新型錨桿回收鉆具的研制與應(yīng)用

摘 要：基于對各種錨桿回收鉆具的結(jié)構(gòu)研究，整合各種回收鉆具的優(yōu)點，取之長處，經(jīng)分析計算研制出了新型錨桿回收鉆具。經(jīng)在井下試驗，證明此新型錨桿回收鉆具可以大大提高錨桿回收的效率和成功率，降低了勞動強度，取得了良好的社會經(jīng)濟效益，是一種很具有前途的回收機具。

關(guān)鍵詞：錨桿支護；錨桿回收；回收鉆具；彎曲錨桿；

中圖分類號：TE921 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-01

煤礦井下錨桿支護在保證煤礦安全生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，是一道必不可少的作業(yè)方式，但伴隨著各煤礦的不斷開采，儲煤量的減少，煤礦回采現(xiàn)象在各礦日益凸顯。然而在工作面回采過程中，由于幫錨桿的存在，對采煤機刀具、機頭等產(chǎn)生很大程度的損壞，致使采煤效率降低，并且在采煤的過程中存在著較大的安全隱患，嚴(yán)重影響煤礦安全生產(chǎn)。因此，怎樣回收錨桿，降低支護成本，確保煤礦安全生產(chǎn)成為眾所關(guān)注的焦點。通過提前回收錨桿可避免綜采機割煤是遇見金屬錨桿損壞刀刃，一方面可為企業(yè)減少大量的錨桿費用，降低了大量鋼材消耗。另一方面可通過錨桿的回收工序?qū)㈠^桿二次利用，降低了大量鋼材的二次消耗，為煤礦井下開采節(jié)約一定的資金消耗。但是受地壓的影響，錨桿長時間會彎曲變形，這就給回收錨桿造成了很大的困難，基于以上信息，急于研制一種新型錨桿回收鉆具。

一、已有錨桿回收鉆具特點分析

淮北礦業(yè)集團石臺煤礦的王艷功設(shè)計了一套回收煤巷幫錨桿的回收機具[1]，此結(jié)構(gòu)的缺點：外徑外沒有螺旋帶，不利用煤粉的順利排出。

新汶礦業(yè)集團良莊煤礦的李旭、郭英明設(shè)計的錨桿回收鉆具[2]，此結(jié)構(gòu)的缺點：（1）長度太長，受礦下空間的限制，操作不便；（2）通長為螺旋帶，和孔徑差較小，在鉆進時摩擦力大。

上述兩種方案都是在錨桿沒有變形的情況下使用的，然而當(dāng)?shù)貕哼^大，長時間受地壓的影響，錨桿會彎曲變形，一方面鉆頭內(nèi)徑較小，彎曲的錨桿將會被鉆頭刀片切削，損傷錨桿；另一方面受彎曲的影響，錨桿與鉆桿摩擦力加大，致使無法鉆進，顯然兩種方案就不適用，達不到回收錨桿并且二次利用的目的。

二、現(xiàn)有工況條件

山西介休安益煤業(yè)：回采巷使用，回收的錨桿直徑為16mm，長度為1600mm，等強度螺紋鋼，錨桿間排距為800mm，地壓大，錨桿錨固時間一年多，錨桿多為彎曲變形，鉆孔直徑為32mm，錨固段長度為400mm。

三、新型錨桿回收鉆具研制

新型錨桿回收鉆具由取芯鉆頭、前鉆桿、后螺旋鉆桿、接頭四大部分組成。

其中取芯鉆頭作為錨桿回收鉆具工作機構(gòu)的關(guān)鍵部件，將直接決定回收錨桿的成敗，取芯鉆頭的內(nèi)徑推導(dǎo)如下：Dqn≥D1+2E （3-1）

式中，E為偏心距，即由于錨桿在攪拌錨固劑時存在擴孔現(xiàn)象，使得鉆孔的直徑由D增大到了D1，Emax=（D1-d）/2 （3-2）

式中，d為錨桿直徑。為避免孔壁觸碰錨桿，必須考慮偏心距，

則Dqn≥D1+2E=2 D1-d （3-3）

取芯鉆頭外徑：Dqw≥Dqn+2n （3-4）

式中，n=取芯鉆頭的筒壁厚度+排渣道寬度+適當(dāng)?shù)膫溆脤挾取?/p>

根據(jù)現(xiàn)有工況條件及公式（3-3）求得取芯鉆頭的內(nèi)徑為：Dqn≥2 D1-d=2×35-16=54mm

式中D1為攪拌錨固劑后擴孔之后的直徑35mm，d為錨桿直徑16mm。再根據(jù)公式（3-4）選取n的值為16mm，得出取芯鉆頭外徑為86mm。

所以設(shè)計取芯鉆頭的內(nèi)徑為54mm，外徑為86mm，采用銅釬焊將鉆頭體和4件三角形狀的硬質(zhì)合金刀頭組成，刀頭均布排列，外凸出于鉆頭體，在鉆進時只是鉆頭體內(nèi)徑和錨桿摩擦，避免硬質(zhì)合金刀頭與錨桿碰觸，切削錨桿。鉆頭體材質(zhì)選用耐磨材料，以保證取芯鉆頭有很長的使用壽命。鉆頭體的形狀設(shè)計為錐形，并且外徑錐面上布有溝槽，使其鉆頭體有一定的直徑差，減小鉆頭和煤壁的摩擦，以達到快速排粉的目的。

前鉆桿分為兩段，前段內(nèi)徑和鉆頭內(nèi)徑相同，都為54mm，外徑為60mm，此段長度為500mm；后段內(nèi)徑為41mm，外徑為48mm，長度為100mm，在鉆取錨桿時，為方便錨桿能順利通過此段，將此段設(shè)計為喇叭口。由于前段和后段直徑差較大，為了節(jié)約材料，采用組焊形式。這樣設(shè)計有兩大好處，其一，鉆桿內(nèi)徑大于錨固段直徑，在鉆取錨桿時，能有效減小鉆桿和錨固段的切削力和摩擦力，提高鉆進效率；其二，由于錨桿受地壓彎曲變形，彎曲后直徑小于鉆桿內(nèi)徑，在鉆進時，減小錨桿與鉆桿摩擦，較大限度的降低錨桿的損傷。

后螺旋鉆桿內(nèi)徑為41mm，外徑為48mm，且外徑纏繞6mm鋼絲，螺距為72mm，總外徑和前鉆桿外徑相同都為60mm，有效長度為600mm，采用螺旋鉆桿的形式可以更快的將煤粉或煤泥排出。鉆桿和鉆桿之間的連接為矩形螺紋連接，有效長度600mm，可以最大限度的提高井下作業(yè)的可操作性。

接頭的形式是一端為矩形外螺紋，另一端為B19方，和幫機連接，中間有通水孔，在鉆進切削是能及時提供水源，起到冷卻鉆頭、沖刷煤粉、排削的作用。

四、操作規(guī)程及原理

該新型錨桿回收鉆具配合我公司的50幫機使用。具體步驟：（1）接通氣源和水源，檢查幫機的運轉(zhuǎn)情況和排水情況；（2）將鉆頭、前鉆桿、接頭連為一體，然后和幫機插接；（3）依次拆卸錨桿螺帽、托盤；（4）然后將鉆頭插進錨桿，依次開通水閥、氣閥，使幫機運轉(zhuǎn)，通過接頭帶動鉆桿運轉(zhuǎn)，水由接頭、空心鉆桿流至鉆頭，開始鉆取工作，勻速推進，推進方向盡量與錨桿方向一致。當(dāng)遇到彎曲錨桿時，應(yīng)調(diào)整鉆桿的方向，以保證錨桿與鉆桿摩擦力為最??；（5）當(dāng)鉆進深度與錨桿長度一致時，停止幫機運轉(zhuǎn)，靠空心鉆桿與樹脂錨固端的內(nèi)摩擦力作用，將錨桿“連根”拔起，達到回收錨桿的目的。

五、結(jié)束語

在山西介休安益煤業(yè)井下進行工業(yè)性試驗，回收一根的時間為2-3分鐘，回收率為98.5%，解決了彎曲錨桿不能回收的問題，得到了用戶的好評：（1）新型錨桿回收鉆具加工容易、成本低；（2）錨桿回收率增長了20%，能最大限度的提高錨桿的復(fù)用性。現(xiàn)已在多個工作面推廣使用此種新型錨桿回收鉆具。

參考文獻：

[1]王艷功.煤巷幫錨桿回收機具的研制和應(yīng)用[B].煤礦安全，2002（6）：40-41

[2]李旭，郭英明.舊錨桿回收鉆具的研究與試驗.煤礦支護，2003（3）：34-35