亚美大宁能源公司是一家年产量400万吨的中美合资煤矿，井下主要设备均从国外引进，巷道设计长壁综采，布置为三进三回，均为美方设计要求布置，巷面断面大，为5400mm×3500mm的矩形断面，支护方式全部为锚网支护，其顶板支护，麻花式树脂锚杆及高强度螺纹钢锚杆均无法满足设计要求。因此该公司每年需从美国进口锚杆，支护成本较高。山西兰花机械制造有限公司应大宁煤矿要求，成立技术攻关小组，根据美国产品特点开始研制新型涨壳式树脂锚杆。

 

 

　　（一）杆体设计

 

　　根据巷道顶板支护要求，锚杆必须保证N拉力>120KN，根据巷道截面布置，杆体长度L≥3000mm，因锚杆钻机为美国进口，其锚杆机具选定锚杆杆体体尾部为四方形，为保证树脂锚固剂锚固前能有一定的初锚力，N力>50KN，锚杆头部使用涨壳，取代传统的麻花式或斜面式，托盘采用凹形托盘，更具有良好的受力性能。

 

　　1.杆体材料选用。根据国家标准，目前国内锚杆，如麻花式锚杆杆体采用Q235-A普通热轧圆钢，高强锚杆采用矿用左螺纹钢筋，材质为20MnSi，HRB为335-400，均达不到涨壳式树脂锚杆杆体设计要求（n拉力>120KN），而且国内各大钢厂目前生产的名牌钢材，其抗拉强度均无法满足设计要求。经过与长钢技术中心合作，2004年研制成功了HRB517矿用左旋螺纹钢，经测试其N拉力>130KN，完全符合设计要求。

 

　　2.工艺制作。锚杆杆体尾部成型工艺是该锚杆的一大技术难题，为了保证成型规范标准，决定采用加热冲压成型工艺，而该尾部成型又包括了锻压工艺中三大工艺难题，即：墩粗---挤压---切边。而根据锻压工艺，对于高径比H/D大于3的胚料墩粗时，容易失稳而弯曲，如不及时校正而继续墩粗要产生折叠，这样会使以后的工艺不能进行，如圆垫增厚等，无法保证产品加工精度，因此，根据现有设备采用二次锻压成型。其工艺路线为：下料一次加热——成雏形——二次加热——成型——端部成型修正——头部剥皮——滚丝——安装涨壳——包扎——入库

 

　　3.加工设备选用。为保证杆体加热尺寸和温度均匀、准确、减少氧化皮，该产品选用60KW高频加热器，使表面温度达到1400℃左右，内部达到了1200℃左右，保证了加热快速均匀。为了使锻压有足够的冲压力，采用160吨冲床，并对下模采用液压夹紧装置，保证夹紧和冲压同步进行，使产品更加符合设计要求，其剥皮，滚丝工艺和其它锚杆一样，采用相同的剥皮，滚丝设备。这样，产品效果非常好。

 

　　4.杆体附件

 

　　（1）涨壳的设计与制作。涨壳通过螺纹安装在锚杆顶部，当锚固剂没固化时，涨壳通过扭矩展开产生初锚力，使杆体悬吊，以待锚固剂完全锚固，因此涨壳必须有良好的硬度和韧性。所以采用优质玛钢铸件使初锚力达到设计要求。

 

　　（2）托盘设计制作。托盘是为了满足杆体承载力，并具有良好的加工性能，因此托盘采用拉伸性能较好的汽车大梁板（Q335-A），并采用20吨摩擦压力机冲压成型。

 

　　（3）垫片及尼龙垫。为保证托盘和杆体处于软受力状态，采用δ=2m，φ=50mm的金属垫片，并且在方头于垫片之间增加φ=50mm，δ=2mm的尼龙垫片，可使井下使用不产生火花，达到两全其美。

 

 

　　通过大宁煤矿多次使用，经过拉力测试，完全达到设计要求，并根据顶板离层测试仪观察，顶板位移量等技术要求符合设计要求，巷道支护完整，煤帮无鼓肚，无片帮，顶板无吊包，无冒顶现象，使巷道安全使用，受到了大宁煤矿的充分肯定和欢迎。

 

 

　　涨壳式树脂锚杆2005年3月底获得了国家安标证书，由此可得出如下结论：

 

　　（1）涨壳式树脂锚杆杆体的设计与研制是成功的。

 

　　（2）涨壳式树脂锚杆解决了大宁煤矿大断面巷道支护问题，替代了进口产品，企业降低了成本，为国家省了外汇。

 

　　（3）涨壳式树脂锚杆的研制成功为我国自主生产大断面巷道支护锚杆提供了经验，奠定了基础。

 

　　（4）涨壳式树脂锚杆杆体的研制还是有很多不足的地方，如杆体尾部成型是否能一次成型，下模液压装置是否更精确、简便一点。