现有锚索退锚装置的缺点及解决方法的设想

刘 勇，马 冰，段书武

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；2.煤炭科学研究总院开采设计分院，北京100013）

现有锚索退锚装置的缺点及解决方法的设想

刘 勇*1,2，马 冰1,2，段书武1,2

（1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；2.煤炭科学研究总院开采设计分院，北京100013）

实践证明，综采工作面回采巷道在回采动压影响下，锚网索组合支护具有良好的支护效果。但是，由于锚网索组合支护作用，回采巷道顶板不能随采面推进而及时冒落，对煤矿生产和安全造成了一系列新的问题，通常会采用放炮强制放顶、水力压裂放顶、锚索退锚等支护解除的方式处理未及时冒落的顶板。从现行锚索退锚装置的缺点入手，寻求改进退锚装置的方法，使其能更好的广泛应用。

退锚；解除；悬顶

1 概述

目前，全国大部分煤矿的综采工作面回采巷道的支护均采用了锚网索联合支护方式，巷道支护效果比较好，在回采动压影响下，也无须维护。实践证明，锚网索联合支护具有良好的支护效果，对保持回采巷道断面、简化采煤工作面端头工序、提高采面单产极为有利。但是，由于锚网索组合支护作用，回采巷道顶板不能随采面推进而及时冒落，这对煤矿生产和安全造成了一系列的问题：

（1）造成初放顶板难以及时冒落，初次垮落步距加大，对初放期间顶板管理带来困难。工作面回采初期，顶煤比较完整，放煤困难，为提高初次放煤回收率及尽快达到放煤标准，应该在工作面开采前采取退锚措施，加快顶煤的破碎。两巷锚网索支护不解除，给工作面端头顶板带来困难。

（2）造成工作面上下端头后方较大范围的悬顶，常形成深达几十米甚至上百米的采空区，形成通风死角，悬顶三角区瓦斯聚积，成为“瓦斯积聚库”，常常造成瓦斯超限，严重影响通风安全，给采面带来重大安全隐患。

（3）巷道顶板不垮落，增加了悬顶长度，对端头顶板管理造成困难，在下一个区段巷道布置时，区段煤柱压力增大，对煤柱稳定性造成了一定的影响，也使下一区段巷道维护困难。

针对以上问题，目前通行的办法有水力压裂弱化巷道顶板、放炮强制放顶、提前对锚网索进行解除的方式来处理未及时冒落的顶板。但是，放炮强制放顶安全风险高且火工品领用受限严重；而水力压力放顶的技术要求高、裂隙的走向和开度的判断标准不明确且成本较高，所以煤矿通常使用的是提前对锚索应力解除的方法来处理未冒落的顶板。但是由于现有锚索退锚装置的不可靠性，往往退锚的速度和效率很不高，本文针对锚索提前解除所使用的机具和工艺入手，提出锚索退锚机具的缺点及解决方法。

2 用锚索退锚机的组成及工作原理

2.1 锚索工作原理

锚索锁具分为锚具外套和内部工作锚具，内部工作锚具内有螺纹，可以增加与锚索钢绞线的摩擦系数。由于锁具和锚索钢绞线之间有自锁作用，在工作状态下，顶板压力作用于托盘，托盘将压力经索具传递至锚索钢绞线，起到支护顶板的作用。随着巷道顶板下沉，锚索的受力越来越大。工作原理如图1所示。

2.2 锚索退锚机的组成

矿用锚索退锚机具是由手动液压泵和退锚千斤顶及高压胶管组成。手动液压泵和退锚千斤顶是用高压胶管通过快速接头连接。矿用锚索退锚机具实物如图2所示。

2.3 退锚器工作原理

退锚器主要是通过退锚千斤和手压泵配合来完成工作的，基本原理是当退锚器的内置退锚卡紧器锁紧锚索钢绞线后，给退锚千斤加压，随着压力的不断加大，退锚千斤顶压器顶起被退锚索的锚具外套和顶板，使锚索内部工作锚具和锚具外套分离，实现退锚。退锚装置机构图如图3所示。

图1 锚索工作原理图

图2 矿用锚索退锚机

图3 退锚装置机构图

3 矿用锚索退锚机的缺点

目前，矿用锚索退锚机虽然被广泛使用，但在各煤矿生产应用中，使用起来仍有一些不便之处。对各煤矿进行了大量的实地调研，了解了锚索退锚机具在井下实际环境中的使用情况，并通过和一些现场技术人员和工作人员交流，现行使用的退锚机在实际工作过程中仍存在一些缺点和不足。

3.1 可靠性不高

退锚时，在加压过程中，锚具的锚环和锚塞的分离时判断是否继续加压的标准，如果发生分离则停止加压，如果未发生分离则手动泵继续加压。然而通常工作人员判断锚塞和锚环是否分离以及是否继续加压完成完全是依靠个人的工作经验来判断，这样难免会导致加压的精确度不高，而加压过大或过小都会给退锚工作带来一定的困难和危险。如果加压过小，很难把锚塞从锚环中取出；如果稍有不慎加压过大，对锚索钢绞线的拉力超过了锚索的设计承载力，则有可能把锚索拉坏。

3.2 劳动强度大、劳动力需求高

由于锚索均分布在巷道的顶板，而在退锚时需将退锚千斤顶拿到巷道顶部与钢绞线相连，可是由于高度的原因，在退锚过程中工作人员必须随身携带梯子，攀爬着来进行退锚工作，这样务必给工作人员带来了额外的较大的工作强度。而由于巷道的实际环境原因，在使用梯子时还需要另外一个工作人员来进行扶持，这样整个退锚过程至少需要3个工作人员来完成。占用了劳动力，增加的煤矿企业的生产成本，降低了效益。

3.3 具有一定的危险性

在退锚加压过程中，需要人工取下锚塞，具有一定的危险性，另外在整个退锚加压过程中，工作人员需要反复攀爬梯子来判断是否继续加压，且退锚之后还需取下锚具，这样反复的攀爬梯子也会给工作人员的人身安全带来威胁。

4 锚具和退锚机构的改进

4.1 锚具的改进

通过改变锚塞的外形和尺寸，使其更好的配合退锚机具的使用，如图4所示。

图4 锚塞外形和尺寸前后变化图

4.2 退锚机构的改进

退锚机构的改进如图5所示。从图5中的相对位置看，在向油缸大腔注油时首先活塞右移至棕色活塞杆顶到锚杯做支撑点，继续注油缸体会拉动滑块左移并拉动锚塞，当锚塞与锚杯分离后也就使锚具整体脱离了锁紧的工作状态。回程时油缸小腔注油直至活塞移至最左端，此时滑块可以径向张开。

图5 改进后退锚机构与改进后锚塞配套图

4.3 改进后的优点

4.3.1 提高了退锚的可靠性，提高了退锚效率

退锚时，在加压过程中，能准确判断锚具的锚杯和锚塞的分离，避免了由工作人员通过经验判断锚塞和锚环是否分离的可能。避免了由于过度加压，导致对锚索钢绞线的拉力超过了锚索的设计承载力，破坏锚索的可能。提高了退锚的可靠性和退锚效率。

4.3.2 降低了退锚的危险性

在退锚加压过程中，无需人工取下锚塞，降低了退锚的危险性。另外在整个退锚加压过程中，工作人员也无需反复攀爬梯子来判断是否继续加压，降低了给工作人员的人身安全带来的威胁。

5 应用前景

通过以上的改进，我们相信可以开发出快速高效的锚索退锚装置，可实现锚索的快速退锚，锚索的退锚效率能提高20%，锚索的退锚率能达80%以上，而且在退锚过程中减少了人为的影响因素，应用前景十分广阔。

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TD353

A

1004-5716(2015)11-0138-03

2015-06-15

2015-06-15

开采设计事业部科技创新基金资金资助项目（KCSJ-QNCX-2014-03）。

刘勇（1981-），男（汉族），江苏南通人，副研究员，现从事巷道支护技术及巷道化学加固技术研究工作。