新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的研究与应用

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上接 55 页） （ 3 ） 通过对该段软岩巷道进行复合支护 ， 使 充分发挥了围岩的承载能力，支护完成后，巷道变 形逐渐减小，巷道断面逐渐稳定。 4 结论
业大学出版社，2003. ［ 2］ 康红普，王金华，林 ［ 3］ 张延伟，章 健 . 煤矿巷道锚杆支护应用实例分析 ［ J］ . 岩石力学与工程学报，2010 ，29 （ 4 ） ： 649－664. 磊，张 延 航 . 柳 海 矿 软 岩 巷 道 围 岩 控 制 技 术 ［ J］ . 煤炭科学技术，2009 ，37 （ 5 ） ： 5－8. ［ 4］ 蔡美峰，何满潮 . 岩石力学与工程 ［M］ . 北京： 科学出版 社，2008. ［ 5］ 张林红 . 破碎巷道顶板注浆加固技术研究与应用 ［J］ . 科技 情报开发与经济，2003 （ 6 ） . ［ 责任编辑： 姜鹏飞］
（ 7 ） 杆体的尾部连接部位及螺纹承载力性能 指标是制约整个杆体轴向受力性能的关键 。尾部承 载力 最 低 的 仅 达 到 杆 体 最 大 力 的 40% ， 多 数 在 70% 以下，影响了杆体的整体性能。新型粗尾全螺 纹式玻璃钢锚杆通过尾部螺纹结构的合理设计和工 艺优化，玻璃钢锚盘和螺母的锥形设计，提高了锚 杆的预应力，通过表 1 力学性能的验证，新型全玻 璃钢锚杆提高了尾部连接部位及螺纹承载力 ，整体 上提高了杆体的承载能力。 （ 8 ） 在新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆基体树
［ 摘
要］
主要通过对目前矿用各种锚杆使用过程中存在的实际问题分析，突出新型粗尾全螺
纹式玻璃钢锚杆的结构 、性能优势。工业性试验的成功应用说明了新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆在煤 矿井下巷道支护中值得大力推广 。 ［ 关键词］ 粗尾； 全螺纹； 玻璃钢锚杆； 杆体结构； 力学性能 ［ 文献标识码］ B ［ 6225 （ 2011 ） 06006303 文章编号］ 1006［ 中图分类号］ TD353. 6
图2
新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆及附件结构
脂中加入体积比为 1 ∶ 3 的氯化石蜡和三氧化二锑。 测得的有焰燃烧、无焰燃烧的时间都低于标准规定 值。在结构和力学性能上，都能保证新型粗尾全螺 纹式玻璃钢锚杆符合国家煤矿安全标准 （ 见表 2 ） 。 在树脂中加入 1. 5 份导电乙炔炭黑，不仅对锚杆的 力学性能和物理性能无大的影响 ，而且还能达到最 佳的抗静电性能 （ 见表 3 ） 。
［1 ］
分毛刺，给井下工人操作造成不便，而且金属锚尾 切割后会损伤运输胶带。这些缺点限制了在井下的 广泛应用。 鉴于此，平顶山捷利德增强塑料有限公司在自 主研发的基础上，成功开发出新型粗尾全螺纹式玻 璃钢锚杆。这种锚杆尾部螺纹、锚盘、螺母都采用 模压工艺压制而成，具有尾部螺纹承载力高、锚头 黏锚力高、 易切割、 耐腐蚀、 重量轻、 安装方便， 阻燃抗静电等特点， 不仅减少拉挤锚杆的生产工 艺，降低工人劳动强度，减少打磨粉尘排放，而且 锚杆力学性能有明显提高，非常适合煤矿行业，尤 其随着采煤机械化的普及，玻璃钢锚杆易切割的优 点显得尤为可贵，在切割过程中，不损坏刀具、不 产生火花，增加了安全系数，避免了钢锚杆需要放 炮拔出才能作业的情况，提高了工效。玻璃钢锚杆 作为一种新型的煤矿支护材料， 具有良好的经济、 社会效益和广阔的发展前景。 2 2. 1 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的结构 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆杆体及附件 （ 1 ） 杆体结构 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚
第 16 卷 第 6 期 （ 总第 103 期） 2011 年 12 月
煤 矿 开 采 Coal mining Technology
Vo1. 16No. 6 （ Series No. 103 ） December 2011
新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的研究与应用
邰俊卿，孙运国
（ 平顶山煤业集团 十一矿，河南 平顶山 467047 ）
杆是在全螺纹锚杆的基础上通过带螺纹的尾部螺纹 模具进行模压尾部螺纹，尾部螺纹直径大于杆体螺 纹直径 （ 见图 1 ） ， 其结构改变了全螺纹锚杆螺纹 不均匀，拉拔力低的缺点，具有承压能力更高，抗 剪切能力更强，使用效果更好等优点。
图1
新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆杆体结构
新型粗尾全螺纹式玻璃 钢锚杆杆体通过履带拉挤设备生产 ，杆体由玻纤纱
2011 年第 6 期 锚杆力学性能比较
新型粗尾全螺纹 式玻璃钢锚杆 ≥100 ≥400 80 ～ 110 ≥100 ≥100 18mm 普通 玻璃钢锚杆 ≥75 ≥300 60 ～ 80 ≥60 ≥60
和高强度树脂复合而成，杆体呈规则的全螺纹结构 ［2 ］ 通过 PT 带在缠绕装置的控制下进行缠绕形成 。 这种玻璃钢锚杆尾部螺纹是在已成型的全螺纹杆体 的一端用模压复合材料包裹，然后在尾部螺纹模具 中模压加粗尾部螺纹， 尾部螺纹直径大于杆体直 径，锚杆杆体强度、尾部螺纹承载力及抗剪切能力 锚杆附件锚盘和螺母设计为 楔形结构 （ 见图 2 ） ， 采用复合材料模压工艺压制 而成，改变了传统的压缩式玻璃钢锚杆金属锚尾结 构，解决了金属锚尾的玻璃钢锚杆附件为金属材料 在井下切割易产生火花的致命缺陷 。 得到了全面提高。 （ 3 ） 附件结构
玻璃钢锚杆阻燃性能试验
无焰燃烧 / s 标准值 结论
算术 算术 试验值 平均值 平均值 0. 5 0. 6 1. 2 1. 0 2. 1 1.来自百度文库6 1. 0
有焰燃烧算术平 均值不大于 5s； 无焰燃烧算术平 均值不大于 20s。 合格
表3
试件序号 1 2 3 4 5 6 试验值 / Ω 1. 5×10 8 2. 5×10 8 1. 8×10 8 1. 4×10 8 2. 6×10 8 1. 2×10 8
表2
有焰燃烧 / s 序号 1 2 3 4 5 6 试验值 3. 2 1. 8 3. 6 2. 5 3. 1 1. 8 2. 67
3
新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的性能特点
（ 1 ） 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆尾部螺纹 是在已成型的全螺纹杆体的一端用复合材料包裹 ， 然后在尾部螺纹模具中模压加粗尾部螺纹 ，尾部螺 纹直径大于杆体直径，锚杆杆体强度、尾部螺纹承 载力及抗剪切能力得到了全面提高 。 （ 2 ） 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆附件玻璃 钢锚盘和螺母设计为楔形结构，在锚盘后拧上楔形 螺母。在煤矿井下支护压力作用下，玻璃钢锚盘和 螺母特殊的楔形结构，提高了锚杆的预应力。 （ 3 ） 锚杆附件锚盘和螺母全部采用复合材料 模压压制而成，解决了金属锚尾的玻璃钢锚杆附件 为金属材料在井下切割易产生火花的致命缺陷 。特 别适合于 “综采 ” 作业， 既保证了井下作业的安 全，又解决了矿井锚固支护作用，可大幅度提高煤 炭开采效率。此外，玻璃钢锚杆切割后，随煤一起 输送进仓，避免了废钢锚杆对输送设备的损坏 。 （ 4 ） 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆生产减少 人工缠绕和打磨工序，降低了工人的劳动强度，具 有很好的社会效益。 （ 5 ） 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆生产去掉 打磨工序，避免杆体打磨粉尘的产生，促进企业的 节能减排，具有很好的经济效益。 （ 6 ） 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆及附件力 学性能与普通全玻璃钢锚杆比较 （ 以 18mm 锚杆 为例） 见表 1 。 64
［ 参考文献］
［ 1］ 曲 光，李新元 . 新型全玻璃钢锚杆力学性能试验研究［J］ .
煤炭科学技术，2007 （ 4 ） . ［ 2］ 韩洪亮 . 玻璃钢锚杆杆体主要性能的试验分析 ［J］ . 煤炭科 学技术，2005 （ 4 ） . ［ 责任编辑： 王兴库］
新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆是在全螺纹锚杆 的基础上，通过专用锚杆生产设备进行生产 ，生产
（ 2 ） 杆体成型工艺
［ 收稿日期］ 2011－08－25 ［ 作者简介］ 邰俊卿 （ 1963－ ） ，男，河南平顶山人，高级工程师，主要研究方向是复合材料应用，从事生产管理工作。
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总第 103 期
煤
矿
开
采 表1
项目 杆体抗剪切强度 / MPa 杆体抗拉强度 / MPa 尾部螺纹承载力 / kN 玻璃钢锚盘承载力 / kN 锚固力 / kN
锚杆表面电阻试验
试验 平均值 / Ω 标准值 / Ω 结论
1. 8×10 8
3. 0×10 8
合格
4
工业性试验 2010 年 3 月， 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆
选择在平煤十一矿丁5－6 22081 机巷试验。 该机巷位 于二水平丁二采区，标高 －540m， 上部是尚未开采 的丁5－6 22081 采面，下部尚未开发， 该机巷不受采
Research on New GlassFiber Fullthread Anchored Bolt with Thick Tail and Its Application
锚杆作为深入地层的受拉构件，一端与工程构 筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由 段和锚固段。自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚 固体区域，其功能是对锚杆施加预应力； 锚固段是 指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域 ，其功能 是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大 ，增加锚固 体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。 锚杆支护是巷道支护的有效手段 ，近年来锚杆 支护发展迅速，锚杆使用量越来越多，旧的支护方 法和材料已不能完全适应新的要求。 进入上世纪 90 年代，煤矿大力推广新技术， 综采技术逐渐得 到大规模应用，在提高生产效率的同时，一个新的 问题又摆在各个生产矿的面前，开发一种新型易切 割锚杆，而且不再对锚杆进行回收，能显著提高生 产效率的新型锚杆尤为紧迫。 1 锚杆的发展现状 一直以来，制作锚杆的材料首选钢材，而钢材 的锈蚀问题日益成为影响锚固体系安全性和耐久性 的突出问题，特别是在一些腐蚀性严重的山区 ，以 及地下水富集的软土地区，钢材的锈蚀问题更加严 重，且钢锚杆无法切割，必须放炮拔出来才能实现 机械化综采。 多年来，煤矿井下用的易切割且不用回收的锚 杆主要有全螺纹玻璃钢锚杆、压缩式金属锚尾玻璃 钢锚杆等。经验表明： 全螺纹玻璃钢锚杆虽然生产 工艺自动化程度高，工人劳动强度低，但拉拔力不 高，不能满足井下大范围的需求； 压缩式金属锚尾 玻璃钢锚杆拉拔力高，但生产工艺中必须人工打磨 才能缠绕螺纹， 工序多， 增加了工人的劳动强度， 生产效率不高，同时人工缠绕螺纹会造成杆体有部
邰俊卿等： 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的研究与应用
2011 年第 6 期
动影响。 丁5－6 22081 机巷布置在丁5 煤层中， 其顶 板为深灰色砂质泥岩，2. 5m 厚，基本顶为灰泥岩、 砂质岩，厚 5. 4m， 丁5 煤平均厚 1. 7m， 丁5 与丁6 夹矸为深灰色团块状泥岩， 平均厚 1. 0m， 丁6 煤 层平均 厚 2. 0m， 丁6 底 板 为 灰 色 团 块 状 泥 岩 厚 5. 5m，煤层倾角为 8 ～ 10° 。 该机 巷 原 支 护 设 计 为 锚 网 支 护， 断 面 为 10. 6m2 ，顶板布置 6 根 40mm×200mm 管缝锚杆， 顶帮均配钢笆网进行支护。为可靠起见，选在巷道 两帮进行试验，上帮布置 4 根，下帮布置 3 根， 间 排距 750mm×750mm， 每根锚杆配 2 个树脂药卷， 规格为 MSZ2335 。试验过程中，经技术人员 6 个月 的跟踪测量， 玻璃钢锚杆拉拔力达到 80kN 以上， 个别达到了 110kN， 较管缝锚杆的 20 ～ 30kN 高的 多，锚杆质量稳定， 支护强度高， 使用效果良好， 说明新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆完全能够满足煤 矿井下巷道支护的使用要求。 5 新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的发展应用前景
方法简单可靠，并具有轻质、高强、耐腐蚀、易切 割等一系列优点，属于新材料、新产品。具有阻燃 性能、抗静电、耐腐蚀等优点，经过二次模压加粗 尾部螺纹形成，尾部直径大于杆体直径，增加了锚 杆的抗剪切能力和承载能力， 再加上锚杆附件锚 盘、螺母独特的楔形结构设计原理，增加了锚杆的 预应力，非常适合煤矿行业。尤其随着采煤机械化 的普及，玻璃钢锚杆易切割的优点显得尤为可贵， 在切割过程中，不损坏刀具、不产生火花，增加了 安全系数，避免了钢锚杆需要放炮拔出才能作业的 情况，提高了工效。 目前，新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆在平煤集 团几个高压矿井已大批量使用，不但降低了支护成 本，而且使用效果显著。从发展趋势看，新型全玻 璃钢锚杆必将在全国推广应用，发展前景可观。