退锚装置在保德煤矿的应用

摘要：综放工作面采空区隅角顶板受锚固力的作用，不能及时垮落，易造成大面积悬顶和瓦斯积聚，不利于工作面安全高效生产。文章以保德煤矿为背景，介绍了退锚索装置在现场的应用，通过比较发现前混合磨料水射流技术在退锚索方面有明显的优势，该技术不仅满足矿井下的安全生产要求，而且切割效果好、效率高、安全性高。

关键词：悬顶；锚索退锚机；前混合磨料水射流；退锚装置；切割；煤矿开采 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2016）26-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.070

保德煤矿综放工作面两顺槽巷道顶板采用锚网、锚索组合支护，回采中顺槽隅角顶板有时不能随工作面推进及时冒落，造成工作面采空区上下隅角后方较大范围的悬顶，形成通风死角，导致三角区瓦斯聚积。当采空区的顶板悬顶超过一定范围时，会突然发生大面积的瞬间冒落，产生飓风伤人，同时会将采空区积聚的有害气体吹出，造成工作面瓦斯及其他有害气体超限，发生瓦斯事故或人员伤害，给工作面安全生产带来重大隐患。

1 端头三角区顶板垮落机理及悬顶成因

端头三角区顶板垮落机理：端头是指回采工作面与胶运巷或回风巷接合的部位。端头可以看成是两邻边固支，另一边自由的三角形悬板结构。随着工作面的推进，在矿山压力的作用下，固支边与自由边交点处弯矩不断增大，当顶板达到极限跨距时，三角区发生垮落。

端头三角区悬顶的成因：主要是三角形悬板结构的最大弯矩处，所受载荷没有达到垮落所需的极限应力，使基本顶不能产生有规律的周期性垮落。由于保德煤矿的顶板属于半坚硬岩石，自身的强度比较高，而且工作面胶运巷和回风巷均采用锚杆、锚索、锚网组合支护，作用于顶板，使工作面的直接顶与基本顶形成一个较为严密的统一体，不断加大了采空区端头侧的悬顶面积，是工作面回采过程中顶板管理的一大隐患。

2 端头三角区的垮落方案

通过对保德煤矿多个回采工作面端头三角区悬顶的问题分析，认为要减小工作面端头三角区悬顶面积，大体有两种方法：一是通过外力作用，破坏顶板的完整性和坚固性，降低顶板的承载能力；二是回采过程中通过外部手段减弱顶板的支护强度，即人为拆除部分锚杆、锚索，消除顶板岩层间力的联系，促进离层的发育，加速端头三角区的垮落。

3 实际运用过程中存在的问题

我矿在多个工作面回采过程中分别采用过高压水预裂巷道顶板、提前对顶板锚索锁具进行解除等方式来处理未及时冒落的顶板。高压水预裂顶板技术在使用过程中存在技术要求高、裂隙的走向和开度的判断标准不明确，使用维护成本较高，水压高不易管理且三角区顶板垮落效果不明显等问题。在使用过程中，提前对顶板锚索锁具进行解除技术，三角区顶板垮落效果明显。

4 锚索退锚机的现场应用

4.1 锚索退锚机的组成及工作原理

锚索退锚机主要由张拉千斤顶、手动油泵及高压胶管等组成，其工作原理是：先将锚具卡到锚锁上，将卡紧器固定好，工作人员操作操作阀手把，将单向阀打开，通过向张拉千斤顶供液，千斤顶开始工作，然后升压，把锚具外套和顶板顶起，使锚具和锚具外套分离。利用工具将已松的锚具推掉，然后再操作千斤顶松开锚索，取下退锚机，完成退锚工作。

4.2 锚索退锚机工艺

一个工作人员站在梯子上，将待退锚的钢绞线穿入退锚千斤顶孔内，使千斤顶顶压器和锚具外套相接。另一个工作人员将把液压泵换向阀扳到张位位置，启动液压泵，在退锚卡紧器与钢绞线套紧后，梯子上的工作人员使用8#铅丝将退锚千斤顶固定在顶网上。所有人员退到安全区域后，开始升压，使锚具和锚具外套分离。然后工作人员用螺丝刀，通过顶压器上的槽口将已松的锚具推掉，落入退锚器内。待所有人员退到安全地带后，把换向手柄扳到复位位置，再启动液压泵将退锚缸缓慢复位，再反向升压，使退锚卡紧器松开已完成退锚的钢绞线。确认安全后，一人拿住锁具、托盘，另一人剪断8#铅丝，取下千斤顶。

4.3 锚索退锚机缺点及局限性

4.3.1 可靠性不高。退锚时加压过程中，需要工作人员根据个人的工作经验来判断锚具的锚环和锚塞的分离过程是否需要继续加压，这样做会导致加压的精确度不高，加压过小很难把锚塞从锚环中取出，退锚困难；加压过大可能会锚索钢绞线的拉力超过了锚索的设计承载力，有可能把锚索拉坏，可靠性不高。

4.3.2 劳动力需求多、效率低、效益差。在巷道进行退锚索作业时，工作人员需要将退锚千斤顶拿到巷道顶板锚索相连。由于巷道高度的原因，工作人员需要不断地携带梯子更换作业地点，并攀爬到梯子上进行退锚工作，这样必然会给工作人员带来额外的工作强度。由于巷道自身情况复杂，为保证作业人员的安全，还需要另外一个工作人员来进行扶持梯子，包括操作阀组人员在内，整个退锚过程至少需要3个工作人员来完成。劳动力占用多，工作效率低，间接地降低了效益。

4.3.3 具有一定的危险性。退锚加压时，人员需要取下锚塞，这样就会有一定的危险性。另外在退锚加压过程时，人员需要反复攀爬梯子来查看是否需要继续加压。退锚以后人员需要取下锚具，在这过程中，人员也会存在一定的危险性。

4.3.4 缺点及局限性。锚索退锚机操作繁琐，退锚成功率低，耗时长，特别当巷道顶板锚索出现分叉、外露长度短或锚索托盘变形等状况，将无法进行退锚作业。

5 前混合磨料水射流切割装置的现场应用

5.1 前混合磨料水射流基本原理

从高压泵流出的高压水，一般通往磨料罐的上部，然后再进入混合室。高压水到达磨料罐上部后由于磨料向下流的速度很慢，所以基本上是以静压形式作用在磨料上，磨料在静水压力于自重的联合作用下通过供料阀进入混合室。经节流阀流入混合室的高压水流在与混合室的磨料均匀混合后，经高压管路至高压喷嘴喷出就形成了具有极高速度的磨料粒子流。与纯水射流相比，前磨料射流将纯水射流对物料的静压连续作用改变为磨料粒子流对物料的高频撞击与冲蚀作用，其作用效果大为改观。

5.2 前混合磨料水射流切割设备组成及工作原理

前混合磨料水射流切割装置主要由驱动系统、增压系统、磨料供给系统、控制系统及水循环系统组成。其中驱动系统（液压源）：由原动机提供增压动力；增压系统（高压柱塞泵）：高压柱塞泵将工作介质加压；磨料供给系统（磨料罐）：存储磨料，实现磨料与工作介质的充分混合，同时控制磨料的流量；控制系统（减压阀、安全阀）：调节系统压力，同时进行超压保护；水循环系统（高、低压软管）：工作介质流通的管路。

工作原理：工作介质通过低压软管经储水罐过滤后流入高压柱塞泵，煤矿井下用液压源为高压柱塞泵提供动力，将工作介质加压，高压水流经高压软管进入磨料罐，与磨料充分混合，并带动磨料加速，最后通过割枪枪嘴，形成高压磨料射流，进行切割作业。

5.3 前混合磨料水射流施工工艺

开启液压源，当磨料射流基本形成时，开始切割。操作人员需远离高压磨料水射流喷出及反射的方向，以防受到伤害。切割作业完成后，关闭磨料控制阀，设备运行1min左右，排尽高压软管中的剩余磨料。关闭液压源。左旋卸压阀手柄，释放系统中的压力，关闭进水阀门。设备的拆除与清理。拆除连接设备与辅机的高、低压软管，并将两头接头用堵头堵上。拆除辅机，并清洗干净。

5.4 前混合磨料水射流的优点

5.4.1 劳动强度及劳动力需求适中。巷道进行退锚作业时，先由1个工作人员将梯子放置在作业点下方，然后攀爬着将割枪固定在巷道顶板上，然后在切割锁具时只要控制好割枪喷嘴即可。另外一个工作人员只需将设备调整完毕后帮忙扶持梯子，将锁具切掉后，更换作业地点即可。简化了作业程序提高了作业效率，降低了工作人员的劳动强度，同时也降低了生产成本，间接地提高了生产效益。

5.4.2 安全性提高。在退锚过程中，不需要取下锚塞，只需将锁具割掉，工作人员不需要反复攀爬梯子，降低攀爬过程中可能产生的危险。

5.4.3 适合高瓦斯矿井或高瓦斯环境。前磨料水射流切割在切割锚索锁具时不产生高温，不产生火花，而且水可以降温、灭火，特别适合在各种易燃、易爆环境下对工件进行切割，不会引起瓦斯爆炸，特别适合保德煤矿高瓦斯矿井的井下环境，这就为前磨料水射流在井下特别是在高瓦斯矿井中的安全应用提供了前提条件。

6 结语

前混合磨料水射流可以在煤矿井下各种危险环境中进行锚索锁具的安全切割，通过试验和分析，找到了一种安全、高效、经济的井下退锚的方法，为煤矿综采工作面解决上隅角顶板大面积悬顶，使得顶板能够随采随落找到新的途径，有利于我国煤矿的高产高效矿井的安全生产，减少我国煤矿顶板事故和爆破放顶诱发的瓦斯爆炸事故，具有广阔的前景。

参考文献

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作者简介：伊永杰（1986-），男，山西朔州人，中国神华神东煤炭集团保德煤矿助理工程师，研究方向：综采技术管理。

（责任编辑：秦逊玉）