玻璃纖維 增強(qiáng)塑料錨桿產(chǎn)品技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化分析報(bào)告

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1、玻璃纖維 增強(qiáng)塑料錨桿產(chǎn)品技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化分析報(bào)告 一、概述 我國(guó)是一個(gè)采煤大國(guó)，年產(chǎn)量高達(dá)25億噸。錨噴支護(hù)是先進(jìn)的煤巷支護(hù)方式，其中錨桿是主要的支護(hù)器材。目前，礦井巷幫使用錨桿材料以鋼質(zhì)為主，鋼質(zhì)錨桿在煤礦井下作業(yè)中，因采煤機(jī)械截齒金屬錨桿產(chǎn)生碰撞，會(huì)產(chǎn)生火花，遇到瓦斯和煤塵會(huì)造成爆炸;此外，截割下的廢鋼錨桿混入煤中，不僅影響煤質(zhì)，而且極易損壞輸送設(shè)備。 國(guó)內(nèi)外相關(guān)部門(mén)，對(duì)研制高強(qiáng)度、耐腐蝕、低成本的非金屬錨桿產(chǎn)品高度重視，不惜投入大量人力、物力進(jìn)行研究，其中玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿是主要的攻關(guān)方向。 玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿(簡(jiǎn)稱(chēng)玻璃鋼錨桿)，它是由玻璃纖維和合成樹(shù)脂經(jīng)復(fù)合工藝，制作而成

2、的一種功能型的新型材料。全球第一根適合煤礦井下使用的玻璃鋼錨桿，由前蘇聯(lián)勞動(dòng)保護(hù)局和礦山管理局在1991年聯(lián)合研發(fā)成功，并開(kāi)始井下工業(yè)性試驗(yàn)，但因蘇聯(lián)解體而停滯下來(lái)。美國(guó)杜邦公司于上世紀(jì)九十年代中期，推出了適合煤礦井下使用，又能工業(yè)化生產(chǎn)的玻璃鋼錨桿產(chǎn)品，并迅速在采煤業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家(如美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、新西蘭等國(guó)家)中推廣使用。據(jù)美國(guó)政府網(wǎng)站公布的數(shù)字，美國(guó)2002年煤礦中使用的玻璃鋼錨桿的數(shù)量為1億4千萬(wàn)根，在澳大利亞煤礦煤幫支護(hù)中，使用玻璃鋼錨桿是國(guó)家法規(guī)規(guī)定的內(nèi)容。 二、目前我國(guó)玻璃鋼錨桿的現(xiàn)狀 我國(guó)的煤礦用玻璃鋼錨桿研究，起始于上個(gè)世紀(jì)七十年代。在原煤炭部的主持下，中國(guó)煤炭科學(xué)總院

3、、北京建井所、北京開(kāi)采所、杭州環(huán)保所、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、兗州礦務(wù)局、淮南礦務(wù)局等單位相繼組織了專(zhuān)題攻關(guān)，對(duì)煤礦用玻璃鋼錨桿的結(jié)構(gòu)、化學(xué)配方、力學(xué)性能及工業(yè)化生產(chǎn)工藝等都進(jìn)行了深入地研究，取得了一定的成果。陸續(xù)試制出多種形式和不同組成成份的玻璃鋼錨桿試制產(chǎn)品。 以手糊成型技術(shù)為代表的第一代產(chǎn)品，由于生產(chǎn)以手工操作為主，工業(yè)化程度不高，質(zhì)量穩(wěn)定性差而被淘汰。 2001年11月，以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)馬念杰教授為主的科研小組與西山礦務(wù)局合作，率先試制出以拉擠成型技術(shù)為代表的，工業(yè)化生產(chǎn)的第二代產(chǎn)品(錨桿尾部螺紋采用復(fù)合形式)，并相繼將技術(shù)轉(zhuǎn)讓于平頂山、邢臺(tái)、陽(yáng)泉、汾西、淮南等礦務(wù)局。由于該玻璃鋼錨桿尾部螺紋

4、采用復(fù)合鋼質(zhì)套筒，在套筒表面加工螺紋的形式，錨桿質(zhì)量穩(wěn)定性差，難以達(dá)到有關(guān)規(guī)定的要求，且生產(chǎn)成本較高。 2002年下半年，石家莊中煤支護(hù)設(shè)備有限公司，在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出煤礦用玻璃鋼錨桿的產(chǎn)品(目前國(guó)內(nèi)的主流產(chǎn)品)，該技術(shù)產(chǎn)品在錨桿尾部螺紋結(jié)構(gòu)上，仿澳大利亞技術(shù)，錨桿尾部螺紋采用復(fù)合形式，復(fù)合高強(qiáng)度尼龍的工藝，同時(shí)開(kāi)發(fā)出配套的非金屬托盤(pán)和螺母，解決了整套錨桿的非金屬問(wèn)題，同時(shí)尾部螺紋的承載力也有明顯提高，(工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)可穩(wěn)定在50KN左右)。但由于其尾部螺紋采用兩種不同性質(zhì)的材料復(fù)合，錨桿質(zhì)量穩(wěn)定性差，生產(chǎn)成本較高，不能滿足大部分礦務(wù)局的要求(澳大利亞玻璃鋼錨桿采用"全

5、"錨固方式，對(duì)尾部螺紋承載力的要求不高，而國(guó)內(nèi)為降低生產(chǎn)成本，普遍采用"端"錨方式)。此外國(guó)內(nèi)尚有一些單位，亦陸續(xù)推出所研制的煤礦用玻璃鋼錨桿產(chǎn)品，但由于種種缺陷，未在國(guó)內(nèi)形成影響(北京飛博特、南京奧沃等)。 我公司致力于高強(qiáng)度全塑型玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿的研究與開(kāi)發(fā)，在整合多方資源的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)幾年攻關(guān)，于2005年初，成功開(kāi)發(fā)出適合在國(guó)內(nèi)煤炭系統(tǒng)使用的第三代高強(qiáng)度、全塑型玻璃鋼錨桿產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了玻璃鋼錨桿整體非金屬化，桿體一次成型的技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到有關(guān)規(guī)定的要求，并在徐州建立了產(chǎn)品生產(chǎn)基地。 三、玻璃鋼錨桿的特點(diǎn) 玻璃鋼(有機(jī))是樹(shù)脂基復(fù)合材料的俗稱(chēng)。它是以不飽和樹(shù)脂為基本材料，以玻璃

6、纖維為增強(qiáng)材料復(fù)合而成。合成樹(shù)脂良好的化學(xué)性能和玻璃纖維高強(qiáng)度的特點(diǎn)，決定了玻璃鋼這種復(fù)合材料具有其他材料無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。 玻璃鋼錨桿在煤礦井下支護(hù)中使用，有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn): (一)玻璃鋼錨桿支護(hù)效果好:根據(jù)中國(guó)煤炭科學(xué)總院的相關(guān)研究資料，煤礦井下支護(hù)使用鋼錨桿一般在安裝后8個(gè)月開(kāi)始減弱支護(hù)效果，二年左右時(shí)間將基本失去支護(hù)作用。而玻璃鋼錨桿具有良好的耐腐蝕性能，井下使用不受紫外線照射，老化速度緩慢。煤礦井下服務(wù)時(shí)間內(nèi)，完全能保持支護(hù)效果。我國(guó)煤炭系統(tǒng)管理部門(mén)對(duì)全國(guó)煤礦金屬構(gòu)件腐蝕狀況調(diào)查的統(tǒng)計(jì)，金屬錨桿的腐蝕速度一般為1.2mm/a，為大氣環(huán)境中的2-3倍。 (二)玻璃鋼錨桿輕質(zhì)

7、高強(qiáng):玻璃鋼的相對(duì)質(zhì)量密度只有1.5-2.0，而強(qiáng)度卻能達(dá)到或超過(guò)鋼材的水平，玻璃鋼錨桿的支護(hù)強(qiáng)度不低于鋼錨桿的支護(hù)強(qiáng)度，而其重量只有同規(guī)格鋼錨桿的1/5到1/4左右。 (三)玻璃鋼錨桿"綜采"作業(yè)時(shí)便捷:"綜采"回采時(shí)，采煤機(jī)直接切割錨桿，不會(huì)產(chǎn)生火花，不用拆卸原有錨桿，特別適合于"綜采"作業(yè)，即保證了井下作業(yè)的安全，又解決了礦井錨固支護(hù)作用，可大幅度提高煤炭開(kāi)采效率。 (四)玻璃鋼錨桿易切割，不會(huì)產(chǎn)生火花:玻璃鋼是非金屬材料，易切割，且不會(huì)產(chǎn)生火花，特別適合于高瓦斯礦井使用，即保證了井下作業(yè)的安全，又解決了礦井錨固支護(hù)作用，可大幅度提高煤炭開(kāi)采效率。此外，玻璃鋼錨桿切割后，隨煤一起輸送

8、進(jìn)倉(cāng)，避免了廢鋼錨桿對(duì)輸送設(shè)備的損壞。 (五)玻璃鋼錨桿的生產(chǎn)成本較低:玻璃鋼錨桿的直接生產(chǎn)成本是同類(lèi)鋼錨桿的60%左右。 四、玻璃鋼錨桿開(kāi)發(fā)及技術(shù)水平 玻璃鋼錨桿的關(guān)鍵技術(shù)是桿體尾部全螺紋的制作工藝要求及性能。 我公司經(jīng)過(guò)多年潛心研究，研制出第三代拉擠模壓全螺紋一次成型技術(shù)，采用PLC可編程數(shù)字化控制一次模壓成型的工藝設(shè)備，生產(chǎn)的全螺紋式玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿體已取得MA煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書(shū)。其產(chǎn)品特點(diǎn); 1.高性能:桿體尾部全螺紋采用玻璃鋼材料，與桿體一次模壓成型，螺紋和桿體固化為一體，產(chǎn)品的整體承載強(qiáng)度有了明顯地提高，此項(xiàng)技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，居世界先進(jìn)水平; 2.非金屬:整體非金

9、屬材料，可切割，滿足煤礦井下安全生產(chǎn)需求; 3.高強(qiáng)度:耐酸、耐堿，耐老化，高強(qiáng)度，可代替金屬錨桿; 4.安全性:抗靜電、阻燃，切割時(shí)不產(chǎn)生火花; 5.重量輕:玻璃鋼錨桿重量為同規(guī)格鋼質(zhì)錨桿的1/5，能提高生產(chǎn)工效。 目前，該產(chǎn)品先后在兗州礦務(wù)局、淮南礦務(wù)局、新汶礦務(wù)局、義馬礦務(wù)局、平頂山礦務(wù)局、撫順礦務(wù)局、峰峰礦務(wù)局等單位進(jìn)行井下試用，取得一定的效果。其中義馬礦務(wù)局、平頂山礦務(wù)局、峰峰礦務(wù)局等單位已引進(jìn)了工藝設(shè)備，其它礦務(wù)局正在考慮之中。 五、玻璃鋼錨桿試用實(shí)例 玻璃鋼錨桿在撫順礦業(yè)集團(tuán)公司老虎臺(tái)礦進(jìn)行了井下工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告表明:1.全螺紋玻璃鋼錨桿的抗拉強(qiáng)度、托盤(pán)的抗壓強(qiáng)度

10、和錨桿扭矩等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度要求，可以滿足特厚、壓力大、并有沖擊地壓發(fā)生的媒層巷道支護(hù)的要求。2.錨桿重量輕，易于搬運(yùn)安裝，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。 玻璃鋼錨桿在淮南礦務(wù)局的謝橋煤礦進(jìn)行了井下試驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)如下: 優(yōu)點(diǎn):①玻璃鋼錨桿重量輕、安裝方便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，普遍樂(lè)于接受; ②耐老化、耐腐蝕、耐酸堿、使用壽命長(zhǎng); ③能保護(hù)采掘機(jī)械不受損壞; ④與采掘機(jī)械碰撞以及自身斷裂不產(chǎn)生火花; 六、項(xiàng)目的階段性成果及產(chǎn)業(yè)化前景 第三代全螺紋式玻璃纖維增強(qiáng)塑料錨桿的研發(fā)已取得階段性成果，產(chǎn)品已被用戶(hù)所接受。由于該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的煤礦用全塑型玻璃鋼錨桿，突破了整體抗拉強(qiáng)度，規(guī)?；a(chǎn)成型技術(shù)和設(shè)備

11、及降低綜合生產(chǎn)成本三大難題，項(xiàng)目產(chǎn)品的性能優(yōu)于同類(lèi)鋼質(zhì)錨桿，產(chǎn)品價(jià)格低于同類(lèi)鋼質(zhì)錨桿，因此，在國(guó)內(nèi)煤炭系統(tǒng)，替代現(xiàn)用的鋼質(zhì)錨桿，全面推廣使用玻璃鋼錨桿是一種必然趨勢(shì)。目前，我公司研發(fā)的高強(qiáng)度、全塑型玻璃鋼錨桿生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備已轉(zhuǎn)讓于義馬、峰峰、西山、平頂山及撫順等礦務(wù)局。尤其是西山和平頂山礦務(wù)局均已有礦大馬念杰教授轉(zhuǎn)讓的生產(chǎn)線，從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了我公司的技術(shù)在國(guó)內(nèi)的影響力。 三、項(xiàng)目主要開(kāi)發(fā)工作及技術(shù)水平 項(xiàng)目產(chǎn)品研制過(guò)程中，在以下幾個(gè)方面作了大量的研究并有所突破。 1.桿尾全螺紋采用玻璃鋼材料，與桿體一次模壓成型。螺紋和桿體固化為一體，不僅降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品的整體抗拉強(qiáng)度有明顯地提高(錨

12、桿尾部螺紋承載力可達(dá)80KN)。此項(xiàng)技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，居世界先進(jìn)水平，亦是本項(xiàng)目的技術(shù)突破和技術(shù)核心。 2.自行研制了適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的工藝和全自動(dòng)流水線，主機(jī)采用PLL可編程數(shù)字化控制，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定。 3.與樹(shù)脂供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用不飽和樹(shù)脂，確保項(xiàng)目原材料供應(yīng)，降低生產(chǎn)，同時(shí)將模壓成型時(shí)間縮短，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，大幅度降低了項(xiàng)目產(chǎn)品的直接生產(chǎn)成本。 4.致力于降低產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本。本項(xiàng)目研究中，就如何降低項(xiàng)目產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本，做了大量的研究，試驗(yàn)工作，從技術(shù)路線選擇，工藝方案確定，生產(chǎn)流水線研制及原輔材料選擇等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，深入研究，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目產(chǎn)品的綜合性?xún)r(jià)比優(yōu)于同

13、類(lèi)玻璃鋼錨桿(包括國(guó)外的)。 項(xiàng)目前景 僅以煤礦為例，我國(guó)擁有大小煤礦有幾萬(wàn)家之多，年產(chǎn)煤量達(dá)25億噸左右。每年都有幾千萬(wàn)米的巷道形成。按規(guī)定，挖出煤所形成的巷道必須立即裝上防護(hù)網(wǎng)，并用錨桿加固，以防塌方。也就是每年都有幾億根的錨桿消耗掉，金屬錨桿除了上述所說(shuō)的缺點(diǎn)外，具有成本較高，每套大致在25-38元左右，而玻璃鋼錨桿成本在15-25元/套。成本遠(yuǎn)低于金屬錨桿，經(jīng)營(yíng)者利潤(rùn)空間較大，這種既降低了成本，又減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的新品種，是各礦務(wù)局熱衷追求產(chǎn)品之一。 該項(xiàng)目意向不但與十幾家礦務(wù)局進(jìn)行過(guò)接觸，獲得他們認(rèn)可以外，并專(zhuān)門(mén)與北京"煤炭科學(xué)總院"專(zhuān)家進(jìn)行探討、深受好評(píng)，并提出以"煤炭科學(xué)總院"名義申請(qǐng)國(guó)家基金立項(xiàng)開(kāi)發(fā)。由此可見(jiàn)，無(wú)論是直接用戶(hù)，還是科研部門(mén)都非?？春迷擁?xiàng)目。因此有理由相信項(xiàng)目前景應(yīng)該是"柳暗花明"、"氣象萬(wàn)新"。 47220050