辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院立足鄂尔多斯市产业发展需求，设立校地科技合作培育项目，重点服务于能源领域，与鄂尔多斯市企事业单位共同提出研究题目。项目聚焦能源绿色开发、安全高效智能开采、资源价值利用等关键技术难题，通过定向对接企业需求，组建科研创新团队，开展产学研协同攻关，助力企业突破技术瓶颈，推动鄂市能源产业技术升级与创新发展，实现“校-院-地”优势互补、合作共赢目标。
本成果来自于2023年校地科技合作培育项目《大变形吸能玻璃钢锚杆设计及其力学特性研究》。
一、项目背景
井下综采工作面巷道回采帮主要采用金属锚杆、锚索支护，当工作面回采时，采煤机切割金属锚杆容易产生火花，存在引发瓦斯、煤尘爆炸事故的可能性，同时混杂在原煤流中的金属锚杆在运输中会对人员及输送机等设备造成不利影响，可能发生刮板机卡链，划伤运煤皮带等事故。若工作面回采时，提前将巷帮螺纹钢锚杆退出，易发生伤人事故以及帮失稳现象，存在较大安全隐患。玻璃钢锚杆可直接切割，其具有切割不产生火花、耐腐蚀、轻质高强、综合成本相对较低等优点得到越来越多的使用。但现有玻璃钢锚杆延伸率低，不具有吸能功能，玻璃钢锚杆支护属于刚性支护，不能应用于冲击地压巷道支护。因此，急需研发一种可用于冲击地压巷道支护的大变形吸能玻璃钢锚杆，为巷道的安全和高效支护提供新装备，对煤炭安全高效开采意义重大。
为解决常规玻璃钢锚杆强度和延伸率低的问题，设计研发了一种在杆体尾部设有恒阻吸能装置的高强吸能玻璃钢锚杆。采用静载拉伸试验和ABAQUS数值模拟相结合的研究方法，研究了静载和不同冲击速度下高强吸能玻璃钢锚杆力学特性，并与常规玻璃钢锚杆力学性能进行了对比分析。结果表明：研发的高强吸能玻璃钢锚杆强度超过了660 MPa，在静载下的延伸率为5.16%，吸能量为15.54 kJ，分别为常规玻璃钢锚杆的2.66倍和2.55倍。冲击模拟结果表明，冲击速度在8 m/s内，高强吸能玻璃钢锚杆的延伸率、吸能量和抗冲时间均随冲击速度的增大有减小的趋势，但冲击速度对高强吸能玻璃钢锚杆延伸率和吸能量等指标的影响小于对常规玻璃钢锚杆的影响，抗冲时间明显优于常规玻璃钢锚杆。冲击速度对玻璃钢杆体的破断强度影响较小。研究成果为冲击地压巷道回采帮支护提供了新装备。
申请国家发明专利 3项。发表高水平学术期刊论文4篇；获辽宁省科技进步奖一等奖1 项。
大变形吸能玻璃钢锚杆在鄂尔多斯市企事业单位转化应用。
图1 高强吸能玻璃钢锚杆应用于中天合创能源有限责任公司葫芦素煤矿
图2 高强吸能玻璃钢锚杆应用于乌审旗蒙大矿业有限责任公司纳林河二号煤矿
四、行业影响
技术特点：具有良好的吸能功能和良好的抗冲击性能；吸能防冲锚杆之间相互协调，可有效实现围岩应力自平衡；与吸能防冲支架联合布置，能有效形成复合吸能支护体系；有预警功能。在冲击载荷作用下，吸能防冲锚杆支护能够有效引导和控制围岩变形能的释放和转化。
创新点：从防冲角度出发，研发一种可用于冲击地压巷道支护的大变形吸能玻璃钢锚杆。提出偏转角度下大变形吸能玻璃钢锚杆适用原则，确定大变形吸能玻璃钢锚杆偏转角度的适用范围。
目前在中天合创能源有限责任公司葫芦素煤矿和乌审旗蒙大矿业有限责任公司纳林河二号煤矿进行了现场应用。
附：科研团队介绍
科研团队现有教授4名，副教授3名，博士研究生6名，硕士研究生20名。团队成员长期从事煤矿冲击地压预测与防治的科研和教学方面的工作。近年团队成员承担与冲击地压有关的国家自然科学基金项目8项、辽宁省自然科学基金面上项目10项和多项校企合作项目。服务矿山企业100多家，遍及我国20余省，可为客户提供科学的、系统的动力灾害防控解决方案。
