的有效压应力区,随着锚杆(索)预应力的增加,压应力区的值和范围也相应地增加;锚杆端部的拉应力值和范围随锚杆预紧力矩的增加而增大,这种情况可以通过施加锚索预紧力进行平衡,锚杆预紧力矩越大,平衡其端部拉应力区所需的锚索预紧力越大;结合工程施工现状,合理的锚杆预紧力矩选择在300～400N.m,锚索预紧力为200～300kN比较合理。井下试验表明,合理预应力组合的锚杆锚索联合支护系统可以有效控制围岩变形。