锚杆预紧力矩同轴向力转化研究

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1、锚杆预紧力矩同轴向力转化研究于鸿飞（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿山西古交030203）摘要镇城底矿目前使用的托盘与螺母直接接触，摩擦力大，不利于锚杆预紧力矩同轴向力的转化，为了提高锚杆预紧力矩同杆体轴向力的转化效率，镇城底矿在螺母同托盘之间安装减摩垫片进行了锚杆预紧力矩同轴向力转化两次试验，转化效率分别较无减摩措施提高了78.96%和132.34%，效果非常显著。关键词预紧力；减摩垫片；转化试验镇城底矿目前主采煤层为2.3#煤，但是2.3#煤巷道支护存在明显的差异性，特别是南六采区的右翼，动压巷道变形量非常大，现有的支护方式很难控制巷道的变形。动压巷道的支护是镇城底矿最困难、最复杂的巷

2、道支护类型，严重影响了矿井的正常接续，制约了矿井的高产高效，综上可知，动压巷道的支护是镇城底矿急需解决的技术难题之一。而预紧力又是锚杆支护中的关键参数，只有施加高预应力，并实现预应力的有效扩散，才是真正的主动支护才能起到减小巷道的变形量。预紧力是分布在杆体上的轴向力，而并非指施加在螺母上的扭矩。在改变现有锚杆结构较为困难的状况下，需要对组合构件进行优化，提高锚杆预紧力矩同杆体轴向力的转化效率，从而在保证锚杆轴向力的作用下，降低锚杆的预紧力矩。所以镇城底矿做了在螺母同托盘之间安装减摩垫片而提高锚杆预紧力矩同轴向力转化的应用研究。1减摩垫片的选择目前提高锚杆预紧力矩同杆体轴向力的转化效率常用的

3、方法是在螺母同托盘之间安装减摩垫片，针对镇城底矿托盘结构选择了如下减摩垫片：图1尼龙垫片图2镀锌垫片图3弹垫图4发黑平垫2、现场试验2014年4月16日，在南六采区22618补轨道巷掘进工作面进行了现场应用试验，采用锚杆测力计、应变仪（图6）和扭矩扳手，检测了锚杆预紧力矩同预紧力的转化效率，选择了井下现用的扭矩扳手（量程300Nm）进行试验。试验共进行5组，分别为：无减摩垫片、尼龙垫片、镀锌垫片、弹垫和发黑垫片。为了保证试验结果的准确性，于2014年4月18日，在22618补轨道巷进行了第二次锚杆预紧力矩同预紧力的转化效率应用试验，所用垫片和参数设置均和第一次相同。扭矩分别设置为120Nm

4、、150Nm、200Nm和250Nm四种。3试验结果结果如图5和图6所示。图5锚杆预紧力矩同轴向力的转化效率试验数据（4月16日）由图5可以看出，在使用减摩垫片后，锚杆预紧力矩同轴向力的转化效率（以下简称转化效率）得到明显的提高：（1）扭矩为150Nm时，使用尼龙垫片，轴向力达到了22.7kN；使用镀锌垫片，轴向力达到了16.3kN；使用弹垫，轴向力达到了21.6kN而；使用发黑垫片，轴向力达到了18kN。分别较无减摩措施（轴向力仅为11.5kN）效率提高分别达到了97.39%、41.73%、87.83%和56.52%。（2）扭矩从120Nm提高到250Nm的整个过程中，使用尼龙垫片、镀锌

5、垫片、弹垫和发黑平垫较无减摩措施的转化效率分别提高幅度平均达：78.96%、53.00%、64.08%和46.42%。图6锚杆预紧力矩同预紧力的转化效率试验数据（4月18日）由图6可以看出，在使用减摩垫片后，锚杆预紧力矩同预紧力的转化效率（以下简称转化效率）得到明显的提高：（1）扭矩为150Nm时，使用尼龙垫片，轴向力达到了27.57kN；使用镀锌垫片，轴向力达到了18.55kN；使用弹垫，轴向力达到了21.55kN而；使用发黑垫片，轴向力达到了20.3kN。分别较无减摩措施（轴向力仅为11.03kN）效率提高分别达到了149.95%、68.18%、95.38%和84.04%%。（2）扭矩

6、从120Nm提高到250Nm的整个过程中，使用尼龙垫片、镀锌垫片、弹垫和发黑平垫较无减摩措施的转化效率分别提高幅度平均达：132.34%、88.63%、101.81%和67.04%。4结论通过井下锚杆预紧力矩同预紧力的转化效率应用试验可以看出，无论是采用尼龙垫片、镀锌垫片、弹垫还是发黑垫片，均显著提高了转化效率，而且以尼龙垫片最优，两次试验中，转化效率分别较无减摩措施提高了78.96%和132.34%，效果非常显著，四种减摩措施中转化效率由高到低依次为：尼龙垫片、弹垫、镀锌垫片、发黑平垫。简单讲，目前要求175Nm的状况下，在安装尼龙减摩垫片后力矩达到120Nm就可以达到同样的效果，并且可

7、以降低因为扭矩过大而对锚杆产生的损伤。因此采用尼龙垫片作为减摩垫片，在托盘孔口锋利的状况下，采用弹垫和镀锌垫片均能显著提高效率，从而充分发挥锚杆的支护作用。经过井下使用后减轻了工人的劳动强度，提高了锚杆的预紧力，并且降低了因为扭矩过大而对锚杆产生的损伤，减小了动压巷道的变形量，大大减少了巷道维护维修作业，提高了经济效益。Boltpre-tighteningtorqueaxialforcetransformationYUH