一種新型綜掘超前支護裝置在工程中的實踐與應用

曹華

摘 要：針對綜掘工作面超前支護的現(xiàn)狀，研制出一種新型綜掘超前支護裝置，并闡述了一種新型綜掘超前支護裝置的工作原理和使用注意事項，在內(nèi)蒙古某煤礦031604綜掘工作面進行了試驗應用，收到了良好的使用效果，杜絕了綜掘工作面超前支護不穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，保障了綜掘工作面的安全、高效地生產(chǎn)。

關鍵詞：綜掘;超前支護裝置;實踐與應用

0 引言

目前，礦井主要的掘進工藝分為炮掘和綜掘兩個種類。由于綜掘技術(shù)相對于炮掘來講，其優(yōu)點在于不僅大大降低掘進施工人員的勞動強度，進一步提升礦井的掘進速度，而且在安全管理方面能夠跨上了一個新的臺階，為煤礦井下現(xiàn)場作業(yè)人員的安全操作提供了更為可靠的保障，與此同時，綜掘技術(shù)的廣泛應用大大降低了煤礦安全生產(chǎn)材料的投入，降低了掘進進米的生產(chǎn)投入成本，增加了礦井產(chǎn)量的經(jīng)濟效益。

當下綜掘技術(shù)廣泛應用全國88%的生產(chǎn)礦井，綜掘技術(shù)的應用使得礦井機械化程度的不斷攀升，礦井的掘進速度得到提升的同時，煤炭產(chǎn)量得到了大幅度的增加，同時為礦山的生產(chǎn)安全插上了一雙騰飛的翅膀。當今的綜掘技術(shù)走向安全、可靠、穩(wěn)定的大方向。在綜掘技術(shù)得到廣泛應用的今天，伴隨著使用的同時發(fā)現(xiàn)了一些新的問題。例如：礦井綜掘機（如圖1所示）在掘進施工期間超前支護的問題成為了一個受到關注的焦點，由于綜掘技術(shù)的應用發(fā)展，人們在使用中將綜掘機本身經(jīng)過設計改造，將綜掘機機身上加裝四個單體液壓支架，將單體液壓支架四個頂部連接在一塊鋼板上（如圖2所示），這樣比較有效的提高了綜掘機超限支護的安全問題。但是隨著改造后綜掘機的使用過程中又出現(xiàn)了新的問題，由于改造后綜掘機超前支護頂部為平面鋼板，在梯形巷道內(nèi)施工時，經(jīng)過改造后的綜掘機超前支護裝置可以與上部頂板完全接頂（如圖3所示），當遇到在拱形巷道內(nèi)施工時，這種改造后的綜掘機超前支護裝置就存在了接頂不實的問題，經(jīng)過數(shù)次測試、研究，只能在施工時將改造后的綜掘機超前支護裝置上部平面鋼板上搭設木垛（如圖4所示），由此可以暫時性的解決接頂不實的問題。與此同時，每一次向前推進的時候，施工人員需要對平面鋼板上方的木垛進行重新搭設，綜掘推進時，需要反復進行此項操作。針對這種情況我們積極探索綜掘技術(shù)超前支護裝置的改造新工藝、新技術(shù)，終于研制成功一種新型綜掘超前支護裝置，并在神華烏海能源公司內(nèi)蒙古某煤礦031604運輸順槽北翼綜掘工作面進行了多次的試驗和應用，取得了較好的社會和經(jīng)濟效益，保證了采煤工作面安全、高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)。

1 提出問題

該種新型綜掘超前支護裝置主要應用于煤礦井下綜合機械化掘進巷道，確保在巷道掘進施工期間，掘進機頂端不會因為空頂或接頂不實而引起的頂板垮落，導致設備損壞或人身傷亡的一種具有穩(wěn)定性和可靠性的一種設備。該種新型綜掘超前支護裝置的研制技術(shù)重點在于突破原始綜掘機上部無頂板支護或支護形式單一的技術(shù)瓶頸，有效地對綜掘機上部頂板進行準確接頂，從而大大減小了因綜掘超前無支護或支護單一接頂不實導致的設備損壞或人身傷亡事故，為綜合機械化掘進工藝提供了更為可靠的技術(shù)支持，同時為礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)筑起一道牢固的安全防線。該技術(shù)屬于煤礦“綜掘機械”的技術(shù)領域，重點在于對礦井綜合機械化工藝技術(shù)的深化研究。

2 分析問題

該種新型綜掘超前支護裝置的研究的目的就是解決礦井綜掘機在拱形巷道內(nèi)施工時超前支護空頂或者不能完全接頂，造成綜掘機上部頂板出現(xiàn)的各種問題，主要特點如下：

（1）該種新型綜掘超前支護裝置利用物理定位技術(shù)，從根本上解決了拱形巷道內(nèi)綜掘機施工時超前支護空頂或者不能完全接頂這一問題，從而大大降低因掘機施工時超前支護空頂或者不能完全接頂造成的設備的損壞及人員傷亡等問題。

（2）該種新型綜掘超前支護裝置工作原理簡單，結(jié)構(gòu)便于裝拆和運輸，該種新型綜掘超前支護裝置使用起來比較方便。

（3）該種新型綜掘超前支護裝置的使用成本低廉，效果顯著。

3 解決問題

3.1 礦井及工作面概況

斜井—立井混合式開拓方式是內(nèi)蒙古某煤礦井田開拓方式，該礦目前主采北三采區(qū)的16#煤層，在12#煤層已經(jīng)封閉完畢，16#煤層布置兩個綜放工作面。 礦井采用中央分列式通風，全礦有4個井筒，主、副井、北三風井進風，回風立井回風。2014年6月煤炭科學研究總院重慶研究院鑒定該礦自燃傾向等級鑒定結(jié)果為12#、16#煤層均為Ⅱ類自燃煤層;最短自然發(fā)火期分別為12#煤層：59天、16#煤層：63天。2018年礦井瓦斯等級鑒定的礦井瓦斯絕對涌出量為6.52m3/min，礦井相對涌出量2.48m3/t，屬于低瓦斯礦井。

031604運輸順槽北翼段掘進工作面位于內(nèi)蒙古某煤礦北部第三采區(qū)的西南方向，031604運輸順槽北翼段掘進工作面東北與礦16#運輸下山相毗鄰，該工作面位于16#煤層露頭以下700m位置。16#煤層結(jié)構(gòu)復雜屬比較穩(wěn)定的中厚煤層，16#煤層屬于北西走向煤層，16#煤層屬于北東傾向，該煤層的煤層厚度平均約為8.8m，該層煤的傾角約為8°～18°，16#煤層底板以細砂巖為主有一小部分礫巖，該煤層頂板以砂頁巖、頁巖為主也夾雜了一部分細砂巖。031604運輸順槽北翼段掘進工作面已經(jīng)掘進了970m，該工作面采用了錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護形式，該工作面設計的巷道形狀為切圓拱形，設計的巷道斷面的面積13m2，設計巷道為5.0m寬，巷道高度為3.9m高，拱高為1.7m，巷道墻高為2.2m。031604運輸順槽北翼段掘進工作面采用FBD-2×30KW的局部通風機進行壓入式局部通風，風筒直徑為Φ1000mm，巷道實際供給風量631m3/min，需要風量為580m3/min，完全能夠滿足供給風量的要求。該巷道采用綜掘掘進施工方式，利用EBZ—150A綜掘機及相匹配的第一運輸機、第二運輸機。

3.2 理論基礎

在礦井拱形巷道綜掘工作面進行掘進作業(yè)時，為了保障在施工期間綜掘機上部超前支護能夠與頂板完全接頂，不會造成超前支護接頂不實或空頂造成的機器損壞或人員傷亡的問題，特制定了該種新型綜掘超前支護裝置。由于綜掘機上方超前支護為平面鋼板，而礦井拱形綜掘巷道內(nèi)這樣的超前支護方式無法滿足要求，結(jié)合井下綜掘巷道施工的實際需求，特發(fā)明了解決該問題的支護裝置。該閉鎖裝置主要采用了物理定位技術(shù)，在原來單一平面鋼板支護方式的基礎上，在鋼板上等距離加裝可調(diào)節(jié)3根U型鋼架，根據(jù)巷道上方的弧度進行調(diào)節(jié)、固定（如圖5所示），然后將直鋼管跨鋼架的等距離的焊接在U型鋼架上，起到均勻受力的功能，保持超前支護與頂板完美接頂狀態(tài)（如圖6所示），當遇到需要施工梯形巷道時，可將此超前支護裝置由（如圖5所示）手動連接銷子處進行拆卸，恢復平面鋼板支護方式，這就是新型綜掘超前支護裝置工作原理的理論基礎和依據(jù)。

3.3 工作原理

首先，加工弧度為120°、跨度長為5.5m，φ10cm的U型鋼架3根（如圖7所示），在U型鋼架的兩端等距離打3個φ6cm的圓孔;其次加工U型鋼管與平面鋼板間連接的彎管6個，并且在彎管上端等距離打3個φ6cm的圓孔;然后加工8根長度為5.5m、φ10cm的直鋼管（如圖8所示）;接著加工長度為40cm、φ5cm的插銷12根（如圖9所示）;最后，將8根直鋼管均勻的焊接在3個U型鋼架（如圖10所示）。按照礦井拱形巷道上方的弧度進行對應的調(diào)節(jié)，找到合適的位置后，將加工好的插銷對應的插入鋼管與彎管的圓孔中，進行準確定位（如圖6所示）。這樣就可以將綜掘機上方的超前支護做到與頂板完美接頂（如圖11所示），由于該裝置經(jīng)過進一步改裝后的應用，超前支護上方的U型鋼管被插銷牢牢地被固定在指定區(qū)域內(nèi)，無法進行誤動作，這樣就避免了綜掘機超前支護不接頂或接頂不實造成的各類危險因素，避免了采煤工作面設備損壞及人身傷害。

新型綜掘超前支護裝置在施工期間應用時的注意事項：

（1）新型綜掘超前支護裝置原則上在每一臺綜掘機布置一個，這樣能夠從源頭上很好地控制綜掘工作面施工作業(yè)的各類安全問題。

（2）新型綜掘超前支護裝置應該安排專人對該裝置進行定期檢查，發(fā)現(xiàn)該裝置有故障或損壞無法正常使用，必須立即進行更換，確保該支護裝置能夠正常發(fā)揮作用。

（3）應該對新型綜掘超前支護裝置進行掛牌管理，在管理牌上寫明安放時間、負責人姓名等內(nèi)容，并建立規(guī)范的管理臺賬和巡回檢查記錄。

（4）加強員工安全教育力度，使員工都能夠做到愛護新型綜掘超前支護裝置，嚴禁閑雜人員移作他用或者損壞該支護裝置，應該建立嚴格的獎懲制度，對破壞新型綜掘超前支護裝置的人員進行嚴懲。

（5）新型綜掘超前支護裝置必須便于安裝和拆卸，且不用的時候，必須放置在妥善區(qū)域，防止該支護裝置丟失或被工作面煤塵掩埋。

（6）損壞的新型綜掘超前支護裝置應該及時回收上井進行維修，嚴禁在井下亂扔亂放。

4 應用案例

內(nèi)蒙古某煤礦031604運輸順槽北翼綜掘工作面自2015年2月份進行掘進以來，時常因為超前支護問題進行反復木垛的搭設、拆裝，費時費力且投入材料成本較高，有效功率較低，且易造成超前支護與頂板接頂不實或空頂導致機器設備損壞及人員傷亡事故，嚴重制約著礦井的安全生產(chǎn)，2015年9月在031604綜掘工作面試驗并使用了新型綜掘超前支護裝置，使用了新型綜掘超前支護裝置后，經(jīng)過監(jiān)測人員兩個多月的觀察發(fā)現(xiàn)該綜掘工作面原來超前支護存在的問題和易導致的各種隱患一直沒有出現(xiàn)過，由此可見使用了新型綜掘超前支護裝置對綜掘工作面的安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

5 結(jié)語

（1）該新型綜掘超前支護裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，易上手，井下綜掘工作面操作人員無需專業(yè)學習即可上手。

（2）該新型綜掘超前支護裝置在使用過程中，能夠大大降低井下綜掘超前支護不接頂或接頂不實造成的設備損壞或人員傷亡的概率。

（3）該新型綜掘超前支護裝置工作原理簡單，結(jié)構(gòu)便于裝拆和運輸，使用比較方便。

（4）新型綜掘超前支護裝置便于生產(chǎn)和使用。

（5）該新型綜掘超前支護裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用效果顯著。

（6）新型綜掘超前支護裝置具有很好的互換性能，對損壞的零部件可以及時進行更換和維修，使用壽命長。

（7）該新型綜掘超前支護裝置可重復使用，所以會明顯地降低使用成本。

參考文獻

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