秦會(huì)錦

（潞安集團(tuán) 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

余吾煤業(yè)公司首采區(qū)埋深550 m 左右，設(shè)計(jì)能力600 萬(wàn)t/a，為高瓦斯礦井，平均煤厚6.1 m?；夭上锏纼蓭? 頂板均用高強(qiáng)錨桿支護(hù)，當(dāng)工作面推進(jìn)至兩側(cè)煤壁時(shí)需安排專(zhuān)人在端頭處預(yù)先回收錨桿，大大影響了工作面推進(jìn)速度，增加了人員投入，出現(xiàn)了端頭頂板的不穩(wěn)定性和采煤機(jī)高速運(yùn)行給作業(yè)人員帶來(lái)安全隱患，制約了綜放面的快速推進(jìn)和綜放設(shè)備能力的發(fā)揮。若用玻璃鋼錨桿以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、可切割作為煤幫支護(hù)，可避免由金屬錨桿支護(hù)煤引起的問(wèn)題，本文研究玻璃鋼錨桿在高地應(yīng)力高瓦斯礦井下應(yīng)用的可行性。

1 地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件

N2202 工作面是北二采區(qū)的首采面，主采3 號(hào)煤層，3 號(hào)煤容量1.39 t/m3，煤質(zhì)松軟。煤層厚度較穩(wěn)定，平均6.16 m。回風(fēng)巷道寬4.8 m、高3.6 m。

采用水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量法在余吾煤業(yè)+400 米水平南翼膠帶大巷進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明，該處最大水平主應(yīng)力9.59 MPa，方向N44.8°E；最小水平主應(yīng)力5.42 MPa；垂直主應(yīng)力12.74 MPa。

2 玻璃鋼錨桿的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)

2.1 玻璃鋼錨桿結(jié)構(gòu)

全螺紋玻璃鋼錨桿由桿體、托盤(pán)、螺母等構(gòu)成。桿體具有穩(wěn)定化學(xué)性能的不飽和樹(shù)脂為基本材料，以高強(qiáng)度玻璃纖維作為增強(qiáng)材料連續(xù)拉擠成型，表面加工成螺旋狀，見(jiàn)圖1。

2.2 玻璃鋼錨桿的力學(xué)性能

圖1 全螺紋玻璃鋼錨桿桿體結(jié)構(gòu)

余吾煤業(yè)選用的全螺紋玻璃鋼錨桿的主要力學(xué)參數(shù)與國(guó)標(biāo)（MTT 1061-2008 樹(shù)脂錨桿與玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿體及附件）的對(duì)比，如表1 所示。

表1 礦用玻璃鋼錨桿與國(guó)標(biāo)的力學(xué)參數(shù)對(duì)比

為了驗(yàn)證礦用玻璃鋼錨桿的主要力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性，又對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：桿體抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果：484～492 MPa；桿體抗剪強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果：108～110 MPa；扭矩檢驗(yàn)結(jié)果：68～76 N·m（桿體未破壞）；錨固力檢驗(yàn)結(jié)果：177～181 kN；托盤(pán)承載力檢驗(yàn)結(jié)果：90～92 kN。

從檢驗(yàn)結(jié)果看出，錨桿各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 玻璃鋼錨桿的優(yōu)點(diǎn)

與螺紋鋼錨桿相比具有以下優(yōu)點(diǎn)如下：

1）桿體易切割：玻璃鋼錨桿為復(fù)合材料容易切割，可對(duì)采煤機(jī)刀頭起到保護(hù)作用；2）防爆防靜電：切割玻璃鋼樹(shù)脂錨桿時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生火花，對(duì)巷道安全施工極為有利，特別適合高瓦斯?jié)舛葏^(qū)域；3）高強(qiáng)耐腐蝕：承載能力高、抗拉力強(qiáng)，桿體強(qiáng)度優(yōu)于等直徑的螺紋鋼，可用作長(zhǎng)久支護(hù)；4）輕便易操作：重量?jī)H為同等規(guī)格鋼錨桿的1/4，玻璃鋼樹(shù)脂錨桿可在隧道和煤礦等狹小空間使用；使施工更容易，從而減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度；5）價(jià)格優(yōu)于傳統(tǒng)鋼錨桿，若大量推廣及使用，勢(shì)必減少對(duì)鋼材的依賴(lài)性，這也符合建節(jié)約型社會(huì)的宗旨。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

N2202 工作面回風(fēng)順槽斷面4.8×3.6 m，經(jīng)過(guò)理論分析和數(shù)值模擬研究，確定玻璃鋼錨桿、高強(qiáng)錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，參數(shù)如下：

1）頂板采用φ22 mm、HRB500 的左旋無(wú)縱筋螺紋高強(qiáng)錨桿，長(zhǎng)度2 400 mm，桿尾螺紋M24，排距900 mm，每排6 根錨桿，間距860 mm，采用兩支K2350 快速錨固劑加長(zhǎng)錨固。錨索為φ18.9 mm 的鳥(niǎo)窩結(jié)構(gòu)錨索，索體為1×7 股高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度8 300 mm，采用3 支為K2350 的低粘度快速樹(shù)脂錨固劑錨固，采用“2-2-2”布置，間距1 600mm，排距900 mm。2）左幫（回采煤幫）采用φ22 mm×L 2 400 mm 全螺紋玻璃鋼錨桿，排距900 mm，每排6 根錨桿，間距680 mm，采用兩支M2350 低粘度樹(shù)脂錨固劑加長(zhǎng)錨固。3）右?guī)筒捎忙?2 mm×L 2 400 mm 高強(qiáng)錨桿，從上向下4 根錨桿間距950mm，第4 根和第5 根錨桿間距450 mm，每幫5 根錨桿，排距900 mm，采用兩支M2350 低粘度樹(shù)脂錨固劑加長(zhǎng)錨固。

高強(qiáng)錨桿配件為高強(qiáng)螺母、減摩墊片、單泡讓壓管、配套調(diào)心球墊、150×150×10 mm 蝶形高強(qiáng)托盤(pán)。錨索配件為300×300×12 mm 蝶形托盤(pán)，并配調(diào)心球墊及錨索鎖具一套。玻璃鋼錨桿配件采用專(zhuān)用托盤(pán)配合300×200×100 mm 的木托板。頂板采用φ16-4 600×100-6-860 mm 的雙鋼筋托梁，左幫采用φ14-3 050×80-4-950 mm 鋼筋托梁。

4 工業(yè)的性試驗(yàn)

4.1 測(cè)站布置及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

在N2202 回風(fēng)順槽進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，巷道試驗(yàn)段長(zhǎng)60 m 設(shè)置了3 個(gè)礦壓綜合觀測(cè)站，一測(cè)站、二測(cè)站主要為現(xiàn)有支護(hù)方案；三測(cè)站為原有支護(hù)方案，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：巷道表面位移監(jiān)測(cè)、巷道深部位移監(jiān)測(cè)、頂板離層監(jiān)測(cè)、錨桿受力監(jiān)測(cè)、巷道破壞狀況統(tǒng)計(jì)等。測(cè)站布置圖，見(jiàn)圖2。

4.2 巷道表面位移

圖2 礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)站布置圖

從圖2 看出，測(cè)點(diǎn)二兩幫最大相對(duì)移近量138 mm，左幫最大移近量79 mm，右?guī)妥畲笠平?9 mm，頂?shù)装遄畲笙鄬?duì)移近量為98 mm；測(cè)點(diǎn)三兩幫最大相對(duì)移近量91 mm，左幫最大移近量47 mm，右?guī)妥畲笠平?4 mm，頂?shù)装遄畲笙鄬?duì)移近量66 mm?？傮w來(lái)講，回風(fēng)順槽采用玻璃鋼錨桿比采用螺紋鋼錨桿位移量要大一些，但仍能有效控制變形，巷道表面位移量，見(jiàn)圖3。

圖3 巷道表面位移量

5 結(jié)束語(yǔ)

玻璃鋼錨桿具有可切割、防爆防靜電、高強(qiáng)耐腐蝕、操作輕便、價(jià)格優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)表明，在高地應(yīng)力、高瓦斯礦井下，玻璃鋼錨桿能有效支護(hù)煤幫、控制圍巖變形，玻璃鋼錨桿不影響采煤機(jī)的正常運(yùn)行。

[1] 康紅普,王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京∶煤炭工業(yè)出版社,2007.

[2] 任潤(rùn)厚.潞安礦區(qū)圍巖地應(yīng)力分布規(guī)律[J].礦山壓力與頂板管理,2005(1)∶102-105.

[3] 李英明,石建軍,馬念杰,等.新型玻璃鋼錨桿及其在煤幫支護(hù)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)煤炭，2009,35（7）：41-43.

[4] 李英明,馬念杰.康家灘煤礦回采巷道煤幫支護(hù)參數(shù)研究[J].煤炭工程，2009（9）：44-46.