可回收螺紋鋼錨桿技術的研究

李素兵

（山西煤炭進出口集團左權鑫順煤業有限公司，山西晉中 032600）

我國煤礦支護大多采用螺紋鋼錨桿支護，目前，90%以上采用以樹脂錨固為主的永久錨固，其在設計環節就采用永久錨固的方法，卻忽略了回收的問題。傳統的錨桿主要用作一次性材料，很少重復使用，造成大量的鋼材留在井下。在煤炭井下工作面支護方面，如何降低成本，節能降耗，是煤炭開采方面亟需解決的問題，研究適合我國煤礦巷道高強度可回收螺紋鋼錨桿具有重要的意義。本文通過現場調研及資料分析、煤巖力學實驗、數值模擬分析，物理模擬實驗分析和現場實測等，研制完成了連接套連接式可回收螺紋鋼錨桿，并在凌志達煤巷支護現場取得了成功的應用。

1 可回收螺紋鋼錨桿的結構特性

礦用螺紋鋼錨桿用于保證巷道和地下工程圍巖的穩定性。其結構特點是：桿體全長軋制連續且等強度的螺紋，緊固端裝有預應力墊片和緊固螺母。它與圓鋼加工的錨桿比較，優點如下：①錨固端和緊固端不需機加工，生產效率高；②全長等強度，材料利用率高；③錨固力符合要求；④設有預應力墊片，便于控制安裝質量；⑤安裝速度快。由于它具有上述節料、省工的優點，在煤巷支護中有廣闊的推廣應用前景。

可回收錨桿亦為螺紋鋼桿體，其關鍵技術是：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，便于在回收時自錨固段旋出回收桿體段。其結構見圖1。這種可回收錨桿具有拆卸和安裝簡單方便，連接緊固可靠，能量傳遞效率高等特點。它采用螺紋連接，在安裝時通過連接套將桿體段和錨固段連接起來完成錨固；回收時，可將桿體段在連接套處旋開，進行回收。

圖1 可回收螺紋鋼錨桿

2 強度校核

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

螺紋鋼錨桿的預緊承受拉力P=80kN，連接套的材質為 50Mn2，許用應力[σ]=310 MPa，螺紋鋼錨桿為Q345，許用應力[σ]=330 MPa，螺紋鋼錨桿螺紋內徑d1=17.29 mm，外徑d2=20 mm，連接套外徑d3=27 mm，其結構尺寸和受力簡圖如圖2所示。

圖2 可回收螺紋鋼錨桿結構尺寸和受力簡圖

考慮到可回收螺紋鋼錨桿在應用是主要是在拉力方面受力，這里對剪切強度和彎曲強度不作計算。

（1）分別取錨桿組合桿體和連接套為研究對象，并畫出它們的受力簡圖（圖2-b、c），螺紋鋼錨桿端部強度暫不考慮，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）分析危險截面

桿體螺紋內徑截面積為：

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度

螺紋鋼桿體：

強度計算中，可能出現最大應力稍大于許用應力的情況，設計規范規定，超過值只要在5%以內是允許的。

其強度在允許范圍之內。

連接套為：

滿足強度要求。

4 可回收螺紋鋼錨桿的使用與維護

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要注意以下幾點：

（1）由于可回收螺紋鋼錨桿在安裝與回收兩個環節之間，要間隔很長時間，有的可達一年甚至更長，所以在錨桿支護前，要在連接套和錨固段螺紋連接處涂上潤滑脂，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，要利用鉆機把錨桿和錨固劑攪成一體，這時，錨桿順時針轉動，可回收部分與不可回收部分是越轉越緊，完成錨桿的正常旋進。

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

5 應用實例

以山西凌志達煤業有限公司應用為例，按工作面順槽巷道長為2 000 m，寬4.5 m，高3.5 m，每排幫錨桿數量8根，排距為1 m計算，兩順槽錨桿數量為3 200根，按照每年生產兩個工作面，回收的錨桿總量就為6 400根。每桿錨桿價格為60元，回收率為95%，可回收錨桿人工所需費用為5元，那么每年就可為公司節約資金為6 400×60×95%-6 400×5＝332 800元。減少了錨桿的廢棄率，節約了錨桿的使用成本，取得了明顯的經濟效益。

6 結語

本項目研究的可回收螺紋鋼錨桿，結構設計合理，輕便耐用，回收工藝簡單，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，會給采煤機割煤過程帶來重大的安全隱患問題，具有廣闊的應用前景。