礦用水切割機在煤礦退錨中的應用

崔計平

（山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業有限公司，山西 晉城 048200）

1 問題的提出

2202 工作面的軌道順槽采用了切頂卸壓沿空留巷技術，留巷形成后被作為2203 工作面的皮帶順槽使用。2203 工作面回采過程中發現，2203 皮帶順槽端頭三角區頂板不能完全垮落，懸頂面積超過了10 m2，不符合規程規定。2202 皮帶順槽端頭沒有出現三角區無法垮落現象，通過與2202 工作面對比分析，2203 皮帶順槽采用切頂卸壓沿空留巷工藝后，對巷道頂板進行了補強支護，在原有巷道支護的基礎上補打了加強錨索，錨索采用規格為Φ21.8 mm×13 300 mm，間排距為1 800 mm×2 000 mm。雖然提前對錨索進行了退錨，但退錨效果不好，退錨率不高。同時，由于采用切頂卸壓工藝，提前將順槽與工作面之間的頂板切斷，破壞了端頭兩臨邊固支受力狀況，將巖應力提前釋放，端頭三角區頂板不易完全垮落。

2 擬采取的措施

針對端頭三角區懸頂面積過大的問題，一般采取兩類辦法。一類是利用外力破壞端頭三角區頂板的完整性，降低頂板的承載能力，常用的是爆破和水壓預裂。另一類是人為減弱頂板的支護強度，常用的辦法就是退掉三角區的錨桿、錨索，剪斷金屬網，消除頂板巖石之間的聯系，促進離層發育，加速頂板垮落。

鹿臺山煤業為高瓦斯礦井，順槽采用切頂卸壓沿空留巷技術后，前期已經對頂板進行切頂爆破，頂板會形成不同程度的裂隙，瓦斯會順著裂隙上升。如果采用爆破強制放頂，爆破產生的電火花可能引燃裂隙中的瓦斯，發生瓦斯爆炸，存在極大的安全隱患。同樣因為產生了裂隙，采用水壓預裂頂板時水壓會順著已有的裂隙卸壓流出，起不到預裂作用。

根據以上分析得出，破壞頂板完整性的方法不可行，只有在減弱頂板支護強度這個方向上找突破。現有的辦法是在回采前將巷道的錨桿、錨索退掉，然后將金屬網剪斷，最大限度地減弱頂板的支護強度。退錨桿和剪金屬網可以很快完成，退錨索相對比較困難。鹿臺山煤業采用張拉千斤頂退錨工藝，此工藝存在諸多弊端，主要表現在需要人員多，勞動強度大，效率低，存在安全隱患等，而且存在很大的局限性，對于炸頭的錨索無法進行作業。

經過多方調研比較，采用水切割機代替張拉千斤頂退錨。

3 礦用水切割機的應用

3.1 礦用水切割機的組成及工作原理

礦用水切割機是通過獲得極高速度的磨料粒子流（水砂混合流），對錨索高頻地撞擊和沖蝕，從而切斷錨索。礦用水切割機主要由混砂閥、磨料罐、壓力補償裝置、欠壓保護超壓報警液控閥、安全閥、高壓膠管、壓力表、噴嘴體組成，如圖1 所示。

圖1 礦用水切割機工作原理圖

液壓源由工作面往復式乳化泵提供。磨料罐中裝有磨料，磨料為80 目的石榴石。混砂閥將磨料與水按一定比例混合。噴嘴體主要由噴嘴和噴嘴座組成，噴嘴直徑為0.8 mm，套在噴嘴座上安裝在刀架上。

液壓源輸入30 MPa的高壓水，經過高壓膠管輸送到水切割機中，經過磨料罐將水和砂按一定比例混合后流向高壓管，高壓混合水經過噴嘴體瞬間加速到340 m/s，使水砂產生巨大的高速射流動能，用刀架固定進行切割，通過遠程控制可伸縮切割器控制噴嘴的橫向移動，完成整個切割過程。

3.2 礦用水切割機的應用

鹿臺山煤業2203 皮帶順槽支護錨索直徑為21.8 mm，托盤規格為300 mm×300 mm×16 mm。將遠程控制可伸縮切割器采用強磁固定方式，固定在托盤上，將噴嘴對準托盤與鎖具之間的縫隙，調整噴嘴與錨索間的距離，打開水切割機控制閥，開始切割，通過遠程手輪控制噴嘴沿刀架緩慢移動，直至切斷錨索。通過現場試驗，水切割機切割效率高，安全可靠。采用水切割機退錨后，錨索的退錨率達到了99%以上，大大減弱了三角區支護強度，三角區頂板垮落明顯，滿足規程對懸頂面積的要求。

4 結論

針對采用切頂卸壓沿空留巷巷道端頭三角區不能完全垮落問題，分析了兩類三角區放頂方式，得出采用減弱支護強度的方式更可靠。引進了礦用水切割機，介紹了水切割機的組成和工作原理，并在鹿臺山煤業現場應用，退錨率達到了99%以上，有效地減弱了三角區頂板的支護強度，解決了因端頭三角區懸頂面積大的問題。水切割機具有安全高效、勞動強度低、環境適應性高等特點，是一項值得推廣的技術。