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。     

掘进巷道锚杆预紧力的确定及应用研究

通过改善巷道锚杆的预紧力的方式可控制掘进巷道局部位置出现冒顶、片帮等现象,文章通过理论分析、数值模拟以及现场实测的方法,计算了巷道顶板锚杆预紧力并分析了其影响因素,探究了不同顶板锚杆预紧力条件下巷道围岩的垂直变形量,最终确定巷道的顶板锚杆的合理预紧力。主要得到如下结论：在锚杆预紧扭矩一定的前提下,随着锚杆直径不断增加,锚杆预应力会逐渐减小;在锚杆直径一定的前提下,随着锚杆预紧扭矩的不断增加,锚杆预紧力不断增大。随着巷道顶板锚杆预紧力的逐渐增加,巷道顶板下沉量逐渐减小,当锚杆预紧力由100kN增加至150kN时,巷道顶板的最大下沉量则由72.28mm减小至64.12mm。巷道顶板锚杆的预紧力应不小于130kN,并最终确定为150kN,经现场实测巷道顶板下沉得到良好控制。     

弱胶结软岩巷道锚索预紧力的研究

为了获取西部矿区弱胶结软岩巷道锚索支护预紧力参数,采用现场调研、理论分析以及现场试验相结合的方法,分析某矿11301回风顺槽锚索破断失效的原因,发现预紧力施加过高造成的让变形量不足是导致锚索拉断的主要原因,相应提出控制锚索变形以及受力的预紧力确定方法,即锚索张拉预紧应保证张拉后允许变形量大于巷道顶板允许下沉量,且应保障锚索受力状态在顶板下沉过程中处于弹性阶段。并以此方法确定了该矿锚索合理的预紧力为200kN,现场应用表明:顺槽掘进后,没有出现锚索拉断的现象,锚索稳定受力最大为370kN,达到屈服强度的79%;顶板最大下沉量为73mm,两帮最大移近量为29 mm,围岩控制效果较好。     

锚杆支护合理预紧力的确定及优化

以黄陵二号煤矿二盘区211回风巷与420胶带巷为工程背景,采用理论分析、锚杆预紧扭矩与预紧力转化试验、井下现场试验相结合的方法,探讨了某矿煤巷支护锚杆合理预紧力的确定。试验研究表明,锚杆预紧力与螺母预紧力矩成正比,且取决于系数k,k值越大,减摩效果越好,相同的预紧扭矩对应的锚杆预紧力越大;通过提高螺母预紧力矩和转换系数k值可以增大锚杆预紧力,而减摩垫片可使锚杆预紧力显著提高,且预紧扭矩越大,减摩垫片的作用越明显。对比井下试验发现,矿用锚杆预紧力转化系数低,建议预紧扭矩为400 N·m,转化后预紧力为32～72 kN,预紧力大,支护效果较好。     

霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚网支护技术研究

为解决霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚杆支护体系的存在问题,先从理论上分析现存问题的原因,并找出关键因素:锚杆(索)的预应力在支护系统中起关键性作用.采用数值模拟计算方法,分析锚杆预紧力、长度、间距、锚固方式、角度、钢带、及锚索预紧力的不同应力效果.在霍尔辛赫开拓巷道和3201首采工作面巷道进行井下工业性试验及对锚杆(索)受力进行监测,得出高预应力强力锚杆锚索支护系统(锚杆预紧扭矩400 N·m、锚索预紧力300 kN)可有效提高支护效果,能有效控制围岩变形.     

霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚网支护技术研究

从理论上分析了霍尔辛赫矿井大断面煤巷锚杆支护体系存在的问题,寻找影响锚网支护的关键因素,得出锚杆(索)的预紧力在支护系统中起关键性作用。采用数值模拟计算方法,分析锚杆预紧力、长度、间距、锚固方式、角度、钢带以及锚索预紧力不同时的应力效果。在霍尔辛赫开拓巷道和3201首采工作面巷道进行井下工业性试验并对锚杆(索)受力进行监测,得出高预应力强力锚杆锚索支护系统(锚杆预紧扭矩400N.m、锚索预紧力300 kN)可提高支护效果,有效控制围岩变形。     

锚杆锚索预紧力值实验及配套测力计初装值设计

为确定锚杆锚索测力计初装标准值,通过实验室、现场锚杆力矩-力转换实验和锚索预紧力损失实验,在分析现场锚杆锚索预紧力损失大小前提下,设计配套测力计初装标准值。实验结果表明,以设定固定力矩值控制锚杆测力计初始范围值或平均值较为合宜,如力矩控制在250～350 N·m时,BHRB335型d20 mm锚杆测力计初装值不低于31.5 kN,一般为35～51 kN;在考虑锚索张拉预紧力损失前提下,测力计初装值一般为现场张拉力的70%;同时为确保监测预紧力值大于破断载荷的30%,井下现场张拉力应大于锚索破断载荷的43%以上。     

平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护技术研究

为解决平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护难度大的问题,采用煤层地质力学测试、围岩结构观测、锚杆支护作用理论分析、数值模拟分析的方法,根据煤层巷道至上部采空区距离的不同,分别提出了"锚杆+短锚索"、"全长预应力锚杆"等以锚杆支护为主的巷道支护方案。结果表明:该锚杆支护方案能够满足近距离煤层采空区下巷道支护的要求,巷道断面整体收缩率较小,顶底板移近量为巷道掘进高度的0.69%,两帮移近量为巷道宽度的0.60%,浅部离层量为0.4 mm,深部无离层,锚杆预紧力为20~30 kN,锚索预紧力为76~84 kN,锚杆、锚索受力稳定,保证了近距离煤层采空区下巷道的稳定性。     

锚索现场张拉预紧力损失试验研究

锚索现场张拉时,除了锁定过程中弹性回缩造成预紧力损失外,还受到不同条件影响下的预紧力损失。若设计时不超前考虑预紧力损失大小,会造成设计不合理或实际预紧力值偏低。选取不同型号锚索进行张拉预紧力损失试验,试验表明:我公司锚索张拉预紧力平均损失率为29. 2%～33. 84%,即有效预紧力为现场张拉力的66. 16%～70. 8%;在一定条件下,直径增大、长度增加或是现场张拉力增大时,预紧力损失均呈减小趋势。     

预应力钢棒力学特性及其在巷道支护中的应用

为解决王坡矿动压巷道失稳破坏问题,开发了预应力钢棒支护技术,预应力钢棒具有高强度、高刚度、高预紧力等特征。与锚杆支护相比,钢棒预应力扩散范围大,主动支护作用显著,钢棒支护的巷道变形小,顶板基本无离层。     

Bond strength of cement grouted glass fibre reinforced plastic (GFRP) anchor bolts

Fibre reinforced plastic (FRP) has recently been introduced in the market in the form of bars for grouted anchor bolts. The resistance to corrosion and chemical attacks, high strength-to-weight ratio, low electromagnetic properties and ease in handling of these bars make them a better alternative to steel in some applications of grouted anchor bolts. However, to fully utilise FRP bars as tendons for cement grouted anchors, some aspects of their behaviour have to be determined, including load carrying capacity, bond strength in cement grout, long-term strength and durability in alkaline environments. In this paper, the load carrying capacity and bond strength of cement grouted glass fibre reinforced plastic (GFRP) anchor bolts are discussed in comparison with steel anchor bolts. The results of laboratory and field pull-out tests of GFRP and steel bars anchored with cement grout are presented. The pull-out tests were conducted on four types of GFRP bars and two types of steel bars installed in concrete blocks and rock mass. The experimental results have shown that the bond strength of GFRP bar anchor bolts is close to that of steel bar anchor bolts. The slip at failure of GFRP bars relative to the cement grout is greater than that of steel bars, mainly due to their low modulus of elasticity.     

均布荷载作用下钢筋锈蚀深梁受力性能研究

为研究钢筋锈蚀后对深梁受力性能的影响,开展均布荷载作用下不同钢筋锈蚀率对深梁受力性能以及破坏形态影响的试验研究。设计了3个不同钢筋锈蚀率的深梁试件,通过静载试验加载至失效破坏,分析深梁压杆荷载—扰度关系、荷载—裂缝宽度关系以及荷载—竖向变形关系。试验结果表明,钢筋锈蚀后,深梁压杆承载力及刚度明显降低,失效模式为深梁跨中中部高度处突然出现一个垂直裂纹,然后裂纹分别向顶面和底面延伸,直至最后附近节点的混凝土发生破碎失效。     

煤层巷道锚杆索支护性能关键影响因素研究

锚固力与预紧力是实现煤矿井下锚杆索高预应力强力支护的前提,是影响其支护效果的关键因素。为最大限度地发挥锚杆索主动支护性能,以柴家沟煤矿为试验地点,进行锚杆索可锚性试验,锚杆预紧力矩转化效率试验和锚索张拉预紧力损失试验。试验结果表明:柴家沟煤矿巷道已安装锚杆索,在进行拉拔试验时,均能达到足够高的锚固力,锚杆拉拔力为150 k N,锚索拉拔力为200 k N时,锚杆索均未发生失效现象,锚固效果良好;当扭矩为400 N·m时,锚杆预紧力约为43~83 k N,围岩较硬时锚杆预紧力较高,围岩表面松软不完整时,锚杆预紧力偏低;泵压-拉力转化系数较低,锚索张拉时,为保证足够的预紧力,应采取超张拉措施。     

张拉预紧式锚杆支护系统高能强化锚固机理研究

目前传统转矩式锚杆预紧力损失大、锚杆主动性利用率较低,难以满足深部复杂困难巷道的支护要求,因此提出了张拉式高预紧锚杆支护技术,开发了张拉预紧式锚杆锁具及相关构件,并对系统在实验室进行了锚杆拉伸试验,结果表明:在锚具锥度为6°时,整个锚杆拉伸过程直至锚杆破断后锁具都可实现自锁,锚杆破断时,锁具总后退距离平均为3.3 mm,验证了锁具系统的安全性、匹配性及稳定性。而后采用数值模拟的方法建立了巷道锚固分离体模型,对比了低、高预紧力下锚固体的变形破坏特征与能量演化机制,最终得出高预紧力锚杆比低预紧力锚杆更能提高锚固体强度,减小锚固体受载变形的破坏程度,高预紧力产生的高储能可有效提高锚固体破坏峰值,减小破坏时的总耗散能,有效提高锚固体峰后残余能量。基于理论分析结果,在王庄煤矿91采区运输大巷进行了张拉预紧式锚杆与普通转矩式锚杆的对比试验,据矿压监测结果显示采用张拉预紧式锚杆的巷道段两帮最大移近量减少了32.6%,证明了提高预紧力构建高储能锚固支护体系可以有效减小巷道变形。     

20000kN大倾角液压支架检测技术及装备研究

针对目前大倾角液压支架检测技术及装备落后于大倾角液压支架发展水平的现状,开发研制了大倾角液压支架主体结构、旋转系统、液压系统和测控系统,解决了煤层倾角在60°以上的液压支架防倒防滑试验、在倾斜状态下进行复合外加载测试和检测装备无级调高等技术难题,检测装备旋转角度为±90°、均布载荷20000kN、额定垂直外载11000kN、额定水平外载6000kN、额定侧向外载2000kN,台面尺寸7200mm×6000mm。     

冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究

为揭示冲击地压巷道锚杆支护常用金属网的静载和动载力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中金属网的选取提供设计依据,采用专门制作的金属网静载和动载力学性能试验装置对常用的经纬网、菱形网和钢筋网的力学性能进行了测试,分析了常用金属网在静载和动载荷下的受力特征和变形状况。实验结果表明:静载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大挠度分别为240,236和225 mm,最大承载能力分别为20,16.2和77 kN,3种金属网的最大挠度差别不大,但承载速率差别较大,钢筋网承载速率最大,其次是经纬网,最小是菱形网;动载作用下,菱形网、经纬网和钢筋网的最大吸能能力分别为1 743,938和2 010 J,最大挠度分别为350,420和360 mm,钢筋网吸能能力最大,挠度中等,而菱形网吸能能力次之,而挠度反而最小。菱形网无论是静载还是动载,其初期刚度较低,承受效率慢,而其受力均匀,能承受较大的静载荷和动载荷,且四周绑丝处不易破断,勾接连接方式有很好的承载和缓冲能力,但其主要的缺陷在于承载效率慢,支护刚度太低,通过提高初期张紧力是提高菱形网支护效果的主要途径;经纬网刚度较高,承载效率快,但强度相对较低,易产生经线和纬线错动失效,且经纬网变形时,受力不均匀,绑丝易断裂,四角固定处受力较小,受力传递效果较差,要想提高经纬网支护效果,需提高经纬网经线和纬线之间的约束力;钢筋网初期刚度高,强度大,吸能能力强,但钢筋网的缺点是强度不能充分利用,尤其是钢筋网焊接处和四周绑丝处强度较低,制约了钢筋网支护效果,要想提高其支护效果,需提高焊接点强度和四周绑丝强度。     

新型高预应力锚索及锚注联合支护技术研究与应用

针对现有支护材料及工艺难以适用于深部软岩巷道大变形的支护难题,在理论分析、室内试验的基础上研发了新型高预应力锚索及其配套工艺,该新型锚索可施加初始预应力达70~100 k N,杆体延伸率10%~12%,可有效阻止开挖后围岩的快速变形,保持围岩的整体性和稳定性,并具有成本低、强度高、不易松动等优点;依据典型深部软岩巷道围岩变形特征及破坏机制,提出了以新型高预应力锚索和注浆锚杆为核心的联合控制技术,即支护初期采用以新型高预应力锚索为主,金属网、混凝土喷层为辅的柔性支护;后期进行全断面注浆,内外结合,从根本上提高支护强度。经现场试验证明,该技术能有效提高锚索受力状态,降低围岩变形速率,缩短围岩变形时间,围岩最终变形量只为原支护方案的30%左右,锚索平均受力提高了近4.7倍,取得了良好的支护效果,具有重要的推广应用价值。     

张开型节理角度和长度对类岩石材料动力学特性的影响

为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响,基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态,分析讨论了基于能量理论的损伤规律。结果表明：试件会形成一组沿轴向与节理面贯通的张拉裂纹面和一组几乎平行于试件端面的裂纹面;节理长度由5 mm增大到30 mm时,应力波的反射作用越明显,试件的峰值承载力越小,破坏产生的裂纹面越小,因而损伤也越小。当节理角度从0°增至90°时,应力波的反射作用越小,损伤越小;峰值承载力随节理角度增大先减小后增大,当节理角度为60°时,峰值承载力最小,当节理角度为90°时,峰值承载力最大。     

基于智能拉拔测试系统的锚杆锚固力现场高效评测方法

锚杆锚固力现场评测是锚杆支护效果评价、支护参数设计与优化的基础。为解决当前锚杆锚固力现场测试方法与设备存在的效率低、携行困难、数据采集不连续和测试过程连接复杂等问题,基于自主研发的锚杆智能拉拔测试系统,提出了锚杆现场检测快速连接技术,开发了荷载—位移实时采集软件对拉拔全过程的荷载与位移数据进行智能分析与可视化。将研发的拉拔系统应用于新城金矿对锚杆现场锚固力进行评测,结果表明：长2.4 m、壁厚2.5 mm、管径差2 mm的管缝锚杆平均锚固力为61.5 kN,位移可达150 mm以上;长2.2 m、直径22 mm的端锚树脂锚杆锚固力可达230 kN,位移约120 mm;长2.2 m、直径22 mm的涨壳式锚杆锚固力可达94.5 kN,位移为25 mm。现场应用验证了锚杆智能拉拔测试系统具有便捷高效、智能分析的特点,有助于降低矿山锚杆测试成本,可为锚杆锚固力现场定量评测提供数据支撑,可为智能矿山建设、科学管理与决策提供技术支持。     

巷道锚固体内离层对树脂锚杆承载特性影响分析

针对回采巷道锚固体内出现的离层现象,基于荷载传递规律、界面剪切滑移模型和锚固体离层面两侧轴力及剪应力布等研究成果,研究了锚固体上任意处发生离层前后不同锚固方式树脂锚杆的承载特性。结果表明：受锚固方式、锚杆预紧力和锚固体离层的影响,锚杆承载特性呈明显的不均匀分布特征。离层发生前,尽管端头锚固、加长锚固和全长锚固锚杆的界面剪应力和锚杆极限承载力峰值相同,但其界面剪应力和锚杆极限承载力分布形态各异。离层发生时,三种锚固方式锚杆不仅界面剪应力和锚杆极限承载力分布形态都发生了明显变化,而且其界面剪应力和锚杆极限承载力峰值也各不相同。全长预应力锚固锚杆承载特性要优于端头、加长锚固和全长锚固锚杆,对围岩变形和离层有更好的约束和抑制作用,在容易发生围岩离层的回采巷道应优先采用全长预应力锚固锚杆。