矿用预应力钢棒力学性能试验研究

预应力钢棒具有预紧力等级高、延伸率高、受力状态好等优点,越来越广泛地应用于煤矿巷道支护工程中。为了进一步探究矿用预应力钢棒材料力学性能,在实验室进行了矿用预应力钢棒拉伸试验、金相组织分析、冲击韧性测试、预应力损失试验、偏载试验、安装推进阻力试验及配套锁具性能试验。结果表明:直径20 mm矿用预应力钢棒拉伸时极限承载能力为422 kN,与直径20 mm、牌号HRB335锚杆杆体相比,增幅达176%,断后伸长率平均为13.3%,为锚索断后伸长率的2.4倍,断后呈杯锥状断口;钢棒拉断前后冲击吸收功分别为46.0 J和23.3 J,材料组织结构为回火索氏体,晶粒度为9.5和8.5,属于超细晶粒度;受力长度为1 230 mm和1 500 mm时,预应力损失为38.37%,和36.74%,随着载荷的加大,预紧力损失率减小;受力长度的增加,钢棒预紧力损失率减小;偏载角度为5°、10°、15°、20°及25°时,极限承载能力降幅分别为18. 3%、22. 5%、26. 4%、26. 9%及27. 5%;采用28 mm钻孔时,直径18 mm和直径20 mm钢棒平均最大推进阻力分别为179 N和453 N,两者相差274 N,但两者推进均比较容易;预应力钢棒锚具平均承载能力为398.2 kN,锚环与夹片的洛氏硬度分别为27.78和58.39,能够满足国标和钢棒材料力学性能要求。

矿用预应力钢棒支护成套技术开发及应用

为了解决目前煤矿锚杆支护材料存在的问题,采用实验室试验、数值模拟及现场试验相结合的手段及方法,开发矿用预应力钢棒支护成套技术,包括钢棒材料、锚具、构件、锚固方式、施工工具及技术等;实验室试验得出钢棒屈服强度不低于1 140 MPa,抗拉强度不低于1 270 MPa,延伸率大于15%,冲击吸收功不低于30 J,开发与钢棒强度匹配的托板及锚具;数值分析钢棒应力场分布特征及影响因素,得出在高预应力下,钢棒预应力场的应力值大,压应力区范围广,钢棒的主动支护作用明显。在潞安漳村煤矿25排水巷进行矿用预应力钢棒支护技术现场试验,巷道变形量不大,顶板离层基本为0,钢棒初始预紧力为100~120 k N,受力稳定,基本不受巷道掘进影响,支护效果良好。采用钢棒支护比高强锚杆支护材料费用下降29.5%,钢棒间排距大、预紧力施加快,可适当提高巷道掘进速度,具有较好的推广价值。