管缝式锚杆的工作环境

随着煤矿开采条件的日益复杂，锚杆支护技术得到了快速发展和大范围的推广应用。针对深部高应力、冲击地压、强烈采动影响等复杂困难巷道，近几年大力发展了高预应力强力支护技术，所使用的锚杆强度由335MPa、400 MPa发展到500MPa、600 MPa及更高。强力支护取得了良好效果，但个别矿区也出现了锚杆杆体断裂问题。

管缝式锚杆的工作环境

煤矿井下环境复杂，不但温度、湿度多变，空气、矿井水等介质的组成成分更是复杂。钢锚杆作为一种金属制品，首先要受到其所在环境的腐蚀，主要包括大气腐蚀、水腐蚀和介质腐蚀。

大气腐蚀是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀性介质的联合作用而引起的破坏，往往在金属表面生成疏松的氧化物层而损耗金属。由于井下的特殊环境，井下常见的气体除了氮气、氧气外，还有CH4、CO、CO2、H2S、NO2、SO2等有害气体。这些气体与氧气、水蒸气等共同作用，加剧锚杆等金属制品的腐蚀。

开采过程中会揭露或引入地下水，高矿化度水中SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、HCO3-等离子浓度较大，水质多数呈中性或偏碱性。我国煤矿高矿化度矿井水的含盐量一般为1000-4000mg/L，潞安矿区、神东矿区、淮南矿区等都是高矿化度水矿区。

井下气体、水与煤岩等介质共同作用，可以对金属产生较大的腐蚀。如煤矿环境中S元素对金属产生危害较大，能加速金属的腐蚀。环境因素是应力腐蚀发生的一个重要条件。

管缝式锚杆受力特点

锚杆支护的设计初衷是锚杆通过受拉提供初始预紧力和支护阻力，从而加固围岩。但实际工作时锚杆的受力状态十分复杂，不但要承受拉伸，还要承受扭转、弯曲、剪切及其组合作用。特别是常用的螺纹钢锚杆具有横肋结构，在横肋处容易出现应力集中，数值模拟也显示横肋根处的应力远高于杆体内部。

管缝式锚杆主要断裂形态

断裂分为韧性断裂和脆性断裂，这二者均为井下常见的锚杆断裂方式。但锚杆断裂很少是单纯的脆性或韧性断裂，大部分是复合断裂形态，但存在主要断裂形式。因此，常说的脆性断裂和韧性断裂均是指其主要断裂形式。

近几年的工程实践发现，高强度锚杆在断裂的方式和断裂机制上同低强度锚杆有一定的差异。在低强度支护阶段，锚杆的主要破断形式为拉伸载荷不足导致的拉破断，断口有明显的颈缩。随着开采条件的复杂化，为实现高强度支护，锚杆的材质、加工工艺及初始受力形式都发生了大的变化，强度的提高一定程度降低了杆体的韧塑性，高预应力的施加改变了杆体的初始工作状态。但随着我国煤矿开采条件的日益复杂，高强度支护是不可逆转的趋势，而锚杆也面临着越来越多的失效问题。

管缝式锚杆