煤矿预应力锚索破断原因分析及对策.docx

煤矿预应力锚索破断原因分析及对策（共5页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-煤矿预应力锚索破断原因分析及对策石垚 1,2，林健 1,2，王正胜 1,2，杨景贺 1,2(1.天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013;2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院,北京 100013)摘 要：针对复杂困难条件下煤矿巷道支护锚索普遍存在的破断问题，通过实验室试验和现场巷道顶板煤岩层 变形规律验证了锚索破断的原因并提出了针对性解决措施研究结果表明，井下锚索破断主要有2种形式：锚 索锁具附近破断和锚索中部破断锚索锁具附近破断的原因主要是锚索工作过程中与巷道岩面垂线夹角过大造 成锚索受到拉-弯-剪复合应力作用所致；锚索中部破断主要是由于顶板岩层强烈错动导致锚索在受到较大拉应 力情况下受岩层弯曲错动剪切所致针对锚索的不同破坏形式，建议采取垂直岩面布置锚索、选择延伸率较大 和屈强比较低的1X19股锚索'减小锚索长度'增加锚杆锚索预紧力的方法来解决锚索破断问题关键词：煤矿巷道；锚索；破断；原因分析；对策Crack causes analysis and countermeasures on small apertureprestressed anchor cables in coal mine roadwaySHI Yao1,2，LIN Jian1,2，WANG Zhengsheng1,2，YANG Jinghe1,2(1. Coal Mining and Designing Department, Tiandi Science and Technology Co. ,Ltd. ,Beijing 100013,China;2. Coal Mining and Designing Branch,ChinaCoal Research Institute, Beijing 100013,China)Abstract: Aiming at the crack problem of the anchor cable under condition of difficult and complicated coal mine roadway, laboratory tests and deformation laws of roadway roof were adopted to prove the crack cause of anchor cable and some solutions were proposed. The results show that the anchor cable has two crack forms, one cracks near the anchor rigging another cracks at the central of cable. The main reason of cracking near the anchor cable rigging is that the combined tensionbend-shear stress caused by the large angle between cable axis and roadway surface normal act on anchor cable. The main reason of cracking at the central of cable is that tension-shear stress caused by roof strata sever dislocation act on anchor cable.To solve different cable crack issues, this paper propose to choose large elongation and yield ratio 1x19 type cable, reduce anchor cable length, increase cable prestress, the anchor cable axis should vertical roadway surface.Key words: coal mine roadway; anchor cable; crack; causes analysis; countermeasure锚杆锚索支护技术作为煤矿巷道支护的 一种主要形式，在国内外煤矿巷道支护得到 广泛应用。

随着我国煤矿开采深度的增加、 开采区域的不断扩展、地质条件的不断复杂 化，锚索的使用数量呈逐年剧增趋势，甚至 有些巷道采用全锚索支护形式［1-3］尽管锚 索在复杂困难巷道（如高应力巷道、软岩巷道、沿空留巷、小煤柱护巷、受多次动压影 响巷道等）支护中发挥了重要作用，甚至在 某种程度上成为困难巷道不可或缺的支护方 式，但在困难巷道锚索的使用过程中均出现 了不同程度的锚索破断问题，造成巷道围岩 的急剧变形和破坏，严重的还造成人身伤亡 事故关于煤矿巷道支护中锚索破断的问题， 国内一些学者和工程技术人员也进行了一些 研究和探讨张占春等⑷分析了综放煤巷顶 板锚索破断机理，提出适当增大锚索强度、 支护密度、施加适当的预紧力及开发延伸率 较大的新型高强度锚索来解决锚索破断问 题；王强⑸指出顶板淋水、渗水对锚杆锚索 支护效果造成了较大的影响，寻找合理的锚 索防锈技术，可有效解决锚索破断问题何 炳银⑹指出锚索破断的原因主要为锚索的制 造质量存在缺陷、锚索的工作方式不当、顶 板离层或断裂使锚索产生剪切破坏，提出通 过提高锚索的制造质量、增加锚索的让压 性、适当延迟张紧锚索、适当释放顶岩层内 的弹性变形来解决锚索破断问题。

马运香⑺ 分析了深部巷道锚索破断的原因，指出锚索 破断的位置主要在锚索孔口处和顶板离层 处，提出通过施工垂直岩面的锚索和增大锚 索直径来解决锚索破断问题公佩暖等⑻指 出锚索破断主要是钢绞线各股钢筋受力不均 造成各个击破，提出通过在锚索钢托板与大 托板或钢托梁之间加木垫板、滞后安装锚 索、合理布置锚索位置来解决锚索破断问 题高习海［9］指出复合顶板巷道支护中出现 出现断锚索现象的主要原因是锚杆支护作用 没有得到发挥，巷道顶板载荷由锚索承担， 在冲击压力作用下锚索断裂提出通过合理 设计支护参数来解决锚索破断问题贾进亚 等［10］提出在断层附近通过增加锚杆锚索直径 和长度，提高其预紧力，增加支护强度来解 决锚杆锚索破断问题本文针对煤矿现场锚索破断的2种主要 形式，通过实验室试验和现场巷道顶板煤岩 层变形规律验证锚索破断的原因，并提出针 对性解决措施1现场锚索破断情况调查通过对山西潞安、晋城等矿区现场大量 调查发现，巷道锚杆（索）支护中锚索破断 主要有2种形式：锁具附近锚索破断和锚索 中部破断典型破断形态如图1所示a)锁具附近锚索破断形态(b)锚索中部破断形态图1锚索破断基本形态发生在锚索锁具附近的索体破断断口比 较有规律，索体整体断裂面一般呈35 - 50° 斜口，各股钢丝断裂斜口方向一致，一般呈 脆性断裂，颈缩现象不明显，断口距索具内 端面距离0 ~ 20mm ；锚索中部破断一般各 股钢丝破断长短不一，钢丝一般呈劈裂状， 无明显颈缩现象，破断位置深浅不一，浅部 破断锚索可弹射落地，深部破断锚索仅表现 为回弹，锚索托板脱离岩面。

2实验室试验为验证锚索破断原因，在实验室进行了 锚索的偏斜拉伸试验和常规拉伸试验锚索偏斜拉伸试验煤矿井下锚索受斜拉破坏主要是由于锚 布置的锚索或围岩变形造成围岩表面弯曲鼓 出，造成锚索承载期间在锁具附近受斜拉破 断，这种工况明显不同于桥梁和其他行业斜 拉索和其它一般用途钢绞线因此，根据煤 矿支护现场实际，采用自行设计研发的矿用 锚索偏斜拉伸试验台进行锚索偏斜拉伸试 验，实验装置如图2试验分别对目前较为 常用的1X19S公称直径为、1X7公称直径 和1X7公称直径三种锚索进行了不同角度 的偏斜拉伸试验试验数据如表1-3所示其中偏斜拉伸系数为锚索在试验机上常规拉 伸载荷平均值与偏斜拉伸平均载荷的差值与 常规拉伸载荷平均值的百分比从表1-3中可以看出，偏斜拉伸时随着 偏斜角度的不断增大，锚索的破断载荷呈逐 渐降低趋势1x7股钢绞线当偏斜角度大于 15°时，锚索的破断载荷急剧下降，出现明 显的拐点；1x19股钢绞线在偏斜角度大于 20°时，出现明显的拐点，但破断载荷与1x索在安装时巷道表面不平、设计中存在倾斜7股钢绞线相比下降幅度不太明显3种锚验断口形状和煤矿井下锁具附近锚索破断形——3485 ——35910359352345352349153493503523172028728228925250281 304 25030 248246表3①、1X19股钢绞线偏斜拉伸试验结果表1①、1 X7股钢绞线偏斜拉伸试验结果偏斜拉伸 拉伸载 平均拉伸 偏斜拉伸角度/。

荷/kN 载荷/kN 系数/%偏斜拉伸 拉伸载 平均拉伸 偏斜拉伸角度/° 荷/kN 载荷/kN 系数/%备注5670 ——259—— 1 274 ——271——5 ——255—— / ——253——10 ——231—— 264 ——230——15 ——251—— 251 ——202——20 ——190—— 207 ——182 25 164 183 186备注523536/试验机拉伸试验载荷平均553851549010516511502155015015005102050848247125455469534481试验机拉 伸试验载 荷平均47630 _47348730 ——193 180偏斜拉伸角度 /°拉伸载荷/kN平均拉伸载荷/kN偏斜拉伸系数/%备注340试验机拉0 -―365——伸试验载—373——荷平均表2①、1X7股钢绞线偏斜拉伸试验结果索偏斜拉伸系数如图 3所示因此，煤矿锚 索在使用过程中1x7股钢绞线应尽量保证角 度不大于15°, 1x19股锚索应尽量保证角度 不大于 20°偏斜拉伸锚索破断断口形状如图 4该试态完全一致，充分验证了煤矿井下锚索此种破断形式完全是由锚索工作过程中和岩面角 度过大造成的拉-弯-剪复合破坏形式50535 0 5 02 2 11%数系伸拉斜偏■,015 24・①17.8021.80 5 10 15 20 25 30偏斜角度/°图3 3种锚索偏斜拉伸系数曲线图4锚索偏斜拉伸破断图片锚索常规拉伸试验锚索常规拉伸试验的目的主要是和煤矿 井下锚索破断的端口进行比较，分析锚索在 围岩深部破断的原因。

常规拉伸试验采用 JAW-1500kN型电液伺服万能试验机配合锚 索索体专用夹具进行常规锚索拉伸试验锚 索破断断口形式如图4所示图4锚索常规拉伸破坏断口形态从图4可以看出，锚索常规拉伸试验破 断的锚索断口一般各股钢丝破断比较整齐， 各股钢丝端口均有明显的颈缩现象这一现 象和煤矿井下锚索破断断口（图1b所示） 有明显的区别，说明煤矿井下锚索中部破断 的原因。