新型錨桿回收鉆具的研制與應(yīng)用

摘 要：基于對(duì)各種錨桿回收鉆具的結(jié)構(gòu)研究，整合各種回收鉆具的優(yōu)點(diǎn)，取之長(zhǎng)處，經(jīng)分析計(jì)算研制出了新型錨桿回收鉆具。經(jīng)在井下試驗(yàn)，證明此新型錨桿回收鉆具可以大大提高錨桿回收的效率和成功率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，是一種很具有前途的回收機(jī)具。

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；錨桿回收；回收鉆具；彎曲錨桿；

中圖分類(lèi)號(hào)：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-09-00-01

煤礦井下錨桿支護(hù)在保證煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，是一道必不可少的作業(yè)方式，但伴隨著各煤礦的不斷開(kāi)采，儲(chǔ)煤量的減少，煤礦回采現(xiàn)象在各礦日益凸顯。然而在工作面回采過(guò)程中，由于幫錨桿的存在，對(duì)采煤機(jī)刀具、機(jī)頭等產(chǎn)生很大程度的損壞，致使采煤效率降低，并且在采煤的過(guò)程中存在著較大的安全隱患，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)。因此，怎樣回收錨桿，降低支護(hù)成本，確保煤礦安全生產(chǎn)成為眾所關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)提前回收錨桿可避免綜采機(jī)割煤是遇見(jiàn)金屬錨桿損壞刀刃，一方面可為企業(yè)減少大量的錨桿費(fèi)用，降低了大量鋼材消耗。另一方面可通過(guò)錨桿的回收工序?qū)㈠^桿二次利用，降低了大量鋼材的二次消耗，為煤礦井下開(kāi)采節(jié)約一定的資金消耗。但是受地壓的影響，錨桿長(zhǎng)時(shí)間會(huì)彎曲變形，這就給回收錨桿造成了很大的困難，基于以上信息，急于研制一種新型錨桿回收鉆具。

一、已有錨桿回收鉆具特點(diǎn)分析

淮北礦業(yè)集團(tuán)石臺(tái)煤礦的王艷功設(shè)計(jì)了一套回收煤巷幫錨桿的回收機(jī)具[1]，此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：外徑外沒(méi)有螺旋帶，不利用煤粉的順利排出。

新汶礦業(yè)集團(tuán)良莊煤礦的李旭、郭英明設(shè)計(jì)的錨桿回收鉆具[2]，此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：（1）長(zhǎng)度太長(zhǎng)，受礦下空間的限制，操作不便；（2）通長(zhǎng)為螺旋帶，和孔徑差較小，在鉆進(jìn)時(shí)摩擦力大。

上述兩種方案都是在錨桿沒(méi)有變形的情況下使用的，然而當(dāng)?shù)貕哼^(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間受地壓的影響，錨桿會(huì)彎曲變形，一方面鉆頭內(nèi)徑較小，彎曲的錨桿將會(huì)被鉆頭刀片切削，損傷錨桿；另一方面受彎曲的影響，錨桿與鉆桿摩擦力加大，致使無(wú)法鉆進(jìn)，顯然兩種方案就不適用，達(dá)不到回收錨桿并且二次利用的目的。

二、現(xiàn)有工況條件

山西介休安益煤業(yè)：回采巷使用，回收的錨桿直徑為16mm，長(zhǎng)度為1600mm，等強(qiáng)度螺紋鋼，錨桿間排距為800mm，地壓大，錨桿錨固時(shí)間一年多，錨桿多為彎曲變形，鉆孔直徑為32mm，錨固段長(zhǎng)度為400mm。

三、新型錨桿回收鉆具研制

新型錨桿回收鉆具由取芯鉆頭、前鉆桿、后螺旋鉆桿、接頭四大部分組成。

其中取芯鉆頭作為錨桿回收鉆具工作機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，將直接決定回收錨桿的成敗，取芯鉆頭的內(nèi)徑推導(dǎo)如下：Dqn≥D1+2E （3-1）

式中，E為偏心距，即由于錨桿在攪拌錨固劑時(shí)存在擴(kuò)孔現(xiàn)象，使得鉆孔的直徑由D增大到了D1，Emax=（D1-d）/2 （3-2）

式中，d為錨桿直徑。為避免孔壁觸碰錨桿，必須考慮偏心距，

則Dqn≥D1+2E=2 D1-d （3-3）

取芯鉆頭外徑：Dqw≥Dqn+2n （3-4）

式中，n=取芯鉆頭的筒壁厚度+排渣道寬度+適當(dāng)?shù)膫溆脤挾取?/p>

根據(jù)現(xiàn)有工況條件及公式（3-3）求得取芯鉆頭的內(nèi)徑為：Dqn≥2 D1-d=2×35-16=54mm

式中D1為攪拌錨固劑后擴(kuò)孔之后的直徑35mm，d為錨桿直徑16mm。再根據(jù)公式（3-4）選取n的值為16mm，得出取芯鉆頭外徑為86mm。

所以設(shè)計(jì)取芯鉆頭的內(nèi)徑為54mm，外徑為86mm，采用銅釬焊將鉆頭體和4件三角形狀的硬質(zhì)合金刀頭組成，刀頭均布排列，外凸出于鉆頭體，在鉆進(jìn)時(shí)只是鉆頭體內(nèi)徑和錨桿摩擦，避免硬質(zhì)合金刀頭與錨桿碰觸，切削錨桿。鉆頭體材質(zhì)選用耐磨材料，以保證取芯鉆頭有很長(zhǎng)的使用壽命。鉆頭體的形狀設(shè)計(jì)為錐形，并且外徑錐面上布有溝槽，使其鉆頭體有一定的直徑差，減小鉆頭和煤壁的摩擦，以達(dá)到快速排粉的目的。

前鉆桿分為兩段，前段內(nèi)徑和鉆頭內(nèi)徑相同，都為54mm，外徑為60mm，此段長(zhǎng)度為500mm；后段內(nèi)徑為41mm，外徑為48mm，長(zhǎng)度為100mm，在鉆取錨桿時(shí)，為方便錨桿能順利通過(guò)此段，將此段設(shè)計(jì)為喇叭口。由于前段和后段直徑差較大，為了節(jié)約材料，采用組焊形式。這樣設(shè)計(jì)有兩大好處，其一，鉆桿內(nèi)徑大于錨固段直徑，在鉆取錨桿時(shí)，能有效減小鉆桿和錨固段的切削力和摩擦力，提高鉆進(jìn)效率；其二，由于錨桿受地壓彎曲變形，彎曲后直徑小于鉆桿內(nèi)徑，在鉆進(jìn)時(shí)，減小錨桿與鉆桿摩擦，較大限度的降低錨桿的損傷。

后螺旋鉆桿內(nèi)徑為41mm，外徑為48mm，且外徑纏繞6mm鋼絲，螺距為72mm，總外徑和前鉆桿外徑相同都為60mm，有效長(zhǎng)度為600mm，采用螺旋鉆桿的形式可以更快的將煤粉或煤泥排出。鉆桿和鉆桿之間的連接為矩形螺紋連接，有效長(zhǎng)度600mm，可以最大限度的提高井下作業(yè)的可操作性。

接頭的形式是一端為矩形外螺紋，另一端為B19方，和幫機(jī)連接，中間有通水孔，在鉆進(jìn)切削是能及時(shí)提供水源，起到冷卻鉆頭、沖刷煤粉、排削的作用。

四、操作規(guī)程及原理

該新型錨桿回收鉆具配合我公司的50幫機(jī)使用。具體步驟：（1）接通氣源和水源，檢查幫機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和排水情況；（2）將鉆頭、前鉆桿、接頭連為一體，然后和幫機(jī)插接；（3）依次拆卸錨桿螺帽、托盤(pán)；（4）然后將鉆頭插進(jìn)錨桿，依次開(kāi)通水閥、氣閥，使幫機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)接頭帶動(dòng)鉆桿運(yùn)轉(zhuǎn)，水由接頭、空心鉆桿流至鉆頭，開(kāi)始鉆取工作，勻速推進(jìn)，推進(jìn)方向盡量與錨桿方向一致。當(dāng)遇到彎曲錨桿時(shí)，應(yīng)調(diào)整鉆桿的方向，以保證錨桿與鉆桿摩擦力為最小；（5）當(dāng)鉆進(jìn)深度與錨桿長(zhǎng)度一致時(shí)，停止幫機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，靠空心鉆桿與樹(shù)脂錨固端的內(nèi)摩擦力作用，將錨桿“連根”拔起，達(dá)到回收錨桿的目的。

五、結(jié)束語(yǔ)

在山西介休安益煤業(yè)井下進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，回收一根的時(shí)間為2-3分鐘，回收率為98.5%，解決了彎曲錨桿不能回收的問(wèn)題，得到了用戶(hù)的好評(píng)：（1）新型錨桿回收鉆具加工容易、成本低；（2）錨桿回收率增長(zhǎng)了20%，能最大限度的提高錨桿的復(fù)用性。現(xiàn)已在多個(gè)工作面推廣使用此種新型錨桿回收鉆具。

參考文獻(xiàn)：

[1]王艷功.煤巷幫錨桿回收機(jī)具的研制和應(yīng)用[B].煤礦安全，2002（6）：40-41

[2]李旭，郭英明.舊錨桿回收鉆具的研究與試驗(yàn).煤礦支護(hù)，2003（3）：34-35