掘進巷道新型臨時支護裝置設計應用

楊夢帆

（山西晉煤集團長平煤業(yè)有限責任公司，山西晉城 048000）

0 引言

巷道在掘進過程中，裸露的頂板在得不到及時支護的情況下，容易造成煤壁嚴重破碎，甚至有可能發(fā)生頂板整體冒落的大事故。因此，巷道掘進后頂板的支護效果直接關系到掘進工作的安全。目前，中國采用的臨時支護主要有常用的吊掛環(huán)穿管式前探梁臨時支護和掘進機機載臨時支護。這兩種臨時支護在國內礦井掘進支護上取得了較好的使用效果。然而，隨著掘進速度的不斷加快，傳統(tǒng)的臨時支護方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，而且安全系數(shù)也比較低[1]。

某53083 巷北部為4326 采面（正在布置），東部為4322綜采工作面（正在回采），西部為Ⅲ5309綜采工作面（尚未布置），南部為五盤區(qū)北翼泄水巷（已掘）。53083巷設計長度為1 151 m，巷道設計斷面規(guī)格為4.5 m 3.5 m（寬 高），截至目前，巷道已掘進350 m；由于53083巷掘進煤層不穩(wěn)定，相對破碎，巷道在掘進過程中頂板破碎、煤壁片幫嚴重，當巷道掘進至320 m處時揭露一條正斷層，導致頂板空頂距加大，最大空頂距達1.8 m，嚴重威脅巷道支護的施工安全。

1 掘進前期頂板臨時支護措施

1.1 前探梁臨時支護

（1）53083巷在前期掘進過程中對空頂處頂板主要采用絲杠式前探梁超前支護進行臨時支護，該支護裝置主要由3根橫梁、3根縱梁、絲杠、吊環(huán)等部分組成；其中橫梁、縱梁均由10#槽鋼焊制而成，長度為4.0 m，每根橫梁上焊制3個直徑為30 mm的圓孔。

使用時首先將3組吊環(huán)分別安裝在工作面前3排頂板錨桿上，然后將3 根橫梁橫穿在吊環(huán)上，3 根橫梁安裝后將3 根縱梁鋪放在橫梁上，縱梁另一端延伸至工作面迎頭，然后旋轉絲杠使縱梁升起并與頂板接觸嚴實，從而起到超前支護作用。

1.2 問題分析

（1）安裝難度大。由于前探梁臨時支護各配件重量大，臨時支護需3人搭設工作盤進行安裝，安裝難度大，安裝工序繁瑣，且在安裝時危險系數(shù)高[2]。

（2）支護效果差。受構造及煤層穩(wěn)定性影響，53083巷掘進后頂板破碎嚴重，采用傳統(tǒng)前探梁臨時支護時，前探梁與頂板接觸不嚴實，導致臨時支護效果差。

（3）支護損壞嚴重。由于53083 巷安裝的機械設備數(shù)量多，前探梁臨時支護使用過程中損壞嚴重，增加了裝置維修成本費用[3]。

2 新型臨時支護裝置設計應用

為了彌補傳統(tǒng)前探梁臨時超前支護在使用中存在的不足，通過技術研究，設計一套氣垛式前探梁臨時支護。

2.1 結構

（1）新型臨時支護裝置主要由底座、支護裝置、探梁、高壓膠管、探梁鉸鏈、液壓鉸鏈、探梁伸縮桿、探梁液壓缸、氣垛、氣垛支架、千斤頂、錨桿、繃帶、固定管等部分組成，如圖1所示。

圖1 新型臨時支護裝置結構示意圖

（2）該設備的底座可以進行全方位調節(jié)，能夠對巷道各個方向進行支護，底座與探梁之間通過探梁鉸鏈進行鉸接，通過操控液壓缸控制探梁的長度，液壓鉸鏈將探梁下表面與液壓伸縮桿一端進行鉸接，通過調節(jié)液壓伸縮桿來控制支護裝置的移動，完成全部臨時支護后對氣垛進行放氣。

（3）液壓鉸鏈將底座與液壓伸縮桿另一端進行鉸接，探梁液壓缸安裝在探梁上表面靠近底座一側，充氣裝置安裝在探梁上表面遠離底座一側，利用膠管將氣垛與充氣裝置進行連接，氣垛支架安裝在支護板上表面，氣垛安裝在氣垛支架上表面。

（5）氣垛使用繃帶進行全方位捆綁，同時將4 個千斤頂固定在氣垛的前、后方，將固定管分別與支護板的上表面四角進行連接，將錨桿插接在固定管內，使用固定架將固定管固定在支護板上表面。

2.2 工作原理

（1）該裝置能夠對掘進巷起到臨時支護的目的，其底座可以全方位地進行旋轉，大大節(jié)約了裝置的使用面積，底座與掘機主體進行連接后能夠方便地對角度進行調節(jié)，不會干擾掘進機的正常生產(chǎn)。操作人員可以通過調節(jié)過探梁和液壓伸縮桿，在掘進巷道內控制支護裝置前后左右進行支護，為加快支護速度起到了很大的作用[4]。

（2）該裝置能夠將固定管直接安裝在支護裝置上，工作人員在使用時可以直接將錨桿送入頂板的錨桿孔內，降低了工作人員的操作難度，同時該裝置使用氣垛能夠將頂板的壓力平均分散到氣垛，不會發(fā)生頂板局部應力集中，防止局部煤壁發(fā)生冒落傷人事故，提高了支護效果的同時，確保了人員的安全。此外，安裝在支護板的4根千斤頂能夠均勻地將頂板壓力進行分解，確保了掘進巷道的支護效果。

3 新型臨時支護裝置優(yōu)缺點及實際應用分析

3.1 優(yōu)點

（1）材料便宜。該設備采用的材料都是日常生產(chǎn)中較為常見的材料，價格公開透明，比較適合可持續(xù)發(fā)展的理念，能為礦井節(jié)約開支[5]。

（2）結構簡單。該設備使用結構較為簡單，支護人員在日常使用時操作簡單，后期的維護費用相對低，提高了煤礦經(jīng)濟效益。

（3）支護效果好。通過實際應用效果來看，該裝置在斷層帶處能夠及時對破碎頂板進行支護，比傳統(tǒng)的支護方式具有更好的使用效果。該設備能夠在巷道內全方位地對各個角度進行移動支護，確保了支護效果的同時，保證了工作人員的生命安全，同時氣垛的使用降低了頂板出現(xiàn)局部破碎冒落的情況，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)鋼性支護材料對頂板的切頂現(xiàn)象及鋼板變形、斷裂的情況[6]。

（3）使用范圍大。該支護方式由于可以多方位進行移動且占用面積小，不僅能夠在煤礦掘進巷道使用，還能在地面橋梁鋪設及其他領域使用，值得向其他行業(yè)推薦。

3.2 缺點

（1）由于該裝置采用氣垛直接對頂板進行支護，當遇到頂板破碎較嚴重時，使用氣垛很容易造成氣垛被砸破，日常生產(chǎn)時對氣垛的存放要求比較苛刻[7]。

（2）掘進巷道的工作環(huán)境比較惡劣，在正常生產(chǎn)時液壓系統(tǒng)的各類膠管很容易被砸傷，影響支護的強度，而且由于掘進巷道灰塵比較大，很容易使液壓系統(tǒng)的油質受到污染，影響支護效果[8]。

3.3 實際應用效果分析

53083 巷掘進至400 m處時對工作面采用了新型臨時支護裝置，截至2019年11月27日，航道已掘進到位。通過幾個月的實際應用效果觀察發(fā)現(xiàn)，采用該裝置后，有效控制了頂板破碎現(xiàn)象，頂板空頂距減小為0.6 m以下，施工人員在該裝置掩護下進行永久支護時未出現(xiàn)一起頂板碎石傷人事故，保證了巷道支護施工安全；而且該裝置便于安裝維護，僅需1人操作即可，與傳統(tǒng)絲杠式超前支護相比，全年可減少裝置維修費用及勞動成本費用達37萬元。

4 結束語

對53083 巷掘進前期采用臨時支護存在的主要問題進行分析，并對原支護進行優(yōu)化，設計了一套新型臨時支護裝置。通過實際應用效果來看，該裝置支護效果好，且便于操作，對空頂處破碎頂板起到了良好的支護效果，并在其他煤礦進行推廣應用。