一種新型完全可回收錨桿的設(shè)計(jì)分析

劉建嗣

（山西焦煤集團(tuán)嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033500）

引言

目前，由于錨桿技術(shù)的不斷發(fā)展，在煤礦開采中如加固基坑、穩(wěn)固邊坡上得到了廣泛應(yīng)用。在煤礦工作面回采時(shí)，錨桿應(yīng)用于煤柱、巷道兩幫支護(hù)，進(jìn)而在開采時(shí)難免會(huì)受到如轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸皮帶、采煤機(jī)等采煤機(jī)械的破壞，不僅降低了開采效率，而且對生產(chǎn)能力造成了影響，因此，設(shè)計(jì)了一種新型完全可回收錨桿并展開分析。

1 可回收螺旋錨桿特點(diǎn)

1.1 運(yùn)行流程和功能特點(diǎn)

目前把被設(shè)計(jì)出來的完全可回收錨桿稱作HML系列。此種螺旋錨桿是一種新型的錨桿，主要用作礦體的支護(hù)，可完全回收錨桿的錨固的運(yùn)行流程就是憑借礦體內(nèi)鑲嵌的錨桿螺旋齒進(jìn)而產(chǎn)生正壓力，從而產(chǎn)生錨固力，錨固力與錨固段會(huì)隨著鑲嵌的位置越深而越大。煤礦的巷道工程中服務(wù)期限不長的可以使用此產(chǎn)品，如切眼、工作面的順槽、煤巷等。按照設(shè)計(jì)的主要目的，此產(chǎn)品不僅要配置配套的機(jī)具、拆卸設(shè)備、安裝與生產(chǎn)，還應(yīng)存在下面的目標(biāo)與功能：

1）較快的安裝速度，較大的錨固力。

2）易拆卸，可完全使用的次數(shù)比較多，支護(hù)成本大幅度下降。

3）選用HML系列螺旋錨桿，能夠有助于降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4）改變錨桿之前固有的錨固方法，使其可靠性、安全性得到提高。

5）完全的可回收，降低采運(yùn)的事故率，把隱患消除，確保采掘設(shè)備運(yùn)行的安全性。

HML系列螺旋錨桿的錨固力的運(yùn)行流程不同于摩擦式，本系列能夠被普遍使用。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

從圖1可以看出，螺母、敢提、錨頭構(gòu)成了螺旋錨桿結(jié)構(gòu)，各部件具有如下特點(diǎn)：

圖1 可回收錨桿結(jié)構(gòu)

1）螺旋錨頭：螺旋錨頭的的作用是錨固煤巖中的礦體，其由專用的機(jī)械軋制成三角型。螺旋的長度與煤層的普氏系數(shù)成反比，后者越小，前者就越長，此時(shí)的抗拉拔強(qiáng)度就是支護(hù)時(shí)所必須的。

2）桿體：桿體的作用是承擔(dān)鎖緊端和錨固端。按照工程的實(shí)際要求，能夠選擇Q235碳素結(jié)構(gòu)的直徑不同，并對圓鋼進(jìn)行熱軋[1]。

3）焊接螺母：其作用是連接安裝機(jī)具和錨桿，并回收和安裝錨桿。

4）尾部螺紋：其作用是對托盤進(jìn)行固定與安裝。

螺旋錨桿的錨桿是由桿體和錨頭焊接而成的，并且錨頭是特制成螺旋形的，第一，對其進(jìn)行加熱，其加熱是由加熱裝置實(shí)現(xiàn)的，并且加熱裝置必須是高頻的。第二，螺旋錨桿是將其纏繞在纏繞設(shè)備而成的，低碳鋼在熱軋之后就能成為三角型材，然后在把三角型材進(jìn)行繞制，最后就成為了螺旋錨頭，螺距相同，把其中的一端研磨成椎體，其度數(shù)是30°[2]，這樣有助于錨桿能夠不借助外力就鉆入煤巖體中；圓鋼經(jīng)過熱軋形成了錨桿桿體，并對錨桿的末端進(jìn)行加工，進(jìn)而形成螺紋，其螺紋能夠把螺母按上，托盤、桿體、螺旋錨頭構(gòu)成了桿體的附件。

2 可回收螺旋錨桿所具有的優(yōu)點(diǎn)

1）易拆卸，在對錨桿進(jìn)行拆卸時(shí)，時(shí)間與工序等不會(huì)增加，而且還能夠完全被回收，并能重復(fù)的多次采用，會(huì)使支護(hù)成本大幅度下降；之前固有的錨桿是不能回收使用的。

2）錨桿安裝時(shí)不混亂，操作人員能夠掌握監(jiān)控錨桿從圍巖漏出來的尺寸，并用鉆具進(jìn)行統(tǒng)一。之前固有的錨桿由于無法控制錨固劑的凝固時(shí)間與計(jì)量，所以不能隨意進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3）可回收錨桿的錨力憑借了在礦體內(nèi)嵌入的螺旋錨頭產(chǎn)生的正壓力，并把固有的錨固劑進(jìn)行替代，這樣有利于環(huán)境的保護(hù)。

3 可回收螺旋錨桿的安裝與回收方案

3.1 安裝錨桿的回收方案

1）把2 m長的錨桿作為例子，第一步要做的就是選取鉆機(jī)把階梯式鉆頭統(tǒng)統(tǒng)打進(jìn)圍巖中，需要關(guān)注的是，圍巖中階梯式鉆頭進(jìn)入的深度比2 m長的錨桿最少長20 cm（是因?yàn)橛忻撀涞乃槭谑┕みM(jìn)程中產(chǎn)生和圍巖的外表不平整等狀況）。在進(jìn)行施工時(shí)，需要特別關(guān)心的就是排粉，為了防止不能把鉆桿拔出來，就需要最大程度地打深階梯孔。打孔主要是由階梯式鉆頭實(shí)現(xiàn)的，其目的就是當(dāng)安裝可回收螺旋錨桿時(shí)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位，有助于安裝可回收螺旋錨桿；細(xì)孔的產(chǎn)生也是由階梯式鉆頭實(shí)現(xiàn)的，把細(xì)孔與可回收螺旋錨桿錨頭兩者的直徑進(jìn)行比較，前者要小于后者，有助于將來把有錨頭的可回收螺旋錨桿嵌進(jìn)圍巖內(nèi)，進(jìn)而取得錨固力。在結(jié)束鉆孔后，卸下并收回階梯式鉆頭，圖2即為階梯式鉆頭。

圖2 階梯式鉆頭（單位：mm）

2）首先，就是在階梯式孔內(nèi)插入可回收螺旋錨桿，朝里與朝外的分別是纏繞錨頭與焊接螺母。并在焊接螺母上套上倍增器套筒，并把倍增器和鉆機(jī)連接起來（圖3即為其示意圖）。現(xiàn)在，兩個(gè)操作人員分別對鉆機(jī)與倍增器進(jìn)行操作，把其焊接螺母的尾部最少有10 cm被推進(jìn)孔內(nèi)（此時(shí)把圍巖的頂實(shí)面當(dāng)作旋入深度的標(biāo)準(zhǔn)，如果在進(jìn)行旋入時(shí)有坍塌出現(xiàn)，那么標(biāo)準(zhǔn)不變）。

圖3 可回收錨桿安裝示意圖

3）把倍增器與鉆機(jī)取下來，把形狀為方形的托盤（墊板）放上，再把墊圈放上，然后在把螺母擰上，把倍增器進(jìn)行連接，然后在打開鉆機(jī)，開到低速，用這一速度把螺母擰緊，并馬上把預(yù)緊力進(jìn)行施加，其作用就是錨固。圖4即為錨桿錨固段：時(shí)，首要做的就是保證回收地區(qū)的安全性，并把防護(hù)措施安置在操作人員進(jìn)行操作的地區(qū)，只要擰出來末尾的螺母，把托盤拆卸下來，外露的錨桿一端安裝鉆機(jī)，鉆機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)就能把錨桿轉(zhuǎn)出來。

圖4 錨桿錨固端

可回收螺旋錨桿的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、易拆卸，回收

3.2 回收錨桿的回收方案

當(dāng)鉆出錨桿之后，要對錨桿的破損情況進(jìn)行檢查，對其焊接處進(jìn)行檢查，檢查其有沒有裂紋，桿體有沒有彎曲、螺旋錨頭有沒有損壞，如果有破損馬上進(jìn)行修理維護(hù)。當(dāng)檢測合格之后，方可下次繼續(xù)應(yīng)用。

4 可回收螺旋錨桿的應(yīng)用分析

在某礦井下進(jìn)行了可回收錨桿試驗(yàn)，選取1 000根錨桿進(jìn)行試驗(yàn)。依據(jù)設(shè)計(jì)來安裝錨桿，安裝完成之后再進(jìn)行檢測，檢測指標(biāo)包含檢測回收錨桿變形、檢測錨固力、檢測預(yù)緊力。

1）從100根（包括小于100根的）中隨機(jī)抽檢1根，加載拉拔一直到極限值。如果極限值不小于設(shè)計(jì)錨固力（105 kN）就合格，從試驗(yàn)結(jié)果可以證明錨固力基本合格。

2）檢測1 000根錨桿的預(yù)緊力，把扳手預(yù)緊力值設(shè)計(jì)成300 N·m，在擰緊扳手使扭矩至初始值時(shí)，就會(huì)有“嗒”的聲音信號發(fā)出來，并同時(shí)手上能感到特別顯明的振動(dòng)，這樣為合格，從試驗(yàn)結(jié)果中可以證明預(yù)緊力全部合格。

3）對比錨桿回收前后的形狀，并對以下情況進(jìn)行檢測，包括螺旋錨頭的焊接處的損壞和開裂狀況、彎曲變形、可回收錨桿的拉伸長度等，并對可回收錨桿重復(fù)使用率進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果是97.1%。