巷道新型機(jī)載超前支護(hù)裝置的分析與應(yīng)用

常 偉

（大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦， 山西 大同 037001）

引言

巷道在掘進(jìn)過程中受施工工藝、煤層賦層、地質(zhì)構(gòu)造等影響，巷道掘進(jìn)后支護(hù)前出現(xiàn)局部空頂現(xiàn)象，施工人員在進(jìn)行空頂頂板支護(hù)時(shí)需進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)控制頂板，防止頂板出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，避免煤礦頂板事故發(fā)生。但是我國煤礦掘進(jìn)巷道目前采用超前支護(hù)裝置主要采用絲杠式超前支護(hù)裝置以及機(jī)載支護(hù)裝置等，該支護(hù)裝置自動(dòng)化水平相對較低，支護(hù)時(shí)工序復(fù)雜且勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，不利于巷道安全快速掘進(jìn)。本文以忻州窯礦2507 巷為例，在巷道掘進(jìn)期間設(shè)計(jì)了一套新型機(jī)載超前支護(hù)裝置，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，力求保證進(jìn)一步提高巷道臨時(shí)超前支護(hù)效果，保證巷道掘進(jìn)安全。

1 大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦2507 巷概述

大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦2507 巷位于井田東三盤區(qū)，工作面回采煤層為14-3 號層，平均厚度為3.27 m，巷道設(shè)計(jì)長度為451 m，巷道設(shè)計(jì)斷面為矩形斷面，斷面規(guī)格寬×高為4.5 m×3.5 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝。

2507 巷主要采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，單茬掘進(jìn)深度為1.2 m，巷道掘進(jìn)后采用機(jī)載前探支護(hù)裝置對空頂頂板進(jìn)行支護(hù)，并采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行工作面煤矸清理，同時(shí)施工人員對頂板進(jìn)行永久支護(hù)施工[1-2]。由于傳統(tǒng)機(jī)載支護(hù)裝置支護(hù)斷面有限，支護(hù)自動(dòng)化水平低、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度高且對頂板支護(hù)效果差，導(dǎo)致2507 巷在掘進(jìn)至47 m 處揭露一條正斷層，頂板在施工永久支護(hù)時(shí)出現(xiàn)局部破碎冒漏現(xiàn)象，傳統(tǒng)機(jī)載支護(hù)裝置無法滿足支護(hù)要求。對此，忻州窯礦通過技術(shù)研究設(shè)計(jì)了一套新型機(jī)載超前支護(hù)裝置，確保巷道安全快速掘進(jìn)施工。

2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

掘進(jìn)機(jī)新型超前支護(hù)裝置主要是通過液壓泵提供高壓油，操作人員手動(dòng)控制液壓閥進(jìn)行操作，各千斤頂根據(jù)工作人員的操作對空頂進(jìn)行支護(hù)。該設(shè)備能夠?qū)蜻M(jìn)的工作面進(jìn)行及時(shí)有效的支護(hù)，給鋪網(wǎng)及打錨桿工作人員提供安全、可靠的空間，同時(shí)避免了工作人員在空頂?shù)臈l件下冒險(xiǎn)作業(yè)，最大限度地提高了掘進(jìn)巷道作業(yè)人員的安全[3]。

2.1 新型超前支護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)

該掘進(jìn)支護(hù)裝置主要由高強(qiáng)度材質(zhì)的底座、伸縮千斤頂、伸縮臂、回轉(zhuǎn)千斤頂及回轉(zhuǎn)臂、護(hù)頂千斤頂、護(hù)頂臂及護(hù)頂托盤、升降千斤頂、電液操作閥、膠管組成，如圖1 所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)新型機(jī)載超前支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 裝置的工作原理

1）該掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備最重要的部件就是底座，底座一端使用高強(qiáng)度的螺栓與掘進(jìn)機(jī)截割電機(jī)法蘭相連，底座的另一端使用銷軸與掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)連接[3]。這樣既能確保支護(hù)裝置的穩(wěn)定可靠性，又能承載支護(hù)設(shè)備較大的載荷。伸縮臂使用銷軸與底座鉸接，在伸縮臂與底座間安裝兩套升降千斤頂，工作人員通過控制升降千斤頂?shù)纳炜s完成空頂?shù)闹ёo(hù)[4]。

2）在伸縮臂的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝伸縮千斤頂，確保了支護(hù)設(shè)備的前探距離及工作人員的安全空間。該裝備回轉(zhuǎn)臂的伸展不僅能夠增加工作人員安全作業(yè)空間，還能在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造下輔助護(hù)頂臂完成對頂板的支撐，確保在任何環(huán)境下，掘進(jìn)支護(hù)設(shè)備都能安全、可靠地完成超前支護(hù)任務(wù)。

3）設(shè)備工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的左右護(hù)臂首先與頂板接觸完成臨時(shí)支護(hù)，油泵停止工作后，工作人員方可站在支護(hù)下方實(shí)施鋪網(wǎng)、鉆孔及打頂錨桿工作，待全部頂錨桿施工完畢后才能收回掘進(jìn)機(jī)臨時(shí)支護(hù)[5]。在臨時(shí)支護(hù)未接頂前，所有工作人員嚴(yán)禁站在掘進(jìn)機(jī)鏟板前方，工作人員將油泵斷電、閉鎖、掛牌后，支護(hù)人員才能開始作業(yè)。

3 新型超前支護(hù)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 裝置優(yōu)點(diǎn)

1）該裝置具有支護(hù)強(qiáng)度高、移動(dòng)速度快、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⒕蜻M(jìn)機(jī)與臨時(shí)支護(hù)有效統(tǒng)一，完善了掘進(jìn)機(jī)支護(hù)的工藝流程，相同的時(shí)間使工作量增加為原來的3 倍，原來由人工打頂錨桿5 人半小時(shí)才能完成一組，現(xiàn)在使用臨時(shí)支護(hù)只用10 min 就能完成一組，大大降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)速度。掘進(jìn)機(jī)在生產(chǎn)時(shí)將臨時(shí)支護(hù)折疊收縮于截割蓋板上，不僅減少了掘進(jìn)巷道的占地面積，而且不會(huì)影響掘進(jìn)機(jī)的正常作業(yè)。

2）該設(shè)備操作簡單，正常情況下只需一人就能夠完成全部操作程序，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及數(shù)量，確保了頂板空頂?shù)闹ёo(hù)質(zhì)量。設(shè)備采用油缸供壓的方式對頂板提供初撐力，能夠確保頂板支護(hù)的穩(wěn)定性。掘進(jìn)機(jī)、臨時(shí)支護(hù)及支護(hù)工相互配合，確保整個(gè)掘進(jìn)工作順利完成。該設(shè)備前支撐部件可以進(jìn)行伸縮，兩側(cè)支撐部件可以進(jìn)行折疊，這樣能夠在伸出時(shí)最大限度地提高支護(hù)的范圍，收縮時(shí)最小限度地減少影響范圍。

3）該設(shè)備在升起后頂部支撐件能夠與頂板整體接觸，增加了對空頂區(qū)域的支護(hù)范圍。同時(shí)設(shè)備內(nèi)的各個(gè)部件均采用質(zhì)量輕、體積小、壽命長、強(qiáng)度高的材質(zhì)，能夠便于工作人員的拆裝。掘進(jìn)機(jī)臨時(shí)支護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)全方位伸縮調(diào)節(jié)，同時(shí)具備在傾斜巷道調(diào)節(jié)角度功能，能夠適應(yīng)于各類巷道。

3.2 裝置缺點(diǎn)

1）該裝置升降、回轉(zhuǎn)主要通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作，在實(shí)際巷道掘進(jìn)中，由于巷道粉塵濃度大且受煤矸影響，導(dǎo)致裝置液壓系統(tǒng)受損嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在液壓系統(tǒng)密封損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)液壓系統(tǒng)污染嚴(yán)重，需定期對液壓系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

2）該支護(hù)裝置主要采用液壓系統(tǒng)及鋼結(jié)構(gòu)組成，相比傳統(tǒng)機(jī)載支護(hù)裝置成本費(fèi)用高，裝置出現(xiàn)損壞時(shí)維修難度大且維修成本費(fèi)用高。

4 應(yīng)用效果

2019 年4 月17 日對2507 巷掘進(jìn)機(jī)安裝了新型超前支護(hù)裝置，截止8 月24 日巷道已掘進(jìn)到位，通過4 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用觀察發(fā)現(xiàn)，采用該支護(hù)裝置后，僅需一人進(jìn)行操作即可，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，而且該支護(hù)裝置能都對頂板進(jìn)行有效支護(hù)，支護(hù)效果好，在支護(hù)期間未發(fā)生因頂板支護(hù)不到位導(dǎo)致頂板垮落事故，有效保證了巷道安全高效掘進(jìn)，得到了礦及集團(tuán)公司一致認(rèn)可，并在其他煤礦機(jī)掘巷道中進(jìn)行推廣應(yīng)用，取得了顯著的應(yīng)用成效。