一种新型完全可回收锚杆的设计分析

刘建嗣

（山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司，山西 吕梁 033500）

引言

目前，由于锚杆技术的不断发展，在煤矿开采中如加固基坑、稳固边坡上得到了广泛应用。在煤矿工作面回采时，锚杆应用于煤柱、巷道两帮支护，进而在开采时难免会受到如转载机、运输皮带、采煤机等采煤机械的破坏，不仅降低了开采效率，而且对生产能力造成了影响，因此，设计了一种新型完全可回收锚杆并展开分析。

1 可回收螺旋锚杆特点

1.1 运行流程和功能特点

目前把被设计出来的完全可回收锚杆称作HML系列。此种螺旋锚杆是一种新型的锚杆，主要用作矿体的支护，可完全回收锚杆的锚固的运行流程就是凭借矿体内镶嵌的锚杆螺旋齿进而产生正压力，从而产生锚固力，锚固力与锚固段会随着镶嵌的位置越深而越大。煤矿的巷道工程中服务期限不长的可以使用此产品，如切眼、工作面的顺槽、煤巷等。按照设计的主要目的，此产品不仅要配置配套的机具、拆卸设备、安装与生产，还应存在下面的目标与功能：

1）较快的安装速度，较大的锚固力。

2）易拆卸，可完全使用的次数比较多，支护成本大幅度下降。

3）选用HML系列螺旋锚杆，能够有助于降低人员的劳动强度。

4）改变锚杆之前固有的锚固方法，使其可靠性、安全性得到提高。

5）完全的可回收，降低采运的事故率，把隐患消除，确保采掘设备运行的安全性。

HML系列螺旋锚杆的锚固力的运行流程不同于摩擦式，本系列能够被普遍使用。

1.2 结构特点

从图1可以看出，螺母、敢提、锚头构成了螺旋锚杆结构，各部件具有如下特点：

图1 可回收锚杆结构

1）螺旋锚头：螺旋锚头的的作用是锚固煤岩中的矿体，其由专用的机械轧制成三角型。螺旋的长度与煤层的普氏系数成反比，后者越小，前者就越长，此时的抗拉拔强度就是支护时所必须的。

2）杆体：杆体的作用是承担锁紧端和锚固端。按照工程的实际要求，能够选择Q235碳素结构的直径不同，并对圆钢进行热轧[1]。

3）焊接螺母：其作用是连接安装机具和锚杆，并回收和安装锚杆。

4）尾部螺纹：其作用是对托盘进行固定与安装。

螺旋锚杆的锚杆是由杆体和锚头焊接而成的，并且锚头是特制成螺旋形的，第一，对其进行加热，其加热是由加热装置实现的，并且加热装置必须是高频的。第二，螺旋锚杆是将其缠绕在缠绕设备而成的，低碳钢在热轧之后就能成为三角型材，然后在把三角型材进行绕制，最后就成为了螺旋锚头，螺距相同，把其中的一端研磨成椎体，其度数是30°[2]，这样有助于锚杆能够不借助外力就钻入煤岩体中；圆钢经过热轧形成了锚杆杆体，并对锚杆的末端进行加工，进而形成螺纹，其螺纹能够把螺母按上，托盘、杆体、螺旋锚头构成了杆体的附件。

2 可回收螺旋锚杆所具有的优点

1）易拆卸，在对锚杆进行拆卸时，时间与工序等不会增加，而且还能够完全被回收，并能重复的多次采用，会使支护成本大幅度下降；之前固有的锚杆是不能回收使用的。

2）锚杆安装时不混乱，操作人员能够掌握监控锚杆从围岩漏出来的尺寸，并用钻具进行统一。之前固有的锚杆由于无法控制锚固剂的凝固时间与计量，所以不能随意进行调节。

3）可回收锚杆的锚力凭借了在矿体内嵌入的螺旋锚头产生的正压力，并把固有的锚固剂进行替代，这样有利于环境的保护。

3 可回收螺旋锚杆的安装与回收方案

3.1 安装锚杆的回收方案

1）把2 m长的锚杆作为例子，第一步要做的就是选取钻机把阶梯式钻头统统打进围岩中，需要关注的是，围岩中阶梯式钻头进入的深度比2 m长的锚杆最少长20 cm（是因为有脱落的碎石在施工进程中产生和围岩的外表不平整等状况）。在进行施工时，需要特别关心的就是排粉，为了防止不能把钻杆拔出来，就需要最大程度地打深阶梯孔。打孔主要是由阶梯式钻头实现的，其目的就是当安装可回收螺旋锚杆时，能够对其进行定位，有助于安装可回收螺旋锚杆；细孔的产生也是由阶梯式钻头实现的，把细孔与可回收螺旋锚杆锚头两者的直径进行比较，前者要小于后者，有助于将来把有锚头的可回收螺旋锚杆嵌进围岩内，进而取得锚固力。在结束钻孔后，卸下并收回阶梯式钻头，图2即为阶梯式钻头。

图2 阶梯式钻头（单位：mm）

2）首先，就是在阶梯式孔内插入可回收螺旋锚杆，朝里与朝外的分别是缠绕锚头与焊接螺母。并在焊接螺母上套上倍增器套筒，并把倍增器和钻机连接起来（图3即为其示意图）。现在，两个操作人员分别对钻机与倍增器进行操作，把其焊接螺母的尾部最少有10 cm被推进孔内（此时把围岩的顶实面当作旋入深度的标准，如果在进行旋入时有坍塌出现，那么标准不变）。

图3 可回收锚杆安装示意图

3）把倍增器与钻机取下来，把形状为方形的托盘（垫板）放上，再把垫圈放上，然后在把螺母拧上，把倍增器进行连接，然后在打开钻机，开到低速，用这一速度把螺母拧紧，并马上把预紧力进行施加，其作用就是锚固。图4即为锚杆锚固段：时，首要做的就是保证回收地区的安全性，并把防护措施安置在操作人员进行操作的地区，只要拧出来末尾的螺母，把托盘拆卸下来，外露的锚杆一端安装钻机，钻机反方向旋转就能把锚杆转出来。

图4 锚杆锚固端

可回收螺旋锚杆的优点是经济、易拆卸，回收

3.2 回收锚杆的回收方案

当钻出锚杆之后，要对锚杆的破损情况进行检查，对其焊接处进行检查，检查其有没有裂纹，杆体有没有弯曲、螺旋锚头有没有损坏，如果有破损马上进行修理维护。当检测合格之后，方可下次继续应用。

4 可回收螺旋锚杆的应用分析

在某矿井下进行了可回收锚杆试验，选取1 000根锚杆进行试验。依据设计来安装锚杆，安装完成之后再进行检测，检测指标包含检测回收锚杆变形、检测锚固力、检测预紧力。

1）从100根（包括小于100根的）中随机抽检1根，加载拉拔一直到极限值。如果极限值不小于设计锚固力（105 kN）就合格，从试验结果可以证明锚固力基本合格。

2）检测1 000根锚杆的预紧力，把扳手预紧力值设计成300 N·m，在拧紧扳手使扭矩至初始值时，就会有“嗒”的声音信号发出来，并同时手上能感到特别显明的振动，这样为合格，从试验结果中可以证明预紧力全部合格。

3）对比锚杆回收前后的形状，并对以下情况进行检测，包括螺旋锚头的焊接处的损坏和开裂状况、弯曲变形、可回收锚杆的拉伸长度等，并对可回收锚杆重复使用率进行计算，得出的结果是97.1%。