玻璃钢纤维锚杆应用和存在的问题.pdf

3 0 互娃惹 科技 2 0 1 4 年 第 2 期 玻璃钢纤维锚杆应用和存在的问题 张 成， 张显臣， 高守文 山 东富安 煤炭有限公 司， 山东 滕 州 2 7 7 5 2 1 摘要某煤矿原井巷 工程锚杆 支护全部使 用金属锚杆 ， 施工工 艺和安全效果较好 ， 但是在综采工作面 回采 中， 帮部金属锚杆 不能被采煤机直接截割 ， 不仅 易损 坏采煤机 的截 齿， 而且极 易产生 火花 ， 威胁 井下安全。对工作面两巷帮部及切 眼的 支护设 计 进行优化 ， 采取可截割玻璃钢锚杆在 该巷道进行 支护试验 ， 取得 了较好的效果 关键词玻璃钢锚杆 推 广应 用 中图分类号T D 3 5 3 ． 6 文献标识码 B d 0 i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 1 4 App l i c a t i o n o f Gl a s s Fi be r Re i n f or c e d Pl a s t i c Fi b e r An c ho r a nd t h e e x i s t i ng pr o bl e m s Z h a n g Ch e n g，Z h a n g Xi a n c h e n，Ga o S h o u we n S h a n d o n g F u a n C o a l C o ．L T D． ，S h a n d o n g T e n g z h o u 2 7 7 5 2 1 Abs t r a c t Or i g i n a l mi n e e ng i n e e r i ng a nc h o r bo l t s u pp o r t a l l u s e d me t a l bo h，c on s t r uc t i o n t e c h no l o g y a nd s a f e t y e f f e c t i s g o o d，b ut i n f u l l y me c ha ni z e d mi n i n g f a c e，t he h e l p o f me t a l h o l t c a n n o t b e c o a l wi nn i ng ma c h i n e c u t t i n g d i r e c t l y，n o t o n l y e a s y t o d a ma g e t he c o a l wi n ni ng ma c h i n e c u t t i n g t o o t h，a n d e a s y t o pr o du c e s p a r ks ，e a s y t o c a u s e g a s e x pl o s i o n， d o w nh o l e s a f e t y t h r e a t ． F a c e t w o l a n e s o n t h e b a s i s o f t h e mi n e t h r o u g h i n v e s t i g a t i o n t o h e l p a n d t o o p t i mi z e t h e s u p p o r t i n g d e s i g n o f s t a rti n g c u t a n d t a k e c u t t i n g g l a s s r e i n f o r c e d p l a s t i c a n c h o r r o d i n t h e r o a d wa y s u p p o rti n g e x pe r i me n t wa s c a r r i e d o ut ，a f t e r a p e r i o d o f t i me，h a s c e r t a i n e x p e r i e n c e，i mp r o v e t he wo r k e ffi c i e n c y． Ke y wo r d s g l a s s r e i n f o r c e d p l a s t i c a n c h o r r o d p o p u l a r i z a t i o n a n d a p p l i c a t i o n 1 玻璃钢锚杆简介 玻璃钢锚杆， 是以不饱和树脂为基本材料， 以玻 璃纤维为增强材料复合而成 ， 包括高强度玻璃纤维 增强塑料杆体和托盘两部分 ， 有以下几个突出的优 点 1 玻璃 钢锚杆 轻质 高强 玻璃 钢锚 杆 的支护 强 度接近钢锚杆 的支 护强 度 ， 而其 重量 只 有 同规格 钢 锚 杆的 1 ／ 5左右 ； 2 玻璃 钢锚杆 易切割 ， 不会 产生 火花 ， 玻璃钢 是非 金 属材 料 ， 易切 割 ， 且 不会 产 生火 花， 适合于“ 综采” 作业， 不受煤层瓦斯等级限制。 2 巷道煤层地质情况 2 ． 1 煤 层及 煤层 顶底 板 某矿主采 1 5号煤层 ， 位于太原组下部 ， 平均厚度 4 ． 4 9 m， 煤层结构简单 ； 该煤层顶板 为粗砂 岩 ， 底板 为 泥岩 。煤 层倾 角 5 。～1 2 。 ， 平 均 8 ． 5 。 ， 根 据 已揭 露情 收稿 日期2 0 1 3 0 81 5 作者简介张成 1 9 7 7一 ， 男， 大 学本科 ， 现 于 山 东富安 煤炭有 限 公 司工作 。 图 1 玻璃钢锚杆 结构示意图 况该工作面地 质 条件较 为 简单 ， 但 不排 除存 有 其 它 隐伏构造 的可能 。 2 ． 2试 验 方案 2 ． 2 ． 1 巷道支护参数设计 根据巷道 的地 质 条件 ， 采 用组 合梁 理论 和工 程 类 比法确定 回采巷道锚 网支护参数 。 在 1 5 1 0 1 工作面进行了试验， 工作面两巷均为矩 形断面， 规格为巷宽4 2 0 0 ra m， 巷高为 2 8 0 0 m m， 顶板采 用锚网带索锚索联合支护， 巷道两帮侧为玻璃钢纤维 锚杆支护。切眼宽 6 ． 5 m， 高2 ． 6 m， 长 1 5 0 m， 顶部采用 锚网索带联合支护。帮部为玻璃钢锚杆支护 。 2 ． 2 ． 2 支护形式及 支护参数 1 两巷顶板使用 2 4 2 4 0 0 m m的左旋 螺纹钢 2 0 1 4年第 2期 童堪蒺 舛技 3 l 锚杆 支 护 。锚 杆 为 矩 形 布 置 ， 间 排 距 为 9 0 0 9 0 0 m m， 每 孔 采 用 2支 树 脂 锚 固 剂 ， 扭 矩 不 低 于 1 2 0 N ． m； 金属梯子梁采 用 1 2 m m 圆钢焊接 而成 ； 帮 锚杆间排距为 9 0 0 9 0 0 m m， 使用 ①1 81 8 0 0 m m的 玻璃钢 锚 杆 ， 每 孔 配 2卷 端 头 锚 固， 扭 矩 不 小 于 4 0 N ． m。顶部铺 金 属 网 ， 帮 部 采用 高 纤 维 塑料 经 纬 网； 锚 索 采 用 1 5 ． 2 46 3 0 0 m m， 双 排 布 置 ， 排 距 2 ． 4 m， 间距 2 ． 7 m， 用 3 支 MS C K型树脂锚固剂端头锚 固， 锚 固力不小于 2 0 0 k N 。 2 切眼断面较大， 要求加密支护 ， 锚索锚杆 间 隔布 置 ， 直接 在 钢 带 上 打锚 索 帮 部 玻 璃 钢 锚 杆 与顺 槽 一致 ， 施 工 在切 眼 中线 附 近 后 补 打 一 排 木 点柱 。 2 ． 2 ． 3 巷道在过断层 、 破 碎 带、 三岔 门、 四岔 口等特 殊条件 时的支护 1 巷道在过断层 、 破碎带及其它不宜使用锚网 支护的地点， 改用树脂螺纹钢锚杆支护， 加密锚索 支护 。 2 考 虑到开门后顶板 悬露面积较大 ， 三 四角 门 处补打 2 根锚 索加 强支护 。 3 巷道超高 3 0 0 ra m时， 在超高处补打锚杆 ， 数 量根据现场情况而定 ； 巷道超宽 3 0 0 ra m时 ， 在顶板超 宽处补打锚杆 ， 数量根据现场情 况而定 。 2 ． 2 ． 4相关技术要求 锚索应靠近工作面与锚杆 同时安装， 最大拖后 距离不超过 5 m 张拉时发现锚固不合 格的锚 索 ， 必须 立即在其附近补打合格锚索。 3 矿 压观 测 3 ． 1 巷道 矿压 监 测 内容 、 目的及 手段 为 了观测巷 道支 护效 果 ， 研究 巷道 帮部 支 护参 数的现实合理性 ， 需设置相 应 的测 站 ， 对 围岩 表面位 移 、 顶板离层状况 、 锚杆 载荷进行 观测。锚杆 支护 时 主要监测内容 、 目的及手段 见表 l 。 3 ． 2 测 站 设 置 3 2 ．1 巷道表面位移测站 开始施工 3 0 m后设置第一个测站， 隔 2 0 m后 再设 1个 测 站 ， 共 设 2个 ， 每 个 测 站 布 置 1个 测 点 。采用 “ 十字测 量 法 ” 和 钢 尺进 行 量 测 ， 主 要 观 测 内容包 括顶 底 板 相 对 移 近 量 ， 两 帮 的相 对移 近 量 和底鼓 量 。 表 1 监测内容、 目的及手段 观测内容 观测 目的 测试 手段 监测 巷道 相 对变 形量 ， 从 巷道表面位移 测杆 、测枪 而判 定稳定性 监测 顶板 稳 定状 况 ， 及时 顶板 离层 离层指示 仪 采取安全措施 检测 锚 杆强 度是 否 合适 ， 锚杆受力 锚杆液压枕 以调 整密度 顶板 的岩性变 化及软弱 面 顶板状 态监测 钻孔窥视 仪 层位 螺母 拧紧力矩 检查锚杆安装质量 扭力扳手 3 ． 2 ． 2顶板 离层监测 每隔5 0 m在顶板中部安设一个离层指示仪。每 个离层仪共 2个测点， 一个深度为 2 ． 5 3 m 锚杆锚固 区 ， 一个为6 ． 3 m 锚索锚固区 另外在三岔门、 四岔 口增加一个离层仪。 3 ． 3观测 要 求 顶板离层指示仪要求每班观测 1 次， 其余 内容， 在 测站设 置 2周 内每天 观测 1 次 ， 2～ 4个星期 每周 观测 2～ 3次， 然后每周观测 1次， 变形稳定后每月观 测 2次 ， 持续两个月 。 3 ． 4观 测 结果 汇总 根据 观测 情 况 ， 矿 压经 实 测两 帮最 大移 近 量 为 4 2 m m、 3 9 m m， 底鼓量 2 6 m m， 顶 下沉 2 7 m m， 巷道 变形 不超过规定 。玻 璃钢 锚 杆在 回采巷 道 的 帮部 支 护 ， 能满足要求。如图2所示。 图 2 巷道移近量 曲线 图 4 经济社会效益 q b l 8 m m玻璃钢锚杆 2 6 ． 0元／ 套 ， 金属锚杆 4 1 ． 3 元／ 套 ， 每套 玻璃 钢 锚 杆 比金 属 锚 杆 单 价 约低 1 5 ． 3 元 ， 巷道支护设计帮部各布置 3根玻璃钢锚杆 ， 间排 距 9 0 0 9 0 0 m m， 每米 6 ． 6根锚杆， 经计算每 1 0 0 m直 接节约支护 费 用 为 7 ． 51 41 0 01 0 0 9 8元 ， 约 1 万元 不计人工费用 。 下转第 3 3页 2 0 1 4年第 2期 互疆燕 舛技 3 3 此时距离采 场煤壁 5 m。 工作 面运输巷走 向长度 7 4 m处 l O re基点 与 7 8 m 处 7 m基点数据变化曲线如图 2所示， 两基点位置应 力 自9月 2 7日开始逐渐 升高 ， 此 时浅部 基点距 离工 作 面采场煤 壁 2 0 m， 深部基点距 离采场 煤壁 1 6 m； 浅 部基点 1 0月 7日达到峰值 ， 此时距离采场煤壁 4 m， 之后迅速下降； 深部基点 l 0月 5日达到峰值后迅速 下降 ， 此时距 离工 作面采 场煤壁 5 m， 1 0月 7日采煤 机行进至测点位置时出现应力集中造成数值升高。 图 1 轨道巷 6 0 m处应力 曲线 图 图 2 运输巷 6 0 m处应力曲线 图 对两巷工作 面超 前 1 5 0 m以 内及 1 5 0 m 以外 数据 进行对比， 超前工作面采场煤壁 1 5 0 m以外基本没有变 化 ， 维持初 始 应 力值 ， 如 图 3 ； 超 前工 作 面 采场 煤 壁 1 5 0 m以内数据略有升高， 但是幅度也较小， 如图 4 ； 对 比图 3 、 4 ， 轨道 巷浅部基点 峰值 出现 在超前工作 面采 场煤壁 9 m， 深部基点峰值 出现在超前工作面采场煤壁 5 m， 运输巷浅部基点峰值出现在超前工作面采场煤壁 4 m， 深部基点峰值 出现在超前工作面采场煤壁 5 m。说 明工作面超前支承应力影响范围基本在超前工作面采 场煤壁 1 5 0 m范围内， 集 中超前工作面 2 5 m范 围内。 1 ● _ _ _ h ．．‘ ‘ ⋯’一 ’’ 一。 一 ～ T 一 ● ～ 图 3 轨道巷 1 5 0 m以外应力 曲线 图 图 4轨 道 巷 1 5 0 m 以 内应 力 曲线 图 4结论 1 煤厚 6 m左右综放 工作 面超前支 承应力 影响 范 围在 1 5 0 m范 围 内 ， 应力 集 中 区超前 工作 面 2 5 m， 在较完全采动 影 响下 ， 巷 道 周边 应力 峰值 出现在 超 前工作面 9 m位置 ， 采 动影 响较小 的情 况下 ， 巷道 周 边应力峰值同煤层深部应力峰值出现 区域相差不 大， 约在超前工作面 3～ 5 m， 超前工作面采场煤壁3 m 范围内煤体进入塑性区或应力减弱区。 2 巷道 帮部煤 层容 易 出现巷 道支 承应力 与工 作面回采超前支承应力相互叠加， 峰值一般较深部 煤层先出现。 【 参考文献】 [ 1 ] 潘立友． 中击地 压预测 与 防治使 用技 术． 徐 州 中国 矿业大学出版社． 2 0 0 6 ． [ 2 ] 徐永圻． 煤矿开采学． [ M] ． 徐g ,I1 中国矿业大学出版 社 ． 1 9 9 9． [ 3 ] 谭云亮． 矿山压力与岩层控制． [ M] ． 北京 煤炭工业 出版 社． 2 0 0 8 ． 上接 第 3 1页 另外金属 锚杆 虽 可 回收一 部分 ， 但增 加 了一 定 的人力 ， 而玻璃 钢锚 杆 的托盘 同样 可 以 回收重 复 利 用 ， 经 比较大于报废锚杆 的销售价 格 ， 仍然 是玻璃 钢 锚杆较为经济实惠 。 5 存在的问题和建议 1 由于 目前 国内生产 的玻璃钢锚杆 延伸率小 、 抗剪 、 抗弯及抗扭方面的强度 比较低 ， 因此 ， 玻璃钢 锚杆一般可用 于矿 压显 现不 明显 、 煤层 比较完 整 的 实体煤 巷煤帮支护 ， 不能用于沿空掘巷 、 沿空 留巷等 困难条 件下煤 帮支护。 2 由于玻璃钢锚杆的尾部螺纹与玻璃钢杆体 连接部位 是最 薄弱环 节 ， 为 了减少玻璃钢锚杆损 坏 ， 应优先选用整体式全螺纹玻璃钢锚杆。 3 现场使用中在帮部不平整， 折片帮处由于锚 杆托盘不能 贴近 岩 面 ， 往 往托 盘受 力 不均 匀发 生 断 裂 ， 应及 时补打金属 锚杆 ， 并 购买使用 更为坚 固 的塑 料托盘 。