一、錨桿的發(fā)展
國外錨桿支護的發(fā)展狀況:二十世紀四十年代,美國、前蘇聯(lián)、西歐、中歐一些主要礦產(chǎn)國及建筑商就把FRP錨桿、FRP筋材應用到煤礦、金屬礦山、水利、隧道、地下工程、公路、橋梁及公路護坡和沿海建筑等領域中。據(jù)資料統(tǒng)計目前各國錨桿用于煤礦巷道支護中所占比例為:美國、澳大利亞100%;英國90%;法國70%;俄羅斯70%;中國近期統(tǒng)計顯示已達到70%,尤其是FRP錨桿在美國、澳大利亞、英國等礦產(chǎn)國,煤礦煤巷、綜采面支護,應用更為廣泛。
國內(nèi)煤礦井巷錨桿支護已有40多年的歷史,而煤巷支護到1998年已達到巷道中錨桿支護所占比例的36%。這部分錨桿大多數(shù)都是非金屬桿體,而FRP錨桿的比重占70%,由此看來FRP錨桿在煤礦、煤巷,半煤巖巷中的應用有很大潛力。
隨著現(xiàn)代化礦井的發(fā)展,對錨固支護的要求越來越高,因而對錨桿的材質(zhì)性能要求更高,對錨桿的結(jié)構(gòu)要求簡單化,錨固方式要求方便、快捷、安全。
二、FRP錨桿支護技術(shù)的優(yōu)越性
我國目前大型礦井的建設越來越多,煤層開采機械化程度高,巷道支護技術(shù)尤為重要,其錨桿支護技術(shù)的優(yōu)越性更為突出。
1、改善半煤巖巷和煤巷的受力
1.1、FRP錨桿與半煤巖體和煤體粘結(jié)的整體性使其剛度較高,增強巷道的變形能力。
1.2、FRP錨桿的抗拉作用,使破碎煤層穩(wěn)定。
1.3、通過FRP錨桿的作用使層狀煤體間的摩擦力增大減少滑動。
1.4、由于FRP錨桿的特性,改變了回采巷道綜采機傷刀頭產(chǎn)生火花的現(xiàn)象。
2、 由棚式被動支護改為錨桿、錨固劑等主動支護,使錨桿與煤層共同組成支護體系。省時、省力、降低成本和提高效率。
3、 減少巷道維修量,無棚支護、無需維修,所要維修的只是檢查因煤層的變化造成螺帽是否松動;對壓力不大而銹蝕嚴重的巷道,建議使用玻璃鋼錨桿進行支護。
4、 筒化工作面超前支護,綜采工作面上、下順槽采用錨桿、錨固劑等支護有效減少回采超前壓力對巷道的破壞,不需架棚、撤棚工序,降低勞動強度,提高效率,降低噸煤成本。
5、 消除安全隱患,采用FPR錨桿、塑料錨網(wǎng)支護,消除架棚支護的不安全因素,如棚頂之間出現(xiàn)空隙,則會造成煤的自燃或冒頂、片幫現(xiàn)象;回采時,綜采機不傷刀具,更不會因為碰到玻璃鋼錨桿而產(chǎn)生火花,減少安全隱患。
6、 降低支護成本,節(jié)約大量的鋼材、木材。
7、 減輕工人的勞動強度。
8、 減小輔助運輸量,千米巷道減少材料運輸量4倍以上。
9、 有利于生產(chǎn)組織,筒化工作面端頭及超前支護、片幫現(xiàn)象基本消除,有利于安全快速的組織生產(chǎn)。
三、粗糙表面式玻璃鋼(FRP)全螺紋錨桿的技術(shù)性能
為滿足現(xiàn)代化礦井、巷道支護對錨桿性能的需要,研發(fā)人員通過制造工藝、材料選擇等反復研制和井下各種條件下的試驗,F(xiàn)RP錨桿的各項性能均符合國家要求,從錨桿的結(jié)構(gòu)上做到簡單化,錨固方式(與樹脂錨固劑配合使用)方便、快捷、安全。
四、粗糙表面式玻璃鋼(FRP)全螺紋錨桿的應用
FRP錨桿的性能與其所用的材料(玻璃纖維、樹脂)有密切的關(guān)系,不同的支護要求選擇不同材料的錨桿,下面各圖可以借鑒。
錨固支護參數(shù)的合理選擇(煤巷可參考):
4.1、圍巖承載能力增量計算原理及圍巖強度變化如圖1。
由圖1可知
4.1.1、錨桿長度對圍巖承載能力增量的影響:
錨桿長度分別為1600mm、1800mm、2000 mm,錨桿間排距均為700 mm時,錨桿長度對承載能力增量的影響見圖2(略)。
4.1.2、錨桿間排距對圍巖承載能力增量的影響:
錨桿長度分別為:1800 mm、2000 mm,錨桿直徑相同時,錨桿間排距對承載能力增量的影響
錨桿直徑分別為18 mm、20 mm,錨桿長度一定時,其間排距對承載能力增量的影響
4.1.3、錨桿承載能力對圍巖承載能力增量的影響:
普通剛性錨桿的長度1800 mm,間排距700 mm時,錨桿承載能力對巷道圍巖承載能力增量的影響
錨桿支護不僅可給巷道提供一定的支護阻力,而且可提高巷道圍巖的承載能力,錨桿長度越長,巷道圍巖承載能力增量越高,大直徑錨桿隨其長度加長,巷道圍巖承載能力增量幅度增大,錨桿間排距越小,巷道圍巖承載能力增量越大,間排距800 mm的承載能力增量約為600mm的一半,錨桿承載能力越大,巷道圍巖承載能力的增量越大。
4.2、粗糙表面式玻璃鋼(FRP)全螺紋錨桿及其構(gòu)件
FRP錨桿由桿體、托盤(有鋼托盤、FRP復合托盤、非金屬托盤)和螺母組成。FRP錨桿在各類錨桿中以無比的優(yōu)越性得到快速持續(xù)發(fā)展。它操作簡單,安裝方便,錨固速度快、強度高,錨固方式易改變,質(zhì)量易控制,安全可靠,性價比優(yōu)良。
五、結(jié)論
粗糙表面式玻璃鋼(FRP)全螺紋錨桿,從桿體的性能、錨固方式與煤科總院的檢驗報告及井下現(xiàn)場試驗的結(jié)果上看,完全滿足現(xiàn)代化礦井、井巷、煤巷錨桿支護的技術(shù)要求,尤其是淋水和潮濕大等腐蝕性強的環(huán)境下,如果用FRP錨桿支護,抗腐蝕、耐老化性能都遠遠超出了金屬錨桿。