一種新型完全可回收錨桿的設計分析

劉建嗣

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業有限公司，山西 呂梁 033500）

引言

目前，由于錨桿技術的不斷發展，在煤礦開采中如加固基坑、穩固邊坡上得到了廣泛應用。在煤礦工作面回采時，錨桿應用于煤柱、巷道兩幫支護，進而在開采時難免會受到如轉載機、運輸皮帶、采煤機等采煤機械的破壞，不僅降低了開采效率，而且對生產能力造成了影響，因此，設計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

1.1 運行流程和功能特點

目前把被設計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，可完全回收錨桿的錨固的運行流程就是憑借礦體內鑲嵌的錨桿螺旋齒進而產生正壓力，從而產生錨固力，錨固力與錨固段會隨著鑲嵌的位置越深而越大。煤礦的巷道工程中服務期限不長的可以使用此產品，如切眼、工作面的順槽、煤巷等。按照設計的主要目的，此產品不僅要配置配套的機具、拆卸設備、安裝與生產，還應存在下面的目標與功能：

1）較快的安裝速度，較大的錨固力。

2）易拆卸，可完全使用的次數比較多，支護成本大幅度下降。

3）選用HML系列螺旋錨桿，能夠有助于降低人員的勞動強度。

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，降低采運的事故率，把隱患消除，確保采掘設備運行的安全性。

HML系列螺旋錨桿的錨固力的運行流程不同于摩擦式，本系列能夠被普遍使用。

1.2 結構特點

從圖1可以看出，螺母、敢提、錨頭構成了螺旋錨桿結構，各部件具有如下特點：

圖1 可回收錨桿結構

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

2）桿體：桿體的作用是承擔鎖緊端和錨固端。按照工程的實際要求，能夠選擇Q235碳素結構的直徑不同，并對圓鋼進行熱軋[1]。

3）焊接螺母：其作用是連接安裝機具和錨桿，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，對其進行加熱，其加熱是由加熱裝置實現的，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；圓鋼經過熱軋形成了錨桿桿體，并對錨桿的末端進行加工，進而形成螺紋，其螺紋能夠把螺母按上，托盤、桿體、螺旋錨頭構成了桿體的附件。

2 可回收螺旋錨桿所具有的優點

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

2）錨桿安裝時不混亂，操作人員能夠掌握監控錨桿從圍巖漏出來的尺寸，并用鉆具進行統一。之前固有的錨桿由于無法控制錨固劑的凝固時間與計量，所以不能隨意進行調節。

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

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把階梯式鉆頭統統打進圍巖中，需要關注的是，圍巖中階梯式鉆頭進入的深度比2 m長的錨桿最少長20 cm（是因為有脫落的碎石在施工進程中產生和圍巖的外表不平整等狀況）。在進行施工時，需要特別關心的就是排粉，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現的，其目的就是當安裝可回收螺旋錨桿時，能夠對其進行定位，有助于安裝可回收螺旋錨桿；細孔的產生也是由階梯式鉆頭實現的，把細孔與可回收螺旋錨桿錨頭兩者的直徑進行比較，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圍巖內，進而取得錨固力。在結束鉆孔后，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，并把倍增器和鉆機連接起來（圖3即為其示意圖）。現在，兩個操作人員分別對鉆機與倍增器進行操作，把其焊接螺母的尾部最少有10 cm被推進孔內（此時把圍巖的頂實面當作旋入深度的標準，如果在進行旋入時有坍塌出現，那么標準不變）。

圖3 可回收錨桿安裝示意圖

3）把倍增器與鉆機取下來，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，把倍增器進行連接，然后在打開鉆機，開到低速，用這一速度把螺母擰緊，并馬上把預緊力進行施加，其作用就是錨固。圖4即為錨桿錨固段：時，首要做的就是保證回收地區的安全性，并把防護措施安置在操作人員進行操作的地區，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，鉆機反方向旋轉就能把錨桿轉出來。

圖4 錨桿錨固端

可回收螺旋錨桿的優點是經濟、易拆卸，回收

3.2 回收錨桿的回收方案

當鉆出錨桿之后，要對錨桿的破損情況進行檢查，對其焊接處進行檢查，檢查其有沒有裂紋，桿體有沒有彎曲、螺旋錨頭有沒有損壞，如果有破損馬上進行修理維護。當檢測合格之后，方可下次繼續應用。

4 可回收螺旋錨桿的應用分析

在某礦井下進行了可回收錨桿試驗，選取1 000根錨桿進行試驗。依據設計來安裝錨桿，安裝完成之后再進行檢測，檢測指標包含檢測回收錨桿變形、檢測錨固力、檢測預緊力。

1）從100根（包括小于100根的）中隨機抽檢1根，加載拉拔一直到極限值。如果極限值不小于設計錨固力（105 kN）就合格，從試驗結果可以證明錨固力基本合格。

2）檢測1 000根錨桿的預緊力，把扳手預緊力值設計成300 N·m，在擰緊扳手使扭矩至初始值時，就會有“嗒”的聲音信號發出來，并同時手上能感到特別顯明的振動，這樣為合格，從試驗結果中可以證明預緊力全部合格。

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使用率進行計算，得出的結果是97.1%。