趙垚庭 張 博 李 晉

（山西長平煤業(yè)有限責(zé)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(qū)，地面標(biāo)高1023～1181 m，煤層底板標(biāo)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(xì)粒砂巖，厚度9.8 m，灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，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(qiáng)度均值3.5 MPa，單向抗壓強(qiáng)度均值81.5 MPa，穩(wěn)定性級別為Ⅱ級。直接頂：砂質(zhì)泥巖，厚度4.98 m，淺灰色，砂質(zhì)分布不均，性脆，質(zhì)軟，塊狀。普氏硬度均值7.4，單向抗拉強(qiáng)度均值為3.3 MPa，單向抗壓強(qiáng)度均值為79.8 MPa，穩(wěn)定性級別為Ⅱ級。

Ⅲ5303 放頂煤工作面順槽頂板錨索多數(shù)變形無法退錨，采面上下隅角懸頂超標(biāo)現(xiàn)象時有發(fā)生，給安全生產(chǎn)帶來影響。針對變形錨索無法退錨的難題，引進(jìn)水力切割技術(shù)，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(shè)備和高壓膠管、軟軸、強(qiáng)磁切割頭組成的切割裝置。

該裝置由井下供液系統(tǒng)接入裝置，將高壓水和石榴砂混合后從水刀噴嘴產(chǎn)生高速水柱進(jìn)行切割，通過操控手輪，遠(yuǎn)程操作水刀擺動，從而完成切割作業(yè)。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(xù)工作25～40 min 左右，可對井下各種開花、變形錨索進(jìn)行切割[1]。

3 水切割裝置的應(yīng)用與改進(jìn)

3.1 水切割裝置的優(yōu)點(diǎn)

與常規(guī)退錨機(jī)具相比，水切割裝置主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）設(shè)備輕便、用人少。使用傳統(tǒng)退錨千斤進(jìn)行退錨作業(yè)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(yè)。使用水切割裝置切割錨索過程中1 人負(fù)責(zé)觀山和操作液壓動力開關(guān)，1 人負(fù)責(zé)安裝水刀裝置并操作手輪進(jìn)行切割作業(yè)，僅需2 人就可以完成整個作業(yè)，與常規(guī)退錨作業(yè)相比可減少2 人。且該裝置的水刀重量不足5 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)輕于退錨千斤的18 kg，極大減輕了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度[2]。

（2）結(jié)構(gòu)簡單，無須額外增加系統(tǒng)。該水切割裝置利用井下現(xiàn)有供液系統(tǒng)，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(tǒng)[3]。

（3）應(yīng)用范圍廣。傳統(tǒng)退錨裝置錨索要求較高，當(dāng)錨索出現(xiàn)開花、變形等現(xiàn)象時，無法使用常規(guī)方式進(jìn)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(yán)重，都能夠正常切割達(dá)到退錨效果。此外，現(xiàn)場錨索吊掛工字鋼、外露長度過短或被單體柱遮擋后，傳統(tǒng)退錨裝置很難發(fā)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(dá)到2.5 min/根，與傳統(tǒng)退錨裝置的8 min/根相比單根作業(yè)時間縮短60%[4]。

（5）服務(wù)時間長。傳統(tǒng)的退錨裝置平均服務(wù)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(dá)不到額定壓力等，井下無法修復(fù)只能更換錨具或更換整體。而水切割裝置構(gòu)造簡單，更換部分小型易損件即可，無須上井修復(fù)就可以保證錨索切割工作的進(jìn)行。

3.2 水切割裝置的改進(jìn)

（1）切割頭通過強(qiáng)力磁鐵吸附在托盤和工字鋼表面，通過強(qiáng)磁產(chǎn)生的垂直作用力進(jìn)而產(chǎn)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(diào)整，從而保證切割頭的位置，但遇到強(qiáng)磁吸附點(diǎn)不平整時，作用力范圍會減小，導(dǎo)致固定切割頭的磁吸力下降進(jìn)而造成切割頭掉落威脅作業(yè)人員安全。對此，在切割頭兩側(cè)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(yè)之前與頂上金屬網(wǎng)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(shè)備正常使用。通過在儲砂罐體內(nèi)出砂口處增加過濾裝置，極大減少了堵塞次數(shù)，切割效率大大提高[6]。

（3）卸載閥改進(jìn)。為防止卸載時發(fā)生壓力液體傷人事故，卸載閥在原有基礎(chǔ)上采用補(bǔ)接彎頭的方式，提高人員操作安全系數(shù)。通過多次試驗(yàn)改進(jìn)，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(shí)的Φ10 配件，配件常用且造價低，既保證了使用壽命，還節(jié)約了材料成本。

（4）出液口改進(jìn)。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(yīng)強(qiáng)度的替代管路。對此，在出料口位置將Φ6 管頭變?yōu)棣?0 管頭，將易彎折部位替代為Φ10 管路，后半部再變?yōu)棣?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(xiàn)場應(yīng)用情況擴(kuò)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(dá)到退錨的效果。

受采動影響，兩順槽的錨桿常常出現(xiàn)頂板壓力大，氣動扳手或套管無法將頂上的錨桿退去，進(jìn)而易造成懸頂超標(biāo)。對此，通過雙強(qiáng)磁切割頭調(diào)整為單強(qiáng)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(hù)的正常退錨作業(yè)。

在采煤機(jī)滾筒傳動軸出現(xiàn)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?lián)u臂后整體上井進(jìn)行處理。為此，通過加工特定的切割頭，吸附在機(jī)身表面，使用水切割裝置對端蓋進(jìn)行破壞性拆除，經(jīng)過10 h 的切割作業(yè)，將端蓋拆出，通過更換相應(yīng)替代配件，采煤機(jī)恢復(fù)正常。

在實(shí)際生產(chǎn)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(huán)等配件進(jìn)行切割作業(yè)，減少了事故影響時間。

5 結(jié)論

自使用水切割裝置以來，長平礦實(shí)現(xiàn)了頂板錨桿錨索的應(yīng)退盡退，保證了懸頂不超規(guī)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(jìn)行常規(guī)退錨或退錨難度大的情況有更好的適用性。