迎頭防護(hù)式液壓前探梁的應(yīng)用研究

李 莉

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦，山西 大同 037003）

在煤礦綜掘巷道掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)工作面迎頭臨時(shí)支護(hù)安全問(wèn)題頻發(fā)，是困擾煤礦井下生產(chǎn)的一項(xiàng)技術(shù)難題，影響煤礦高產(chǎn)高效安全開(kāi)采。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)各煤礦使用的臨時(shí)支護(hù)主要有：竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)、機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)、多排單體液壓支柱加高強(qiáng)度工字鋼棚梁臨時(shí)支護(hù)。以上三種臨時(shí)支護(hù)僅對(duì)巷道頂板進(jìn)行一定程度的防護(hù)，可有效降低迎頭冒頂風(fēng)險(xiǎn)，但沒(méi)有對(duì)迎頭工作面進(jìn)行有效防護(hù)。對(duì)晉能控股煤業(yè)集團(tuán)2015年—2020年綜掘巷道頂板安全事故分析可知，集團(tuán)各煤礦頂板安全事故中迎頭工作面煤巖垮落傷人事故占75%左右。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)各煤礦采用以上三種臨時(shí)支護(hù)方式都無(wú)法有效地解決綜掘巷道迎頭支護(hù)時(shí)的安全問(wèn)題，同時(shí)還影響掘進(jìn)效率。因此，必須對(duì)綜掘巷道迎頭工作面支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化[1-6]。

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦位于大同煤田東北部，核定生產(chǎn)能力480萬(wàn)t/a，采掘機(jī)械化程度均達(dá)到100%。2019全年實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，但綜掘巷道迎頭工作面煤巖垮落情況多有發(fā)生，因此必須對(duì)綜掘巷道迎頭工作面進(jìn)行防護(hù)，進(jìn)一步降低煤礦安全事故的發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效安全的開(kāi)采目標(biāo)。

2 現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)及存在的問(wèn)題分析

2.1 現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)的工作原理

2.1.1 竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)工作原理

竄管式前探梁由金屬管與吊掛環(huán)組成，金屬管長(zhǎng)4.5 m，使用時(shí)先在工作面靠近頂板處打眼，眼深500 mm，將金屬管穿入眼中，使用3個(gè)吊掛環(huán)將金屬管吊在已支護(hù)頂板的頂錨桿上，在金屬管與頂板之間使用木板背頂，將頂板背實(shí)。根據(jù)掘進(jìn)斷面的大小金屬管使用數(shù)量為3～5根。竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)示意圖如圖1。

圖1 竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)示意圖

2.1.2 機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)工作原理

機(jī)載液壓前探梁由頂梁架、連接器、主架、油缸、翼架旋轉(zhuǎn)油缸、插裝雙向鎖、高壓油管路、分流集流閥、溢流閥、控制操作閥、泵站等組成，安裝在掘進(jìn)機(jī)截割部上方，工作時(shí)，由泵站供油，溢流閥到操作閥，供油經(jīng)分流集流閥分流，進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開(kāi)進(jìn)入油缸，主架打開(kāi)升高，頂架打開(kāi)升起，主架升高，直到頂架邊緣與待支護(hù)金屬網(wǎng)邊對(duì)齊、頂架貼緊頂板后停止。

2.2 現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)存在的問(wèn)題

2.2.1 竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)存在問(wèn)題

（1）竄管式前探梁使用時(shí)需在工作面打眼，打眼時(shí)存在局部空頂，存在安全隱患；（2）竄管式前探梁使用時(shí)需要人工依次架設(shè)、背頂，頂板沒(méi)有有效支撐，存在安全隱患；（3）竄管式前探梁臨時(shí)支護(hù)屬被動(dòng)支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度??；（4）竄管式前探梁架設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，影響掘進(jìn)速度。

2.2.2 機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)存在問(wèn)題

（1）機(jī)載液壓前探梁操作閥組裸露，易發(fā)生誤操作。（2）機(jī)載液壓前探梁沒(méi)有對(duì)迎頭工作面進(jìn)行防護(hù)，人員在支護(hù)過(guò)程中容易被工作面垮落的煤巖砸傷。

3 機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)與應(yīng)用

3.1 臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的改進(jìn)

目前云崗礦臨時(shí)支護(hù)75%采用ZLJ-10/21機(jī)載液壓前探梁，改進(jìn)以此機(jī)載液壓前探梁為基礎(chǔ)，在護(hù)頂架前端伸縮梁上焊接耳孔，將護(hù)板工作面的主護(hù)板使用銷軸連接在伸縮梁的耳孔上，副護(hù)板使用插銷與主護(hù)板連接。在主護(hù)板中上部安裝兩根可旋轉(zhuǎn)撐桿，撐桿兩頭打孔，同時(shí)在兩個(gè)副護(hù)板中上部焊接耳座，兩個(gè)副護(hù)板打開(kāi)后使用主護(hù)板上的撐桿固定。在伸縮梁中部焊接一個(gè)橫梁，橫梁上焊接銷孔，安裝液壓油缸，油缸活柱與主護(hù)板連接，在操作閥組把手外部加裝護(hù)罩。 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)如圖2。

圖2 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)示意圖

3.2 應(yīng)用方案

改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁在云崗礦二水平8415工作面輔運(yùn)順槽施工中進(jìn)行了臨時(shí)支護(hù)的工業(yè)性試驗(yàn)。臨時(shí)支護(hù)工序如下：

當(dāng)前探梁移至距迎頭小于0.3 m的位置，升起機(jī)載液壓前探梁時(shí)，啟動(dòng)泵站，先交替操作翻轉(zhuǎn)油缸與折疊油缸閥組，將護(hù)頂架升起至水平位置。護(hù)頂架升起后，先操作閥組將伸縮油缸伸出，主、副護(hù)板隨伸縮梁整體伸出，使伸縮梁前端頂在工作面煤壁上。然后，操作升降油缸將護(hù)頂架貼緊在待支護(hù)的頂板上，再操作閥組將護(hù)板油缸伸出。護(hù)板油缸伸出至主、副護(hù)板與底板垂直時(shí)，停機(jī)閉鎖泵站，人工將兩側(cè)副護(hù)板打開(kāi)。打開(kāi)后將主護(hù)板撐桿轉(zhuǎn)到兩側(cè)副護(hù)板的耳座上，使用銷軸將副護(hù)板與撐桿連接，保證主副護(hù)板處于同一平面上。再啟動(dòng)泵站，操作閥組將護(hù)板油缸伸出至主護(hù)板底部橫梁頂在煤壁上為止，然后停機(jī)閉鎖泵站。

降下機(jī)載液壓前探梁時(shí)，啟動(dòng)泵站，先整體收回主、副護(hù)板，使主副護(hù)板與底板垂直，停機(jī)閉鎖泵站。人工將撐桿摘掉恢復(fù)到原位置，將兩側(cè)副護(hù)板收回，人員離開(kāi)后啟動(dòng)泵站。操作護(hù)板油缸，將護(hù)板收回折疊，把護(hù)頂架降至最低，交替操作翻轉(zhuǎn)油缸與折疊油缸閥組，將前探梁主體放在截割部上面。改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)使用效果如圖3。

圖3 改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)使用效果

3.3 效果分析

8415工作面輔運(yùn)順槽使用改進(jìn)后機(jī)載液壓前探梁臨時(shí)支護(hù)的效果理想。該裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)迎頭工作面的安全防護(hù)，迎頭工作面無(wú)一起煤巖垮落傷人安全事故發(fā)生，完全可以代替以往使用的柔性網(wǎng)防護(hù)，安全性能較好。改進(jìn)后的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備有效提高了8415工作面輔運(yùn)順槽掘進(jìn)效率，每個(gè)循環(huán)節(jié)約時(shí)間20 min，按6個(gè)循環(huán)/d和日進(jìn)尺12 m計(jì)算，可提高進(jìn)尺30 m/月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，該設(shè)備還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁由于對(duì)操作閥組把手進(jìn)行了防護(hù)，杜絕了誤操作，防止其他人員作業(yè)時(shí)誤碰操作把手導(dǎo)致前探梁動(dòng)作。

（2）改進(jìn)后的機(jī)載液壓前探梁對(duì)工作面進(jìn)行了防護(hù)，主、副護(hù)板總面積可達(dá)到7.58 m2。工作面支護(hù)時(shí)，工作面需要防護(hù)的面積為10.59 m2，對(duì)工作面的防護(hù)面積達(dá)到71.5%，有效遮擋了垮落的大塊煤巖，確保作業(yè)人員的安全，從環(huán)境上降低風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭的安全生產(chǎn)。

（3）合理改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用機(jī)械加人工的方式配合操作，減輕了主、副護(hù)板的重量，最大程度上降低折疊油缸的負(fù)荷，使各個(gè)油缸與銷軸都工作在力矩承受范圍內(nèi)，確保機(jī)械部件能長(zhǎng)時(shí)間使用。

（4）降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，工人臨時(shí)支護(hù)不再使用繁瑣、沉重的前探梁，保護(hù)安全的同時(shí)還減少了安裝設(shè)備的時(shí)間，提高了掘進(jìn)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后迎頭防護(hù)式液壓前探梁在云崗礦8415工作面輔運(yùn)順槽掘進(jìn)施工中進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。迎頭防護(hù)式液壓前探梁一方面能夠支撐頂板，防止冒頂，另一方面能夠?qū)τ^工作面進(jìn)行防護(hù)，防止煤巖垮落傷人，有效地解決了迎頭工作面垮落的安全問(wèn)題，完全可以代替以往使用的柔性網(wǎng)防護(hù)。該裝置可以在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)進(jìn)行全面推廣使用。