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可回收锚杆在煤矿应用经济可行性分析

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 275次



摘要:可回收锚杆适用于煤矿巷道两帮支护,具有重量轻,安装方便快捷,使用寿命长,可回收复用的优点,使用可回收锚杆可以有效降低巷道支护成本,对于实现降本增效有显著效果。

关键词:可回收锚杆  巷帮支护   复用   成本 

1 概述

当前,我国煤炭市场行情不断恶化,煤炭销售价格不断下滑,煤炭企业遇到了前所未有的严峻困难。对此各大煤企都转变过去观念,优化产品结构,在成本管控上下工夫,通过技术创新,实现降本增效。神华神东煤炭集团目前使用锚杆主要为:圆钢锚杆、螺纹钢锚杆和玻璃钢锚杆,这三种锚杆均为不可回收锚杆,其中巷道帮部支护使用锚杆主要为圆钢锚杆和玻璃钢锚杆。由于生产任务紧张和井下条件复杂多变,在日常生产中锚杆消耗量较大,这样不仅造成成本居高不下,运送量和工人作业强度也都比较大。针对这些问题,神东煤炭集团下属榆家梁煤矿研究试用了可回收锚杆,并取得良好的试验效果。

2 可回收锚杆性能和锚固机理

本次试验试用的可回收锚杆主要有两种,分别为新型胀套式可回收锚杆和复合式可回收锚杆,这两种锚杆金属杆体均可以回收复用,并且体积较小、重量轻便、结构紧凑,安装快捷方便,使用寿命较长,锚固力能满足井下实际需求。

新型胀套式可回收锚杆是由塑料锥体、锥体套与塑料胀套、金属杆体及附件组装而成的锚杆,其主要通过初锚塑料胀套与锥体斜面作用产生对孔壁的径向力而起到磨擦锚固作用,再通过终锚拉动塑料锥体轴向移动,使塑料胀套与岩孔壁作用力增大,达到所需要的锚固力。该锚杆优点是不需锚固剂,完全改变了传统的锚杆支护需要树脂粘结的模式。减少了材料运送量、大大降低了工人劳动强度,有效降低了支护成本。


1 新型胀套式可回收锚杆

复合式可回收锚杆是由塑料粘结套、金属杆体及附件组装而成的一种新型锚杆,其工作原理主要通过金属杆体与塑料粘结套连接为一体,孔壁与塑料粘结套之间用树脂锚固剂粘结产生锚固力。所用锚固剂少比传统树脂锚杆节约1/2,从而达到降低支护成本减少工人劳动强度,减少运送量,特别是需要回采的巷道,其优越性更为突出,从而提高工效,节约了人力,减少了投入。

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2复合式可回收锚杆

3 试验方案

3.1 试验地点地质情况

榆家梁煤矿现开采三层煤分别为42煤、43煤、52煤,其中42煤和52煤条件相似,本次试验地点选在4343307回风顺槽和5252214回风顺槽。4343307回风顺槽长3086m,煤层属低变质烟煤,黑色块状,条痕褐黑色,沥青光泽,线理细条带状结构,煤厚1.75-2.0m,平均1.90m,容重1.30t/m3。顶板以细粒砂岩为主,局部为泥岩厚度0-1.5m,底板多为泥岩,局部为粉砂岩,地层平缓,总趋势是以极缓的坡度向北倾斜的单斜构造,倾角1°左右,断层不发育,后生裂隙发育,煤层构造简单。

52煤52214回风顺槽长5760m,煤层属低变质烟煤,黑色块状,条痕褐黑色,沥青或油脂光泽,线理细条带状结构,硬度大,赋存稳定,煤厚3.20-4.20m,平均3.50m,倾角1-2°,容重1.31t/m3。顶板岩性以粉及中砂岩为主,局部为粉砂质泥岩厚度0-1.3m,底板为粉砂岩,地层总的趋势是以极缓的坡度向北西倾斜的单斜构造,倾角1-2°,断层不发育,后生裂隙发育,煤层构造简单。

3.2 试验方案

本次试验都为帮部支护,使用33套新型胀套式可回收锚杆和33套复合式可回收锚杆,共计120套。首先把120套锚杆分为三组,在两层煤(43煤和52煤)不同条件下进行试验,每一组为20套新型胀套式可回收锚杆和20套复合式可回收锚杆,其中43煤试用一组,52煤试用两组,在每一组的两种锚杆中各抽取两根做抗拉力试验,拉拔至锚杆失效,观测最大抗拉力值;在该组中剩余的36根做锚杆扭矩力试验和可回收试验,观测其扭矩和回收率,回收试验要在锚固后一个月方可进行,另外抽取两种可回收杆体各6根进行重复安装拉拔试验,测验可回收次数。新型胀套式可回收锚杆打在正帮,复合式可回收锚杆打在副帮,52煤施工时两组间隔距离为50m以上。

3.3  安装方法和注意事项

3.3.1新型胀套式可回收锚杆安装方法

1、根据煤层情况可选用合适的的钻头钻孔,其钻孔深度以金属杆体长度为宜,也可根据现场情况调整孔深。

2、将挡圈套入带有挡圈点的金属杆体螺纹端,穿入塑料胀套然后拧入塑料锥体(锥体内注螺母拧入金属杆体头部螺纹2-3扣,胀套未胀开为宜),最后尾端穿入木垫,金属托盘、 拧好螺母,把杆体推到钻孔底部,紧固螺母与托盘之间需要保持12厘米的距离,以便使胀套胀开。

3、将塑料锥体螺母和带螺纹的金属杆体的端头拧紧,戴上塑料胀套,拿一个与金属杆体长度符合的专用锚具将塑料锥体以及塑料胀套缓慢推入钻孔深部,且使塑料胀套与塑料锥体吻合。

4、用榔头敲击专用锚具的端头,通过观察专用锚具上提前做好的标记确定进入深度,使钻孔壁与塑料胀套紧密贴合,通过塑料胀套与锥体斜面作用产生对孔壁的径向力而起到磨擦锚固作用,从而完成初锚。

5、 安装好托盘,用煤电钻、风泵或扭矩扳手紧固螺母,使塑料胀套与岩孔壁作用力增大,达到所需要的锚固力,安装完毕。

3.3.2 复合式可回收锚杆安装方法

1、将金属杆体20mm螺纹端拧入塑料粘结套达旋转(右旋)不动为止,组成塑料复合式杆体。

2、用塑料粘接套顶部抵住树脂卷平稳送入岩孔底,用锚杆钻机联接锚杆充分搅拌至锚固剂所规定的时间,待锚固剂凝固化好后上好托盘拧入紧固螺母。

 3、用煤电钻、风泵或扭矩扳手紧固螺母,达到所需要的锚固力,安装完毕。

3.3.3 安装注意事项

1、孔深以略小于塑料胀套锚杆总长40mm-50mm为宜,岩孔必须清洗粉尘沙粒(水清、风洗均可),岩孔必须顺直。

2、避免没做初锚就进行终锚,拉拔试验需终锚达到扭矩后进行。

3、金属杆体的两端螺纹安装时要及时清理脏煤尘,再向锥体螺纹当中拧入。

4、塑料胀套式锚杆最好实现机械操作,使用手持式锚杆钻机时防止拧着手臂。 

3.4 杆体的回收及复用管理

3.4.1回收方法

用用煤电钻、风泵或扭矩扳手卸下紧固螺母,然后再逆时针拧金属杆体扁型端头,使金属杆体与锥体脱离,从而完成金属杆体及托盘的回收。

如果再想复用金属杆体和托盘必须检查螺纹是否能顺利拧入螺母和直线要求能顺利插入钻孔里。如不行可进行修复后再复用,托盘不能有裂纹现象。

3.4.2  贮存管理和日常维护

贮存时要离地面一定高度码放,严禁直接摆放在地上,码放高度要适宜,同时避免阳光照射,贮存环境要干燥清洁、通风良好、温度适宜。由于可回收锚杆组成件有很多是塑料件,所以严禁外力撞击以出现裂纹、断裂等影响其物理性能,金属杆体码放要规范,必须充分接触水平的支架或垫板上,以免杆体弯曲变形影响安装和使用。

3.5 试验结果及分析

3.5.1试验结果

43煤试验过程中,由于操作工艺不熟悉,导致3套新型胀套式可回收锚杆和2套复合式可回收锚杆失效, 剩余35套锚杆经测试扭矩全部合格. 并在新型胀套式可回收锚杆和复合式可回收锚杆中各抽取了两套做拉力试验,新型复合式锚杆抗拔强度分别为8.1t7.8t,胀套式锚杆抗拔强度分别为7.8t8.2t,剩余锚杆全部进行了回收。

52煤试验过程中,吸取43煤经验,经测试,第一组40套锚杆扭矩全部符合要求,锚杆拉力试验分别抽取了两套做试验,其中复合式锚杆抗拔强度分别为8.2t7.9t,胀套式锚杆抗拔强度分别为7.7t8.1t,剩下36套锚杆全部进行了回收。第二组40套锚杆扭矩全部合格,拉拔试验各抽取了两根,其中复合式锚杆抗拔强度分别为7.5t7.9t,胀套式锚杆抗拔强度分别为8.3t7.9t,并且对剩余36套锚杆进行了回收。在回收后杆体中随机抽取6套进行重复试验两次,都没有损坏,依然可以正常使用。

3.5.2 存在问题及分析

1、由于这两种锚杆都是有几部分组合而成,所以在日常使用中,必须提前组装好,不然会影响施工进度。

2、胀套式锚杆在预紧时候需要时间比目前使用的锚杆时间要长,否则扭矩达不到要求。

3、回收时要根据综采工作面推进速度,超前工作面10-15m进行回收,不得提前和滞后回收。

3.5.3 试验初步结论

本次我矿帮部试用可回收锚杆后,巷道围岩变形量小,未出现煤壁片帮等异常情况,回收复用率为93%,达到了我们预期的目的,取得了良好的技术经济效果。经过此段时间的试验,无论是胀套式可回收锚杆还是复合式可回收锚杆,从抗拔强度和扭矩力上都可以满足我矿生产需要。

4 经济可行性分析

以榆家梁煤矿为例,2015年巷道掘进量为58858m,两帮全部支护锚杆,按照4/米计算(正副两帮,每排都是两根计算),榆家梁煤矿全年锚杆使用量为235432套,若使用可回收锚杆,则胀套式和复合式各使用117716套。如果按照可回收锚杆价格为38.5元(其中杆体23.5元,锚固端15元,复合式锚杆使用树脂2.7元),目前使用锚杆价格为32.24元(1.6*1600锚杆价格23.34元,树脂2.7元,托盘6.2元,),则五年内可以节省一千多万成本。如果在全公司更多矿井甚至煤炭行业其他单位推广应用,将会带来更大的经济效益。

3 五年经济效益对比图

        结语

可回收锚杆和普通锚杆相比,具有明显优势,经济节能,施工简单,针对当前煤炭市场严峻形势,各单位企业都力求将提质降本增效措施落实到位,有效降低成本实现成本有效控制,可回收锚杆无疑具有很好的推广前景。

作者简介:


董俊亮(1987-),男,内蒙古科技大学矿业研究院工程硕士,助理工程师,神华神东煤炭集团采煤技术员。



       参考文献

 [ 1 ] 康红普, 王金华. 煤巷锚杆支护理论与成套技术[M ]. 北京: 煤炭工业出版社, 2007

[ 2 ] 黄伟董健涛. 新型可回收树脂锚杆在综放工作面的应用. 煤炭科学技术,2010

[ 3 ] 赵庆枝,刘旭明. 浅谈回收锚杆技术的经济效益及推广应用 .经济师.2014。

[ 4 ] 邸乐顺. 回收锚杆复用可行性研究.中国煤炭工业.2013 年。

[ 5 ] 孙玉宁, 周鸿超, 宋维宾. 端锚可回收锚杆锚固段力学特征研究. 岩石力学与工程学报, 2006



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