锚杆破断原因分析.doc

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1、成庄矿高强度螺纹钢锚杆破断原因分析天地科技股份有限公司开采设计事业部二零一零年十二月目录1前言12实验室检测12.1实验室检测结果12.2检测结果分析123不同受力状态下锚杆变形与破坏的实验室试验133.1试验条件133.2试验结果134锚杆破断原因的理论分析184.1球面自锁194.2球面回转中心位置对锚杆断裂的影响204.3托盘与球垫之间的球面接触面积过小215锚杆破断的主要原因总结226解决的途径23成庄矿高强度螺纹钢锚杆破断原因分析1前言支护材料在锚杆支护技术中起着至关重要的作用。性能优越的支护材料是充分发挥锚杆支护作用与保证巷

2、道安全的必要前提。随着我国煤矿开采深度、强度与广度的不断增加，出现了大批复杂困难巷道，包括深部高地应力巷道、强烈动压影响巷道、破碎蠕变围岩巷道及特大断面巷道，对巷道支护技术与支护材料提出更高、更苛刻的要求。成庄矿5306工作面采用大U套小U巷道布置方式，工作面在回采过程中，大U巷道出现了部分锚杆破断，锚索破断的现象。为了弄清锚杆锚索破断的原因，特从5306工作面大U巷道拾取了部分破断锚杆的样品，进行系统的分析。2实验室检测2.1实验室检测结果为了清楚的分析成庄5306工作面破断锚杆的破坏原因，特对所有拾取的样品进行系统的分类，并对锚杆的

3、一些基本特征进行描述。样品中较长的锚杆为5216副巷帮底锚杆，锚杆断头绝大部分为顶锚杆断头，经清点、检验结果如表1，力学性能和冲击功检测如表2和表3所示：表1锚杆编号采样地点断口挠曲处(cm)位置（cm）断裂状态直径缩至（mm）15212与5216副巷联络巷底94超载拉断20/25216副巷底84脆断221435216副巷底63脆断22845216副巷11号横川正对实体煤柱侧最下一根锚杆67脆断226055216副巷切眼向里8m实体煤侧103脆断22/65216副巷11#横川切眼正对实体煤侧111脆断22/7大'U'与54#横川之间靠工

4、作面侧顶角锚杆65超载拉断20/85212副巷45#横川口顶中间锚杆110脆断22/94220副巷距…7横川8m开口490m右帮第一根75超载拉断14/103220副巷83超载拉断153维挠曲11不详66超载拉断201412不详31脆断22/备注晋城成庄5306工作面断口距螺母的距离锚杆为φ22/为挠曲不明显其中印记为SJ5的锚杆大多为脆断，断口无径缩。印记为M622、5C522的锚杆大多为超载拉断，断口直径缩明显。表2成庄锚杆力学性能检测编号屈服载荷(kN)屈服强度(MPa)破断载荷(kN)破断强度(MPa)拉伸率(%)径缩至（φmm

5、）SJ5-121055328875823.019.5SJ5-221556629477425.016.5M6225C522//291.076620.515.0注：所试锚杆为成庄φ22、500号断裂锚杆,由于断裂锚杆已被拉伸过，测试中没有明显的屈服点，仅作参考。表3成庄锚杆材料冲击功检测试样冲击吸收功Akv(J)备注1号样品120样品取自无印记脆断锚杆2号样品2-163样品取自印记为SJ5脆断锚杆2号样品2-262样品取自印记为SJ5脆断锚杆注：机械工业通用零部件产品质量监督检测中心检测断裂锚杆分析：来样12根断裂锚杆的样品按断裂特征可分成

6、脆断和过载拉断两类。脆断锚杆：脆断锚杆的杆体印记为SJ5。各锚杆均在不同部位受到侧向载荷，发生弯曲，最后在轴向拉力和侧向弯矩的的复合作用下断裂。断口没有径缩，见表1中编号为2、3、4、5、6、8、12样品的检测记录。断口特征为脆断，见相片6。将发生脆断的锚杆材料做材料力学性质检验，结果见表2。检验结果表明材料SJ5-1、SJ5-2的抗拉强度符合500号锚杆钢的强度标准，SJ5-1的径缩很小，是典型的脆断，见相片3。过载拉断锚杆：过载拉断锚杆的杆体有M622和5C522两种印记。断锚杆残段较直，弯曲不明显，见相片4。应在较大的轴向拉力下断

7、裂。断口径缩明显，见表1中编号为1、7、9、10、11样品的检测记录。断口特征为塑性破坏，见相片5。将发生塑性断裂的锚杆材料作材料力学性质检验，结果见表2。检验结果表明材料5C522的抗拉强度符合500号锚杆钢的标准，其直径由φ22维至φ15，是典型的塑性断裂。试件断口见相片2。注：由于检验的是用过的残断锚杆，拉伸检验中锚杆没有明显的屈服点，其拉伸率也不一定准确。相片1锚杆脆性断口相片2锚杆塑性断口相片3断裂锚杆相片4弯曲较大的断裂锚杆相片5有径缩锚杆的断口相片6脆断锚杆的断口表4锚杆断头编号采样位置断口备注位置/cm状态螺纹直径缩至/

8、mm1不详1脆断/　　2不详0弯曲断22　35212副巷顶0弯曲断21　434#导线点向东16排工作面侧顶角锚杆3脆断/　　534#导线点处顶中间锚杆2脆断/　　6不详0弯曲断21.5　7不详0弯曲断21