“第三十七屆科技論文交流會”一等獎?wù)撐?
可循環(huán)復(fù)用高錳脹拉組合錨護(hù)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(hù)器，其錨固性能強(qiáng)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(hù)可靠。使用高錳脹拉組合錨護(hù)器，可以將掘進(jìn)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(hù)成本，減少生產(chǎn)中斷事故，減少外圍運(yùn)輸、裝卸物料的工作量，加快了施工進(jìn)度。
關(guān)鍵詞：研制、應(yīng)用 ???高錳脹拉組合錨護(hù)器? ?循環(huán)復(fù)用? ?降低成本??
1? 研制背景
鐵煤集團(tuán)小康煤礦為高應(yīng)力、強(qiáng)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(jìn)工作面支護(hù)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(hù)方式，工序繁多，施工進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)迎面墻的做法是：在迎面墻上施工幾根φ22mm等強(qiáng)全螺紋錨桿、采用CK2370錨固劑進(jìn)行端頭錨固，外面用托盤夾木柈的方式來維護(hù)迎面墻。傳統(tǒng)的支護(hù)效果雖然明顯，但是其缺點(diǎn)隨著進(jìn)行下一循環(huán)掘進(jìn)工作進(jìn)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(jī)的順利截割，容易造成綜掘機(jī)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(hù)成本居高不下，已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對經(jīng)濟(jì)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(jī)的耙運(yùn)系統(tǒng)，扯壞外圍運(yùn)輸機(jī)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(hù)迎面的錨桿、錨固劑材料數(shù)量巨大，嚴(yán)重增加材料運(yùn)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(hù)器加工及組成結(jié)構(gòu)
? ?該組合錨護(hù)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(yàn)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(dú)立的錳鋼片，以確保脹楔進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)錳鋼管內(nèi)。如此完成錨護(hù)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(qiáng)大的摩擦力，達(dá)到錨固效果。
圖一?? 高錳脹拉組合錨護(hù)器示意圖
3 ? 支護(hù)原理
在掘進(jìn)工作面迎面墻上預(yù)先鉆錨固孔，將高錳脹拉組合錨護(hù)器插入孔內(nèi)，通過旋緊等強(qiáng)全螺紋錨桿外部的錨桿螺母，將等強(qiáng)全螺紋錨桿里端的圓鋼帽脹楔拉進(jìn)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(qiáng)大的摩擦力，從而完成了組合錨護(hù)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(jìn)工作面的迎面墻完整性，杜絕了掘進(jìn)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(yàn)及結(jié)論
本實(shí)用新型高錳脹拉組合錨護(hù)器裝置在小康煤礦S2N5運(yùn)、回順掘進(jìn)施工時，進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)和使用，在試用期間，在一周內(nèi)先后礦和集團(tuán)公司分三次組織了高錳脹拉組合錨護(hù)器的錨固情況拉拔檢驗(yàn)。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(dá)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(dá)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(dá)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(yàn)，錨固力足夠達(dá)到了預(yù)期的目的，發(fā)現(xiàn)支護(hù)效果明顯。
試驗(yàn)結(jié)果證明，該高錳脹拉組合錨護(hù)裝置錨固力符合國內(nèi)行業(yè)規(guī)定，大于集團(tuán)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(hù)器 安裝 方法
在工作面迎面墻上使用7655式鑿巖機(jī)，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(hù)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(qiáng)錨桿的螺帽，將等強(qiáng)全螺紋錨桿里端的圓鋼帽脹楔拉進(jìn)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(jìn)工作面的迎面墻完整性（見圖二）。為加大高錳脹拉組合錨護(hù)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(dá)到110mm，確保安裝后的錨固力符合要求。???
6 ? 高錳脹拉組合錨護(hù)器 拆除、循環(huán)復(fù)用 方法
開始下一循環(huán)掘進(jìn)工作之前，要先拆除高錳脹拉組合錨護(hù)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(qiáng)錨桿的，將托盤、木柈拆下，在嵌入煤壁的Φ22mm全螺紋等強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)器由迎面墻拽出，完成拆卸工作。拆下的高錳脹拉組合錨護(hù)器放到一旁以備下次使用，拆卸迎面錨固器的順序?yàn)橄认潞笊稀?/p>
7? 應(yīng)用效果
該高錳脹拉組合錨護(hù)器裝置被應(yīng)用于小康煤礦S2N5運(yùn)、回順掘進(jìn)工作面迎面墻維護(hù)和加固施工中，截止到目前，效果良好，既滿足了迎面墻維護(hù)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(hù)可靠，有效地降低了掘進(jìn)支護(hù)的成本，促進(jìn)了安全生產(chǎn)。
圖二 組合錨護(hù)器維護(hù)迎面墻剖面圖
8 ?經(jīng)濟(jì)效益
綜上所述，極軟巖礦井掘進(jìn)工作面使用了新型高錳脹拉組合錨護(hù)器裝置維護(hù)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(jìn)迎面片幫后，出現(xiàn)超控頂現(xiàn)象，有效保證軟巖巷道掘進(jìn)工作面的迎面墻完整性，確保施工人員在掘進(jìn)工作面迎面墻下方作業(yè)的安全。其錨固性能強(qiáng)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(hù)可靠，極大地降低軟巖巷道掘進(jìn)支護(hù)成本投入，減少生產(chǎn)中斷事故次數(shù)，減少外圍運(yùn)輸、裝卸物料的工作量，進(jìn)一步加快了掘進(jìn)進(jìn)度。
8.1 直接效益：
（1）、由于高錳脹拉組合錨護(hù)器裝置可以多次復(fù)用，每循環(huán)（1.8m）可以減少4個等強(qiáng)錨桿及相關(guān)支護(hù)材料的投入和的浪費(fèi)。每根錨桿單價(jià)為41.44元/根，螺母單價(jià)為2.56/個，錨固劑φ2370單價(jià)為5.81元/支，小康礦本年度掘進(jìn)進(jìn)尺為7886m,則全年節(jié)省支護(hù)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(fèi)為33.4元/根，則全年節(jié)省的人工費(fèi)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(hù)器裝置維護(hù)掘進(jìn)工作面迎面后，僅一年節(jié)省的材料費(fèi)和人工費(fèi)的所創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)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(hù)器裝置維護(hù)掘進(jìn)工作面迎面后，減少了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，減少外圍運(yùn)輸、裝卸物料的工作量，加快了掘進(jìn)進(jìn)度。富余下來的人員被充實(shí)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(jìn)度搞了上去，而且使掘進(jìn)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(jì)效益就為150萬元，后續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益無法計(jì)算。為同樣是極軟巖礦井掘進(jìn)工作面的迎面維護(hù)。提供了可借鑒的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，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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