锚杆破断原因分析Word文档下载推荐.docx
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1
5212与5216副巷联络巷底
94
超载拉断
20
/
2
5216副巷底
84
脆断
22
14
3
63
8
4
5216副巷11号横川正对实体煤柱侧
最下一根锚杆
67
60
5
5216副巷切眼向里8πι实体煤侧
103
6
5216副巷Iri横川切眼正对实体煤侧
Ill
7
大'
U'
与54=横川之间靠工作面侧顶角锚杆
65
5212副巷45=横川口顶中间锚杆
110
9
4220副巷距∙∙∙7横川8m开口49OnI右帮第一根
75
10
3220副巷
83
15
3维挠
曲
11
不详
66
12
31
备注
成庄5306工作面
断口距
螺母的
H
锚杆为φ
/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
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)
SJ5-1
210
553
288
758
23.0
19.5
SJ5-2
215
566
294
774
25.0
16.5
M622
5C522
291.0
766
20.5
15.0
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)
1号样品
120
样品取自无印记脆断锚杆
2号样品2-1
样品取自印记为SJ5脆断锚杆
2号样品2-2
62
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脆断和过载拉断两类。
脆断锚杆:
脆断锚杆的杆体印记为SJ5o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G22维至Φ15,是典型的塑性断裂。
试件断口见相片2。
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。
表4锚杆断头
采样位置
位JtZcm
状态
螺纹直径缩至/1Dnl
弯曲断
5212副巷顶
21
34’导线点向东16排工作面侧顶角锚杆
34=导线点处顶中间锚杆
21.5
成庄5306Z作面
球垫的距离
螺纹原直径
M24
锚杆断头分析:
锚杆断头样品共8个,见相片7。
检查记录见表4。
锚杆断头均为巷道顶锚杆断头。
锚杆断头1、3、5号断裂特征为脆断,断口在距球垫下端1-3cm处,断口无径缩,断头弯曲不明显,见相片10和相片11O从相片10中可看到脆断锚杆头的断口是从断头弯曲拱方向开始逐次沿锚杆径向向锚杆中心发展,从锚杆断口特写相片11中清楚看出锚杆断裂口一次一次发展的痕迹。
当锚杆横向裂缝发展到某种程度,锚杆的应力断面不足以承受锚杆所受的载荷时,即应力过大锚杆发生脆断。
从锚杆断口特写相片10和相片11中可看出锚杆横向裂缝已达到锚杆横断面的50%以上,说明锚杆所受载荷远小于完好锚杆能承受的最大载荷,锚杆脆断的根本原因是锚杆中横向裂缝的发展造成的。
从锚杆断口特写相片11中还可以看到锚杆横向裂缝有锈蚀,其锈蚀程度从横向裂缝起始处向中心逐步减弱,而锚杆的最后断口没有锈蚀。
说明锚杆的横向裂缝存在时间已久,而且是从边上向中心逐步发展的。
横向裂缝产生的原因
锚杆断头2、3、6、1、8号的断裂特征为弯曲断裂,断口在距球垫下端1〜3cm处,断口有径缩2.5〜3.0mm,见相片8,但断口与纯拉断不同都有弯曲。
是拉应力和弯曲应力复合作用的结果。
委托机械工业通用零部件产品质量监督检测中心对锚杆断头的3号和5号样品进行了金相观察和分析,结果见表4。
相片7锚杆断头相片8有径缩、弯曲的锚杆断头
相片9有径缩、弯曲的锚杆断头的断口相片10脆断锚杆断头的断口
相片11脆断锚杆断头的断口
表5机械工业通用零部件产品检测报告
检测项目
3号断头试样
5号断头试样
非金属夹杂物
(细系)
硫化物类A
1级
3级
氯化铝类B
1沔
硅酸盐类C
1Y
2.5级
环状氧化物D
2.5级
0.5级
单颗粒球状类DS
金相组织
珠光体+铁素体(图5、7、8)
珠光体+铁素体(图6、7)
1.试样外圆处裂纹(图2、3、
4)
2.齿顶处夹杂物多且弥散
(图9)
试样中疏松孔洞(图4)
金相检测分析
3号锚杆断头
从表5看出3号锚杆断头非金属夹杂物检测中A、B、C.类指标均合格,D类指标达到2.5级,非金属夹杂物含量最差级别为3级,正常情况应在2.O级以下,3号锚杆断头的硫化物类、氧化铝类和硅酸盐类含量为1级,属于合格。
环状氧化物含量为2.5级,属于不合格产品。
对3号锚杆断头做了纵向、横向剖面、其高倍相片见图1、2、3、4、5、6、7、8、9。
图中显示3号锚杆断头材料的金相结构为珠光体加铁素体,其中珠光体和铁素体含量约各占50%,见图5、图8。
从图9可见到锚杆螺纹的齿顶处非金属夹杂物多且弥散,其连线已形成螺纹上的裂缝。
从图5中清楚看到纵向珠光体贯穿线,这是锚杆轧制过程中出现的中心偏析,中心偏析会导致锚杆钢塑性降低,在大载荷作用下发生脆断。
从图10、图15中看到锚杆钢材中夹杂物太多,密集,且连成线,在锚杆受到载荷时会发展成裂缝,导致锚杆破坏。
图10、图15中看到锚杆钢材存在大直径的夹杂物,形成锚杆钢材中的空洞,在锚杆
受到载荷时会成为、裂缝的起点,导致锚杆破坏。
图135号(横向)
图83号(纵向)
图145号(纵向)
图155号(纵向)
图165号(纵向)
表6锚索
号
a口
锚索规格
位置(Cm)
5212副巷顶板
拉断
Φ22
牙片齐
5212副巷顶板49'
横川口东侧第一根
40
牙片跟进不齐,其中一片错位
6mm
5212副巷
1InIln
大U向外9m靠煤柱侧
125
Φ17.8
2234巷口130m处
5mm
Φ15.24
IOnlln
断点距锁具底部的距离
相片12断锚索
锚索断裂原因:
表7中记录表明3、4、6、7号样品锚具牙片跟进不齐,锚索多数在锚具口逐根断裂。
表7锚索锁具
相片13锚具牙片跟进不齐相片14牙片不齐的锚索齐根
相片15脱锚锚索索具牙片侧相片16脱锚锚索索具牙片外侧
破坏状态
牙片打滑
齿间填满杂质
4)22锚索
表8锚具牙片硬度测试结果
机械工业通用零部件产品质量监督检测中
心检测结果
建筑科学研究院检测结果
样品号
硬度HRC
50.5
56.2
测试点均在牙
53.5
55.8
片外部
41.5
55.5
牙片表面硬度应在HRC58-62度。
成庄锚具牙片硬度略低。
锚具脱锚原因分析
从相片15看到锚具牙片部牙齿里充满杂质,牙片齿间有刮起的钢绞线残渣,牙片的齿折断后打滑,造成锚具脱锚失效。
拉前锚具的牙片不干净,充满过多的杂质,造成牙片在钢绞线上咬入深度不够,导致牙片齿折断后打滑。
从相片16可看到锚具牙片外侧与锚环未完全接触,这样会造成牙片受力不均,钢绞线有的地方夹不实,有的地方应力集中,导致锚具和钢绞线损坏。
拉器的限位距离与锚具的限位不匹配也是造成锚具丫片损坏的原因。
托盘
送来托盘样品3个,其中一个为损坏托盘见相片16,对另一个做检测。
托盘规格:
120X120X10mm
托盘原
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- 锚杆破断 原因 分析