水力切割技術在退錨工序中的應用

趙垚庭 張 博 李 晉

（山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048006）

1 概況

長平礦Ⅲ5303 放頂煤工作面位于3#煤一水平五盤區，地面標高1023～1181 m，煤層底板標高389～466 m，工作面走向長度1 337.01 m，傾斜長度294.58 m，煤層總厚度5.53 m。

基本頂：細粒砂巖，厚度9.8 m，灰色，細粒結構，巨厚狀，以石英、長石為主，分選一般，呈次圓狀。普氏硬度均值7.1，單向抗拉強度均值3.5 MPa，單向抗壓強度均值81.5 MPa，穩定性級別為Ⅱ級。直接頂：砂質泥巖，厚度4.98 m，淺灰色，砂質分布不均，性脆，質軟，塊狀。普氏硬度均值7.4，單向抗拉強度均值為3.3 MPa，單向抗壓強度均值為79.8 MPa，穩定性級別為Ⅱ級。

Ⅲ5303 放頂煤工作面順槽頂板錨索多數變形無法退錨，采面上下隅角懸頂超標現象時有發生，給安全生產帶來影響。針對變形錨索無法退錨的難題，引進水力切割技術，通過切割使錨索失效。

2 水切割裝置

目前工作面所用為QSM-3 礦用水切割裝置，該裝置主要分為兩部分：混砂罐、液控閥、安全閥、壓力表等部件組成的動力設備和高壓膠管、軟軸、強磁切割頭組成的切割裝置。

該裝置由井下供液系統接入裝置，將高壓水和石榴砂混合后從水刀噴嘴產生高速水柱進行切割，通過操控手輪，遠程操作水刀擺動，從而完成切割作業。工作壓力為31.5 MPa，噴嘴流量為4～6 L/min，切割速度為2.5 min/根，能持續工作25～40 min 左右，可對井下各種開花、變形錨索進行切割[1]。

3 水切割裝置的應用與改進

3.1 水切割裝置的優點

與常規退錨機具相比，水切割裝置主要有以下優點：

（1）設備輕便、用人少。使用傳統退錨千斤進行退錨作業時，從扶梯、觀山、操作退錨泵到上舉退錨千斤，至少需要4 人方可完成作業。使用水切割裝置切割錨索過程中1 人負責觀山和操作液壓動力開關，1 人負責安裝水刀裝置并操作手輪進行切割作業，僅需2 人就可以完成整個作業，與常規退錨作業相比可減少2 人。且該裝置的水刀重量不足5 kg，遠遠輕于退錨千斤的18 kg，極大減輕了作業人員的勞動強度[2]。

（2）結構簡單，無須額外增加系統。該水切割裝置利用井下現有供液系統，31.5 MPa 的泵站供液壓力足以滿足切割錨索的需要，從而形成裝置的動力來源，無須額外增加系統[3]。

（3）應用范圍廣。傳統退錨裝置錨索要求較高，當錨索出現開花、變形等現象時，無法使用常規方式進行退錨。而使用水切割裝置之后，由于退錨原理的革新，無論頂上錨索如何變形嚴重，都能夠正常切割達到退錨效果。此外，現場錨索吊掛工字鋼、外露長度過短或被單體柱遮擋后，傳統退錨裝置很難發揮作用，而水切割裝置則不受此影響。

（4）退錨速度快。正常切割時，切割速度達到2.5 min/根，與傳統退錨裝置的8 min/根相比單根作業時間縮短60%[4]。

（5）服務時間長。傳統的退錨裝置平均服務時間不足2 天，更有甚者不到1 個班便損壞，損壞原因多為錨具變形、缸套裂開、缸體漏液、達不到額定壓力等，井下無法修復只能更換錨具或更換整體。而水切割裝置構造簡單，更換部分小型易損件即可，無須上井修復就可以保證錨索切割工作的進行。

3.2 水切割裝置的改進

（1）切割頭通過強力磁鐵吸附在托盤和工字鋼表面，通過強磁產生的垂直作用力進而產生水平方向的摩擦力，來抵抗水力切割的作用力。針對托盤和工字鋼變形可以做出調整，從而保證切割頭的位置，但遇到強磁吸附點不平整時，作用力范圍會減小，導致固定切割頭的磁吸力下降進而造成切割頭掉落威脅作業人員安全。對此，在切割頭兩側加工4 個連接耳并各固定1 根帶安全扣的小鏈，在井下切割作業之前與頂上金屬網連接，從而避免切割頭脫落傷人[5]。

（2）該裝置的水刀噴嘴直徑小，其篩砂裝置對井下防塵要求高，由于井下客觀因素影響，一旦堵塞直接影響設備正常使用。通過在儲砂罐體內出砂口處增加過濾裝置，極大減少了堵塞次數，切割效率大大提高[6]。

（3）卸載閥改進。為防止卸載時發生壓力液體傷人事故，卸載閥在原有基礎上采用補接彎頭的方式，提高人員操作安全系數。通過多次試驗改進，最后通過Φ10 直通變徑，上部增加常用Φ10 截止閥、彎頭等一系列配件，一方面解決了壓力液體傷人的事故，另一方面由Φ6 配件改為外壁更加厚實的Φ10 配件，配件常用且造價低，既保證了使用壽命，還節約了材料成本。

（4）出液口改進。為保證切割效果和控制出砂量，該裝置一直采用Φ6 的60 MPa 液管，但由于出液壓力大，切割過程難免造成出料管的彎折，以至于造成出砂口向外500 mm 左右的管路位置常常破損，且公司庫房沒有相應強度的替代管路。對此，在出料口位置將Φ6 管頭變為Φ10 管頭，將易彎折部位替代為Φ10 管路，后半部再變為Φ6管路，既保證了因壓力大、彎折造成的管破，還將特殊管路替代為普通管路，更換更為方便。

4 現場應用情況擴展

對于變形錨索，使用水力切割裝置可從索具根部將錨索切斷，達到退錨的效果。

受采動影響，兩順槽的錨桿常常出現頂板壓力大，氣動扳手或套管無法將頂上的錨桿退去，進而易造成懸頂超標。對此，通過雙強磁切割頭調整為單強磁切割頭，從而滿足吸附于錨桿托盤之上，保證了頂板錨桿支護的正常退錨作業。

在采煤機滾筒傳動軸出現損壞時，由于端蓋軸孔間隙配合存在誤差，通過各種方式都無法取出端蓋，只能拆下搖臂后整體上井進行處理。為此，通過加工特定的切割頭，吸附在機身表面，使用水切割裝置對端蓋進行破壞性拆除，經過10 h 的切割作業，將端蓋拆出，通過更換相應替代配件，采煤機恢復正常。

在實際生產過程中，通過水切割裝置對支架變形銷軸、變形連接耳、變形接鏈環等配件進行切割作業，減少了事故影響時間。

5 結論

自使用水切割裝置以來，長平礦實現了頂板錨桿錨索的應退盡退，保證了懸頂不超規定。該裝置輕便易操作，上手簡單，可在其他采煤工作面推廣使用，尤其是針對錨索易變形、巷道超高等無法進行常規退錨或退錨難度大的情況有更好的適用性。