高地應力高瓦斯井下玻璃鋼錨桿在回采巷道中的應用

秦會錦

（潞安集團 余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100）

余吾煤業公司首采區埋深550 m 左右，設計能力600 萬t/a，為高瓦斯礦井，平均煤厚6.1 m。回采巷道兩幫- 頂板均用高強錨桿支護，當工作面推進至兩側煤壁時需安排專人在端頭處預先回收錨桿，大大影響了工作面推進速度，增加了人員投入，出現了端頭頂板的不穩定性和采煤機高速運行給作業人員帶來安全隱患，制約了綜放面的快速推進和綜放設備能力的發揮。若用玻璃鋼錨桿以其輕質、高強、可切割作為煤幫支護，可避免由金屬錨桿支護煤引起的問題，本文研究玻璃鋼錨桿在高地應力高瓦斯礦井下應用的可行性。

1 地質及生產技術條件

N2202 工作面是北二采區的首采面，主采3 號煤層，3 號煤容量1.39 t/m3，煤質松軟。煤層厚度較穩定，平均6.16 m。回風巷道寬4.8 m、高3.6 m。

采用水壓致裂地應力測量法在余吾煤業+400 米水平南翼膠帶大巷進行了地應力測量。測量結果表明，該處最大水平主應力9.59 MPa，方向N44.8°E；最小水平主應力5.42 MPa；垂直主應力12.74 MPa。

2 玻璃鋼錨桿的結構及優點

2.1 玻璃鋼錨桿結構

全螺紋玻璃鋼錨桿由桿體、托盤、螺母等構成。桿體具有穩定化學性能的不飽和樹脂為基本材料，以高強度玻璃纖維作為增強材料連續拉擠成型，表面加工成螺旋狀，見圖1。

2.2 玻璃鋼錨桿的力學性能

圖1 全螺紋玻璃鋼錨桿桿體結構

余吾煤業選用的全螺紋玻璃鋼錨桿的主要力學參數與國標（MTT 1061-2008 樹脂錨桿與玻璃纖維增強塑料桿體及附件）的對比，如表1 所示。

表1 礦用玻璃鋼錨桿與國標的力學參數對比

為了驗證礦用玻璃鋼錨桿的主要力學參數的準確性，又對產品進行了實驗室測試，測試結果為：桿體抗拉強度檢驗結果：484～492 MPa；桿體抗剪強度檢驗結果：108～110 MPa；扭矩檢驗結果：68～76 N·m（桿體未破壞）；錨固力檢驗結果：177～181 kN；托盤承載力檢驗結果：90～92 kN。

從檢驗結果看出，錨桿各項技術指標均優于國家標準，滿足企業標準。

2.3 玻璃鋼錨桿的優點

與螺紋鋼錨桿相比具有以下優點如下：

1）桿體易切割：玻璃鋼錨桿為復合材料容易切割，可對采煤機刀頭起到保護作用；2）防爆防靜電：切割玻璃鋼樹脂錨桿時，不會產生火花，對巷道安全施工極為有利，特別適合高瓦斯濃度區域；3）高強耐腐蝕：承載能力高、抗拉力強，桿體強度優于等直徑的螺紋鋼，可用作長久支護；4）輕便易操作：重量僅為同等規格鋼錨桿的1/4，玻璃鋼樹脂錨桿可在隧道和煤礦等狹小空間使用；使施工更容易，從而減輕工人勞動強度；5）價格優于傳統鋼錨桿，若大量推廣及使用，勢必減少對鋼材的依賴性，這也符合建節約型社會的宗旨。

3 支護設計方案

N2202 工作面回風順槽斷面4.8×3.6 m，經過理論分析和數值模擬研究，確定玻璃鋼錨桿、高強錨桿、錨索聯合支護，參數如下：

1）頂板采用φ22 mm、HRB500 的左旋無縱筋螺紋高強錨桿，長度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 快速錨固劑加長錨固。錨索為φ18.9 mm 的鳥窩結構錨索，索體為1×7 股高強度低松馳預應力鋼絞線，長度8 300 mm，采用3 支為K2350 的低粘度快速樹脂錨固劑錨固，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 低粘度樹脂錨固劑加長錨固。3）右幫采用φ22 mm×L 2 400 mm 高強錨桿，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 低粘度樹脂錨固劑加長錨固。

高強錨桿配件為高強螺母、減摩墊片、單泡讓壓管、配套調心球墊、150×150×10 mm 蝶形高強托盤。錨索配件為300×300×12 mm 蝶形托盤，并配調心球墊及錨索鎖具一套。玻璃鋼錨桿配件采用專用托盤配合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 工業的性試驗

4.1 測站布置及監測內容

在N2202 回風順槽進行了工業性試驗，巷道試驗段長60 m 設置了3 個礦壓綜合觀測站，一測站、二測站主要為現有支護方案；三測站為原有支護方案，主要監測內容包括：巷道表面位移監測、巷道深部位移監測、頂板離層監測、錨桿受力監測、巷道破壞狀況統計等。測站布置圖，見圖2。

4.2 巷道表面位移

圖2 礦壓監測測站布置圖

從圖2 看出，測點二兩幫最大相對移近量138 mm，左幫最大移近量79 mm，右幫最大移近量59 mm，頂底板最大相對移近量為98 mm；測點三兩幫最大相對移近量91 mm，左幫最大移近量47 mm，右幫最大移近量44 mm，頂底板最大相對移近量66 mm。總體來講，回風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，見圖3。

圖3 巷道表面位移量

5 結束語

玻璃鋼錨桿具有可切割、防爆防靜電、高強耐腐蝕、操作輕便、價格優等優點。現場工業性試驗表明，在高地應力、高瓦斯礦井下，玻璃鋼錨桿能有效支護煤幫、控制圍巖變形，玻璃鋼錨桿不影響采煤機的正常運行。

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