摘要：錨桿支護在礦山錨固工程中占有著重要的地位，為了解錨桿在施工過程中的受力狀態(tài)，需對錨桿的應力進行監(jiān)測。本文詳細介紹了應變測力錨桿的結構設計，礦用數字錨桿監(jiān)測儀設計原理及其應用，并將該測力系統(tǒng)應用于某煤礦，用其所測試的數據對錨桿的工作狀態(tài)以及圍巖安全狀況進行分析，結果實時，可靠。該系統(tǒng)為煤礦實現信息化作業(yè)提供了一種可靠的手段，也為錨桿的優(yōu)化設計和應用提供了科學依據。
1引言
巖土錨固技術是近代巖土工程領域中的一個重要分支，由于它的安全、經濟和有效，已愈來愈廣泛的應用于各個工程領域。其中，錨桿以它的主動支護、有效強化圍巖強度、保持圍巖穩(wěn)定、施工簡單、成本低、安全可靠、改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點，躍然成為世界各國巷道支護的首選支護手段，在礦山、交通、水電等領域發(fā)揮著重要作用[1]。
為了深入了解錨桿支護的受力狀態(tài)及應變特點，通常需要對錨桿支護工程進行試驗研究和應變參數的現場測試，對全長錨固式支護錨桿在工作時期桿體不同深度處的受力狀態(tài)進行監(jiān)測，以便弄清錨桿在工作時的受力特性，而應變測力錨桿使這些問題迎刃而解[3]。
2應變式測力錨桿設計原理
實際工程當中，為了更好的了解錨桿的受力狀態(tài)，通常我們會將一部分錨桿作為實驗錨桿（應變式測力錨桿）來進行現場監(jiān)測。由于測力錨桿不僅能作為測力裝置對錨桿受力狀態(tài)進行監(jiān)測，而且還要作為支護材料對巷道進行支護，因此，應變式測力錨桿的結構應盡可能與實際使用的錨桿相同。但為了對這些錨桿進行現場實時監(jiān)測，必須對這些錨桿進行特殊處理。為此在原錨桿桿體兩側各對稱開一矩形斷面溝槽[2]。
該測力錨桿采用粘貼在錨桿矩形斷面溝槽上的電阻應變片做傳感器來測定錨桿的受力狀態(tài)。當錨桿所在區(qū)間圍巖變形時，由于粘結力或摩擦力使錨桿變形。因錨桿的彈性模量大于圍巖的彈性模量，錨桿束縛圍巖變形，使錨桿產生軸向力。當錨桿端部的螺母拉緊后又產生附加軸向力，錨桿受力表面產生微小變形（伸長或縮短），貼在其上的應變片線柵亦隨之發(fā)生變形。
由于金屬線材的應變效應，線柵的電阻發(fā)生變化（增大或縮小），電阻變化率的大小與應變片粘貼在錨桿位置處的應變的大小成正比關系，再利用應變儀測出各應變片不同時間的應變值。其關系式為：
(1)
式中：為應變片的靈敏系數。
因此，只要測出的變化率就可得出貼片處的應變值。根據彈性力學應力與應變的關系或標定的曲線可得出應力值，按應變值理論計算出貼片處所承受的軸向力即：
(2)
式中：為應變值；為鋼彈性模量；為測力錨桿的截面積。
3應變測力錨桿的標定
錨桿在投入使用前，應在實驗室對其進行標定。由于不同材質、不同尺寸甚至不同加工工藝制作的錨桿桿體，其變形特征也不相同，所以必須對測力錨桿進行實驗室標定。將現場用的錨桿用上述方法在螺紋鋼上開槽，槽的寬度、深度與現場測力錨桿的相同，然后在槽內對稱粘貼2片工作應變片，最后用導線將應變片腳線引出來[6]。
將溫度補償應變片貼在溫度補償上，然后將工作應變片和溫度補償片按半橋的方式結成電橋。
在壓力實驗機上分別對錨桿進行拉伸標定，利用礦用數字錨桿監(jiān)測儀記錄錨桿在不同拉力下的應變值。圖4為本文對其中的一根錨桿進行的標定曲線。從圖4我們可以看出，當拉力達到170kN時，錨桿產生塑性變形，此時對應的應力就是該錨桿的屈服應力，同時我們還可以根據此標定曲線得出錨桿的彈性模量，最終可以得出錨桿的許用軸向拉應力。
測力錨桿的安裝方法與一般錨桿的安裝方法基本相同，但要注意使測力錨桿的溝槽方向與巷道軸向垂直。安裝好后，開始用電阻應變儀對測力錨桿進行定期觀測，將每次觀測的數據輸入計算機，根據測力錨桿的力學參數設計的專用軟件對輸入數據進行處理，便可得到不同觀測時刻測力錨桿全長范圍內的正應力曲線、軸向拉力曲線、彎矩曲線、剪應力曲線及測力錨桿的伸長量等。
4工程實例
本論文所設計的應變測力錨桿被應用到陜西某礦101工作面運輸順槽，并取得了良好效果。錨桿桿體軸力主要分布在近錨固端的1/2處。開始時錨桿深部受力很小，隨著時間的增加，錨桿逐漸發(fā)揮作用，桿體軸力向錨桿的深部傳遞，在亭南煤礦，通常一周時間錨桿就能發(fā)揮控制圍巖變形的作用。
5結束語
大量的工程實踐表明，在施工過程中對某些施工斷面安裝測力錨桿進行受力情況監(jiān)測具有重要的意義，它不僅可以對錨桿的工作狀態(tài)及圍巖的安全狀況進行分析，而且為優(yōu)化錨桿設計參數、改善施工質量提供了可靠的科學依據。
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