锚杆限位器的设计与应用

锚杆限位器的设计与应用

刘玉越

山东能源临矿集团田庄煤矿山东济宁271000

摘要：文章主要针对锚杆限位器设计与应用为中心，分别从以下几个方面加以分析，目的在于更好的激发锚杆限位器设计使用价值。

关键词：锚杆限位器；锚杆长度安装工艺；锚杆支护

在掘进施工过程中，锚杆外露长度往往不符合标准化要求，锚杆外露过长不合格的，往往要重新补打，费力费事，既不安全，又造成材料浪费，造成掘进过程中的不安全因素，带来安全隐患，还影响了掘进施工进度。在此背景下工程技术人员积极研究和探索，看能不能研制出一种工具，能够按照想象的尺寸，把锚杆外露的长度始终控制在一定长度内。为此经过现场观察和研究，经过理论学习和现场实践，并通过不断改进和加工，研制出了此锚杆限位器，此种锚杆限位器制作简单，灵活小巧，操作方便，可广泛应用到锚杆施工巷道中去，适用于各类锚杆支护巷道。

1.锚杆支护存在的问题

1.1锚杆支护设计理论存在不足。目前，锚杆支护设计大多是以理论分析法和工程类比法为主。锚杆设计工程类比法一般都是按照经验设计，缺乏科学依据。在井下的实际操作中，各种条件是不断变化的，无论是采用类比法还是采用理论分析法，实际需要的支护参数都会与计算结果存在一定的偏差【1】。供设计使用的基本参数都是在对地质技术资料综合整理之后，再借助巷道周边几点或单独一个点的所得出的平均数值，所计算出的锚杆支护参数往往与实际差别较大，严重时会引发冒顶事故。

1.2锚杆施工阶段的工程质量得不到有效保障。在煤矿巷道锚杆支护工作中，工程质量有相对的隐藏性，通常，顶板在被破坏和失稳的情况下没有特别明显的预警，容易引发规模较大的冒顶事故。在实际操作中，因为受限于施工器械、安装工艺、工作人员的技术水平等因素，要实现高预拉力的锚杆十分困难，锚杆初锚力预加存在很大的困难，这些问题都直接影响锚杆的支护效果。

1.3支护围岩的地质情况缺乏了解，支护设计缺乏实际数据的支持。在进行支护设计和巷道布置时，需要对地质条件进行预测，但对于复杂的地质体（如不全面煤矿岩体），相关部门的准备工作不到位，对围岩的地质条件缺乏充分了解【2】。在实际的生产过程中，对围岩结构强度及其锚固性的检测缺乏有效的措施，导致锚杆支护设计太过理想化，再加上工作人员很难及时发现并采取补救措施来加强锚杆支护，很容易引发顶板事故。

2.锚杆限位器的设计

工程技术人员总结经验并结合理论和现场实际，经过一段时间的学习和锚索，终于研究出了一套简易装置---锚杆限位器，此设计想法的来源源自于注锚器，想到是否够结合注锚器既能注锚杆还能确定注入锚杆的长度，达到标准化要求，于是锚杆限位器由此产生。锚杆限位器由三部分组成，一部分是锚杆注锚器（由等强锚杆帽和短钎组成,根据所使用的锚杆材质、锚杆型号、锚杆直径等，可选择性的加工不同类型的锚杆注锚器），一部分是连接套筒（长度不一，套筒直径可根据所使用锚杆直径选择不同直径的套筒，根据锚杆外露要求可以自由更改套筒的长度），另一部分为轴承装置（由轴承和轴承套组成，作用是在注锚杆时，轴承套紧贴在围岩或锚网上时轴承能够伴随钻机灵活自由的转动）【3】。使用时首先根据所需要的锚杆外露长度选择不同长度的连接套筒，其次是把套筒焊接到注锚器上，最后把焊接有套筒的注锚器镶嵌到轴承装置上，此时就完成了锚杆限位器的安装。注锚杆时把锚杆限位器安装到锚杆上，利用钻机就可以安注不同外露长度的锚杆了。

3.锚杆限位器设计先进性、创造性体现

锚杆限位器操作简便，充分利用了轴承的转动特性和注锚器的特性。锚杆限位器共有三部分组成，结构简单，加工制作一遍就可学会，并且操作十分简单，易懂易学，一看便会，取材方便，非常实用。锚杆限位器设计由理论和实践中而来，解决了锚杆或锚索外露长度超长和不统一的问题，着重加强了锚杆和锚索的施工质量，符合现新煤矿安全生产质量标准化的要求。锚杆限位器实用性强，安全性高，能够根据现场实际条件，随意更换不同长度、直径的注锚器，且制作原理简单易学，仿制性、延伸性强，可被应用到锚索等现场施工。等强锚杆的开发与推广。一般情况下，在加工阶段，锚杆螺纹钢大都采用先车再滚丝的技术，这就导致螺纹钢螺纹的地方杆体的强度降低了约20%。一旦煤矿巷道顶板处受到动压或冲击地压，锚杆构件在螺纹部位就会发生断裂，从而导致锚杆体支护功能失效。为了提高螺纹钢螺纹强度，需要借助一些有效手段，使锚杆在整体上拥有相等的强度，以避免螺纹断裂事故的发生。积极完善研究锚杆机具的配套设备。如，施工阶段应尽可能保持结构的平衡，偏差应控制在允许误差范围之内，对于机具出现钻头、零部件质量不合格、安装速度过慢等问题必须从严把握，从而保证锚杆支护技术的迅速崛起。

实用性、可靠性强的矿压检测技术。锚杆支护属于隐蔽性工程，在施工的质量不符合规范的情况下，锚杆支护系统很容易出现顶板冒落与离层现象。总的来说，锚杆支护的矿压检测可以分为3种：支护构件受力的监测，比如说GYS–300型锚杆测力计；用于安设质量以及锚杆性能的监测，包括锚固剂质量、锚杆施工质量和杆体性能质量。

4.经济效益和社会（安全生产）效益：

通过在我矿一采区各迎头的使用，使用效果良好，被广泛应用。大大节约了注锚杆和安装锚杆时间和劳动量。不合格率明显下降，减少了重复施工和劳动，减少了空顶时间，提高了永久支护质量，保证了安全生产质量标准化的要求，确保了安全生产。同时减少了操作工序，提高了施工工效，减少乐安装锚杆的不合格率，减少了支护材料的消耗，降低了生产成本。

根据经验统计，大约每100棵锚杆中有5~8根锚杆安注不合格或报废，需要重新补打，按照此计算，我工区每月打锚杆预计在3000套锚杆左右，报废锚杆为（5~8）*3000/100=（150~180）套，多消耗材料费为（150~180）*30=（4500~5400）元，多消耗人力费用为（150~180）/10*180=（2700~3240）元，所以每月最多可节省费用8640余元，现我矿有两个掘进工区，按此类推，预计全矿可节约21万余元。

5.推广应用的范围、条件和前景

此锚杆限位器加工简便，便于安装、拆卸更换，不易损坏，材料成本低，使用安全。同时该装置易于操作，加工方便，造价低，适应于全矿所有巷道，应用价值高，易于广泛推行。

此装置易于加工，安装、拆卸、更换方便，造价低，效益高，减少劳动量，保证安全，节省材料，减少施工工序，节省时间，提高工效，易于广泛推行。

此锚杆限位器，可根据本矿或其他施工场所条件的不同巷道、不同直径锚杆加工制作符合条件的锚杆限位器，制作原理简单，可选择性的根据具体情况改变此锚杆限位器的长度，达到所需要的锚杆外露，能够被广泛使用。

此锚杆限位器应用前景广阔，它不仅提高了锚杆合格率，减少了人力劳动，减少了重复施工，而且操作简单、便捷，还提高了注锚杆速度，使工效得到进一步提高，并减少了施工工序、减少了材料消耗，最终降低了施工成本，因此他可被广泛应用到煤矿掘进巷道施工中来。

结束语：

综上所述，科学设计锚杆限位器，做好限位处理工作，并且提高注锚杆速度，减少物质资源、人力资源消耗，推动煤矿掘进向导施工进步。

参考文献：

[1]王连国,陆银龙,张蓓,等.一种煤矿巷道锚杆支护智能设计方法:,CN101968825A[P].2011.

[2]韩凤山.煤矿巷道锚杆支护设计专家系统的研究与应用[D].东北大学,1997.

[3]刘全辉,方治国.魏墙煤矿综采面顺槽锚杆支护设计与应用[J].内蒙古煤炭经济,2016(16):121-123.