煤巷锚杆用钢在低应变速率下的力学性能.pdf

维普资讯 2O02年 9月 重 庆 大 学 学 报 Sep．20I 第 25卷第 9期 JournalofChongqingUniversity V01．25 N0．9 文章编号：1000—582X(2002)09—0071—04 煤巷锚杆用钢在低应变速率下的力学性能 江 利 ，张 绪 平 (中国矿业大学 机电与材料工程学院，徐州 2210o8) 摘 要 ：研究了低应变速率对煤巷锚杆用 Q235钢、热轧和淬火回火02MnSi钢力学性能的影响。与 常规拉力试验相 比(应变速率为2．5×10一 2．5×10‘’s )，当应变速率为4．6×10～s 时，Q235钢屈服 强度降低 14％；热轧和淬火高温回火的02MnSi钢屈服强度分别降低 4％和 l％。分析 了低应变速率对钢 强度的影响。研 究结果对于在岩石蠕变条件下工作的煤巷锚杆的设计、选材和使用具有重要意义。 关键词 ：锚杆 ；低碳钢 ；低合金钢 ；低应变速率；强度 中图分类号 ：TG113．12 文献标识码 ：A 煤层巷道的锚杆支护 已成为我 国煤炭开采 中巷道 选材和使用提供理论依据和实验数据 。 支护技术 的重要发展方 向。1998年我 国煤巷锚杆支 表 1 各类巷道 围岩 的变形速度 护 比重 已达到 20．14％F1]，英 国在 1997年达到90％ 。 我国煤巷锚杆的用钢大体上有 3类u。J：普通 Q235钢 ； 萋 低合金建筑螺纹钢 ，如 20MnSi等；淬火高温 回火的低 合金螺纹钢 ，国外如澳大利亚 、英 国、美 国的锚杆用钢 也大体如此 J。巷道 围岩 的变形与时 间有密切关 系，随着时间的推移 ，岩石将发生蠕变和松弛现象 ，即 岩石的流变。据统计 各类巷道围岩的变形速度 (以 顶底板或两煤壁之间的移近速度表示)如表 1所示 ，其 1 实验方法 中煤巷在服役期间最大变形速度约在 3O 40mm／d，若 试验用钢为煤巷锚杆用热轧 Q235钢 、20MnSi钢 锚杆可变形长度按0．1 1．0m计 (全长锚固的锚杆)， 和经 900℃淬火 ，560℃×2h回火的20MnSi钢，其化 则在塑性变形期 间锚杆 的最大应变速率约为 4．6× 学成分列于表 2。拉伸试验采用 @10inln标准短试样， lO～ 4．6×10～ s～。在常规 (假静态 )拉力试验 中， 试验是在 MTS810材料试验机上进行 ，应变速率分别 GB228—87规定了一个 2．5×10一 2．5×10～ s 的 为 ：4．6×10一s～、4．6×10～s～、4．6×10～ s～，每组 应变速率范围，这比锚杆服役期间的最大应变速率高 试验有 5个试样，取其平均值，均方差在 2．6 4．7之 2—4个数量级。一般认 为，变形速度下降时 ，钢的强 间。试验环境温度为 l8℃，温度波动范围±4cI=。 度也随之降低。WinloekL7研究了含碳 0．06、0．21、0．34、 表 2 试验用钢的成分 (质量分数) ％ 0．48和 1．03％正火普通碳钢在低应变速率下 的拉伸 C Si bin S P 性能，发现应变速率 由2．76×10一s 降至 3．3×10 Q235 0．15 0．20 0．35 0．022 0．033 20bfnSi 0．19 0．67 1．42 0．027 0 038 s 时，低碳钢下屈服点下降约 10％；抗拉强度下降约 ． 3％。对锚杆这种在岩石蠕变条件下工作的构件而言， 研