(作者:石伟 王要良 刘玉元)预应力锚固技术是近代岩土工程领域的一个重要分支,在岩土工程中得到了广泛的应用,并且取得了巨大的成功,在煤矿中的应用也日趋增多。目前,在井下采矿巷道支护中,锚索加固技术已成为一种重要的补强手段。但是,随着应用的日趋广泛,锚索安装的可靠性已经被引起了足够的重视,如何对已安装的锚索进行锚固力的拉拔测定,从而对锚索的安装质量进行评定,已是迫在眉睫。为此,协庄煤矿于2004年1月始进行了认真的研究分析,研制出了SCQ-30型拉拔配套机具——承载器。该机具与MLJ-30型液锚杆拉力计配套使用,取得了显著的效果。
1检测机具承载器的工作原理与结构特点
检测机具承载器为分体式配锥形螺栓结构和整体式结构两种。操作简单,而且性能可靠,对于测定锚索的锚固力具有较高的使用价值,可以实现每次测量数据的测读一次实现。锚索承载器结构见图1。
承载感压部分是一个有中锥孔的钢体。中心孔径的尺寸是根据穿过的锚索的直径确定的,使用时孔内密贴锚索的锁片。这种整体式结构能保证承载体受力明确。承受总压力的刚性方形承载板,会以不变的有效面积,均匀的把压力作用到方形承载器上,这对于保证锚力计在不同安装条件下的测量十分重要。承载器、拉力缸和手压泵是锚索锚固力测定机具的中枢,它的工作原理摇动手压泵手柄,通过承载器产生一个对油缸的作用力,此作用即为当前该锚索所能达到的锚固力。当压力表上的读数达到所要求的数值后,停止操作,然后慢慢复位。其特点是:
(1)稳定性能好,适用于原位检测作用,承载器经过一定的热处理后蠕变极小,能保证其自振频率的长斯稳定。
(2)抗干扰能力强。能在各种复杂的条件下进行锚索锚固力的检测。
(3)体积较小,为锚索锚固力的随时检测提供了方便。可单人操作,本质安全,省时省力,功效较高。
(4)安装拆缷方便。安装极为方便,为防止拉拔后锁片难以取出,特对承载器进行分析拆缷,进而倒出锥形销,即可分体,拆缷完成。
2性能
每一套锚索锚固力测力计在装配完成及使用的过程中,都能充分反映所施工锚索的锚固状况。对承载器反复进行加压、缷荷载试验,直到每次缷载后的零压输出频率相同为止,这是保证锚索锚力计稳定性、重复性、回差等技术指示的必要措施。锚索承载器技术性能见表1。
表1 SCQ-30型拉拔机具—承载器的主要技术参数
承载器在现场配套安装后,其中心锥孔内锥面及小孔径上面两刚性面受承压力,周边是自由边界条件,不存在“匹配误差”状况,消除了锚索锚力计随外界条件等因素而变化的干扰和制约,所以能够保证锚索锚固力计机具检测的精度要求,为锚索的施工检测可靠性提供了前提条件。
3安装使用及注意事项
(1)锚力计是精密仪器,搬运时应轻拿轻放,运送和安装过程中要注意对油线的及缸体、油表的保护,不得用力拖拽。锚索承载器安装见图2。
(2)对锚垫板及承载板的几何尺寸、有关技术参数和现场安装应严格要求。①锚力计缸体安装前必须加装大于锚索锚具几何体积尺寸的锚垫板,其外端有效直径必须略大于锚具外环直径及长度,保证不会出现自承现象。否则,锚力计的测定数据会失去使用价值。②锚垫板必须有足够的厚度(刚度),以避免锚索涨拉时,锚垫板中部位置受和后产生挠曲变形,造成作用在锚力计上的轴向力分解,所以应保证锚垫板底座的刚度。③承载器中心孔径内表面必须平整(不平整≤0.1)、洁净、光滑。④承载器外表面与穿索孔轴线的不垂直度要<5°。
(3)对承载器的上、下端面绝对不得倒置安装,小孔径口朝上,大孔径口朝下。涨拉油缸时,若加载过快,会使锚力计承受偏载压力,所以要按照由缓到均匀的顺序进行操作。以上各项,在施工操作前要认真准备,施工中要有专人负责。
4试验效果
为了验证承载器的研制效果,协庄煤矿在十一层回风下山和31117W运输巷进行了试验,试验效果非常可观,完全达到了预期的目的,解决了长期以来锚索锚固力检测困难的难题,给检测锚索施工的可靠性带来了便利,为巷道的学问支护创造了有利的条件。目前核机具承载器已有全矿推广使用,截止2004年3月底,共检测锚索200余套,检测出游合格锚索10余套,对不合格锚索重新进行了补打,检测合格的锚索正在发挥着应有的作用。
5经济效益
按最低检测配置计算:原先购置的锚索表属一次性投入,不可加回收复用。锚索表按600元/块计,每月施工锚索300余套,按照集团公司技术管理需求,需配置锚索表15块,月需投入费用近1万远左右,年需投入12余年万无左右;现在研制的承载器属可重复利用产品,按600元/块计,掘进专业可一次性投入22块(每一掘进工作面配置一块)即可,共计费用1.3万元左右,而且此产品一次投入,可长期利用;每年可节约购置资金费用最少10万元左右。