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摘 要：基于对各种锚杆回收钻具的结构研究，整合各种回收钻具的优点，取之长处，经分析计算研制出了新型锚杆回收钻具。经在井下试验，证明此新型锚杆回收钻具可以大大提高锚杆回收的效率和成功率，降低了劳动强度，取得了良好的社会经济效益，是一种很具有前途的回收机具。
关键词：锚杆支护；锚杆回收；回收钻具；弯曲锚杆；
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01
煤矿井下锚杆支护在保证煤矿安全生产过程中起着至关重要的作用，是一道必不可少的作业方式，但伴随着各煤矿的不断开采，储煤量的减少，煤矿回采现象在各矿日益凸显。然而在工作面回采过程中，由于帮锚杆的存在，对采煤机刀具、机头等产生很大程度的损坏，致使采煤效率降低，并且在采煤的过程中存在着较大的安全隐患，严重影响煤矿安全生产。因此，怎样回收锚杆，降低支护成本，确保煤矿安全生产成为众所关注的焦点。通过提前回收锚杆可避免综采机割煤是遇见金属锚杆损坏刀刃，一方面可为企业减少大量的锚杆费用，降低了大量钢材消耗。另一方面可通过锚杆的回收工序将锚杆二次利用，降低了大量钢材的二次消耗，为煤矿井下开采节约一定的资金消耗。但是受地压的影响，锚杆长时间会弯曲变形，这就给回收锚杆造成了很大的困难，基于以上信息，急于研制一种新型锚杆回收钻具。
一、已有锚杆回收钻具特点分析
淮北矿业集团石台煤矿的王艳功设计了一套回收煤巷帮锚杆的回收机具[1]，此结构的缺点：外径外没有螺旋带，不利用煤粉的顺利排出。
新汶矿业集团良庄煤矿的李旭、郭英明设计的锚杆回收钻具[2]，此结构的缺点：（1）长度太长，受矿下空间的限制，操作不便；（2）通长为螺旋带，和孔径差较小，在钻进时摩擦力大。
上述两种方案都是在锚杆没有变形的情况下使用的，然而当地压过大，长时间受地压的影响，锚杆会弯曲变形，一方面钻头内径较小，弯曲的锚杆将会被钻头刀片切削，损伤锚杆；另一方面受弯曲的影响，锚杆与钻杆摩擦力加大，致使无法钻进，显然两种方案就不适用，达不到回收锚杆并且二次利用的目的。
二、现有工况条件
山西介休安益煤业：回采巷使用，回收的锚杆直径为16mm，长度为1600mm，等强度螺纹钢，锚杆间排距为800mm，地压大，锚杆锚固时间一年多，锚杆多为弯曲变形，钻孔直径为32mm，錨固段长度为400mm。
三、新型锚杆回收钻具研制
新型锚杆回收钻具由取芯钻头、前钻杆、后螺旋钻杆、接头四大部分组成。
其中取芯钻头作为锚杆回收钻具工作机构的关键部件，将直接决定回收锚杆的成败，取芯钻头的内径推导如下：Dqn≥D1+2E （3-1）
式中，E为偏心距，即由于锚杆在搅拌锚固剂时存在扩孔现象，使得钻孔的直径由D增大到了D1，Emax=（D1-d）/2 （3-2）
式中，d为锚杆直径。为避免孔壁触碰锚杆，必须考虑偏心距，
则Dqn≥D1+2E=2 D1-d （3-3）
取芯钻头外径：Dqw≥Dqn+2n （3-4）
式中，n=取芯钻头的筒壁厚度+排渣道宽度+适当的备用宽度。
根据现有工况条件及公式（3-3）求得取芯钻头的内径为：Dqn≥2 D1-d=2×35-16=54mm
式中D1为搅拌锚固剂后扩孔之后的直径35mm，d为锚杆直径16mm。再根据公式（3-4）选取n的值为16mm，得出取芯钻头外径为86mm。
所以设计取芯钻头的内径为54mm，外径为86mm，采用铜钎焊将钻头体和4件三角形状的硬质合金刀头组成，刀头均布排列，外凸出于钻头体，在钻进时只是钻头体内径和锚杆摩擦，避免硬质合金刀头与锚杆碰触，切削锚杆。钻头体材质选用耐磨材料，以保证取芯钻头有很长的使用寿命。钻头体的形状设计为锥形，并且外径锥面上布有沟槽，使其钻头体有一定的直径差，减小钻头和煤壁的摩擦，以达到快速排粉的目的。
前钻杆分为两段，前段内径和钻头内径相同，都为54mm，外径为60mm，此段长度为500mm；后段内径为41mm，外径为48mm，长度为100mm，在钻取锚杆时，为方便锚杆能顺利通过此段，将此段设计为喇叭口。由于前段和后段直径差较大，为了节约材料，采用组焊形式。这样设计有两大好处，其一，钻杆内径大于锚固段直径，在钻取锚杆时，能有效减小钻杆和锚固段的切削力和摩擦力，提高钻进效率；其二，由于锚杆受地压弯曲变形，弯曲后直径小于钻杆内径，在钻进时，减小锚杆与钻杆摩擦，较大限度的降低锚杆的损伤。
后螺旋钻杆内径为41mm，外径为48mm，且外径缠绕6mm钢丝，螺距为72mm，总外径和前钻杆外径相同都为60mm，有效长度为600mm，采用螺旋钻杆的形式可以更快的将煤粉或煤泥排出。钻杆和钻杆之间的连接为矩形螺纹连接，有效长度600mm，可以最大限度的提高井下作业的可操作性。
接头的形式是一端为矩形外螺纹，另一端为B19方，和帮机连接，中间有通水孔，在钻进切削是能及时提供水源，起到冷却钻头、冲刷煤粉、排削的作用。
四、操作规程及原理
该新型锚杆回收钻具配合我公司的50帮机使用。具体步骤：（1）接通气源和水源，检查帮机的运转情况和排水情况；（2）将钻头、前钻杆、接头连为一体，然后和帮机插接；（3）依次拆卸锚杆螺帽、托盘；（4）然后将钻头插进锚杆，依次开通水阀、气阀，使帮机运转，通过接头带动钻杆运转，水由接头、空心钻杆流至钻头，开始钻取工作，匀速推进，推进方向尽量与锚杆方向一致。当遇到弯曲锚杆时，应调整钻杆的方向，以保证锚杆与钻杆摩擦力为最小；（5）当钻进深度与锚杆长度一致时，停止帮机运转，靠空心钻杆与树脂锚固端的内摩擦力作用，将锚杆“连根”拔起，达到回收锚杆的目的。
五、结束语
在山西介休安益煤业井下进行工业性试验，回收一根的时间为2-3分钟，回收率为98.5%，解决了弯曲锚杆不能回收的问题，得到了用户的好评：（1）新型锚杆回收钻具加工容易、成本低；（2）锚杆回收率增长了20%，能最大限度的提高锚杆的复用性。现已在多个工作面推广使用此种新型锚杆回收钻具。
参考文献：
[1]王艳功.煤巷帮锚杆回收机具的研制和应用[B].煤矿安全，2002（6）：40-41
[2]李旭，郭英明.旧锚杆回收钻具的研究与试验.煤矿支护，2003（3）：34-35
关键词：锚杆支护；锚杆回收；回收钻具；弯曲锚杆；
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01
煤矿井下锚杆支护在保证煤矿安全生产过程中起着至关重要的作用，是一道必不可少的作业方式，但伴随着各煤矿的不断开采，储煤量的减少，煤矿回采现象在各矿日益凸显。然而在工作面回采过程中，由于帮锚杆的存在，对采煤机刀具、机头等产生很大程度的损坏，致使采煤效率降低，并且在采煤的过程中存在着较大的安全隐患，严重影响煤矿安全生产。因此，怎样回收锚杆，降低支护成本，确保煤矿安全生产成为众所关注的焦点。通过提前回收锚杆可避免综采机割煤是遇见金属锚杆损坏刀刃，一方面可为企业减少大量的锚杆费用，降低了大量钢材消耗。另一方面可通过锚杆的回收工序将锚杆二次利用，降低了大量钢材的二次消耗，为煤矿井下开采节约一定的资金消耗。但是受地压的影响，锚杆长时间会弯曲变形，这就给回收锚杆造成了很大的困难，基于以上信息，急于研制一种新型锚杆回收钻具。
一、已有锚杆回收钻具特点分析
淮北矿业集团石台煤矿的王艳功设计了一套回收煤巷帮锚杆的回收机具[1]，此结构的缺点：外径外没有螺旋带，不利用煤粉的顺利排出。
新汶矿业集团良庄煤矿的李旭、郭英明设计的锚杆回收钻具[2]，此结构的缺点：（1）长度太长，受矿下空间的限制，操作不便；（2）通长为螺旋带，和孔径差较小，在钻进时摩擦力大。
上述两种方案都是在锚杆没有变形的情况下使用的，然而当地压过大，长时间受地压的影响，锚杆会弯曲变形，一方面钻头内径较小，弯曲的锚杆将会被钻头刀片切削，损伤锚杆；另一方面受弯曲的影响，锚杆与钻杆摩擦力加大，致使无法钻进，显然两种方案就不适用，达不到回收锚杆并且二次利用的目的。
二、现有工况条件
山西介休安益煤业：回采巷使用，回收的锚杆直径为16mm，长度为1600mm，等强度螺纹钢，锚杆间排距为800mm，地压大，锚杆锚固时间一年多，锚杆多为弯曲变形，钻孔直径为32mm，錨固段长度为400mm。
三、新型锚杆回收钻具研制
新型锚杆回收钻具由取芯钻头、前钻杆、后螺旋钻杆、接头四大部分组成。
其中取芯钻头作为锚杆回收钻具工作机构的关键部件，将直接决定回收锚杆的成败，取芯钻头的内径推导如下：Dqn≥D1+2E （3-1）
式中，E为偏心距，即由于锚杆在搅拌锚固剂时存在扩孔现象，使得钻孔的直径由D增大到了D1，Emax=（D1-d）/2 （3-2）
式中，d为锚杆直径。为避免孔壁触碰锚杆，必须考虑偏心距，
则Dqn≥D1+2E=2 D1-d （3-3）
取芯钻头外径：Dqw≥Dqn+2n （3-4）
式中，n=取芯钻头的筒壁厚度+排渣道宽度+适当的备用宽度。
根据现有工况条件及公式（3-3）求得取芯钻头的内径为：Dqn≥2 D1-d=2×35-16=54mm
式中D1为搅拌锚固剂后扩孔之后的直径35mm，d为锚杆直径16mm。再根据公式（3-4）选取n的值为16mm，得出取芯钻头外径为86mm。
所以设计取芯钻头的内径为54mm，外径为86mm，采用铜钎焊将钻头体和4件三角形状的硬质合金刀头组成，刀头均布排列，外凸出于钻头体，在钻进时只是钻头体内径和锚杆摩擦，避免硬质合金刀头与锚杆碰触，切削锚杆。钻头体材质选用耐磨材料，以保证取芯钻头有很长的使用寿命。钻头体的形状设计为锥形，并且外径锥面上布有沟槽，使其钻头体有一定的直径差，减小钻头和煤壁的摩擦，以达到快速排粉的目的。
前钻杆分为两段，前段内径和钻头内径相同，都为54mm，外径为60mm，此段长度为500mm；后段内径为41mm，外径为48mm，长度为100mm，在钻取锚杆时，为方便锚杆能顺利通过此段，将此段设计为喇叭口。由于前段和后段直径差较大，为了节约材料，采用组焊形式。这样设计有两大好处，其一，钻杆内径大于锚固段直径，在钻取锚杆时，能有效减小钻杆和锚固段的切削力和摩擦力，提高钻进效率；其二，由于锚杆受地压弯曲变形，弯曲后直径小于钻杆内径，在钻进时，减小锚杆与钻杆摩擦，较大限度的降低锚杆的损伤。
后螺旋钻杆内径为41mm，外径为48mm，且外径缠绕6mm钢丝，螺距为72mm，总外径和前钻杆外径相同都为60mm，有效长度为600mm，采用螺旋钻杆的形式可以更快的将煤粉或煤泥排出。钻杆和钻杆之间的连接为矩形螺纹连接，有效长度600mm，可以最大限度的提高井下作业的可操作性。
接头的形式是一端为矩形外螺纹，另一端为B19方，和帮机连接，中间有通水孔，在钻进切削是能及时提供水源，起到冷却钻头、冲刷煤粉、排削的作用。
四、操作规程及原理
该新型锚杆回收钻具配合我公司的50帮机使用。具体步骤：（1）接通气源和水源，检查帮机的运转情况和排水情况；（2）将钻头、前钻杆、接头连为一体，然后和帮机插接；（3）依次拆卸锚杆螺帽、托盘；（4）然后将钻头插进锚杆，依次开通水阀、气阀，使帮机运转，通过接头带动钻杆运转，水由接头、空心钻杆流至钻头，开始钻取工作，匀速推进，推进方向尽量与锚杆方向一致。当遇到弯曲锚杆时，应调整钻杆的方向，以保证锚杆与钻杆摩擦力为最小；（5）当钻进深度与锚杆长度一致时，停止帮机运转，靠空心钻杆与树脂锚固端的内摩擦力作用，将锚杆“连根”拔起，达到回收锚杆的目的。
五、结束语
在山西介休安益煤业井下进行工业性试验，回收一根的时间为2-3分钟，回收率为98.5%，解决了弯曲锚杆不能回收的问题，得到了用户的好评：（1）新型锚杆回收钻具加工容易、成本低；（2）锚杆回收率增长了20%，能最大限度的提高锚杆的复用性。现已在多个工作面推广使用此种新型锚杆回收钻具。
参考文献：
[1]王艳功.煤巷帮锚杆回收机具的研制和应用[B].煤矿安全，2002（6）：40-41
[2]李旭，郭英明.旧锚杆回收钻具的研究与试验.煤矿支护，2003（3）：34-35