可循環(huán)復(fù)用高錳脹拉組合錨護器 的研制與應(yīng)用

小康煤礦?? 王寶權(quán)?? 安喜平? 劉鵬禹

摘? 要：研制、加工了高錳脹拉組合錨護器，其錨固性能強大，可以多次回收、循環(huán)復(fù)用，現(xiàn)場施工操作簡單方便，成本低廉，加工容易，支護可靠。使用高錳脹拉組合錨護器，可以將掘進工作面迎面墻表層的松散的煤（巖）體與深部穩(wěn)定的煤（巖）體錨固成一個整體，杜絕了迎面片幫現(xiàn)象，確保了在迎面墻下方作業(yè)的安全，降低支護成本，減少生產(chǎn)中斷事故，減少外圍運輸、裝卸物料的工作量，加快了施工進度。

關(guān)鍵詞：研制、應(yīng)用 ???高錳脹拉組合錨護器? ?循環(huán)復(fù)用? ?降低成本??

1? 研制背景

鐵煤集團小康煤礦為高應(yīng)力、強膨脹的極軟巖礦井，屬國內(nèi)外罕見。煤層節(jié)理、層理發(fā)育，煤巖體易風(fēng)化離層，膨脹破碎，呈片狀粉碎崩解。為此掘進工作面支護方式比較復(fù)雜，一般采用錨、網(wǎng)、架棚和內(nèi)注（外噴）混凝土聯(lián)合支護方式，工序繁多，施工進度慢，工作面迎面墻暴露時間長，迎面的煤（巖）巖體極易風(fēng)化離層，破碎崩解，出現(xiàn)垮塌片幫的現(xiàn)象，給下方進行組裝底梁或架棚作業(yè)的人員帶來嚴(yán)重的安全隱患，為此在掘進時需要在迎面墻上打注迎面錨桿，以求將迎面墻表層松散破碎的煤（巖）體與深部穩(wěn)定煤（巖）體錨固成為一個整體，保證掘進工作面的迎面墻完整性，杜絕迎面垮塌傷人以及片幫后出現(xiàn)超控頂距的現(xiàn)象。

以往傳統(tǒng)的維護迎面墻的做法是：在迎面墻上施工幾根φ22mm等強全螺紋錨桿、采用CK2370錨固劑進行端頭錨固，外面用托盤夾木柈的方式來維護迎面墻。傳統(tǒng)的支護效果雖然明顯，但是其缺點隨著進行下一循環(huán)掘進工作進行，也逐一凸顯出來。主要表現(xiàn)為以下幾各方面:一是迎面墻的錨桿會影響綜掘機的順利截割，容易造成綜掘機截割頭損壞，并加快截齒的磨損和消耗；二是割掉的錨桿全部彎曲、變形、損壞，無法再次利用，造成支護成本居高不下，已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對經(jīng)濟效益的追求；三是割落的錨桿、托盤極易混入工作面的貨流中，損壞綜掘機的耙運系統(tǒng)，扯壞外圍運輸機的膠帶，造成中斷生產(chǎn)事故；四是一條巷道掘下來，所需投入維護迎面的錨桿、錨固劑材料數(shù)量巨大，嚴(yán)重增加材料運輸、裝卸的工作量，占用大量非工作面作業(yè)人員。

2 ?高錳脹拉組合錨護器加工及組成結(jié)構(gòu)

? ?該組合錨護器主要利用高錳鋼管的可以經(jīng)受多次脹拉后，能夠回彈復(fù)位的特性，經(jīng)過多次試驗和探索，選定直徑為35mm，壁厚為2.5高錳鋼管，一是能可以滿足多次回彈復(fù)位的要求，二是能與井下現(xiàn)有的鉆眼的釬具相匹配。首先將高錳鋼管里端呈“十字型”切開110mm長的縫，使里端的高錳鋼管變成四個獨立的錳鋼片，以確保脹楔進入鋼管內(nèi)后，錳鋼管能夠被脹開，直徑變粗，同時為了增大錳鋼管和錨固孔之間的摩擦力，將錳鋼管開口處外壁加工成麻面。將錳鋼管的外端焊接一塊120*80mm鐵板，鐵板厚度為5mm，中間加工一個φ35mm的圓孔，以便等強錨桿可以通過錳鋼管套出來。脹楔錨桿的制作是將直徑22mm的等強錨桿前端焊接一個直徑為40mm的圓鋼帽，該圓鋼帽為楔形，可以局部被拉進錳鋼管內(nèi)。如此完成錨護器的加工(見圖一)。使用時將帶有脹楔的錨桿套入錳鋼管內(nèi)，一并插入錨固孔內(nèi)，通過旋緊錨桿螺母，將脹楔拉入錳鋼管內(nèi)，脹粗錳鋼管，與錨固孔內(nèi)壁之間產(chǎn)生強大的摩擦力，達到錨固效果。

圖一?? 高錳脹拉組合錨護器示意圖

3 ? 支護原理

在掘進工作面迎面墻上預(yù)先鉆錨固孔，將高錳脹拉組合錨護器插入孔內(nèi)，通過旋緊等強全螺紋錨桿外部的錨桿螺母，將等強全螺紋錨桿里端的圓鋼帽脹楔拉進端頭設(shè)有開口的高錳鋼管內(nèi)，撐開里端的錳鋼管，使錳鋼管發(fā)生彈性變形，直徑脹粗，與錨固孔內(nèi)壁緊密接觸，產(chǎn)生強大的摩擦力，從而完成了組合錨護器的錨固。然后通過在迎面墻上的木柈、托盤將迎面墻表層松散破碎的煤（巖）體與深部穩(wěn)定的煤（巖）體錨固成為一個整體，有效的保證了掘進工作面的迎面墻完整性，杜絕了掘進工作面迎面片幫傷人、出現(xiàn)超控頂?shù)默F(xiàn)象，確保了施工人員在迎面墻側(cè)下方作業(yè)的安全。

4 ? 錨固力的拉拔試驗及結(jié)論

本實用新型高錳脹拉組合錨護器裝置在小康煤礦S₂N₅運、回順掘進施工時，進行了工業(yè)試驗和使用，在試用期間，在一周內(nèi)先后礦和集團公司分三次組織了高錳脹拉組合錨護器的錨固情況拉拔檢驗。所使用的拉拔設(shè)備型號為：MQ-60型手由壓泵。第一次當(dāng)拉拔力達到5T時，停止拉拔，證明其錨固力大于5T；第二次當(dāng)拉拔力達到10T時，停止拉拔，證明其錨固力大于10T；第三次現(xiàn)場當(dāng)拉拔力達到15T時，停止拉拔，證明錨固力大于15T。經(jīng)過三次現(xiàn)場拉拔試驗，錨固力足夠達到了預(yù)期的目的，發(fā)現(xiàn)支護效果明顯。

試驗結(jié)果證明，該高錳脹拉組合錨護裝置錨固力符合國內(nèi)行業(yè)規(guī)定，大于集團公司規(guī)定錨固力5T的規(guī)定，錨固力合格。

5? 高錳脹拉組合錨護器 安裝 方法

在工作面迎面墻上使用7655式鑿巖機，配合B22×1600mm六棱鋼鉆桿、Φ43mm“一”字鉆頭施工錨固鉆孔，然后將高錳脹拉組合錨護器放入鉆孔內(nèi)，別上木柈、上好托盤，用風(fēng)動扳手旋緊Φ22mm全螺紋等強錨桿的螺帽，將等強全螺紋錨桿里端的圓鋼帽脹楔拉進端頭有開口的Φ35mm1.4m長的高錳鋼管內(nèi)，脹開里端的錳鋼管，使錳鋼管發(fā)生彈性變形，直徑變粗。輔以迎面墻上的木柈、托盤將迎面墻表層的煤巖體與深部穩(wěn)定的煤（巖）體錨固成為一個整體，有效保證掘進工作面的迎面墻完整性（見圖二）。為加大高錳脹拉組合錨護器裝置與煤（巖）錨固孔的摩擦力，特地在錳鋼管的外壁加工麻面和螺紋，保證開口長度達到110mm，確保安裝后的錨固力符合要求。???

6 ? 高錳脹拉組合錨護器 拆除、循環(huán)復(fù)用 方法

開始下一循環(huán)掘進工作之前，要先拆除高錳脹拉組合錨護器。具體施工步驟如下：人員站在底貨上用風(fēng)動扳手輔以長把套筒松開Φ22mm全螺紋等強錨桿的，將托盤、木柈拆下，在嵌入煤壁的Φ22mm全螺紋等強錨桿的頭戴上一個螺母，使用大錘等向內(nèi)敲擊Φ22mm全螺紋等強錨桿，使圓鋼帽脹楔從高錳鋼管內(nèi)退出，則高錳鋼管依靠自身強大的回彈特性，其端頭直徑會自動回復(fù)到初始狀態(tài)Φ35mm，小于迎面墻上的錨固孔Φ43mm的直徑，然后將高錳脹拉組合錨護器由迎面墻拽出，完成拆卸工作。拆下的高錳脹拉組合錨護器放到一旁以備下次使用，拆卸迎面錨固器的順序為先下后上。

7? 應(yīng)用效果

該高錳脹拉組合錨護器裝置被應(yīng)用于小康煤礦S₂N₅運、回順掘進工作面迎面墻維護和加固施工中，截止到目前，效果良好，既滿足了迎面墻維護加固的目的，又可以多次回收、循環(huán)復(fù)用，現(xiàn)場施工簡單方便，成本低廉，加工容易，錨固有效，支護可靠，有效地降低了掘進支護的成本，促進了安全生產(chǎn)。

圖二 組合錨護器維護迎面墻剖面圖

8 ?經(jīng)濟效益

綜上所述，極軟巖礦井掘進工作面使用了新型高錳脹拉組合錨護器裝置維護迎面后，可以將迎面墻表層的松散的煤（巖）體與深部的煤（巖）體錨固成一個整體，杜絕了掘進迎面片幫后，出現(xiàn)超控頂現(xiàn)象，有效保證軟巖巷道掘進工作面的迎面墻完整性，確保施工人員在掘進工作面迎面墻下方作業(yè)的安全。其錨固性能強大，可以多次回收、循環(huán)復(fù)用，現(xiàn)場施工操作簡單方便，成本低廉，加工容易，支護可靠，極大地降低軟巖巷道掘進支護成本投入，減少生產(chǎn)中斷事故次數(shù)，減少外圍運輸、裝卸物料的工作量，進一步加快了掘進進度。

8.1 直接效益：

（1）、由于高錳脹拉組合錨護器裝置可以多次復(fù)用，每循環(huán)（1.8m）可以減少4個等強錨桿及相關(guān)支護材料的投入和的浪費。每根錨桿單價為41.44元/根，螺母單價為2.56/個，錨固劑φ2370單價為5.81元/支，小康礦本年度掘進進尺為7886m,則全年節(jié)省支護材料投入如下：

(7886/1.8)*4*41.44+(7886/1.8)*4*2.56+(7886/1.8)*4*5.81=87.3萬元

（2）、打注每個錨桿的人工費為33.4元/根，則全年節(jié)省的人工費為：

??????? ???????????????????(7886/1.8)*4*33.4=58.5萬元

綜上，使用可回收復(fù)用高錳脹拉組合錨護器裝置維護掘進工作面迎面后，僅一年節(jié)省的材料費和人工費的所創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益為：

?????????? ????????????????87.3+58.5=145.8.萬元

8.2 安全效益

小康礦通過使用可回收循環(huán)復(fù)用高錳脹拉組合錨護器裝置維護掘進工作面迎面后，減少了作業(yè)人員的勞動強度，減少外圍運輸、裝卸物料的工作量，加快了掘進進度。富余下來的人員被充實到工作面標(biāo)準(zhǔn)化和其它生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，不僅將工作面的進度搞了上去，而且使掘進工作面沿線標(biāo)準(zhǔn)化水平也提高了一個層次，提高了安全工作系數(shù)。僅一年創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益就為150萬元，后續(xù)的經(jīng)濟效益無法計算。為同樣是極軟巖礦井掘進工作面的迎面維護。提供了可借鑒的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，這諸多方面所帶來社會效益和好處是難以估量的！

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作者簡介? 第一作者：王寶權(quán)（1974-），男，工程師，2010年畢業(yè)于遼寧省工程技術(shù)大學(xué)采礦專業(yè)，現(xiàn)任小康煤礦生產(chǎn)科工程師。曾在省級刊物發(fā)表論文10篇。聯(lián)系電話：024—76841059?? 電話：13804102669。

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