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矿用开采锚索预应力监测设备设计研究

文档作者：仲建梅文档来源：阳泉煤业集团华越机械有限公司		点击数：	更新时间： 2025年09月20日
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矿用开采锚索预应力监测设备设计研究
仲建梅
（阳泉煤业集团华越机械有限公司，山西阳泉045000）
摘要：锚索在煤矿巷道支护中有重要作用，传统监测手段存在监测手段单一、监测数据不够准确、监测频率低
等问题，无法满足对锚索支护状态的实时、全面监测需求。对锚索预应力失效理论进行分析，探究疲劳失效和屈
服失效两种情况，并搭建煤矿锚索智能监测分析系统。该系统通过锚索预紧力连续智能检测装置实现了对锚索
支护作业全过程的记录、分析、上传，并具有数据汇总、分析、管理等功能，为煤矿巷道支护锚索的智能监测和分
析提供可靠的技术支持。
关键词：锚索；预应力；预紧力；智能监测
中图分类号：TD353
0引言
随着煤矿开采深度的增加，煤矿巷道在掘进过程
中常常需要面临地质构造复杂、应力变化大、煤岩体变
形破裂等一系列问题,对锚杆(索)支护材料及技术提
出了更高的要求。锚索在煤矿巷道支护中有着重要作
用，它能够有效传递荷载，增加巷道的稳定性和承载
能力。但是，锚索在长期的高应力作用下，容易出现蠕
变变形、疲劳损伤等现象，严重影响其支护效果和使
用，进而威胁到煤矿巷道的安全稳定。
传统的煤矿巷道锚索支护主要依靠人工巡检和经
验判断,存在监测手段单一、监测数据不够准确、监测
频率低等问题，无法满足对煤矿巷道支护状态的实时、
全面监测需求。此外，由于巷道施工后存在一定期限的
变形和沉降,锚索预应力的实时监测和智能分析也变
得尤为重要[2]。本文设计研究了一种煤矿锚索智能监
测分析系统，以解决传统监测手段存在的问题，实现对
锚索支护状态的实时、全面监测和分析。
1锚索失效理论分析
在煤矿巷道支护工程中，锚索作为重要的支护材
料，在复杂的工作环境下承担着巨大的工作负荷3。常
见的锚索失效有疲劳失效和屈服失效两种。
1.1 疲劳失效
疲劳失效是锚索在长期交变加载下由于应力循环
42 设备管理与维修2025No3(上）
文献标识码：B DOl:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2025.03.12
引起的一种失效形式。在实际工程中，锚索常常需要承
受交变加载，比如由于巷道岩体的变形和地压变化引
起的周期性荷载,这容易导致锚索发生疲劳失效。锚索
的疲劳失效是由于应力循环引起的材料疲劳破坏。在
长期的交变加载作用下，预应力锚索内部会出现应力
集中和微小裂纹。当这些裂纹积累达到一定长度时，就
会导致锚索断裂失效。
1.2屈服失效
屈服失效是预应力锚索在受到超过其屈服强度
的拉力作用下发生的一种失效形式。在实际工程中，
当锚索所受应力大于等于其屈服强度时即可判定其
失效[：
P
A
式中P- -预应力锚索张拉力值，kN
A- -为锚索截面面积，mm²
为锚索材料屈服强度，MPa
预应力锚索的屈服失效主要是由于受到的拉力超
过了其材料的屈服强度，导致锚索发生塑性变形。当拉
力达到或超过预应力锚索的屈服强度时，锚索开始出
现塑性变形，继续增加拉力会导致锚索产生永久性的
塑性变形,无法恢复到原始状态，发生屈服失效。在屈
服失效的情况下，锚索仍然可以承载一定的拉力，但已
(1)
设计研究
经无法恢复到原始的弹性状态，因此无法承载设计要
求的荷载，这就意味着锚索在工程上已经失效。
屈服失效对预应力锚索的支护能力和安全性造
成了严重的影响。付玉凯[5]等对常见类型的锚索进
行了检验，整理了不同锚索的力学性能,测试结果如
表1所示。
表1不同类型锚索力学性能测试结果
公称最大抗拉型号直径/mm 拉力/kN强度/MPa引强度/MPa总延伸率/%
21.6 530
1x7股锚索21.6
21.6
21.8
1x19股锚索21.8
21.8
21.8
高延伸率21.8
锚索
21.8
1.3失效的预防与处理
为了有效预防和控制锚索的疲劳失效和屈服失
效，需要采取相应的措施。对于疲劳失效，需要对预应
力锚索的受力状态和加载历史进行严格监测，以便及
时发现可能导致疲劳失效的问题。对于屈服失效，需要
对预应力锚索的受力状态进行严格监测，以便及时发
现锚索受力超过屈服强度的情况。
当然，还需要合理设计和选择预应力锚索，确保其
在实际工程中能够承受长期的交变加载。此外，还需要
加强对预应力锚索的定期检测和维护工作，及时发现
和处理可能导致疲劳失效的裂纹和缺陷，以及可能导
致屈服失效的问题，延长其使用寿命，确保其能够安全
可靠地发挥支护作用回。
2煤矿锚索智能监测分析系统
为解决传统监测手段存在的问题，提高锚索支护
的质量和安全性，本文设计了煤矿锚索智能监测分析
系统。该系统基于先进的传感器技术和数据分析软件，
旨在实现对煤矿巷道支护锚索的实时监测、数据记录、
分析和预测，为煤矿巷道支护锚索的施工、运行和维护
提供全面的技术支持，其系统架构如图1所示。
系统通过在煤矿井下巷道、室等不同的重点区
域设置监测点。监测点内设置有测定锚杆预紧轴向张
设计研究
监测中心 宽带网络
远程访问
通信前置机
模块数据传输
人机交互界面
锚索预紧力
数据处理、分析智能检测记录
分析系统
Internet公网访问
通信前置机屈服最大拉力
1860 1600
532 1860
528 1860
560 1810
566 1820
554 1800
560 1790
562 1800
561 1790
预应力锚索
数据异常分析
预应力锚索
数据异常分析
模块数据传输
T
3.6 监测点1
1600 3.5
1620 3.7
1570 5.0
1560 5.1
1560 5.0
1550 8.2
1550 8.0
1560 8.1
监测点2
局域网局域网
数据采集数据采集
锚索预紧力锚索预紧力
连续智能检测连续智能检测
装置1 装置2
图1煤矿锚索智能监测分析系统
力的智能检测装置，可以对锚杆作业的全过程进行记
录、分析、上传，使每班、每排、每根锚杆支护工程质量
都具有可回溯性。此外，锚索预紧力连续智能检测装置
与预紧泵高压液体并联。当锚索预紧时,可以通过数字
显示器显示实时预紧力，并具有预警提示功能。除预紧
力之外，智能检测装置记录的信息还包括顺序标号、
日期、时间、施工地点、施工人员、锚杆及钢带编号，并
可根据实际需要现场更改或增加其他内容。
监测数据通过局域网将监测数据汇总至监测点
内，再上传至锚索预紧力智能检测记录分析系统，以实
现数据的集中管理和综合分析。该数据分析软件是系
统专用软件，采用B/S结构，由系统管理员负责管理，
其他工作人员经授权后可通过局域网访问服务器，并
进行权利范围内的操作。
该架构保证了数据的完整性、安全性和可靠性,同
时实现了对监测数据的集中管理和综合分析，为煤矿
锚索的智能监测和分析提供了坚实的技术支持。
3结束语
随着煤矿工程的不断发展和现代化技术的应用，
煤矿巷道支护锚索作为煤矿安全生产的重要组成部
分,其质量和安全性直接关系到煤矿生产的顺利进行
和职工的生命安全。传统巷道支护锚索监测手段存在
监测数据不够全面、实时性差、数据分析能力低等问
设备管理与维修2025No3(上） 43
监测点n
局域网
数据采集
锚索预紧力
连续智能检测
装置
1000MW火电机组工业水补水系统应用研究
张彬，李俊朋，张添舒
（国能四川天明发电有限公司，四川江油由621700)
摘要：提出一套适用于火电厂的工业水补水系统，该系统实现电厂工业水和循环水的互联循环利用，减少了电
厂工业水和循环水的外排量和冷却塔补水量。该系统在某火电厂1000MW机组的应用，验证了工业水补水系统
的可行性，该系统既提高工业水系统运行的可靠性，也达到节能减排的目的，为电厂节水措施提供了新思路。
关键词：节水；工业水补水系统；循环水系统；互联
中图分类号：TM621;TK229.2 文献标识码：B DOl:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2025.03.13
0引言
火力发电厂（简称火电厂）作为用水大户，机组以
水为工质，水在系统中流动，必然存在着用水、排水、废
水的回收处理和再利用等过程。其中循环水系统、工业
水系统是电厂中两个主要的水系统，是维持火电厂正
常运行不可或缺的冷却系统。循环水系统在各种运行
条件下连续供给凝汽器冷却水和主厂房辅机冷却水系
统用水。工业水系统作为公用系统，主要为除灰空压机
房、灰库气化风机房、脱硫装置、燃油泵房及循环水泵
电机等设备提供冷却或冲洗用水。
火电厂循环水系统在正常运行中由于冷却塔的蒸
发、风吹及排污等存在损耗，损失的水量主要由补给水
系统以及回收的工业水补给。工业水系统通常设置3台
工业水泵，工业水由水泵输送至工业水母管后再分别
进入需冷却设备，回水排放至循环水泵前池，作循环水
系统补水。
在电厂机组运行期间，两台工业水泵同时运行时，
工业回水全部排到循环水泵前池，此回水量超过冷却
塔的水汽损失量，尤其在春冬季节冷却塔蒸发和风吹损
失水量明显减少时，多余的回水使得冷却塔水池水位
升高溢流外排，且夹带投人循环水中的阻垢剂、杀菌剂
等药品自冷却塔溢流口处流失，影响循环水加药效果。
在电厂机组停运期间,因电厂部分设备冷却用水
需求，工业水系统无法停运，而工业水回水持续流入循
环水泵前池，会导致电厂停备机组的冷却塔水池水位
升高溢流外排。此外每年火电机组开展冷却塔填料更
题，难以满足煤矿巷道支护锚索监测的需求。本文深入
分析锚索疲劳失效和屈服失效原因，提出预防和控制
手段，并设计了煤矿锚索智能监测分析系统。该系统通
过设置监测点和锚索预紧力连续智能检测装置，实现
了对锚索支护作业全过程的记录、分析、上传，并具备
数据的汇总、分析、管理等功能，为煤矿巷道支护锚索
的智能监测、分析提供了可靠的技术支持。
参考文献
［1］吴赛赛，金韬，郝文青，等.深部环境下锚索耐久性退化及应
力腐蚀断裂研究[J].采矿与安全工程学报,2024,41(2)：
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44 设备管理与维修2025No3(上）
[2］王家宝,方万刚,梁志航，等.垂直预应力锚索施工技术[J].
建筑技术开发，2024,51(1)：52-54.
[3］贺相乾，田李鹏.高应力煤巷围岩多维预应力锚索桁架模拟
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[4］廖灵敏，肖伟,王媛怡，等.多因素耦合条件下锚索材料腐蚀
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[5］付玉凯，吴拥政,周鹏赫，等.高延伸率锚索动态力学特性及
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[6]】杨俊，王梓鉴.边坡预应力锚索服役寿命预测模型对比分
析[J].江西水利科技，2020,46(3)：168-174.
【编辑 张韵]

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