前探梁支護(hù)技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

郭志強(qiáng)

（山西宏廈第一建設(shè)有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

某煤礦在綜掘巷道掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)巷道采用兩種臨時(shí)支護(hù)方式相結(jié)合的支護(hù)方式，這兩種支護(hù)方式分別為帶帽木點(diǎn)柱支護(hù)和探頭梁支護(hù)[1]。其中帶帽木點(diǎn)柱支護(hù)方式主要使用4～6根長(zhǎng)短不一的帶帽木點(diǎn)柱，探頭梁臨時(shí)支護(hù)安置在巷道頂部，并且沿巷道方向布置，探頭梁的布置主要是預(yù)防探測(cè)區(qū)巷道頂板垮落。但是這兩種巷道臨時(shí)支護(hù)方式存在大量問題，比如其支撐能力較差，難以支撐巷道頂板產(chǎn)生較大的壓力，導(dǎo)致這種支護(hù)方式的安全性和穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生因支撐力不足而造成頂板垮落的事故[2]。同時(shí)這種支護(hù)方式工作量繁重，使礦工工作強(qiáng)度大。因此結(jié)合本礦掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)對(duì)臨時(shí)支護(hù)方式作出調(diào)整，采用ZLJ-10/21機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)上帶有支撐裝置時(shí)，支撐裝置所在的位置不能干擾掘進(jìn)機(jī)的正常作業(yè)活動(dòng)，同時(shí)不能阻擋掘進(jìn)機(jī)內(nèi)司機(jī)的視線。相比以前的支護(hù)方式，這種臨時(shí)支護(hù)方式安全性高，穩(wěn)定性好，有效地提高了巷道掘進(jìn)過程中的安全性，同時(shí)因其工作量少，也大大提高了井下的生產(chǎn)效率。

1 機(jī)載超前支護(hù)設(shè)備

1.1 技術(shù)要求

巷道的支護(hù)裝置應(yīng)滿足一定的技術(shù)要求。當(dāng)巷道進(jìn)行掘進(jìn)開挖活動(dòng)時(shí)，支護(hù)裝置所在的位置不能干擾掘進(jìn)機(jī)的正常作業(yè)活動(dòng)，同時(shí)不能阻擋掘進(jìn)機(jī)內(nèi)司機(jī)的視線。為了保證足夠的使用壽命，支護(hù)裝置的構(gòu)建必須有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)為了便于井下復(fù)雜環(huán)境下的安裝，支護(hù)裝置應(yīng)該便于操作，靈活性強(qiáng)，機(jī)械化程度高，并且安全穩(wěn)定，能夠很好地適應(yīng)井下復(fù)雜的工作環(huán)境[3]。

1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

ZLJ-10/21型支護(hù)裝備主要由八部分組成，分別為提升油缸、支撐油缸、頂架、主架、雙向鎖、折疊氣缸、多向閥、高壓油管道。

ZLJ-10/21型機(jī)載臨時(shí)支撐裝備的燃料供給依靠井下綜掘機(jī)的原機(jī)站。支撐裝置通過操作閥與油缸支架連接，關(guān)閉掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工作的油回路，打開臨時(shí)支架連接油缸支架的三通操作閥，支護(hù)裝置上的頂部支架向前伸展，同時(shí)裝置側(cè)邊的框架也展開，依靠掘進(jìn)機(jī)頂部框架支撐鋼筋與鋼網(wǎng)，掘進(jìn)機(jī)前部的主框架和機(jī)頂?shù)目蚣芸恳簤哼M(jìn)行支撐，通過操控液壓手柄，使液壓油能夠流過安全閥向閥門進(jìn)行供油。流入的液壓油進(jìn)一步流入分流器，然后流經(jīng)雙向鎖定，最后進(jìn)入支護(hù)裝置的氣缸。主框架和掘進(jìn)機(jī)頂部的框架在動(dòng)力驅(qū)使下緩慢打開，打開到指定的角度和主框架所需要的合適位置，最后把主框架上升到巷道頂部，井下支護(hù)的工作人員可以利用主框架和鉆機(jī)在巷道頂部布置鋼和鋼網(wǎng)，并安裝螺栓。安裝完永久支架鋼網(wǎng)和螺栓后，臨時(shí)支護(hù)支架下降到最低位置，并把其轉(zhuǎn)換成主框架和車頂架。把支護(hù)裝置頂部的挖掘機(jī)調(diào)整到當(dāng)前位置，控制進(jìn)油手柄通過三通閥進(jìn)行上油，上油完成后關(guān)閉油路，控制閥不在工作，掘進(jìn)機(jī)開始掘進(jìn)工作，進(jìn)而進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)載支護(hù)系統(tǒng)壓力為16 MPa，初始支撐能力為1 t，其自重為0.96 t，支架的長(zhǎng)為2.0 m，寬為2.1 m，支架展開后的支護(hù)范圍長(zhǎng)、寬都為3.4 m，可折疊的支架折疊后的高度范圍為100～300 mm，支架頂部框架的傾斜角度小于20°，機(jī)載支護(hù)裝置的啟動(dòng)時(shí)間大約為70 s，臨時(shí)支撐裝置不需要額外增加動(dòng)力，其和掘進(jìn)機(jī)共有一個(gè)泵站；臨時(shí)支護(hù)裝置采用機(jī)械化全液壓技術(shù)，其支護(hù)范圍不能超過機(jī)械化有效范圍。并且臨時(shí)支護(hù)裝置方便安裝和拆卸。穩(wěn)定無故障工作時(shí)間要大于3 h。

2 機(jī)載超前支護(hù)工藝

機(jī)載臨時(shí)支撐裝置在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)可以收縮到切割機(jī)齒輪箱的后部，不影響掘進(jìn)機(jī)的正常操作。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)深度達(dá)到兩個(gè)錨桿的長(zhǎng)度時(shí)，就需要進(jìn)行超前支護(hù)，此時(shí)掘進(jìn)機(jī)需停止掘進(jìn)工作，返回兩個(gè)錨排。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)?？糠€(wěn)定后，將掘進(jìn)用的切割頭由懸空狀態(tài)變?yōu)槁涞貭顟B(tài)，通過操控機(jī)載臨時(shí)支撐裝置的控制按鈕，使收縮在切割機(jī)齒輪箱后的支撐裝置翻轉(zhuǎn)到切割頭的頂部。除了機(jī)載臨時(shí)支撐裝置外，還通過梁和錨桿對(duì)巷道進(jìn)行永久支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)相互配合可以有效預(yù)防巷道頂板垮落傷人事故的發(fā)生，保證巷道內(nèi)人員的人身安全。

利用機(jī)載臨時(shí)支撐裝置，通過螺栓鉆機(jī)在巷道頂部實(shí)現(xiàn)永久支撐，這會(huì)減少井下工人高處作業(yè)的頻次，操作簡(jiǎn)單安全，并且對(duì)原有的支護(hù)水平起到了加強(qiáng)的作用。將機(jī)載臨時(shí)支撐裝置再次收縮到切割機(jī)齒輪箱的后部，掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入下一個(gè)開采循環(huán)。

2.1 操作工序

利用掘進(jìn)機(jī)前探梁進(jìn)行支護(hù)工序如下：

1）在進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)前，掘進(jìn)機(jī)在巷道中間?？?，并把掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭停落在地上，通過工作臺(tái)上的二聯(lián)閥，控制小車滑行，小車的目標(biāo)位置在最前端，打開主管路球閥、七聯(lián)閥，關(guān)閉主管路球閥、二聯(lián)閥，通過操控七聯(lián)閥使前梁到規(guī)定的位置，在通過操控操縱閥，來調(diào)控巷道斷面與前梁伸縮棚之間的距離。

2）通過千斤頂使得前梁與巷道地平面保持平行。讓前梁和側(cè)護(hù)幫保持必要的角度，最后讓巷道側(cè)護(hù)幫回到規(guī)定的位置。

3）井下工人在前梁位置上敷設(shè)鋼帶和菱形網(wǎng)，工作完成后工人離開前梁工作位置。

4）通過前梁千斤頂和調(diào)幅千斤頂抬起吊臂，前梁位置的千斤頂在回縮過程中應(yīng)該與巷道頂棚的位置保持平行，當(dāng)前梁和巷道頂棚的距離很小在150～200 mm之間時(shí)，對(duì)鋼帶和菱形網(wǎng)的位置進(jìn)行一定的調(diào)整，通過吊臂的作用，讓前梁和巷道的頂部相連接。連接側(cè)護(hù)幫與巷道頂棚，巷道前斷面用前護(hù)幫進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)核查無誤后對(duì)巷道進(jìn)行錨固。

5）對(duì)巷道進(jìn)行錨固后，前護(hù)幫收縮到原來的位置，并且在回縮過程中前護(hù)幫與前梁之間的平行位置關(guān)系應(yīng)保持不變。然后對(duì)側(cè)護(hù)幫、前梁護(hù)頂板進(jìn)行回縮、把吊臂下降到指定位置，伸出前梁位置處的千斤頂，保證前梁、吊臂和掘進(jìn)機(jī)三者位置平行，上述工作完成后，把吊臂和小車上的千斤頂回縮到位。

6）掘進(jìn)機(jī)在進(jìn)行掘進(jìn)工作時(shí)，通過千斤頂對(duì)吊臂位置調(diào)整，使其始終對(duì)準(zhǔn)巷道中心。

2.2 技術(shù)改進(jìn)

在前探梁進(jìn)行支護(hù)的過程會(huì)存在如下問題：掩護(hù)板的位置需要固定不變，這會(huì)阻礙錨桿之間的距離變化；煤層頂板的傾角變化較大時(shí)，前探梁對(duì)其適應(yīng)能力比較差。

為改善機(jī)載臨時(shí)支架存在的缺點(diǎn)，進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造：把裝置上的平蓋梁改為兩個(gè)縱梁結(jié)構(gòu)，兩個(gè)獨(dú)立的縱梁結(jié)構(gòu)有一定的活動(dòng)空間。進(jìn)行技術(shù)改造后的支護(hù)方式應(yīng)用范圍更加廣泛，對(duì)堅(jiān)硬的煤層頂板也同樣適用，同時(shí)解決了孔間距固定不變?cè)斐芍卫щy的問題。

3 前探梁支護(hù)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

用前探梁進(jìn)行支護(hù)，大大提高了掘進(jìn)工作面的機(jī)械化水平；增強(qiáng)掘進(jìn)工作面的效率；降低井下礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度。具體應(yīng)用效果如下：

1）前探梁不僅可以用于掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)，提高掘進(jìn)過程中的安全性，還可以起到支撐頂棚防止頂棚倒塌的作用。

2）前探梁在掘進(jìn)工作面的使用，有效地降低了頂板垮落事故的發(fā)生，提高了掘進(jìn)工作面的安全性，并且保證了巷道質(zhì)量問題。

3）在巷道后期維護(hù)過程中，前探梁可以有效地預(yù)防巷道頂板冒頂事故的發(fā)生。前探梁使得巷道頂板空頂時(shí)間大大降低，再次保證井下工人處于安全環(huán)境下進(jìn)行操作。

4 結(jié)論

1）改進(jìn)后的機(jī)載臨時(shí)支撐裝置使用機(jī)械化的液壓支撐技術(shù)，安全性強(qiáng)，機(jī)械程度高，并且操作簡(jiǎn)單，降低工人的強(qiáng)度。

2）整體頂板會(huì)對(duì)空頂區(qū)域?qū)崿F(xiàn)有效支撐，防止操作人員進(jìn)入未支護(hù)的空頂區(qū)，保證掘進(jìn)過程中人員的安全。

3）改進(jìn)后的ZZJ-10/21機(jī)載臨時(shí)支撐裝置對(duì)井下復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)力增強(qiáng)，提高了綜合掘進(jìn)過程中安全性，還能縮短支護(hù)時(shí)間，提高掘進(jìn)效率。