锚杆用碟形托盘的改进研究.docxVIP

锚杆用碟形托盘的改进研究鹤壁矿务局科研所孟繁金张景隆摘要以碟形托盘为例,对碟形托盘的承载状况进行了分析,探讨了在相同的条件下,增大托盘承载力的途径。关键词碟形托盘承载力探讨锚杆是锚杆支护的专用材料,托盘是实现锚杆支护作用的重要构件。当锚杆锚入围岩后,承受着径向压应力,轴向摩擦力和托盘对围岩的承托力,使围岩处于三向受力状态之中。从而有效地控制围岩的下沉、变形、破裂以及裂隙的发育等。而围岩应力通过托盘传递给锚杆杆体,完成锚杆支护的锚拉效应,达到加固围岩的目的。由此可见,在锚杆支护中,托盘是围岩与锚杆体相互作用的桥梁,对锚固力的充分发挥,起着重要的作用,其质量的优劣,直接影响着锚杆支护质量。因此,探讨在相同条件下,提高托盘的承载力,对提高锚杆的整体质量、降低锚杆支护成本、节省钢材有着重要意义。破坏导致锚杆失效。1992年,原煤炭部颁发的《缝管锚杆》标准。对碟形托盘的规格、承载力、试验方法等有了明确的规定(见表1)。根据该标准,我们对目前正在使用的部分4mm热轧钢板冲压成型的碟形托盘(图1,以下称原托盘)进行了检验。检验结果:原托盘承载力的平均值为47.8kN,只达到标准规定承载力的74%,严重影响锚杆的整体质量和支护质量。分析其原因,主要有以下三个方面:表1锚杆杆体外径(mm)托盘参数3035394345底盘a×a(mm)高度h(mm)厚度S(mm)孔径d(mm)承载力(kN)120×12015～254～6150×1501碟形托盘的使用现状32603741654547锚杆由于使用的地点和作用不同,其形式和规格各不一样,相应锚杆用托盘也有着不同的形式。目前国内普遍使用的是缝管锚杆和树脂锚杆,配套的多为碟形托盘和平板托盘。碟形托盘是利用碟形弧面受压时产生的微量变形,对锚杆杆体产生足够的预应力。由于它结构简单,成本低,在相同的条件下,较平板托盘节约钢材25%～50%,易加工,能够承受较大的承载力,因此得到普遍的应用。但是,由于对托盘在锚杆支护中的重要性认识不足,多凭经验和生产条件确定托盘的各部尺寸及形状,缺乏理论上的依据,因而制作的托盘强度较低,与锚杆强度不匹配,常出现托盘过早(1)原托盘的整体高度只有15～17mm,是标准规定高度15～25mm的下限,致使碟形的圆形斜边图1现使用托盘项目———矿井灾变救灾调度指挥决策支持系统的成果之一,以应用性、实用性、可操作性为原则。在研制中,密切结合现场实际,以三河尖煤矿为工业试验矿井,并充分利用了其KJ-10矿井安全监测系统。在研制过程中,应用C++和Foxpro语言编程。对各种算法均进行了优化,具有高速的通风网络解算能力,可适应救灾时期决策辅助支持和复杂通风系统矿井进行日常通风管理等不同层次的需要。该软件设计了良好的用户界面,提供了丰富的图形显示功能。同时,本软件中所有程序均具有通用性,便于移植其它矿井使用。并正在实现Windows操作环境下的版本,以满足该类操作系统环境下用户的需要。(收稿日期:1998-4-14;责任编辑:刘崇友)23矿业安全与环保1999年第2期MININGSAFETYENVIRONMENTALPROTECTIONNO.21999与底盘的夹角α偏小(一般为35～37°)降低了圆弧面的支撑作用,使托盘受力后过早地屈服变形,导致锚杆失效。(2)碟形的圆弧半径R≈21mm,碟形上表面形成一个直径约47mm的平台,托盘的承载力没有作用在圆弧斜面上,只作用在远离斜面的平台上。2碟形托盘受力分析每块增加0.11kg,材料成本增加25%。(2)增加加强筋针对原托盘碟形圆弧斜面支承反力不足的问题,在对原模具不做大的变动前提下,设计了在碟形圆弧斜面上(方形托盘对角线上)增加加强筋的方案:①在一对角线上加压成两个加强筋———碟形双拱托盘。经承载试验,双拱托盘平均承载力达到56kN,比原碟形托盘承载力提高17%,没有达到标准要求;②在另一对角线上再增加两条加强筋,则成碟形四拱托盘。经承载试验,最高承载力达到68kN,最低的承载力为48kN,平均承载力61.6kN,承载力较原托盘提高28.3%,比碟形双拱托盘提高10%。这两种托盘均没达到标准规定的承载力,主要原因是加强筋设在圆弧上,远离托盘受力中心,当托盘承压后,高度降低2/3时,碟形圆弧已经屈服变形,而加强筋才刚有微量变形,对托盘承载力的提高没有起到应有的作用。同时,托盘坯在冲压成型时,由于材料,模具等因素的影响,材料收缩不匀,加强筋成型的一致性不好,在承载实验碟形托盘的受力情况如图2所示。承载力N取《缝管锚杆》标准规定值65kN。当托盘的材料和厚度确定之后,在N力的作用下,产生的支承反力就随着夹角α的变化而变化,即F=NNsinα式中F———支承反力,kN;N———承载力,kN;α———碟形斜边与底盘夹角。原托盘α=37°,当N取65kN时,