可回收螺紋鋼錨桿技術(shù)的研究

李素兵

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)鑫順煤業(yè)有限公司，山西晉中 032600）

我國(guó)煤礦支護(hù)大多采用螺紋鋼錨桿支護(hù)，目前，90%以上采用以樹脂錨固為主的永久錨固，其在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就采用永久錨固的方法，卻忽略了回收的問題。傳統(tǒng)的錨桿主要用作一次性材料，很少重復(fù)使用，造成大量的鋼材留在井下。在煤炭井下工作面支護(hù)方面，如何降低成本，節(jié)能降耗，是煤炭開采方面亟需解決的問題，研究適合我國(guó)煤礦巷道高強(qiáng)度可回收螺紋鋼錨桿具有重要的意義。本文通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及資料分析、煤巖力學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬分析，物理模擬實(shí)驗(yàn)分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等，研制完成了連接套連接式可回收螺紋鋼錨桿，并在凌志達(dá)煤巷支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)取得了成功的應(yīng)用。

1 可回收螺紋鋼錨桿的結(jié)構(gòu)特性

礦用螺紋鋼錨桿用于保證巷道和地下工程圍巖的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：桿體全長(zhǎng)軋制連續(xù)且等強(qiáng)度的螺紋，緊固端裝有預(yù)應(yīng)力墊片和緊固螺母。它與圓鋼加工的錨桿比較，優(yōu)點(diǎn)如下：①錨固端和緊固端不需機(jī)加工，生產(chǎn)效率高；②全長(zhǎng)等強(qiáng)度，材料利用率高；③錨固力符合要求；④設(shè)有預(yù)應(yīng)力墊片，便于控制安裝質(zhì)量；⑤安裝速度快。由于它具有上述節(jié)料、省工的優(yōu)點(diǎn)，在煤巷支護(hù)中有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

可回收錨桿亦為螺紋鋼桿體，其關(guān)鍵技術(shù)是：錨桿由桿體段（可回收部分），錨固段（不可回收部分）和連接套部分構(gòu)成，連接套置于桿體段和錨固段之間，一端旋入并焊固于桿體段，另一端與錨固段螺紋連接，便于在回收時(shí)自錨固段旋出回收桿體段。其結(jié)構(gòu)見圖1。這種可回收錨桿具有拆卸和安裝簡(jiǎn)單方便，連接緊固可靠，能量傳遞效率高等特點(diǎn)。它采用螺紋連接，在安裝時(shí)通過連接套將桿體段和錨固段連接起來完成錨固；回收時(shí)，可將桿體段在連接套處旋開，進(jìn)行回收。

圖1 可回收螺紋鋼錨桿

2 強(qiáng)度校核

強(qiáng)度校核：就是根據(jù)桿件的材料、尺寸及所受載荷，檢查其強(qiáng)度是否足夠滿足工作要求[1]。

螺紋鋼錨桿的預(yù)緊承受拉力P=80kN，連接套的材質(zhì)為 50Mn2，許用應(yīng)力[σ]=310 MPa，螺紋鋼錨桿為Q345，許用應(yīng)力[σ]=330 MPa，螺紋鋼錨桿螺紋內(nèi)徑d1=17.29 mm，外徑d2=20 mm，連接套外徑d3=27 mm，其結(jié)構(gòu)尺寸和受力簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 可回收螺紋鋼錨桿結(jié)構(gòu)尺寸和受力簡(jiǎn)圖

考慮到可回收螺紋鋼錨桿在應(yīng)用是主要是在拉力方面受力，這里對(duì)剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度不作計(jì)算。

（1）分別取錨桿組合桿體和連接套為研究對(duì)象，并畫出它們的受力簡(jiǎn)圖（圖2-b、c），螺紋鋼錨桿端部強(qiáng)度暫不考慮，螺紋間的作用力以它們的合力代替，分別作用于截面B與C，拉力AB段的軸向力與連接套各截面的軸向力處處相等，均為N=P[2]。

（2）分析危險(xiǎn)截面

桿體螺紋內(nèi)徑截面積為：

連接套螺紋底徑處的截面積為：

（3）校核螺紋鋼桿體和連接套套強(qiáng)度

螺紋鋼桿體：

強(qiáng)度計(jì)算中，可能出現(xiàn)最大應(yīng)力稍大于許用應(yīng)力的情況，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，超過值只要在5%以內(nèi)是允許的。

其強(qiáng)度在允許范圍之內(nèi)。

連接套為：

滿足強(qiáng)度要求。

4 可回收螺紋鋼錨桿的使用與維護(hù)

螺紋鋼錨桿的使用條件十分惡劣，除了礦井水的腐蝕外，還要承受著煤巖壓力，所以螺紋鋼錨桿在使用和保管時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

（1）由于可回收螺紋鋼錨桿在安裝與回收兩個(gè)環(huán)節(jié)之間，要間隔很長(zhǎng)時(shí)間，有的可達(dá)一年甚至更長(zhǎng)，所以在錨桿支護(hù)前，要在連接套和錨固段螺紋連接處涂上潤(rùn)滑脂，以便在回收過程中，順利從鉆孔中取出錨桿的可回收部分—桿體段。

（2）錨桿孔打成后，要利用鉆機(jī)把錨桿和錨固劑攪成一體，這時(shí)，錨桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，可回收部分與不可回收部分是越轉(zhuǎn)越緊，完成錨桿的正常旋進(jìn)。

（3）在回收錨桿后，需要注意把回收桿體的螺紋部分用潤(rùn)滑脂和塑料袋裹起來，便于保存下次再用。

5 應(yīng)用實(shí)例

以山西凌志達(dá)煤業(yè)有限公司應(yīng)用為例，按工作面順槽巷道長(zhǎng)為2 000 m，寬4.5 m，高3.5 m，每排幫錨桿數(shù)量8根，排距為1 m計(jì)算，兩順槽錨桿數(shù)量為3 200根，按照每年生產(chǎn)兩個(gè)工作面，回收的錨桿總量就為6 400根。每桿錨桿價(jià)格為60元，回收率為95%，可回收錨桿人工所需費(fèi)用為5元，那么每年就可為公司節(jié)約資金為6 400×60×95%-6 400×5＝332 800元。減少了錨桿的廢棄率，節(jié)約了錨桿的使用成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目研究的可回收螺紋鋼錨桿，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，輕便耐用，回收工藝簡(jiǎn)單，可以保證用較快的速度從鉆孔中順利的取出錨桿的可回收部分，較好地解決了大量的廢棄錨桿留在井下，會(huì)給采煤機(jī)割煤過程帶來重大的安全隱患問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。