1、20152015年年4 4月月锚索性能试验研究锚索性能试验研究 丁集矿一、一、问题的提出问题的提出二、二、试验锚索的力学性能试验锚索的力学性能三、三、试验情况试验情况四、四、试验结果试验结果五、破断原因分析及处理措施五、破断原因分析及处理措施 提提 纲纲11 1问题的提出问题的提出 1.1 丁集矿井是一座年设计生产能力6.0Mt/a的特大型矿井，位于淮南市西北约50km，潘谢矿区的中部。 21 1问题的提出问题的提出3 井田位于淮南复向斜中北部，井田东段为潘集背斜西缘；井田西段为陈桥背斜东翼与潘集背斜西缘的衔接带。地层走向呈波状曲线变化，断层发育，以走向逆断层为主，总体上，井田内地层走向呈北西
2、南北北西的“S”形态。显现为高地质构造应力。 1.2 地质构造1 1问题的提出问题的提出3 经科研院校对矿井原岩应力的测试： 西翼井巷工程垂直应力33.8 MPa。最大水平应力平均45.2MPa，侧压系数为1.3。 东翼井巷工程垂直应力平均14.86 MPa。最大水平应力平均31.46MPa，侧压系数为2.1。 1.3 原始地应力1 1问题的提出问题的提出3 1.4 巷道支护情况850850850850850锚索梁（4000mm）锚索(227300mm)10010034001555008001001515800注浆锚索(224800mm)风筒巷中风筒风水排500电缆500轨道中皮带中15002
3、50抽15008 金属网锚杆(222800mm)M5钢带（4400+1000mm）850200200800（1）支护断面图 （2）俯视图 1 1问题的提出问题的提出3巷道支护设计遵从了“一次支护强度最大化、锚杆（锚索）预紧力最大化”的原则，然而在矿井高地应力且复合顶板下，有近20%的锚索破断，在破断的锚索中90%从锚索锁具处切断。 1.4 巷道锚索破断情况1 1问题的提出问题的提出3 为了探讨锚索破断的原因，研究解决减少锚索大量破断的方法，对锚索的力学性能进行了试验。2 2试验锚索的力学性能试验锚索的力学性能 2.1 试验锚索额定的力学性能4 22mm锚索均为天津钢磊矿山钢绞线有限公司生产。2
4、2mm的锚索为19芯，外圈9芯，中圈9芯，内圈1芯。经调研，锚索采用1770钢材冷拔，1770碳素钢的抗拉强度为1770Mpa。 额定力学性能预应力钢绞线直径mm面积mm2破断负荷KN伸长率%17.8 191 353 3.5 22.0 316.3580 6.57.0 2 2试验锚索的力学性能试验锚索的力学性能 2.2 矿用锚索的发展历程5在没有采用119芯的钢绞线锚索之前，矿山一直使用建筑行业17结构预应力钢绞线来代替，如17.8mm锚索。由于煤矿深部开采存在着“三高一扰动”问题（高地压、高地温、高岩溶水压和强烈开采扰动），17结构已远不能满足煤矿深部支护的需要，从而制约了煤矿巷道支护技术的发
5、展，严重威胁着安全生产。按照煤科院提出“三高一低”的原则（高强度、高钢度、高可靠性、降低支护密度），天津钢磊矿山钢绞线有限公司引进关键设备技术并与煤科总院合作成功研制出了119大规格矿用锚索钢绞线，它的结构具有“三高一低”特点（高强度、高破断力、高延伸和同比17结构支护成本低）。2 2试验锚索的力学性能试验锚索的力学性能 2.3 矿用不同锚索力学性能对比51 17 7结构与结构与1 11919结构钢绞线产品力学性能的对比结构钢绞线产品力学性能的对比结构直径 mm 强度 Mpa 面积 m 最大力 KN 伸长率 % 1715.2018601402603.51717.8018601913533.51
6、718.9018202203893.51721.6016702804763.511918.018602143995.011920.01860254.14725.011921.81860312.95825.03 3试验情况试验情况 3.1 拉力试验6 试验地点：淮南市顺辉锚固有限公司 试验设备：采用中国煤科标志的MKF-1350型矿用锚杆（索）综合试验台，该试验台能在电脑上直接显示力值kN,应变值mm,并能保留最大值，可在电脑上可实时观测拉力和应变量，并能观测到曲线，保存曲线对应的数据，并设计有停止供压后的保压机构，可长期保压补偿蠕变及漏油所造成的拉力逐步减小的现象，可连接电脑进行记录，自动判断
7、试验的试件是否合格，并且自动输出试验报告。3 3试验情况试验情况73 3试验情况试验情况 3.2 剪切力试验6 试验地点： 矿修配车间 试验设备：剪锚机做了剪切试验。 试验了17.8mm及22mm两种锚索，17.8mm锚索为7股，单股直径5.9mm，22mm锚索为19股，单股直径为5.3mm。4 4试验结果试验结果 4.1锚索拉力试验结果13 破断拉力558.1KN，相对拉长55.36mm/800mm。锚索直径中间部位由22.19mm减少到21.74mm，减少0.45mm。在锁具处破断。4 4试验结果试验结果 4.2 剪切力试验结果14试验了17.8mm及22mm两种锚索，17.8mm锚索为7
8、股，单股直径5.9mm，21.8mm锚索为19股，单股直径为5.3mm。剪切力学性能剪切力学性能规格单股直径mm结构油缸直径抗剪强度破断载荷KN17.8mm5.917丝90mm27Mpa171.622mm5.3119丝90mm43Mpa273.45 5锚索破断的原因及处理措施锚索破断的原因及处理措施 21 矿井水平应力大是客观原因，在此状况下，必须采用锚杆、锚索相互配合的综合支护型式。 锚索的安装质量对抗剪有一定的影响，锚索孔如果倾斜，则部分垂直预紧力分解为水平剪切力，锚索孔必须垂直。 通过试验结果可以看出，锚索拉断均在锁具位置，说明在高地压下，锁具处容易产生应力集中现象，要研究改善锁紧工艺。 在托盘和锁具之间增加木垫板等可部分缓解应力集中现象。 要根本解决锚索易被切断的问题，可采用恒阻锚索或采取全长锚固的支护方式。谢谢 谢谢! !
