高地应力高瓦斯井下玻璃钢锚杆在回采巷道中的应用

秦会锦

（潞安集团 余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046100）

余吾煤业公司首采区埋深550 m 左右，设计能力600 万t/a，为高瓦斯矿井，平均煤厚6.1 m。回采巷道两帮- 顶板均用高强锚杆支护，当工作面推进至两侧煤壁时需安排专人在端头处预先回收锚杆，大大影响了工作面推进速度，增加了人员投入，出现了端头顶板的不稳定性和采煤机高速运行给作业人员带来安全隐患，制约了综放面的快速推进和综放设备能力的发挥。若用玻璃钢锚杆以其轻质、高强、可切割作为煤帮支护，可避免由金属锚杆支护煤引起的问题，本文研究玻璃钢锚杆在高地应力高瓦斯矿井下应用的可行性。

1 地质及生产技术条件

N2202 工作面是北二采区的首采面，主采3 号煤层，3 号煤容量1.39 t/m3，煤质松软。煤层厚度较稳定，平均6.16 m。回风巷道宽4.8 m、高3.6 m。

采用水压致裂地应力测量法在余吾煤业+400 米水平南翼胶带大巷进行了地应力测量。测量结果表明，该处最大水平主应力9.59 MPa，方向N44.8°E；最小水平主应力5.42 MPa；垂直主应力12.74 MPa。

2 玻璃钢锚杆的结构及优点

2.1 玻璃钢锚杆结构

全螺纹玻璃钢锚杆由杆体、托盘、螺母等构成。杆体具有稳定化学性能的不饱和树脂为基本材料，以高强度玻璃纤维作为增强材料连续拉挤成型，表面加工成螺旋状，见图1。

2.2 玻璃钢锚杆的力学性能

图1 全螺纹玻璃钢锚杆杆体结构

余吾煤业选用的全螺纹玻璃钢锚杆的主要力学参数与国标（MTT 1061-2008 树脂锚杆与玻璃纤维增强塑料杆体及附件）的对比，如表1 所示。

表1 矿用玻璃钢锚杆与国标的力学参数对比

为了验证矿用玻璃钢锚杆的主要力学参数的准确性，又对产品进行了实验室测试，测试结果为：杆体抗拉强度检验结果：484～492 MPa；杆体抗剪强度检验结果：108～110 MPa；扭矩检验结果：68～76 N·m（杆体未破坏）；锚固力检验结果：177～181 kN；托盘承载力检验结果：90～92 kN。

从检验结果看出，锚杆各项技术指标均优于国家标准，满足企业标准。

2.3 玻璃钢锚杆的优点

与螺纹钢锚杆相比具有以下优点如下：

1）杆体易切割：玻璃钢锚杆为复合材料容易切割，可对采煤机刀头起到保护作用；2）防爆防静电：切割玻璃钢树脂锚杆时，不会产生火花，对巷道安全施工极为有利，特别适合高瓦斯浓度区域；3）高强耐腐蚀：承载能力高、抗拉力强，杆体强度优于等直径的螺纹钢，可用作长久支护；4）轻便易操作：重量仅为同等规格钢锚杆的1/4，玻璃钢树脂锚杆可在隧道和煤矿等狭小空间使用；使施工更容易，从而减轻工人劳动强度；5）价格优于传统钢锚杆，若大量推广及使用，势必减少对钢材的依赖性，这也符合建节约型社会的宗旨。

3 支护设计方案

N2202 工作面回风顺槽断面4.8×3.6 m，经过理论分析和数值模拟研究，确定玻璃钢锚杆、高强锚杆、锚索联合支护，参数如下：

1）顶板采用φ22 mm、HRB500 的左旋无纵筋螺纹高强锚杆，长度2 400 mm，杆尾螺纹M24，排距900 mm，每排6 根锚杆，间距860 mm，采用两支K2350 快速锚固剂加长锚固。锚索为φ18.9 mm 的鸟窝结构锚索，索体为1×7 股高强度低松驰预应力钢绞线，长度8 300 mm，采用3 支为K2350 的低粘度快速树脂锚固剂锚固，采用“2-2-2”布置，间距1 600mm，排距900 mm。2）左帮（回采煤帮）采用φ22 mm×L 2 400 mm 全螺纹玻璃钢锚杆，排距900 mm，每排6 根锚杆，间距680 mm，采用两支M2350 低粘度树脂锚固剂加长锚固。3）右帮采用φ22 mm×L 2 400 mm 高强锚杆，从上向下4 根锚杆间距950mm，第4 根和第5 根锚杆间距450 mm，每帮5 根锚杆，排距900 mm，采用两支M2350 低粘度树脂锚固剂加长锚固。

高强锚杆配件为高强螺母、减摩垫片、单泡让压管、配套调心球垫、150×150×10 mm 蝶形高强托盘。锚索配件为300×300×12 mm 蝶形托盘，并配调心球垫及锚索锁具一套。玻璃钢锚杆配件采用专用托盘配合300×200×100 mm 的木托板。顶板采用φ16-4 600×100-6-860 mm 的双钢筋托梁，左帮采用φ14-3 050×80-4-950 mm 钢筋托梁。

4 工业的性试验

4.1 测站布置及监测内容

在N2202 回风顺槽进行了工业性试验，巷道试验段长60 m 设置了3 个矿压综合观测站，一测站、二测站主要为现有支护方案；三测站为原有支护方案，主要监测内容包括：巷道表面位移监测、巷道深部位移监测、顶板离层监测、锚杆受力监测、巷道破坏状况统计等。测站布置图，见图2。

4.2 巷道表面位移

图2 矿压监测测站布置图

从图2 看出，测点二两帮最大相对移近量138 mm，左帮最大移近量79 mm，右帮最大移近量59 mm，顶底板最大相对移近量为98 mm；测点三两帮最大相对移近量91 mm，左帮最大移近量47 mm，右帮最大移近量44 mm，顶底板最大相对移近量66 mm。总体来讲，回风顺槽采用玻璃钢锚杆比采用螺纹钢锚杆位移量要大一些，但仍能有效控制变形，巷道表面位移量，见图3。

图3 巷道表面位移量

5 结束语

玻璃钢锚杆具有可切割、防爆防静电、高强耐腐蚀、操作轻便、价格优等优点。现场工业性试验表明，在高地应力、高瓦斯矿井下，玻璃钢锚杆能有效支护煤帮、控制围岩变形，玻璃钢锚杆不影响采煤机的正常运行。

[1] 康红普,王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京∶煤炭工业出版社,2007.

[2] 任润厚.潞安矿区围岩地应力分布规律[J].矿山压力与顶板管理,2005(1)∶102-105.

[3] 李英明,石建军,马念杰,等.新型玻璃钢锚杆及其在煤帮支护中的应用研究[J].中国煤炭，2009,35（7）：41-43.

[4] 李英明,马念杰.康家滩煤矿回采巷道煤帮支护参数研究[J].煤炭工程，2009（9）：44-46.