自制锚杆旋转安装器在嵩县山金的推广应用

李施庆,安梓豪,张亚鹏

(嵩县山金矿业有限公司, 河南 嵩县 471435)

0 引 言

随着矿产资源的消耗迅猛增长,开采深度逐步增加,对于深部不良岩体巷道的支护新技术与新工艺成为必须要解决的难题。原掘进工程支护方式为管缝式锚杆,U型钢支护,喷浆,锚喷支护等。根据巷道顶板支护实践,单一的管缝式锚杆支护难以适应深部高应力,高温,水量大的安全技术要求。嵩县山金及时引进同行业先进技术-树脂锚杆支护技术,即树脂锚固剂配以金属材质杆体的锚杆支护新技术。

在嵩县山金矿05中段进行现场作业时发现,因巷道顶板岩石条件较差,在对巷道顶板进行锚杆支护时必须及时进行。而传统树脂锚杆安装机主要存在支护安装流程复杂、施工流程时间较长、作业劳动强度大且效率低(每班只能施工4~6根)、安装过程较为危险以及锚杆安装机的购买和后期维修所需费用高等缺点,成为制约井下树脂锚杆支护推广应用的主要因素。因此,必须解决树脂锚杆安装过程中施工工序复杂、作业时间长等问题,为树脂锚杆应用与井下巷道支护提供技术保障。

1 方案措施

针对上述树脂锚杆在安装工艺上出现的问题,通过改进树脂锚杆安装工艺,达到精简施工工序、缩短作业时间和解决钻机反转时螺帽退落等问题。在实际生产过程中发现,通过联合YT-28型凿岩机配套自制树脂锚杆连接器代替传统树脂锚杆安装机的使用,大大缩短了井下巷道锚杆支护作业时间,简化了施工工序,且能有效解决反转时螺帽退落问题。

1．1 锚杆安装机改进方案

在矿区就地取材,通过进行现场实验对树脂锚杆安装工艺进行优化改进。具体方案为:抛弃传统树脂锚杆安装机,改用YT-28型凿岩机搭配简易树脂锚杆连接装置,形成一套自制的锚杆安装装置,利用钻机旋转和气腿支撑对锚杆进行旋转推进,不仅简化了树脂锚杆支护施工工序,还能缩短支护作业时间。

简易树脂锚杆连接装置通过在废旧钻杆尾部连接一个钢筒制作而成,具有制作工艺简单,重量轻,便于携带等优点。简易树脂锚杆连接器如图1所示,YT-28型凿岩机与树脂锚杆安装器推进过程如图2所示。

图1 简易树脂锚杆连接器

图2 YT－28凿岩机与树脂锚杆安装器

工作原理:YT-28型风动凿岩机转动钻杆,通过自制连接装置转动树脂锚杆螺母,因螺母与树脂锚杆杆体焊接,锚杆杆体随之左转旋转对锚固剂进行充分搅拌。

1．2 树脂锚杆加工改进

由于YT-28型风动凿岩机转向与锚杆螺帽转向相反,转动过程中容易导致锚杆螺帽脱落,搅拌不理想,效果没有达到预期目标。针对该问题,通过进行现场试验证明,可以采用在树脂锚杆杆体尾部加工焊堵段的方式防止螺帽退落,树脂锚杆尾部焊堵段如图3所示。

图3 树脂锚杆尾部焊堵段

2 现场试验结果分析

为进一步确定实验结果的可靠性,嵩县山金矿在矿区各中段进行了推广性实验,根据巷道顶板支护实践效果表明:

进行树脂锚杆支护施工时,直接将自制锚杆安装器安装在YT-28型凿岩机上进行工作,它所需要的动力都由YT-28型凿岩机提供,减少拆换锚杆安装机的时间,简化繁杂的工序,提高支护效率,从而极大地提高了巷道的施工速度,大大降低了锚杆施工过程中工人的劳动强度和作业时间。

2．1 锚杆锚固力检测分析

2018年4月,嵩县山金矿在矿区05中段对自制安装器进行了锚固力检测(锚杆破坏性抗拉拔试验),分别对施工2 h后的树脂锚杆各3根进行了锚固力检测,井下拉拔试验现场施工如图4所示。

(1)使用YT-28风动凿岩机配套自制连接装置施工的3根树脂锚杆锚固力均达到设计要求的100 k N。

(2)传统树脂锚杆安装机安装时间较长,效率过低;与YT-28型风动凿岩机配套使用的连接装置能和螺母紧密契合并带动杆体旋转,快速搅拌锚固剂,每班安装数量可达到20~30根,效率大大提高。

图4 井下拉拔实验

2．2 经济效益分析

(1)根据市场价格推算,购买一台锚杆安装机的市场价格约2000元,嵩县山金矿区现阶段树脂锚杆施工的掘进面有10个,购买锚杆安装机所需费用2万元左右;与树脂锚杆安装机对比,经自主加工改进的树脂锚杆安装器用料低廉,降低了生产成本,在企业降本增效方面发挥了作用。

(2)使用锚杆安装机时因中途需要更换设备等因素导致安装时间普遍超过20 min,而改进后的锚杆安装器安装1根锚杆的时间仅为3~5 min,实现了快速有效维护巷道顶板稳定的目标;此外,与改进前锚杆安装流程繁琐且需加班用风相比,改进后减少了用风时长。

(3)树脂锚杆尾部加工焊堵段使锚固剂搅拌更加充分,提高了树脂锚杆质量、改善了巷道支护效果。

(4)通过采用树脂锚杆维护顶板,能有效防止顶板冒落和垮塌,配合高强度树脂锚杆支护,将大大改善巷道支护效果和作业安全条件,从实际支护效果来看,采用树脂锚杆支护巷道返修率低,可有效维护巷道稳定。

(5)传统树脂锚杆安装工序复杂且效率低,导致井下作业人员态度消极,增加了树脂锚杆在矿区推广使用的难度。经井下施工人员反馈,改进后的自制安装器施工工序简单、施工效率高、质量也得到了大幅提升,解决了树脂锚杆在嵩县山金推广使用的瓶颈问题。

3 结 论

YT-28型风动凿岩机配套使用自制连接装置大大降低了锚杆施工过程中工人的劳动强度和作业时间,提高了支护效率与质量,降低了生产成本,简化了操作工艺,为企业降本增效发挥了作用。

随着嵩县山金深部开采的延伸,改进后的树脂锚杆安装器对地压条件复杂、岩石破碎等深部支护方式有效化、多样化都起到了积极作用,在进行井下巷道顶板树脂锚杆支护作业施工上值得同类型矿山借鉴。