摘要：綜放工作面采空區(qū)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(chǎn)。文章以保德煤礦為背景，介紹了退錨索裝置在現(xiàn)場的應(yīng)用，通過比較發(fā)現(xiàn)前混合磨料水射流技術(shù)在退錨索方面有明顯的優(yōu)勢，該技術(shù)不僅滿足礦井下的安全生產(chǎn)要求，而且切割效果好、效率高、安全性高。

關(guān)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(wǎng)、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(qū)上下隅角后方較大范圍的懸頂，形成通風死角，導致三角區(qū)瓦斯聚積。當采空區(qū)的頂板懸頂超過一定范圍時，會突然發(fā)生大面積的瞬間冒落，產(chǎn)生颶風傷人，同時會將采空區(qū)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(fā)生瓦斯事故或人員傷害，給工作面安全生產(chǎn)帶來重大隱患。

1 端頭三角區(qū)頂板垮落機理及懸頂成因

端頭三角區(qū)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(jié)構(gòu)。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(qū)發(fā)生垮落。

端頭三角區(qū)懸頂?shù)某梢颍褐饕侨切螒野褰Y(jié)構(gòu)的最大彎矩處，所受載荷沒有達到垮落所需的極限應(yīng)力，使基本頂不能產(chǎn)生有規(guī)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(wǎng)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(tǒng)一體，不斷加大了采空區(qū)端頭側(cè)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(qū)的垮落方案

通過對保德煤礦多個回采工作面端頭三角區(qū)懸頂?shù)膯栴}分析，認為要減小工作面端頭三角區(qū)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(lián)系，促進離層的發(fā)育，加速端頭三角區(qū)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(shù)在使用過程中存在技術(shù)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(qū)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(shù)，三角區(qū)頂板垮落效果明顯。

4 錨索退錨機的現(xiàn)場應(yīng)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(nèi)，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(wǎng)上。所有人員退到安全區(qū)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(nèi)。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(jù)個人的工作經(jīng)驗來判斷錨具的錨環(huán)和錨塞的分離過程是否需要繼續(xù)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(huán)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(shè)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(yè)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(yè)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(yè)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(nèi)，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(xù)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(xiàn)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(yè)。

5 前混合磨料水射流切割裝置的現(xiàn)場應(yīng)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(lián)合作用下通過供料閥進入混合室。經(jīng)節(jié)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(jīng)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(xù)作用改變?yōu)槟チ狭Ｗ恿鲗ξ锪系母哳l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(shè)備組成及工作原理

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

工作原理：工作介質(zhì)通過低壓軟管經(jīng)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(zhì)加壓，高壓水流經(jīng)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(yè)。

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(yè)完成后，關(guān)閉磨料控制閥，設(shè)備運行1min左右，排盡高壓軟管中的剩余磨料。關(guān)閉液壓源。左旋卸壓閥手柄，釋放系統(tǒng)中的壓力，關(guān)閉進水閥門。設(shè)備的拆除與清理。拆除連接設(shè)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(yōu)點

5.4.1 勞動強度及勞動力需求適中。巷道進行退錨作業(yè)時，先由1個工作人員將梯子放置在作業(yè)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(shè)備調(diào)整完畢后幫忙扶持梯子，將鎖具切掉后，更換作業(yè)地點即可。簡化了作業(yè)程序提高了作業(yè)效率，降低了工作人員的勞動強度，同時也降低了生產(chǎn)成本，間接地提高了生產(chǎn)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(chǎn)生的危險。

5.4.3 適合高瓦斯礦井或高瓦斯環(huán)境。前磨料水射流切割在切割錨索鎖具時不產(chǎn)生高溫，不產(chǎn)生火花，而且水可以降溫、滅火，特別適合在各種易燃、易爆環(huán)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(huán)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(yīng)用提供了前提條件。

6 結(jié)語

前混合磨料水射流可以在煤礦井下各種危險環(huán)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(jīng)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(chǎn)高效礦井的安全生產(chǎn)，減少我國煤礦頂板事故和爆破放頂誘發(fā)的瓦斯爆炸事故，具有廣闊的前景。

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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(shù)管理。

（責任編輯：秦遜玉）