礦井巷道可移動式超前臨時支護裝置的設(shè)計與應(yīng)用

趙江波

(晉煤集團 寺河煤礦， 山西 晉城 048019)

0 引言

煤礦井下巷道機械掘進或爆破掘進后，頂板空頂長度一般在1.0～3.0 m范圍內(nèi)，施工人員在前探超前支護下進行頂板永久支護施工。但傳統(tǒng)的礦用臨時超前支護是采用槽鋼對頂板進行支護。該支護裝置結(jié)構(gòu)簡單，支護效果差，而且安裝難度大，不利于操作[1]。晉煤集團寺河煤礦二號井153208巷為153304綜采工作面回風(fēng)巷，施工巷道沿15#煤頂板、南北方向布置，掘進煤層平均厚度為2.6 m,巷設(shè)計長度為1 332 m，斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×2.6 m。截至目前巷道已掘進350 m。

153208巷采用綜合機械化掘進施工工藝，巷道掘進后頂板設(shè)計允許最大空頂距為1.5 m。由于巷道掘進煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層易破碎，巷道掘進后煤壁片幫現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致頂板空頂距加大，最大空頂距達2.8 m。巷道施工前期,頂板采用絲杠絲前探梁超前支護進行頂板空頂處臨時支護。該裝置主要利用四根槽鋼均勻布置在空頂頂板處，從而起到支撐頂板的作用。但該裝置質(zhì)量大，安裝時需人工抬運，勞動強度大，而且該裝置對空頂頂板無法全面支護，支護效果差。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在采用絲杠式臨時超前支護進行頂板支護期間,共計發(fā)生3次頂板冒落事故，工作面被迫停止4.5 d，損壞兩臺400 A隔爆開關(guān)，造成經(jīng)濟損失達112.3萬元,嚴重威脅著巷道安全掘進。對此，綜掘二隊通過技術(shù)研究，設(shè)計了一套可移動式超前臨時支護裝置。

1 可移動式超前臨時支護裝置的結(jié)構(gòu)組成

可移動式超前臨時支護裝置主要由移動部、支撐部、升降部、PLC控制器等部分組成,如圖1所示。

1) 移動部主要由萬向輪、底座、固定板、液壓桿、伸縮腿等部分組成。其中固定板與底座連接，液壓桿可通過手動開關(guān)控制升降。

1-壓力傳感器;2-安裝板;3-支撐柱;4-升降桿;5-升降板;6-升降架;7-液壓缸;8-固定板;9-液壓桿;10-固定板;11-萬向輪;12-滑塊;13-底座;14-箱體;15-縱向滑軌;16-升降臺;17-報警器;18-墊片;19-固定環(huán);20-照明燈;21-支撐板。

2) 升降部主要由升降架、箱體、液壓缸、滑軌(橫向、縱向)、滑塊、升降臺、升降板、溫度傳感器、散熱器、升降桿、固定環(huán)、墊片及報警器等部分組成。其中橫向滑軌安裝在底座上方，橫向滑軌兩端安裝液壓缸，液壓缸與滑塊連接，滑塊上安裝升降架。

3) 在箱體兩側(cè)安裝兩個縱向滑軌，升降臺與兩根滑軌連接,實現(xiàn)上下移動。升降臺下方與升降架連接，上方分別連接支撐柱及升降桿。通過升降板上升可使升降桿移動至固定環(huán)內(nèi)，從而固定升降臺。

4) 支撐部主要由壓力傳感器、安裝板、支撐板、照明燈、支撐柱等部分組成。其中支撐板由長度為2.5 m、寬度為1.5 m、厚度為8.0 mm的鋼板制成，主要對頂板起支撐作用；壓力傳感器主要用于檢測頂板壓力，控制升降部升降。

5) PLC控制器分別與溫度傳感器、液壓系統(tǒng)、散熱器連接，主要進行信號收集、處理及指令下發(fā)等[2]，實現(xiàn)裝置自動化控制。

2 工作原理

首先,通過萬向輪將裝置移動至指定位置，打開裝置兩端液壓桿使伸縮腿與地面接觸，使裝置穩(wěn)固。裝置穩(wěn)固后，打開裝置液壓系統(tǒng),使兩個液壓缸活塞橫向拉伸，在活塞拉伸作用下使升降架升起。在升降架作用下升降臺通過縱向滑軌上升，并使升降桿插入固定環(huán)內(nèi)，同時使支撐柱帶動支撐部上升。當支撐部中的支撐板與頂板接觸嚴實后,及時通過固定環(huán)固定升降桿，從而使整個支撐部位置固定。在支撐部支護頂板且頂板壓力較大時，壓力傳感器及時將收集到的壓力數(shù)據(jù)以電信號方式上傳至PLC控制器[3]，并進行信號處理。信號處理后,PLC控制器控制液壓系統(tǒng)使升降部下降至合適位置，從而避免了因頂板壓力大導(dǎo)致裝置損壞。當支撐部與頂板接觸松動時，壓力傳感器檢查到壓力減小，從而及時發(fā)出警報信號，進行人工檢修維護。裝置在運行過程中，若升降部內(nèi)出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象時，溫度傳感器及時將收集到的數(shù)據(jù)上傳至PLC控制器。PLC控制器進行信號處理并打開散熱器進行升降部散熱，從而防止了升降部內(nèi)元器件受熱甚至被燒壞，顯著延長了裝置的使用壽命。

3 可移動式超前臨時支護裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)點

1) 自動化水平高。該裝置設(shè)有液壓缸和傳感器，通過控制液壓缸活塞桿伸長，帶動升降板及支撐柱上升，達到支撐部支護頂板的目的并根據(jù)頂板受壓大小自動控制支撐部升降高度，實現(xiàn)了自動化調(diào)節(jié)控制，不僅操作方便，適用于不同高度的巷道，還提高了巷道臨時支護自動化水平[4]。

2) 支護效果好。該裝置可通過固定環(huán)套接在固定桿上對裝置在支護中起到有效的固定作用，大大提高了支護穩(wěn)定性；同時,裝置中的壓力傳感器能夠?qū)崟r檢測頂板壓力，并根據(jù)壓力大小對裝置進行升降控制，從而有效地提高了頂板支護效果，防止了頂板垮落事故的發(fā)生，具有較高的支護安全性能。

3) 結(jié)構(gòu)簡單、實用性強。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于操作維護,裝置成本費用為1.5萬元，成本費用低，而且該裝置在實際應(yīng)用中故障率低；該裝置不僅可以用于采掘工作面內(nèi)，還可以用于隧道、橋梁、建筑等工程中，適用范圍廣，實用性強[5]。

4 結(jié)論

晉煤集團寺河煤礦二號井綜掘二隊設(shè)計了一套可移動式超前臨時支護裝置。153208巷在后期掘進期間采用該裝置后，可有效控制頂板破碎現(xiàn)象，未發(fā)生頂板冒落事故。同時,降低了巷道頂板事故率，保證了巷道施工安全，提高了巷道掘進效率，全年可為煤礦提高經(jīng)濟效益達78萬元，取得顯著的成效。