树脂锚杆直径、钻孔直径及锚固长度

树脂锚杆直径、钻孔直径及锚固长度

的合理性分析

曲光1，杨振茂2，洪华斌2，朱春华2

(1，北京煤炭设计研究院，北京 100011；2．中国矿业大学(北京校区)，北京 100083) 摘要：锚杆支护是我国煤矿回采巷道中的主要支护形式之一。本文通过对树脂锚杆直径、钻孔直径

及锚固长度的合理性分析，得出三者最佳的技术经济效益和支护效果。

关键词：锚杆直径；钻孔直径；锚固长度

文献标识码：A

由于锚杆支护具有安全、经济、快速等优点，因此这项技术在我国煤矿回采巷道中得到了迅速推广与广泛应用，目前锚杆支护占的比例为20％左右。

在煤巷锚杆支护中，绝大部分使用树脂锚杆，顶板锚杆杆体基本由左旋螺纹钢和建筑螺纹钢制作。在使用这种锚杆时，如何经济、合理地选择锚杆直径、钻孔直径及锚固长度，是能否取得最大锚固力和最佳经济效益的技术关键。

1 锚杆支护成本分析

锚杆支护成本是指锚杆钢材、树脂药卷、锚杆托盘、螺母以及锚杆加工等费用之和(未计入施工等费用)。锚杆支护成本用下式计算

F=π/4[L1φ12γ1C l十L2(φ32—φ12)γ2C2]十C

式中 L l——锚杆长度，mm；

L2—-—锚固长度，mm；

φ1——锚杆直径，mm；

φ3——钻孔直径，mm；

γ1——钢材容重，7.8x10-6kg/mm3；

γ2----树脂药卷容重，2.0x10-6kg/mm3；

c1-----带纵筋月牙肋建筑螺纹钢筋价格，取2.75元/kg；

c2-----树脂药卷价格，取8.41元/kg；

C——--锚杆托盘、螺母、锚杆加工等费用之和。据统计，锚杆托盘价格为4.0元/个；螺母价格为

0.40元/个；锚杆加工等费4.6元/根，则，C=9.0元。

由上式可见，影响锚固成本的主要因素是锚杆直径、钻孔直径和锚固长度等。

2 锚杆直径对锚杆支护成本的影响

在钻孔直径和锚杆长度一定的情况下，全长锚固的带纵筋月牙肋建筑螺纹钢筋锚杆直径与锚杆支护成

本的关系见图1。一般情况下，随着锚杆直径增大，锚杆杆体重量和锚杆成本增加，但是，锚杆直径增大，

也相应地减少了锚固剂的用量与成本。总体来说，锚杆直径增大将使锚杆支护成本提高。

目前，我国煤巷支护大多数情况下应用φ14mm或φ16 mm的锚杆，仅有少数矿区应用φ18 mm和φ

20mm的锚杆。当钻孔直径为28mm时，锚杆直径越大，锚固成本也越高。如果以φ14mm带纵筋月牙肋建

筑螺纹钢筋锚杆支护成本为基准，则锚杆直径增大2mm，锚固成本增高0.60元左右。20MnSi带纵筋月牙肋建筑螺纹钢筋锚杆，使用不同锚杆直径时，从锚杆破断强度增加的百分比 (表1)看出，随着锚杆直

径增大，锚杆的锚固力提高(比用φ14mm的锚杆提高31％一147％)。因此，适当地加大锚杆杆体直径，对提高技术经济效果是十分明显的。

表1 锚杆直径不同时锚杆破断强度增加百分比

锚杆直径/mm 14 16 18 20 22

破断强度增加百分比/% 0 31 65 104 147

3 钻孔直径对锚杆支护成本的影响

钻孔直径越大，所需锚固剂越多，则锚杆支护成本也越高。因此，国内外煤巷支护锚杆钻孔直径有逐步缩小的趋势。

我国煤巷支护中应用的钻孔直径主要有26 mm、28mm、33mm和43mm等几种。使用这4种钻孔直径时，20MnSi锚杆支护成本见表2。由表2可见，钻孔直径越大，锚杆支护成本也越高。使用锚杆直经为16mm、18mm；钻孔直径33mm时，每孔比用28mm钻孔直经的锚杆支护成本增加8.1元(增高约25％)；使用43mm孔径时，则增加28元(增高约88％)左右；使用26mm孔径时，比用28mm孔径时的锚杆支护成本可降低2.8元，(下降约10％)。

表2 不同钻孔直径的锚杆支护成本

锚杆直径锚杆支护成本/元

／mm 孔径26mm 孔径28mm 孔径33mm 孔径43mm

14 28.6 31.5 39.5 59.6

16 29.2 32.0 40.1 60.1

18 29.8 32.6 40.7 60.8

20 30.4 33.3 41.4 61.4

22 31.2 34.0 42.1 62.2

24 32.0 34.9 41.9 63.0

注：孔径系指钻孔直径。

4 锚固长度对锚杆支护成本的骺响

在端头锚固时，锚固长度对锚杆支护成本影响很大。在钻孔直径为28mm、锚杆直径为18mm的条件下，锚固长度从500mm增加到2000 mm时，锚杆支护成本将由23.5元提高到32.62元，增加近9.1元(图2)。单纯从经济上考虑，锚固长度越短越好。但实际上，由于使用的锚杆不同，要求锚杆的锚固力不同，因此锚固长度也不一样。锚杆的锚固长度不应由经济因素决定，而主要应与锚杆的支护形式、强度及围岩力学性能等参数相适应。

5 结论

(1)全长锚固时，在钻孔直径一定的情况下，锚杆直径增大将使锚杆杆体重量和锚杆成本增加，但同时也相应地减少了锚固剂的用量与成本。总体来说，锚杆直径每增加2mm，带纵筋月牙肋建筑螺纹钢筋锚杆支护成本增高有限，仅为0.60元左右，而锚固力却提高极大，因此设计时应适当地加大锚杆直径。

(2)钻孔直径越大，所需用的锚固剂越多，则锚固成本也越高。但是，锚固剂的用量增加对锚杆的锚固力影响并不大，所以一般情况下应尽量采用较小的钻孔直径更为合理、经济。

(3)在煤巷支护中，使用全长锚固能够充分利用锚杆、锚固剂及围岩的能力，取得最佳的支护效果。

作者简介：曲光(1956—)，男，高级工程师，1982年毕业于阜新矿业学院，现任北京煤炭设计研究院监理所所长。