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玄武岩纤维锚杆实现千米深井支护革命,国产化率突破90%

在国家“深地工程”战略驱动下,我国深部资源开采面临高地温、强腐蚀、大变形等严峻挑战。由中铁装备与河南玄纤新材料联合研制的“多尺度混杂增强型玄武岩纤维锚杆”近日在河南平顶山-1050m水平巷道成功支护,标志着我国在深井支护领域实现关键材料自主可控,国产化率超90%。

该锚杆创新采用“玄武岩/芳纶混杂纤维增强热固性树脂基体”结构(Hybrid-BFRP),通过层间梯度铺层设计,使锚杆在保持高抗拉模量(≥50GPa)的同时,断裂延伸率提升至2.8%,有效缓解围岩大变形导致的脆性破坏。经现场拉拔试验,其极限抗拔力达320kN,满足《煤矿巷道锚杆支护技术规范》MT/T 1164-2023中Ⅲ类围岩支护要求。

值得关注的是,项目组攻克了玄武岩纤维与树脂基体界面粘结弱化难题,自主研发硅烷偶联剂KH-570表面改性工艺,使纤维-基体界面剪切强度(IFSS)提升40%,达52MPa。同时,引入纳米二氧化硅(SiO₂)增韧填料,显著改善锚杆在循环荷载下的疲劳寿命(N_f>2×10⁶ cycles @ 60% UTS)。

“传统金属锚杆在深井高地温(>60℃)环境下蠕变显著,且电磁干扰影响监测设备。”中铁装备支护事业部王总工程师指出,“BFRP锚杆热膨胀系数仅6.5×10⁻⁶/℃,与围岩匹配性好,配合分布式光纤传感系统,可实现锚杆应力应变的全时域健康监测(SHM),为智能矿山提供数据基底。”

目前,该系列产品已完成CE认证,并出口至哈萨克斯坦、智利等矿业大国。工信部原材料司表示,将把玄武岩纤维复合材料列为重点新材料首批次应用示范目录,加速构建“玄武岩矿—纤维—锚杆—智能支护系统”全产业链生态。