退錨裝置在保德煤礦的應用

摘要：綜放工作面采空區隅角頂板受錨固力的作用，不能及時垮落，易造成大面積懸頂和瓦斯積聚，不利于工作面安全高效生產。文章以保德煤礦為背景，介紹了退錨索裝置在現場的應用，通過比較發現前混合磨料水射流技術在退錨索方面有明顯的優勢，該技術不僅滿足礦井下的安全生產要求，而且切割效果好、效率高、安全性高。

關鍵詞：懸頂；錨索退錨機；前混合磨料水射流；退錨裝置；切割；煤礦開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2016）26-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.070

保德煤礦綜放工作面兩順槽巷道頂板采用錨網、錨索組合支護，回采中順槽隅角頂板有時不能隨工作面推進及時冒落，造成工作面采空區上下隅角后方較大范圍的懸頂，形成通風死角，導致三角區瓦斯聚積。當采空區的頂板懸頂超過一定范圍時，會突然發生大面積的瞬間冒落，產生颶風傷人，同時會將采空區積聚的有害氣體吹出，造成工作面瓦斯及其他有害氣體超限，發生瓦斯事故或人員傷害，給工作面安全生產帶來重大隱患。

1 端頭三角區頂板垮落機理及懸頂成因

端頭三角區頂板垮落機理：端頭是指回采工作面與膠運巷或回風巷接合的部位。端頭可以看成是兩鄰邊固支，另一邊自由的三角形懸板結構。隨著工作面的推進，在礦山壓力的作用下，固支邊與自由邊交點處彎矩不斷增大，當頂板達到極限跨距時，三角區發生垮落。

端頭三角區懸頂的成因：主要是三角形懸板結構的最大彎矩處，所受載荷沒有達到垮落所需的極限應力，使基本頂不能產生有規律的周期性垮落。由于保德煤礦的頂板屬于半堅硬巖石，自身的強度比較高，而且工作面膠運巷和回風巷均采用錨桿、錨索、錨網組合支護，作用于頂板，使工作面的直接頂與基本頂形成一個較為嚴密的統一體，不斷加大了采空區端頭側的懸頂面積，是工作面回采過程中頂板管理的一大隱患。

2 端頭三角區的垮落方案

通過對保德煤礦多個回采工作面端頭三角區懸頂的問題分析，認為要減小工作面端頭三角區懸頂面積，大體有兩種方法：一是通過外力作用，破壞頂板的完整性和堅固性，降低頂板的承載能力；二是回采過程中通過外部手段減弱頂板的支護強度，即人為拆除部分錨桿、錨索，消除頂板巖層間力的聯系，促進離層的發育，加速端頭三角區的垮落。

3 實際運用過程中存在的問題

我礦在多個工作面回采過程中分別采用過高壓水預裂巷道頂板、提前對頂板錨索鎖具進行解除等方式來處理未及時冒落的頂板。高壓水預裂頂板技術在使用過程中存在技術要求高、裂隙的走向和開度的判斷標準不明確，使用維護成本較高，水壓高不易管理且三角區頂板垮落效果不明顯等問題。在使用過程中，提前對頂板錨索鎖具進行解除技術，三角區頂板垮落效果明顯。

4 錨索退錨機的現場應用

4.1 錨索退錨機的組成及工作原理

錨索退錨機主要由張拉千斤頂、手動油泵及高壓膠管等組成，其工作原理是：先將錨具卡到錨鎖上，將卡緊器固定好，工作人員操作操作閥手把，將單向閥打開，通過向張拉千斤頂供液，千斤頂開始工作，然后升壓，把錨具外套和頂板頂起，使錨具和錨具外套分離。利用工具將已松的錨具推掉，然后再操作千斤頂松開錨索，取下退錨機，完成退錨工作。

4.2 錨索退錨機工藝

一個工作人員站在梯子上，將待退錨的鋼絞線穿入退錨千斤頂孔內，使千斤頂頂壓器和錨具外套相接。另一個工作人員將把液壓泵換向閥扳到張位位置，啟動液壓泵，在退錨卡緊器與鋼絞線套緊后，梯子上的工作人員使用8#鉛絲將退錨千斤頂固定在頂網上。所有人員退到安全區域后，開始升壓，使錨具和錨具外套分離。然后工作人員用螺絲刀，通過頂壓器上的槽口將已松的錨具推掉，落入退錨器內。待所有人員退到安全地帶后，把換向手柄扳到復位位置，再啟動液壓泵將退錨缸緩慢復位，再反向升壓，使退錨卡緊器松開已完成退錨的鋼絞線。確認安全后，一人拿住鎖具、托盤，另一人剪斷8#鉛絲，取下千斤頂。

4.3 錨索退錨機缺點及局限性

4.3.1 可靠性不高。退錨時加壓過程中，需要工作人員根據個人的工作經驗來判斷錨具的錨環和錨塞的分離過程是否需要繼續加壓，這樣做會導致加壓的精確度不高，加壓過小很難把錨塞從錨環中取出，退錨困難；加壓過大可能會錨索鋼絞線的拉力超過了錨索的設計承載力，有可能把錨索拉壞，可靠性不高。

4.3.2 勞動力需求多、效率低、效益差。在巷道進行退錨索作業時，工作人員需要將退錨千斤頂拿到巷道頂板錨索相連。由于巷道高度的原因，工作人員需要不斷地攜帶梯子更換作業地點，并攀爬到梯子上進行退錨工作，這樣必然會給工作人員帶來額外的工作強度。由于巷道自身情況復雜，為保證作業人員的安全，還需要另外一個工作人員來進行扶持梯子，包括操作閥組人員在內，整個退錨過程至少需要3個工作人員來完成。勞動力占用多，工作效率低，間接地降低了效益。

4.3.3 具有一定的危險性。退錨加壓時，人員需要取下錨塞，這樣就會有一定的危險性。另外在退錨加壓過程時，人員需要反復攀爬梯子來查看是否需要繼續加壓。退錨以后人員需要取下錨具，在這過程中，人員也會存在一定的危險性。

4.3.4 缺點及局限性。錨索退錨機操作繁瑣，退錨成功率低，耗時長，特別當巷道頂板錨索出現分叉、外露長度短或錨索托盤變形等狀況，將無法進行退錨作業。

5 前混合磨料水射流切割裝置的現場應用

5.1 前混合磨料水射流基本原理

從高壓泵流出的高壓水，一般通往磨料罐的上部，然后再進入混合室。高壓水到達磨料罐上部后由于磨料向下流的速度很慢，所以基本上是以靜壓形式作用在磨料上，磨料在靜水壓力于自重的聯合作用下通過供料閥進入混合室。經節流閥流入混合室的高壓水流在與混合室的磨料均勻混合后，經高壓管路至高壓噴嘴噴出就形成了具有極高速度的磨料粒子流。與純水射流相比，前磨料射流將純水射流對物料的靜壓連續作用改變為磨料粒子流對物料的高頻撞擊與沖蝕作用，其作用效果大為改觀。

5.2 前混合磨料水射流切割設備組成及工作原理

前混合磨料水射流切割裝置主要由驅動系統、增壓系統、磨料供給系統、控制系統及水循環系統組成。其中驅動系統（液壓源）：由原動機提供增壓動力；增壓系統（高壓柱塞泵）：高壓柱塞泵將工作介質加壓；磨料供給系統（磨料罐）：存儲磨料，實現磨料與工作介質的充分混合，同時控制磨料的流量；控制系統（減壓閥、安全閥）：調節系統壓力，同時進行超壓保護；水循環系統（高、低壓軟管）：工作介質流通的管路。

工作原理：工作介質通過低壓軟管經儲水罐過濾后流入高壓柱塞泵，煤礦井下用液壓源為高壓柱塞泵提供動力，將工作介質加壓，高壓水流經高壓軟管進入磨料罐，與磨料充分混合，并帶動磨料加速，最后通過割槍槍嘴，形成高壓磨料射流，進行切割作業。

5.3 前混合磨料水射流施工工藝

開啟液壓源，當磨料射流基本形成時，開始切割。操作人員需遠離高壓磨料水射流噴出及反射的方向，以防受到傷害。切割作業完成后，關閉磨料控制閥，設備運行1min左右，排盡高壓軟管中的剩余磨料。關閉液壓源。左旋卸壓閥手柄，釋放系統中的壓力，關閉進水閥門。設備的拆除與清理。拆除連接設備與輔機的高、低壓軟管，并將兩頭接頭用堵頭堵上。拆除輔機，并清洗干凈。

5.4 前混合磨料水射流的優點

5.4.1 勞動強度及勞動力需求適中。巷道進行退錨作業時，先由1個工作人員將梯子放置在作業點下方，然后攀爬著將割槍固定在巷道頂板上，然后在切割鎖具時只要控制好割槍噴嘴即可。另外一個工作人員只需將設備調整完畢后幫忙扶持梯子，將鎖具切掉后，更換作業地點即可。簡化了作業程序提高了作業效率，降低了工作人員的勞動強度，同時也降低了生產成本，間接地提高了生產效益。

5.4.2 安全性提高。在退錨過程中，不需要取下錨塞，只需將鎖具割掉，工作人員不需要反復攀爬梯子，降低攀爬過程中可能產生的危險。

5.4.3 適合高瓦斯礦井或高瓦斯環境。前磨料水射流切割在切割錨索鎖具時不產生高溫，不產生火花，而且水可以降溫、滅火，特別適合在各種易燃、易爆環境下對工件進行切割，不會引起瓦斯爆炸，特別適合保德煤礦高瓦斯礦井的井下環境，這就為前磨料水射流在井下特別是在高瓦斯礦井中的安全應用提供了前提條件。

6 結語

前混合磨料水射流可以在煤礦井下各種危險環境中進行錨索鎖具的安全切割，通過試驗和分析，找到了一種安全、高效、經濟的井下退錨的方法，為煤礦綜采工作面解決上隅角頂板大面積懸頂，使得頂板能夠隨采隨落找到新的途徑，有利于我國煤礦的高產高效礦井的安全生產，減少我國煤礦頂板事故和爆破放頂誘發的瓦斯爆炸事故，具有廣闊的前景。

參考文獻

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作者簡介：伊永杰（1986-），男，山西朔州人，中國神華神東煤炭集團保德煤礦助理工程師，研究方向：綜采技術管理。

（責任編輯：秦遜玉）