预紧力锚杆锁具的力学分析及应用

预紧力锚杆锁具的力学分析及应用
预紧力锚杆的应用已经在我国煤矿巷道支护中普及,但目前实际应用中仍存在预紧力水平与支护要求不匹配的问题,严重制约了锚杆支护在复杂条件下应用的发展。

为解决这一问题,本文从以下两方面入手:一是探求预紧力大小对巷道围岩支护效果的影响;二是选择新的锚杆安装工艺提高锚杆预紧力,对锚杆锁具进行优化设计,并分析其可行性。

本文的主要研究结果如下:(1)分析预紧力对围岩支护效果的影响:通过数值模拟、理论分析的方法分析预紧力了对围岩的作用效果,得出了预紧力与巷道围岩变形量的关系,预紧力从0—80kN变化时,位移量和破碎区范围大小有明显降低,平均每提高10kN预紧力能缩小约2.3%的围岩位移量,表明保证与围岩相匹配的预紧力能有效提高围岩稳定性;(2)选择新的安装工艺:对比分析了传统的螺母式锁具与矿用夹片式锁具的利弊,矿用夹片式锁具安装工艺简单,且可以有效避免轴向扭转载荷的存在,在拉伸、剪切、弯曲载荷下,能有效降低最大应力值的34%、37%、53%,改善杆体的受力状况,提高杆体使用的安全可靠性,充分发挥杆体的力学性能;(3)优化设计夹片式锁具:通过实验室试验、数值模拟对矿用夹片式锁具锚杆进行分析,确定锚环材质为热处理的40Cr圆钢,夹片材质为热处理的20CrMnTi低碳合金钢,对于直径22mm的335螺纹钢锚杆杆体,锚环锥孔角度7°,夹片角度6.8°,锚环长度32mm,外径52mm为最终确定尺寸;(4)工业性试验:在现场试验中安装夹片式锁具锚杆的试验段顶板下沉量与两帮移近量明显小于普通段巷道,表明实际应用中采用夹片式锁具锚杆支护效果要优于传统的螺母锚杆支护。

本文的研究结果为预紧力锚杆锁具的开发和应用提供了参考,对预紧力锚杆在煤矿巷道中的应用发展具有一定的积极意义。