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浅析玻璃钢锚杆在采矿工程中的应用前景
放大字体  缩小字体 发布日期:2015-08-28  来源:山西煤炭  作者:张万斌  浏览次数:481
核心提示:分析了玻璃钢锚杆的特点和新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的性能,以及应用前景,并对玻 璃钢锚杆在煤矿及金属矿山的应用情况进行了介绍。
   玻璃钢锚杆是一种近年来逐渐得到推广应用的 新型锚杆。目前国内使用的玻璃钢锚杆主要是整体 式全螺纹锚杆,这种锚杆的结构由杆体及附件(锚 盘、螺母)组成,锚盘和螺母过去一般是用金属制造 的,现在一般也采用玻璃钢制造,原因主要是为避免 采煤机切割时产生火花。以前国内生产的玻璃钢锚 杆还有一种分离式结构m,这种锚杆由杆体和尾部 螺纹结构组成,杆体为玻璃钢结构,尾部螺纹结构可 以由金属制成,也可以由非金属制成。这种锚杆需 要将尾部螺纹与杆体用一定的形式连接起来,而连 接部分往往强度比较弱,成为这种锚杆的致命缺陷, 因此后来逐渐被淘汰。本文就玻璃锚杆在我国采矿 工程中的应用进展与前景进行分析。
 
  1玻璃钢锚杆的特点及应用前景
 
  1.1玻璃钢锚杆的特点
 
  具有良好的切割性能:将其用于回采巷道工作 面一侧的巷帮支护,采煤机回采时可以直接切割,切 割时不会产生火花,防爆防静电。玻璃钢锚杆的这 一优点使其特别适合用于回采巷道工作面一侧的巷 帮支护,以适应高瓦斯浓度区域的支护。
 
  具有很强的耐腐蚀性能:玻璃钢锚杆的杆体是 由玻璃纤维和树脂组合而成的复合材料,这种材料 具有很强的耐腐蚀能力,不像金属那样会锈蚀。其 抗拉能力很强,但是抗弯、抗剪、抗扭的能力比较弱, 不如相同规格的金属锚杆。由于玻璃钢锚杆杆体中 玻璃纤维的质量占总质量的60%以上,而玻璃纤维 的排列方式为单向排列,且玻璃纤维具有脆性,从而 造成其具有上述性质。
 
  轻便易操作:玻璃钢锚杆重量仅为同等规格钢 铺杆的1/4。在隧道和煤矿等狭小空间使用施工更 容易,从而减轻工人劳动强度。
 
  价格低:玻璃钢锚杆刚开始在国内应用的时候, 价格较高,质量较差,性价比不如金属锚杆。但是玻 璃钢铺杆制造技术在我国进步很快,玻璃钢锚杆的 价格迅速下降,目前国内玻璃钢锚杆比相同规格的 钢锚杆价格要低,以直径令20 mm,L =2 000 mm的 锚杆为例,玻璃钢锚杆的价格比螺纹钢锚杆每套便宜 8~10 元。
 
  1.2应用前景分析
 
  目前,玻璃钢锚杆的质量已经可以满足很多巷 道的支护要求,同时它又具有价格低廉、重量轻、耐 腐蚀、易切割等诸多优点,因此无疑具有广阔的应用 前景。新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆的研制成功, 进一步提高了锚杆的质量,该锚杆生产方法简单可 靠,势必会成为玻璃钢锚杆中的主流产品,得到广泛 的应用。
 
  虽然玻璃钢锚杆应用前景广阔,但玻璃钢这种 材料具有自身的缺陷,其抗剪、抗扭、抗弯能力差,而 这种缺陷是不能通过简单地改变锚杆的结构或生产 工艺而克服的,因此其应用范围还是会受到一定的 局限,不可能完全取代金属锚杆。
 
  2玻璃钢锚杆在我国采矿工程中的应用
 
  2.1在煤矿中的应用
 
  玻璃钢锚杆在我国的应用最早可以追溯到20 世纪70年代w ,但那时玻璃钢杆体主要是采用手工 糊制,性能及成本不能满足大量推广应用的要求,因 此实际应用非常少。到20世纪80 ~ 90年代,由于 认识到玻璃钢锚杆特别适合于高瓦斯矿井和回采巷 道靠近工作面一侧的支护,煤炭科学研究总院北京 建井研究所开始研究玻璃钢锚杆的生产方法,力求 改变我国玻璃钢锚杆研究应用落后的状态。此后, 到21世纪头几年,国内逐渐有一些煤矿开始试验使 用玻璃钢锚杆进行巷帮支护。2000年,山西潞安矿 业集团漳村煤矿将玻璃钢锚杆应用于回采巷道工作 面侧帮支护中[4],并将其与另一种钢竹组合锚杆进 行支护效果对比,结果显示,玻璃钢锚杆安装工序简 单、锚固力强、预紧效果好、强度高,明显优于前者, 另外玻璃钢锚杆还具有阻燃、抗静电、抗腐蚀的特 点。2003年,晋城矿务局成庄煤矿进行了玻璃钢锚 杆用于开切眼煤帮的实验[5] ,2004年,玻璃钢锚杆 在山西阳泉煤矿集团,河南平顶山煤矿成功应用。 在这一阶段,我国玻璃钢锚杆的制造技术还比较落 后,玻璃钢锚杆强度不高,价格比传统的金属锚杆 贵,但是由于玻璃钢锚杆具有可切割性,用于回采巷 道靠工作面一侧的巷帮支护,采煤机回采时不用提 前拆除采帮侧的锚杆,从而简化了生产工序,节省人 力物力,经济效益也很明显。另外玻璃钢锚杆在切 割的时候不会产生火花,在高瓦斯矿井应用安全性 大大高于金属锚杆,因此还具有安全效益。
 
  我国玻璃钢锚杆的质量在短短几年内迅速提 高,生产成本反而下降了。目前,玻璃钢锚杆的价格 已经明显低于金属锚杆,而质量则比以前有很大的 提高。国内生产的玻璃钢锚杆抗拉强度指标已经达 到300 MPa。表1所示为淮北市金锚合成材料有限 责任公司生产的MGSL22/2000F型玻璃钢锚杆的主 要参数。
图片1
 
  2008年以后,玻璃钢锚杆在我国的应用进一步 得到推广,淮南矿业集团、鹤岗矿业集团、兖矿集团、 山西西山晋兴能源有限责任公司、河北金牛能源股 份有限公司等都对玻璃钢描杆的应用进行了试验并 取得了成功。其应用范围不仅仅局限于高瓦斯区域 和回采巷道工作面侧帮,还扩大到了回采巷道的两 帮。2011年,鸡西矿区进一步将玻璃钢锚杆应用范 围扩大到巷道顶板的支护中M ,该矿区应用玻璃钢 锚杆支护试验成功后,规定该矿所有煤巷、半煤巷的 帮支护,综掘施工的尾排巷、髙抽巷的帮、顶的支护 都必须使用玻璃钢锚杆支护。可见,玻璃钢锚杆巳 经大受煤矿企业的欢迎。
 
  2011年,平顶山捷利德增强塑料有限公司开发 出一种新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆[6]。这种锚 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。该锚杆的主要参 数如表2所示,其在性能上明显比普通全螺纹玻璃 钢锚杆优越。
图片2
 
  2.2在金属矿山中的应用
 
  如今,玻璃钢锚杆在金属矿山,也有人研究使用 它进行支护。马生徽、王文杰以高峰铜矿为背景,采 用FLAC3D软件对钢质管缝锚杆与玻璃钢锚杆支护 效果进行了对比模拟分析m ,结果显示,在相同的 支护条件下,玻璃钢锚杆对巷道的支护效果略优于 管缝锚杆,采用玻璃钢锚杆支护有利于发挥围岩自 身承载力,可以用其代替钢质管缝锚杆用于围岩控 制。邹常富等人在金山店铁矿开展了玻璃钢锚杆支 护研究W,将玻璃钢锚杆和螺纹钢锚杆做对比实 验,根据对巷道收敛的监测,发现两种锚杆支护效果 一致,玻璃钢锚杆完全可以控制巷道的变形。
 
  目前,玻璃钢锚杆在金属矿山的应用研究尚处 于起步阶段,相信随着该项技术的进一步发展,玻璃 钢锚杆在金属矿山中的应用也会更加广泛。
图片3

  3结论
 
  (1)目前国内生产的玻璃钢锚杆质量较之以前 巳经有了很大的提高,可以满足大部分回采巷道的 支护需求。玻璃钢锚杆应用范围虽然巳经扩大了很 多,但是目前该锚杆在煤矿的应用仍然局限于服务年限短的回采巷道的支护。
 
  (2)新型粗尾全螺纹式玻璃钢锚杆,其性能比 普通的全螺纹式玻璃钢锚杆更加优越。
 
  (3)玻璃钢锚杆在金属矿山的应用也已经处于 探索阶段。
 
  (4)由于玻璃钢本身的力学性能缺陷,决定了 玻璃钢锚杆的应用范围是有限的,不可能完全取代 金属锚杆。
 

 
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