等强度锚杆制造技术及设备.doc

等强度锚杆制造技术及设备
一、项目简介
由于锚杆锚尾螺纹部分的小径(即螺纹根部直径)较锚杆公称直径减少了15％左右，导致锚杆的实际承载能力减少20～25％，锚杆在实际使用中多在锚尾螺纹部分发生断裂，致使锚杆杆体部分的强度和塑性无从发挥，影响了锚杆的支护效果。
等强度锚杆加工技术是利用热处理对锚杆锚尾进行强化，使其强度高于锚杆杆体强度，这样锚杆的承载能力和塑性（延伸率）均有大幅度提高。具体试验结果如下：

20MnSi
螺纹钢
锚尾
状态
锚尾
螺纹
试样
数量
屈服载荷
(KN)
极限载荷
(KN)
延伸率
δ5 (%)
断裂部位
Φ18
不热处理
M16
3
53.7
87.0
13.8
锚尾
锚尾热处理
M16
3
92.0
137.0
20.7
杆体
Φ20
不热处理
M18
3
65.9
102.0
16.4
锚尾
锚尾热处理
M18
3
114.0
171.0
21.3
杆体
Φ22
不热处理
M20
3
87.0
136.3
16.6
锚尾
锚尾热处理
M20
3
141.0
215.8
23.3
杆体

Q235圆钢
φ16mm
屈服载荷
极限载荷
塑性（延伸率）
KN
相对值
KN
相对值
原始长度mm
拉伸长度mm
伸长量mm
相对伸长
普通锚杆
等强锚杆
45.4
56.8
1.00
1.25
70.5
83.7
1.00
1.19
1700
1700
1806
2016
106
318
6.2%
18.7%

锚杆锚尾热处理专用设备已获得国家实用新型专利，并已在开滦、淮南等煤矿应用。主要技术经济指标：设备投资：4.8万元(小时生产能力50～70根)、8.4万元(小时生产能力100～120根)
直接生产成本：0.30～0.50元/根。

二、服务方式
提供技术和设备，指导安装调试，进行技术培训。
项目负责人：中国矿业大学 材料学院 江利
电话：[phone]、手机[phone]
Email地址：jiangli@

高强度锚杆技术及生产设备
一、项目简介
在我国，随着煤矿开采深度的增加及软岩巷道和受采动的影响，高强度锚杆的需求量将越来越大。中国矿业大学，在消化吸收澳大利亚SCT公司技术的基础上，开发的高强度锚杆技术及生产设备。高强度锚杆与普通热轧螺纹钢锚杆相比，屈服强度提高55％以上；极限强度提高45％，其性能对比见表1
表1. 高强度螺纹钢锚杆与普通热轧螺纹钢锚杆的力学性能对比

屈服强度(MPa)
极限强度(MPa)
延伸率(%)
普通热轧螺纹钢锚杆
≥340
≥520
≥16
高强度螺纹钢锚杆
≥530
≥760
≥15

二、技术经济分析
高强锚杆与普通锚杆的极限承载能力比较，见表2
表2. 高强度锚杆的承载能力(现场实测值)
锚杆
φ16
φ18
Φ16
高强
φ20
Φ18
高强
φ22
Φ20
高强
φ24
Φ22
高强
破断载荷KN
110
137
169
171
206
216
257
258
320
以直径16mm高强锚杆代替普通18mm锚杆，破断载荷还提高23.4％；
以直径18mm高强锚杆代替普通20mm锚杆，破断载荷还提高20.5％；
若按增大一个规格使用，所节约的钢材和降低的成本，见表3,年经济效益50万元。
表3. 经济效益分析
锚杆规格
每米重量
kg/m
节约钢材(2m长)
kg/根
降低成本 元/根
(按4000元/t计)
年经济效益 万元
(按20万根/年计)
Φ16
1.58
0.42×2＝0.84
3.36－1.21＝2.15
平均(2.15+2.55+2.87)/3＝2.52
2.52元/根×20万根＝50.4
Φ18
2.00
0.47×2＝0.94
3.76－1.21＝2.55
Φ20
2.47
0.51×2＝1.02
4.08－1.21＝2.87
Φ22
2.98
0.56×2＝1.12
4.48－1.21＝3.27

Φ24
3.54

该技术及设备已在邢台、铁法应用，并于2000年获得煤炭工业科技进步特等奖(邢台煤巷锚杆支护成套技术装备)。高强度螺纹钢锚杆生产，是在原有锚杆生产的基础上，增加一条高强锚杆生产线和循环水系统(蓄水池或蓄水槽、水泵、管网)；占地面积大于10×5m2；项目投资约56万元；小时生产能力60根；直接生产成本1.21元/根(平均)；年经济效益约50万元(平均)。

三、服务方式
提供技术和设备，指导安装调试，进行技术培训。
项目负责人：中国矿业大学 材料学院 江利
电话：[phone]、手机[phone]
Email地址：jiangli@

Mn-B系低合金贝氏体钢高强度锚杆
一、项目简介
目前国外锚杆支护先进的澳大利亚、美国、英国等国家，大都采用高强度、大直径锚杆进行巷道支护。在我国随着开采深度的增加及软岩巷道和受采动的影响，高强度锚杆的需求越来越大。Mn-B系低合金贝氏体钢高强度锚杆与普通热轧螺纹钢锚杆相比屈服强度提高50％；极限强度提高40％，其性能对比见表1和表2

表1. 高强度螺纹钢锚杆与普通热轧螺纹钢锚杆的力学性能对比

屈服强度(MPa)
极限强度(MPa)
延伸率(%)
普通热轧螺纹钢锚杆
≥350
≥510
≥16
高强度螺纹钢锚杆
≥540
≥750
≥16

表2. 现场生产条件下高强度锚杆的性能
锚杆直径mm
锚杆类型
屈服载荷KN
破断载荷KN
延伸率％
Φ18
普通锚杆
92
137
20.7
高强度锚杆
175
206
17.5
Φ20
普通锚杆
114
171
21.3
高强度锚杆
206
257
17.2
Φ22
普通锚杆
141
215
20.2
高强度锚杆
254
314
17.7

二、Mn-B系低合金贝氏体钢高强度锚杆的生产
Mn-B系低合金贝氏体钢含2％Mn，微量的B，因而价格便宜，经过熔炼，轧制成螺纹钢后，再经一次回火，即可达到屈服强度提高50％；极限强度提高40％。直接生产成本约比普通锚杆增加1.0～1.5元/根。
三、服务方式
可提供技术和设备，指导安装调试，进行技术培训。
项目负责人：中国矿业大学 材料学院 江利
电话：[phone]、手机[phone]
Email地址：jiangli@

低合金相变诱发塑性超高强螺纹钢锚杆
一、项目简介
目前, 我国煤矿的煤层开采深度平均每年增加9m, 采深大于700m的矿井有50多处,最深的已超过1000m; 而我国煤炭资源总量的53%埋深大于1000m. 由于深层开采的高地应力, 高冲击地压和大的围岩流变, 给巷道锚杆支护带来了严重的困难, 因此廉价的超高强度TRIP钢锚杆具有广阔的应用前景.
在我国随着开采深度的增加及软岩巷道和受采动的影响，高强度锚杆的需求越来越大。相变诱发塑性超高强度螺纹钢锚杆是中国矿业大学利用最新材料技术――相变诱发塑性效应研制的，同时具备高强度和高塑性的，并具有目前国际上最高强度且价格低廉的超高强度锚杆。它是在现有螺纹钢基础上少量添加碳、硅、锰合金元素，经过贝氏体等温淬火而成。其屈服强度比普通热轧螺纹钢锚杆提高2.85倍；极限强度提高2.6倍，其性能对比见表1和表2

表1. 超高强度螺纹钢锚杆与普通螺纹钢锚杆力学性能对比
锚杆类型
屈服强度(MPa)
极限强度(MPa)
延伸率(%)
超高强度锚杆
1000～1100
1350～1450
15～17
高强度螺纹钢锚杆
≥530
≥750
≥15
普通热轧螺纹钢锚杆
≥350
≥510
≥16

表2.超高强度锚杆的承载能力
锚杆直径mm
锚杆类型
屈服载荷(KN)
破断载荷(KN)
延伸率(％)
Φ18
超高强度锚杆
254
343
15
高强度锚杆
175
206
17.5
普通锚杆
92
137
20.7
Φ20
超高强度锚杆
314
424
15
高强度锚杆
206
257
17.2
普通锚杆
114
171
21.3
Φ22
超高强度锚杆
380
513
15
高强度锚杆
254
314
17.7
普通锚杆
141
215
20.2

二、超高强度螺纹钢锚杆生产
超高强度螺纹钢的冶炼和轧制与普通螺纹钢基本相同，只是在现有螺纹钢基础上少量添加碳、硅、锰合金元素，冶炼和轧制后，经过退火、机加工（其机械加工性能比普通螺纹钢锚杆略差一些），再进行贝氏体等温淬火而成。

三、服务方式
可提供技术和设备，指导安装调试，进行技术培训。
项目负责人：中国矿业大学 材料学院 江利
电话：[phone]、手机[phone]
Email地址：jiangli@