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锚杆支护构件作用知多少,煤炭人必知!

文章出处:中翔编辑:中翔作者:中翔人气:-发表时间:2019-09-06 09:24:00【

 锚杆支护由锚杆杆体、托板和螺母、锚固剂、钢带和金属网的个构件组成,锚杆支护的作用是由这些构件共同完成的。因此,有必要对锚杆支护构件的作用分别进行分析。

锚杆杆体的作用

对于锚杆杆体本身来说,由于杆体长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸,所以力学上属于杆体。这种构件可以提供两方面的作用,第一是抗拉,其次是抗剪作用。至于杆体的抗弯能力和抗压能力是非常小的,可以忽略不计。

锚杆杆体

对于常用直径20mm的锚杆杆体,圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的拉断载荷分别为119.4KN179.1KN251.3KN,后两者分别是前者的1.52.1倍。根据材料力学,对于塑性材料,剪切强度一般是拉伸强度的0.6~0.8倍。对于常用直径20mm的锚杆杆体,圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的剪断载荷分别为83.6KN125.3KN175.9KN

锚杆托板的作用

托板是锚杆的重要构件,对锚杆支护作用的发挥影响很大。托板的为两个方 面:一是通过给螺母施加一定的扭矩使托板压紧巷道表面,给锚杆提供预紧力,并使预紧力扩散到锚杆周围的煤岩体中,从而改善围岩应力状态,抑制围岩离层、结构面滑动和节理裂隙张开,实现锚杆的主动、及时支护作用;其二是围岩变形使载荷作用在托板上,通过托板将载荷传递到锚杆杆体,增大锚杆的工作阻力,充分发挥锚杆控制围岩变形的作用。

托板力学性能应与锚杆杆体的性能相匹配,才能充分发挥锚杆的支护作用。托板强度不足、安装质量差、受较大偏载都会显著降低锚杆的作用。对于端部锚固锚杆,托板是锚杆尾部接触围岩的构件,通过托板给锚杆施加预紧力,传递围岩载荷至锚杆杆体,托板本身失效,以及托板下方围岩松散脱落,导致托板与表面不紧贴,都会使锚杆失去支护作用。对于加长锚固锚杆,托板的作用同样重要,通过托板压紧巷道表面给锚杆施加预紧力,预紧力对锚杆工作阻力和受力分布又产生影响,提高支护效果。

锚杆托板

托板对全长锚固锚杆的受力分布有明显的影响。无托板时锚杆轴力在巷道表面处为零,在一定深度达到最大值,剪力在轴力最大处为零;有托板时,由于锚杆施加的预紧力和围岩通过托板作用在锚杆杆体上的力,使得锚杆轴力在巷道表面处达到一定值,而且使锚杆轴力最大的位置向孔口移动,更接近巷道表面。

锚固剂作用

锚固剂的作用是将钻孔孔壁岩石与杆体黏结在一起,使锚杆发挥支护作用。同时锚固剂也具有一定的抗剪和抗拉能力,与锚杆共同加固围岩。

我国树脂锚固剂的抗拉强度一般可取11.5MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装锚杆,只注树脂锚固剂,则锚固剂可提供7.08KN的抗拉力。如果直径20mm的杆体,安装在直径28mm的钻孔中,则锚固剂可提供3.47KN的抗拉力。可见锚固剂提供的抗拉力远小于锚杆。

锚固剂

树脂锚固剂的抗拉强度一般可取35MPa。如果直径28mm的钻孔中不安装锚杆,只注树脂锚固剂,则锚固剂可提供21.54KN的抗剪力。如果直径20mm的杆体,安装在直径28mm的钻孔中,则锚固剂可提供10.55KN的抗剪力,分别是圆钢(Q235)、高强度螺纹钢(BHRB400)、超高强度螺纹钢(BHRB600)的剪断载荷的12.4%8.4%5.9%。可见锚固剂可提供一定的抗剪能力。

钢带的作用

钢带是锚杆支护系统中的重要构件,对提高锚杆支护整体支护效果、保持围岩的完整性起着关键作用。钢带的作用主要表现在以下3方面:

1)锚杆预紧力和工作阻力扩散作用。单根锚杆作用于巷道表面可近似看成点载荷,钢带可扩大锚杆作用范围,实现锚杆预紧力和工作阻力扩散,使载荷趋于均匀。

2)支护巷道表面和改善围岩应力状态作用。钢带对巷道表面提供支护,抑制浅部岩层离层、裂隙张开,保持围岩的完整性,减少岩层弯曲引起的拉伸破坏,改善岩层应力状态,防止锚杆间松动岩块掉落。

钢带

均衡锚杆受力和提高整体支护作用。钢带将数根锚杆连接在一起,可均衡锚杆受力,共间形成组合支护系统,提高整体支护能力。

网的作用

一般认为,网可以用来维护锚杆间的围岩,防止松动小岩块掉落。其实,网的作用远不止这一个,特别是在高地应力、破碎围岩条件下,网是锚杆支护系统中不可或缺的重要部件。

网的作用主要表现在以下3方面:

1)维护锚杆之间的围岩,防止破碎岩块垮落。

2)紧贴巷道表面,提供一定的支护力(已有的研究成果表明,我国现用菱形金属网,在保证施工质量的条件下,可提供0.01 MPa的支护力),一定程度上改善巷道表面岩层受力状况。同时,将锚杆之间岩层的载荷传递给锚杆,形成整体支护系统。

锚网

3)网不仅能有效控制巷道浅部围岩的变形与破坏,而且对深部围岩也有良好的支护作用。有网的情况下,虽然巷道表面围岩已破坏,但没有松散、跨落,可作为传力介质,使巷道深部围岩仍处三向应力状态,提高岩体的残命强度,显著减小围岩松散、破碎区范围,同时也保证了锚杆的锚固效果。

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