掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

李 波

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

在礦井煤巷掘進(jìn)過程中，臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，可有效避免頂板發(fā)生變形和沉降離層，確保永久支護(hù)施工順利進(jìn)行，故在巷道掘進(jìn)工作中，必須要采取合理的臨時(shí)支護(hù)。煤礦資源主要集中在地質(zhì)復(fù)雜環(huán)境下，隨著開采深度的增加，煤礦分布范圍和數(shù)量呈直線上升趨勢(shì)，且地質(zhì)條件表現(xiàn)得更為復(fù)雜，煤巷圍巖破壞強(qiáng)烈、圍巖變形和穩(wěn)定性差，故為了確保施工的安全性，必須要使用大量的臨時(shí)支護(hù)，確保施工安全，而傳統(tǒng)的帶帽頂柱、懸吊式鋼管、內(nèi)注式單體液壓支護(hù)技術(shù)很難全面保障掘進(jìn)工作的安全，故需要借助先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，利用當(dāng)下最先進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置，可大幅度提升臨時(shí)支護(hù)效果，保障掘進(jìn)工作面的安全，同時(shí)還能提升掘進(jìn)工作效率[1]。

1 工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

臨時(shí)支護(hù)是相對(duì)永久支護(hù)提出的一種重要支護(hù)方式，是在煤巷開挖后，永久支護(hù)前，使用頂板加以防護(hù)，提高圍巖自支撐能力，防止在后續(xù)施工過程中發(fā)生頂板離層以及開挖擾動(dòng)導(dǎo)致冒頂事故。臨時(shí)支護(hù)的作用是暫時(shí)的，安全保護(hù)空頂作業(yè)人員。通常情況下巷道開挖后，都需要及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，因?yàn)橛谰弥ёo(hù)耗時(shí)長(zhǎng)、要求高，直接進(jìn)行永久支護(hù)很容易引發(fā)圍巖破壞，造成嚴(yán)重的安全事故，對(duì)永久支護(hù)來說還會(huì)增加支護(hù)費(fèi)用，降低永久支護(hù)的可靠性[2]。所以在永久支護(hù)前，為了減少冒頂事故的發(fā)生，必須要根據(jù)實(shí)際情況，采取有效的措施，在掘進(jìn)工作面進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，常見的臨時(shí)支護(hù)技術(shù)有掘錨一體機(jī)支護(hù)、移動(dòng)式支架支護(hù)、架棚機(jī)支護(hù)和前探梁臨時(shí)支護(hù)。

2 掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 掘錨機(jī)組臨時(shí)支護(hù)

掘錨機(jī)組是一種新型掘進(jìn)一體化設(shè)備，是在懸臂式掘進(jìn)機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)的基礎(chǔ)上演變而來，主要用于高效、高產(chǎn)礦井煤巷掘進(jìn)中。掘錨機(jī)組是集快速掘進(jìn)、護(hù)盾防護(hù)、超前鉆探與疏放、同步錨護(hù)等各種功能于一體的多功能煤礦巷道快速掘進(jìn)裝置，其特點(diǎn)有一次成型大截割面，適用全巖巷、半煤巖巷、煤巷，振動(dòng)小、大機(jī)重、穩(wěn)定高、結(jié)構(gòu)緊湊，滿足大、中型巷道[3]。掘錨機(jī)組最大的優(yōu)勢(shì)在于將臨時(shí)支護(hù)裝置和掘進(jìn)有效整合起來，具體裝置有臨時(shí)護(hù)頂裝置、兩臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī)和四臺(tái)頂板錨桿鉆機(jī)，這種設(shè)備可大大減少支護(hù)工藝和掘進(jìn)之間的切換時(shí)間。

掘錨機(jī)組只適用較大斷面巷道，且只能掘進(jìn)矩形斷面巷道，因?yàn)榫蝈^機(jī)組整體寬度較大，對(duì)頂板和底板要求較高，若頂板易破碎或者松軟也不能使用掘錨機(jī)組。另外掘錨機(jī)組受到采掘技術(shù)和配套設(shè)備的影響，導(dǎo)致臨時(shí)支護(hù)工藝復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化快速支護(hù)。

2.2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置是在懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上，將掘進(jìn)機(jī)和臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)有效集成在一起，在各個(gè)煤礦開采中都比較常見，其中有兩種形式，一種是臨時(shí)支護(hù)裝置在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上部（如圖1所示），利用軌道的方式將臨時(shí)支護(hù)裝置移動(dòng)到機(jī)頭位置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掘進(jìn)和臨時(shí)支護(hù)的目的；另一種臨時(shí)支護(hù)裝置是直接安裝在切割部的正上方（如圖2所示），利用升降裝置實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)的目標(biāo)。

圖1 機(jī)身機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置

圖2 截割部機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置

以上兩種臨時(shí)支護(hù)裝置都具有較好的支護(hù)效果，且滿足部分?jǐn)嗝嫘螤钕锏谰蜻M(jìn)要求，在快速掘進(jìn)的過程中，既能實(shí)現(xiàn)良好的支護(hù)效果，還能提高巷道支護(hù)強(qiáng)度和掘進(jìn)工作面的安全，促使巷道掘進(jìn)面工作效率大幅度提升，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化巷道掘進(jìn)的目的，并減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了錨護(hù)時(shí)工作人員的安全性，實(shí)現(xiàn)了錨網(wǎng)的機(jī)械化鋪架[4]。

截割部機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置的類型有很多，具體包括多用途錨網(wǎng)鋼帶型臨時(shí)支護(hù)、工字鋼型臨時(shí)支護(hù)、U型棚型臨時(shí)支護(hù)，不同臨時(shí)支護(hù)類型有不同的用途。無論是哪種支護(hù)形式都能從根本上改變傳統(tǒng)支護(hù)形式，且操作簡(jiǎn)單方便，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

截割部機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置的主要技術(shù)參數(shù)主要包括以下方面：適用巷道斷面為矩形、梯形；適用巷道尺寸為巷道凈高≥2.2 m，巷道凈寬≥3.0 m范圍之內(nèi)的系列產(chǎn)品；支護(hù)面積為3.24～9.4 m2；支護(hù)超出炮頭的距離為0.6～2 m；頂架橫向傾斜角為-20°～+20°；頂架前后傾斜角為0°～120°

懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置并非是完美的，相比而言存在一定問題，比如臨時(shí)支護(hù)裝置安置在截割部位的正上方，會(huì)影響到整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的工作性能，同時(shí)還會(huì)影響到截割視線。懸臂式掘進(jìn)機(jī)本身體積不大，機(jī)載臨時(shí)支護(hù)面積最大為9.4 m2，有效支護(hù)空間較小，且只能支護(hù)巷道斷面的正上方位置，對(duì)巷道斷面形狀局限性影響較大，無法實(shí)現(xiàn)全斷面支護(hù)掘進(jìn)巷道[5]。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力來源是液壓泵，額定壓力為16 MPa，額定流量為50 L/min?？梢娫谙锏谰蜻M(jìn)面掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)機(jī)必須要始終處于開機(jī)狀態(tài)，如果臨時(shí)支護(hù)的工作機(jī)構(gòu)和掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)互鎖不可靠，那么在掘進(jìn)過程中，就會(huì)因人員操作不當(dāng)而引發(fā)安全事故。

2.3 可伸縮支柱加托梁式臨時(shí)支護(hù)

在大中型煤礦掘進(jìn)開采中，支護(hù)加托梁式臨時(shí)支護(hù)方式比較少見，隨著技術(shù)人員不斷研究，對(duì)傳統(tǒng)支柱加托梁式臨時(shí)支柱裝置進(jìn)行優(yōu)化和完善。如今已經(jīng)研發(fā)出可伸縮式支柱加托梁式臨時(shí)支護(hù)裝置（如圖3所示），該臨時(shí)支護(hù)裝置具有方便快捷運(yùn)輸特點(diǎn)，可有效避免重復(fù)支護(hù)，同時(shí)支護(hù)面積大，輔助作業(yè)時(shí)間短，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較小，可有效保障礦井掘進(jìn)工作面的生產(chǎn)安全問題，因此在小型礦井中得到廣泛的應(yīng)用，并有效解決了掘進(jìn)工作錨速和掘進(jìn)速度失衡等問題，實(shí)現(xiàn)了永久支護(hù)作業(yè)安全的問題[6]。

2.4 前探梁架棚臨時(shí)支護(hù)

在大中型礦井中，前探梁架棚臨時(shí)支護(hù)裝置比較少見，前探梁架棚（如圖4所示）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由木板、前探梁鋼管、吊環(huán)、吊梁卡等主要結(jié)構(gòu)組成，前探梁架棚主要依靠迎頭巖壁預(yù)留孔支撐、迎頭支護(hù)錨桿上的吊環(huán)懸吊懸起，在永久梯子梁的上放搭鋪絞頂木板，在絞頂木板上方安置臨時(shí)護(hù)幫裝置，可有效防止迎頭空頂區(qū)頂板意外掉落[7]。但是前探梁臨時(shí)支護(hù)存在承載力小、支護(hù)面積小、鋪網(wǎng)作業(yè)安全性差等問題，故應(yīng)用領(lǐng)域較小[8]。

圖3 可伸縮支柱加托梁式臨時(shí)支護(hù)裝置

圖4 前探梁臨時(shí)支護(hù)示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置的應(yīng)用可大大提高臨時(shí)支護(hù)強(qiáng)度和安全性，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足快速掘進(jìn)、安全高產(chǎn)的需求，對(duì)我國(guó)煤礦生產(chǎn)具有重要意義。