“第三十七届科技论文交流会”一等奖论文3

可循环复用高锰胀拉组合锚护器 的研制与应用

小康煤矿?? 王宝权?? 安喜平? 刘鹏禹

摘? 要:研制、加工了高锰胀拉组合锚护器,其锚固性能强大,可以多次回收、循环复用,现场施工操作简单方便,成本低廉,加工容易,支护可靠。使用高锰胀拉组合锚护器,可以将掘进工作面迎面墙表层的松散的煤(岩)体与深部稳定的煤(岩)体锚固成一个整体,杜绝了迎面片帮现象,确保了在迎面墙下方作业的安全,降低支护成本,减少生产中断事故,减少外围运输、装卸物料的工作量,加快了施工进度。

关键词:研制、应用 ???高锰胀拉组合锚护器? ?循环复用? ?降低成本??

1? 研制背景

铁煤集团小康煤矿为高应力、强膨胀的极软岩矿井,属国内外罕见。煤层节理、层理发育,煤岩体易风化离层,膨胀破碎,呈片状粉碎崩解。为此掘进工作面支护方式比较复杂,一般采用锚、网、架棚和内注(外喷)混凝土联合支护方式,工序繁多,施工进度慢,工作面迎面墙暴露时间长,迎面的煤(岩)岩体极易风化离层,破碎崩解,出现垮塌片帮的现象,给下方进行组装底梁或架棚作业的人员带来严重的安全隐患,为此在掘进时需要在迎面墙上打注迎面锚杆,以求将迎面墙表层松散破碎的煤(岩)体与深部稳定煤(岩)体锚固成为一个整体,保证掘进工作面的迎面墙完整性,杜绝迎面垮塌伤人以及片帮后出现超控顶距的现象。

以往传统的维护迎面墙的做法是:在迎面墙上施工几根φ22mm等强全螺纹锚杆、采用CK2370锚固剂进行端头锚固,外面用托盘夹木柈的方式来维护迎面墙。传统的支护效果虽然明显,但是其缺点随着进行下一循环掘进工作进行,也逐一凸显出来。主要表现为以下几各方面:一是迎面墙的锚杆会影响综掘机的顺利截割,容易造成综掘机截割头损坏,并加快截齿的磨损和消耗;二是割掉的锚杆全部弯曲、变形、损坏,无法再次利用,造成支护成本居高不下,已不适应现代企业对经济效益的追求;三是割落的锚杆、托盘极易混入工作面的货流中,损坏综掘机的耙运系统,扯坏外围运输机的胶带,造成中断生产事故;四是一条巷道掘下来,所需投入维护迎面的锚杆、锚固剂材料数量巨大,严重增加材料运输、装卸的工作量,占用大量非工作面作业人员。

2 ?高锰胀拉组合锚护器加工及组成结构

? ?该组合锚护器主要利用高锰钢管的可以经受多次胀拉后,能够回弹复位的特性,经过多次试验和探索,选定直径为35mm,壁厚为2.5高锰钢管,一是能可以满足多次回弹复位的要求,二是能与井下现有的钻眼的钎具相匹配。首先将高锰钢管里端呈“十字型”切开110mm长的缝,使里端的高锰钢管变成四个独立的锰钢片,以确保胀楔进入钢管内后,锰钢管能够被胀开,直径变粗,同时为了增大锰钢管和锚固孔之间的摩擦力,将锰钢管开口处外壁加工成麻面。将锰钢管的外端焊接一块120*80mm铁板,铁板厚度为5mm,中间加工一个φ35mm的圆孔,以便等强锚杆可以通过锰钢管套出来。胀楔锚杆的制作是将直径22mm的等强锚杆前端焊接一个直径为40mm的圆钢帽,该圆钢帽为楔形,可以局部被拉进锰钢管内。如此完成锚护器的加工(见图一)。使用时将带有胀楔的锚杆套入锰钢管内,一并插入锚固孔内,通过旋紧锚杆螺母,将胀楔拉入锰钢管内,胀粗锰钢管,与锚固孔内壁之间产生强大的摩擦力,达到锚固效果。

图一?? 高锰胀拉组合锚护器示意图

3 ? 支护原理

在掘进工作面迎面墙上预先钻锚固孔,将高锰胀拉组合锚护器插入孔内,通过旋紧等强全螺纹锚杆外部的锚杆螺母,将等强全螺纹锚杆里端的圆钢帽胀楔拉进端头设有开口的高锰钢管内,撑开里端的锰钢管,使锰钢管发生弹性变形,直径胀粗,与锚固孔内壁紧密接触,产生强大的摩擦力,从而完成了组合锚护器的锚固。然后通过在迎面墙上的木柈、托盘将迎面墙表层松散破碎的煤(岩)体与深部稳定的煤(岩)体锚固成为一个整体,有效的保证了掘进工作面的迎面墙完整性,杜绝了掘进工作面迎面片帮伤人、出现超控顶的现象,确保了施工人员在迎面墙侧下方作业的安全。

4 ? 锚固力的拉拔试验及结论

本实用新型高锰胀拉组合锚护器装置在小康煤矿S2N5运、回顺掘进施工时,进行了工业试验和使用,在试用期间,在一周内先后矿和集团公司分三次组织了高锰胀拉组合锚护器的锚固情况拉拔检验。所使用的拉拔设备型号为:MQ-60型手由压泵。第一次当拉拔力达到5T时,停止拉拔,证明其锚固力大于5T;第二次当拉拔力达到10T时,停止拉拔,证明其锚固力大于10T;第三次现场当拉拔力达到15T时,停止拉拔,证明锚固力大于15T。经过三次现场拉拔试验,锚固力足够达到了预期的目的,发现支护效果明显。

试验结果证明,该高锰胀拉组合锚护装置锚固力符合国内行业规定,大于集团公司规定锚固力5T的规定,锚固力合格。

5? 高锰胀拉组合锚护器 安装 方法

在工作面迎面墙上使用7655式凿岩机,配合B22×1600mm六棱钢钻杆、Φ43mm“一”字钻头施工锚固钻孔,然后将高锰胀拉组合锚护器放入钻孔内,别上木柈、上好托盘,用风动扳手旋紧Φ22mm全螺纹等强锚杆的螺帽,将等强全螺纹锚杆里端的圆钢帽胀楔拉进端头有开口的Φ35mm1.4m长的高锰钢管内,胀开里端的锰钢管,使锰钢管发生弹性变形,直径变粗。辅以迎面墙上的木柈、托盘将迎面墙表层的煤岩体与深部稳定的煤(岩)体锚固成为一个整体,有效保证掘进工作面的迎面墙完整性(见图二)。为加大高锰胀拉组合锚护器装置与煤(岩)锚固孔的摩擦力,特地在锰钢管的外壁加工麻面和螺纹,保证开口长度达到110mm,确保安装后的锚固力符合要求。???

6 ? 高锰胀拉组合锚护器 拆除、循环复用 方法

开始下一循环掘进工作之前,要先拆除高锰胀拉组合锚护器。具体施工步骤如下:人员站在底货上用风动扳手辅以长把套筒松开Φ22mm全螺纹等强锚杆的,将托盘、木柈拆下,在嵌入煤壁的Φ22mm全螺纹等强锚杆的头戴上一个螺母,使用大锤等向内敲击Φ22mm全螺纹等强锚杆,使圆钢帽胀楔从高锰钢管内退出,则高锰钢管依靠自身强大的回弹特性,其端头直径会自动回复到初始状态Φ35mm,小于迎面墙上的锚固孔Φ43mm的直径,然后将高锰胀拉组合锚护器由迎面墙拽出,完成拆卸工作。拆下的高锰胀拉组合锚护器放到一旁以备下次使用,拆卸迎面锚固器的顺序为先下后上。

7? 应用效果

该高锰胀拉组合锚护器装置被应用于小康煤矿S2N5运、回顺掘进工作面迎面墙维护和加固施工中,截止到目前,效果良好,既满足了迎面墙维护加固的目的,又可以多次回收、循环复用,现场施工简单方便,成本低廉,加工容易,锚固有效,支护可靠,有效地降低了掘进支护的成本,促进了安全生产。

图二 组合锚护器维护迎面墙剖面图

8 ?经济效益

综上所述,极软岩矿井掘进工作面使用了新型高锰胀拉组合锚护器装置维护迎面后,可以将迎面墙表层的松散的煤(岩)体与深部的煤(岩)体锚固成一个整体,杜绝了掘进迎面片帮后,出现超控顶现象,有效保证软岩巷道掘进工作面的迎面墙完整性,确保施工人员在掘进工作面迎面墙下方作业的安全。其锚固性能强大,可以多次回收、循环复用,现场施工操作简单方便,成本低廉,加工容易,支护可靠,极大地降低软岩巷道掘进支护成本投入,减少生产中断事故次数,减少外围运输、装卸物料的工作量,进一步加快了掘进进度。

8.1 直接效益:

(1)、由于高锰胀拉组合锚护器装置可以多次复用,每循环(1.8m)可以减少4个等强锚杆及相关支护材料的投入和的浪费。每根锚杆单价为41.44元/根,螺母单价为2.56/个,锚固剂φ2370单价为5.81元/支,小康矿本年度掘进进尺为7886m,则全年节省支护材料投入如下:

(7886/1.8)*4*41.44+(7886/1.8)*4*2.56+(7886/1.8)*4*5.81=87.3万元

(2)、打注每个锚杆的人工费为33.4元/根,则全年节省的人工费为:

??????? ???????????????????(7886/1.8)*4*33.4=58.5万元

综上,使用可回收复用高锰胀拉组合锚护器装置维护掘进工作面迎面后,仅一年节省的材料费和人工费的所创造直接经济效益为:

?????????? ????????????????87.3+58.5=145.8.万元

8.2 安全效益

小康矿通过使用可回收循环复用高锰胀拉组合锚护器装置维护掘进工作面迎面后,减少了作业人员的劳动强度,减少外围运输、装卸物料的工作量,加快了掘进进度。富余下来的人员被充实到工作面标准化和其它生产环节中,不仅将工作面的进度搞了上去,而且使掘进工作面沿线标准化水平也提高了一个层次,提高了安全工作系数。仅一年创造直接经济效益就为150万元,后续的经济效益无法计算。为同样是极软岩矿井掘进工作面的迎面维护。提供了可借鉴的数据和经验,这诸多方面所带来社会效益和好处是难以估量的!

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作者简介? 第一作者:王宝权(1974-),男,工程师,2010年毕业于辽宁省工程技术大学采矿专业,现任小康煤矿生产科工程师。曾在省级刊物发表论文10篇。联系电话:024—76841059?? 电话:13804102669。

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