锚杆预紧装置力学比较分析

通过针对锚杆预紧的2种方式建立相应的力学模型进行分析,再通过计算对锚杆预紧装置与减摩垫片进行比较,最后通过比较的结果讨论锚杆预紧装置与减摩垫片的适用预紧力范围.主要解决的问题是锚杆预紧装置和减摩垫片相对螺母的摩擦力的受力方式及大小的计算,以及相对公式的比较.此锚杆预紧装置将通过机械摩擦中滑动摩擦与滚动摩擦的力学原理,对锚杆进行更有效的张拉与扭转,提供锚杆更大的初锚力.应用力学模型研究锚杆预紧装置相对螺母在预紧初期的摩擦阻力,是简单且有效提升预紧力的途径.     

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。     

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。     

煤巷锚杆预紧力损失特征及围岩控制机理研究

锚杆预紧力对维持煤巷围岩稳定具有重要作用，然而现场工程中因预紧力损失造成的巷道失稳现象普遍发生。分析了锚杆预紧扭矩与预紧力间的转化关系，研究了五家沟煤矿现场锚杆预紧力损失现象，揭示了锚杆预紧力损失行为特征及原因，并探究了不同预紧力损失率下锚杆对围岩应力及位移分布的影响。研究发现：现场锚杆预紧扭矩与预紧力基本呈线性正相关，但受支护构件间摩擦和巷道围岩条件影响，锚杆预紧力损失率均值范围为20%～58%,而锚杆预紧力损失加重可导致巷道浅部围岩应力下降，围岩变形及塑性区深度和体积增加，降低围岩的承载能力。研究可为现场锚杆预紧施工提供指导，提高支护初期巷道围岩的稳定。     

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。     

高预紧力锚杆支护理论与技术发展现状

总结了高预紧力锚杆支护作用机理,介绍了我国高预紧力锚杆支护技术发展现状。认为:我国锚杆预紧力水平较低,应当在锚尾螺纹精细加工、锚杆与附件结构性能匹配、防锈蚀锚杆材质研制等方面加强研究,真正实现高预紧力锚杆支护,为我国复杂困难条件下的巷道支护提供重要保障。     

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。     

不同预紧力锚杆锚索对围岩支护应力场影响研究

针对不同预紧力情况下锚杆锚索对围岩支护应力场的影响进行了研究,得出了几点重要结论:随着锚杆锚索预紧力的增加,巷道周围有效压应力区呈现逐步扩大的趋势,同时锚固范围之外的应力降低区也随着预紧力的增加而扩大。在同一预紧力情况下,锚杆的自由段轴力大小可以视为均匀分布,但在锚固段部分,由于预紧力的损失,在很短距离范围内,锚杆轴力明显减小,直至减小为0。对锚索施加预紧力时,锚索尾部附近均出现了明显的应力集中。在同一预紧力情况下,锚索距离顶板越远,最大主应力越小。在不同预紧力下,在同一距离处,预紧力越大,最大主应力也将越大。     

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。     

论锚杆预紧力的影响因素与确定

锚杆支护的主动、及时支护,主要体现在锚杆支护体系对巷道围岩施加较大的、及时的初期支护阻力,初期支护阻力提高了围岩的自承能力、有效控制了巷道围岩变形。锚杆支护体系的初期支护阻力是由锚杆的初锚力产生的,初锚力则是由安装锚杆时施加在锚杆上的预紧力产生的。锚杆预紧力是体现锚杆支护的主动性、及时性的主要指标。合理的预紧力可提高岩层的自支撑能力,保证整个锚杆支护体系充公发挥支护效能。     

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。     

高预紧力锚杆支护技术及应用

采用理论分析、数值计算研究得到锚杆支护高预紧力的作用机理:减小围岩早期变形,提高围岩的承载能力;提供较大的初始支护阻力,实现锚固围岩高阻让压;使顶板处于预应力梁状态,有效减小顶板拉破坏和早期离层。总结了增大锚杆预紧力的各种方法,并将高预紧力锚杆支护技术应用于三河口矿2421工作面轨道巷,结果表明,增大锚杆预紧力可减小围岩的变形、保证围岩稳定。     

预紧力作用下锚固体的形成特征及影响因素分析

为了提高深部复杂条件巷道围岩锚固体的稳定性,采用数值模拟的方法研究了预紧力锚杆作用下锚固体的形成特征及影响因素。根据研究成果和李雅庄矿地质条件,提出高强预紧力锚杆(索)+W钢护板+锚网组合支护方案,矿压监测表明巷道支护效果明显。     

双螺母防松结构分析

螺纹联接应用广泛,结构简单。通过对螺纹紧固、单螺母及双螺母的受力情况进行分析,得出副螺母产生的两螺母间的预紧力与主螺母预紧力的关系对防松效果及松退力矩的影响。     

锚杆及其附件对预紧力转化效能影响的试验研究

为掌握锚杆预紧力和预紧转矩之间的转化效能规律,以大同煤矿集团有限责任公司自产锚杆及其附件为研究对象,利用室内试验研究了托盘材质、托盘类型、减磨垫片、锚杆直径和材质5个因素对转化效能的影响,结果表明:对于无减磨垫片的平托盘,其强度越高,预紧转矩转化的预紧力越大;无弧形切槽球形托盘孔口的破坏阻碍了转化效能的发挥,加工切槽后,在280 N·m转矩下转化所得预紧力提高了67.9%;增设减磨垫片后,相同转矩时平托盘和球形托盘锚杆预紧力增幅分别为38.8%和112.1%,后者效能发挥更加充分;随着锚杆直径越大,其预紧力和预紧转矩之间的转化效能降低,而锚杆材质对上述影响较为有限;巷道支护中,应优先选用"MSGLW-500-20+有弧形切槽球形托盘+专用有檐螺母+减磨垫片"的组合形式。     

锚杆预紧力对支护围岩的重要作用

论述了邢东矿井在深井大地压锚杆支护施工中，加大锚杆预紧力，对加固围岩起到的重要作用，试验得出了螺母扭矩与锚杆拉力的关系及影响因素，提出锚杆预紧力不应小于杆体强度的１／２。     

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。     

锚丁预紧力对支护围岩的重要作用

论述了邢东矿井在深井大地压锚杆支护施工中,加大锚杆预紧力,对加固围岩起到了重要作用,试验得出了螺母扭矩与锚杆拉力的关系及影响因素,提出锚杆预紧力有应小于杆体强度的１／２。