高地應(yīng)力高瓦斯井下玻璃鋼錨桿在回采巷道中的應(yīng)用

秦會錦

（潞安集團 余吾煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046100）

余吾煤業(yè)公司首采區(qū)埋深550 m 左右，設(shè)計能力600 萬t/a，為高瓦斯礦井，平均煤厚6.1 m?；夭上锏纼蓭? 頂板均用高強錨桿支護，當工作面推進至兩側(cè)煤壁時需安排專人在端頭處預(yù)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(xiàn)了端頭頂板的不穩(wěn)定性和采煤機高速運行給作業(yè)人員帶來安全隱患，制約了綜放面的快速推進和綜放設(shè)備能力的發(fā)揮。若用玻璃鋼錨桿以其輕質(zhì)、高強、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(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 號煤層，3 號煤容量1.39 t/m3，煤質(zhì)松軟。煤層厚度較穩(wěn)定，平均6.16 m?；仫L巷道寬4.8 m、高3.6 m。

采用水壓致裂地應(yīng)力測量法在余吾煤業(yè)+400 米水平南翼膠帶大巷進行了地應(yīng)力測量。測量結(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

2.1 玻璃鋼錨桿結(jié)構(gòu)

全螺紋玻璃鋼錨桿由桿體、托盤、螺母等構(gòu)成。桿體具有穩(wěn)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(xù)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(jié)構(gòu)

余吾煤業(yè)選用的全螺紋玻璃鋼錨桿的主要力學參數(shù)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(shù)對比

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

從檢驗結(jié)果看出，錨桿各項技術(shù)指標均優(yōu)于國家標準，滿足企業(yè)標準。

2.3 玻璃鋼錨桿的優(yōu)點

與螺紋鋼錨桿相比具有以下優(yōu)點如下：

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(chǎn)生火花，對巷道安全施工極為有利，特別適合高瓦斯?jié)舛葏^(qū)域；3）高強耐腐蝕：承載能力高、抗拉力強，桿體強度優(yōu)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(guī)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(yōu)于傳統(tǒng)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(jié)約型社會的宗旨。

3 支護設(shè)計方案

N2202 工作面回風順槽斷面4.8×3.6 m，經(jīng)過理論分析和數(shù)值模擬研究，確定玻璃鋼錨桿、高強錨桿、錨索聯(lián)合支護，參數(shù)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(jié)構(gòu)錨索，索體為1×7 股高強度低松馳預(yù)應(yīng)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?guī)筒捎忙?2 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(diào)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(diào)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(yè)的性試驗

4.1 測站布置及監(jiān)測內(nèi)容

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

4.2 巷道表面位移

圖2 礦壓監(jiān)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?guī)妥畲笠平?9 mm，頂?shù)装遄畲笙鄬σ平繛?8 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?guī)妥畲笠平?4 mm，頂?shù)装遄畲笙鄬σ平?6 mm?？傮w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(jié)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(yōu)等優(yōu)點?，F(xiàn)場工業(yè)性試驗表明，在高地應(yīng)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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