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。     

锚杆安装扭矩转化率影响因素分析

为确定锚杆安装扭矩转化率的影响因素，通过现场试验，比较相同类型螺母在有无安装配件和相同配件配置、不同类型螺母在安装时锚杆安装应力与安装扭矩对应关系，分析锚杆在有无锚杆安装配件或不同形状、不同材质、不同阻尼方式条件下的螺母对扭矩转化率的影响。结果证明：安装减摩装置可有效提高锚杆安装扭矩转化率；达到相同预紧力时，采用六方法兰压盖锻打螺母较其他类型螺母所需要的安装扭矩最小，扭矩转化率较高。     

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。     

锚杆预紧力矩同轴向力转化探讨

镇城底矿目前使用的锚杆托盘与螺母直接接触,摩擦力大,不利于锚杆预紧力矩同轴向力的转化,为了提高锚杆预紧力矩同杆体轴向力的转化效率,在螺母同托盘之间安装减摩垫片进行了锚杆预紧力矩同轴向力转化两次试验,转化效率分别较无减摩措施提高了78.96%和132.34%,效果非常显著。     

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。     

煤巷锚杆新型高效减摩垫片的研发

介绍了煤巷锚杆预紧力国内外现状,分析了锚杆预紧力的影响因素,在详细分析我国现有锚杆预紧力施加情况的基础上研制开发了煤巷锚杆新型高效减摩垫片,使锚杆的预紧力比现有锚杆提高了1倍以上,300N.m安装扭矩下锚杆预紧力可达锚杆屈服载荷的50%以上,为深井及动压巷道高预紧力锚杆支护技术的大力推广奠定了坚实的基础。     

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。     

浅谈锚杆质量检测方法存在的问题

现行锚杆质量检测的方法,其结果反映的是锚杆材料或组件的性能,无法对锚杆的整体性能以及加载螺母预紧扭矩与预紧力(即轴向力)之间关系做出准确判断.文章提出一套技术思路,来弥补检测项目不全的实际情况.     

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。