ZLJ-18掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

康 宇

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉中 045400）

隨著科技的進(jìn)步，煤礦開采規(guī)模不斷擴(kuò)大，采掘機(jī)械化程度也不斷提高，掘進(jìn)單進(jìn)水平、采煤面單產(chǎn)也隨著提高，一部分礦井出現(xiàn)采掘銜接比較緊張的現(xiàn)象[1]。掘進(jìn)工作面的單進(jìn)效率直接影響著采掘接替部署，而巷道支護(hù)是影響掘進(jìn)單進(jìn)水平提高的主要因素之一，其中永久支護(hù)大多采用氣動錨桿機(jī)或液壓錨桿機(jī)，而掘進(jìn)巷道掌頭臨時支護(hù)仍然普遍采用單體柱配合木板梁或采用鋼筋前探梁[2]。這些支護(hù)方式都存在明顯缺點(diǎn)，尤其對于大采高巷道，安全可靠性差、操作人員多、支護(hù)工藝復(fù)雜、勞動強(qiáng)度較大、人員面臨局部空頂作業(yè)等缺點(diǎn)無法避免，存在較多安全隱患。同時，繁瑣復(fù)雜的支護(hù)工藝也耗費(fèi)大量生產(chǎn)時間，直接制約著巷道的快速掘進(jìn)，從優(yōu)化工藝及器具方面，使用機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)不僅可以提高支護(hù)效率和安全性，也是實(shí)現(xiàn)煤礦巷道的快速掘進(jìn)的重要前提。

1 工程概況

開元礦前身是壽陽縣黃丹溝煤礦，后期經(jīng)兩次技術(shù)改造，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力達(dá)到3.00 Mt/a。礦井位于壽陽縣城西北約14 km，井田位于沁水煤田壽陽區(qū)氧化帶邊界，地表屬黃土丘陵地貌，地質(zhì)儲量3.3 億噸，煤層整體呈北高南低單斜走勢，平均傾角為6°，主采煤層為3#、9#、15#，商品煤主要用于電力用煤。

井田內(nèi)各煤層非全井田范圍可采，目前3#煤設(shè)計(jì)可采儲量不足百萬噸，下一階段將主采9#煤和15#煤。其中，9#煤厚5 m 以上，15 號煤厚4 m左右，均為厚煤層，適合布置大采高工作面，巷道掘進(jìn)斷面要求較高，其中，回風(fēng)巷巷道高度達(dá)到4.3 m。

隨著開元礦上馬一次采全高綜采工作面，為解決掘進(jìn)工作面臨時支護(hù)存在的安全和效率問題，針對15#煤層15401 回風(fēng)掘進(jìn)工作面擬引進(jìn)采用山東領(lǐng)圖機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)，以有效地推動大采高巷道掘進(jìn)工作面的安全、高效。

2 臨時支護(hù)分析

2.1 原臨時支護(hù)

開元公司掘進(jìn)工作面一般采用傳統(tǒng)單體柱（冒柱）臨時支護(hù)工藝，采用DN-28、DN-31.5 型內(nèi)注式單體液壓支柱，額定工作阻力50 kN，額定壓力3.8 MPa，工作行程0.57 m，最大高度2.8～3.1 m，最小高度2.23 m，使用靜壓水做工作介質(zhì)，柱帽采用長1.3 m、厚0.12 m 的優(yōu)質(zhì)方木，使用時單體必須打在硬底上，若底板為煤或軟巖時，單體必須穿鐵鞋。具體工序?yàn)榫C掘機(jī)（或炮掘）掘出一排（米）后先進(jìn)行敲幫問頂處理活矸危石，在上一階段永久支護(hù)下及時地將能出的煤出凈，然后在永久支護(hù)下進(jìn)行鋪聯(lián)網(wǎng)，兩人將單體液壓支柱抬立在距工作面0.4 m 處，進(jìn)行臨時支護(hù)。臨時支護(hù)必須帶規(guī)格為600 mm×300 mm×200 mm的柱帽，一排支設(shè)5 根單體液壓柱，柱距不大于1 m；臨時支護(hù)必須支設(shè)在實(shí)底上，底軟時必須穿鞋。支設(shè)單體柱時，要兩人配套操作，一人扶柱，一人使用手把升柱；并要有專人監(jiān)護(hù)頂幫情況，多人抬運(yùn)柱時，要相互搭好號，抬放要協(xié)調(diào)一致，順肩抬放。這種臨時支護(hù)工藝的缺陷較明顯，存在著對頂板的初撐力小、支護(hù)范圍小、操作過程復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、臨時支護(hù)速度慢、易發(fā)生安全事故等不足，最重要的是需要耗費(fèi)更多的人力資源，單次臨時支護(hù)一般大于半個小時，工人需要花費(fèi)大量體力，直接導(dǎo)致掘進(jìn)工作面工傷事故比較頻繁、 單進(jìn)水平低、人均工效不高,單體柱式臨時支護(hù)循環(huán)圖表如圖1所示。

圖1 單體柱式臨時支護(hù)循環(huán)圖表

2.2 ZLJ-18新型機(jī)載臨時支護(hù)

新型ZLJ-18 機(jī)載式臨時支護(hù)系統(tǒng)安裝位置位于綜掘機(jī)正上方，在綜掘機(jī)截割作業(yè)完成后，可以及時進(jìn)行臨時支護(hù)，且機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)初始支撐力較單體液壓支柱大，采用整體頂架設(shè)計(jì)與巷道頂板接觸，臨時支護(hù)面積更大，起到整體防護(hù)的效果，同時采用液壓油缸通過支架梁對頂板施加一定的初撐力，使得頂板達(dá)到主動受力狀態(tài)，對頂板及時進(jìn)行主動支護(hù)，確保其第一時間達(dá)到安全狀態(tài)[3]。

操作過程中，機(jī)械梁對掘進(jìn)空頂區(qū)域支護(hù)時，操作人員全程在永久支護(hù)頂板安全區(qū)作業(yè)，避免了人員進(jìn)入空頂區(qū)，增加了安全性。人員操作更加簡單，只需要在綜掘機(jī)操作位通過專用控制手柄即可控制臨時支護(hù)梁向前推動升起，而且可以隨時調(diào)整支護(hù)主架和頂梁架達(dá)到最佳支護(hù)狀態(tài)，每循環(huán)臨時支護(hù)時間由30 min 減少至5 min 左右，大大縮短了臨時支護(hù)時間，每班可節(jié)約臨時支護(hù)工時75～100 min 左右，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭超前臨時支護(hù)機(jī)械化作業(yè)，確保安全高效施工。操作簡單，大大減輕了工人勞動強(qiáng)度，減少了現(xiàn)場操作人員數(shù)量，提高了工效[4]。該套機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)自動化程度較高，支護(hù)作業(yè)完成后，支護(hù)梁架在液壓系統(tǒng)作用下可以前后左右伸縮折疊，不僅可以調(diào)整支撐面積、支撐高度、角度等，以適應(yīng)各種斷面的巷道，而且伸縮簡單，體積小，不影響綜掘機(jī)割煤作業(yè)[5]，ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)基本參數(shù)如表1所示。

表1 ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)基本參數(shù)

3 機(jī)載臨時支護(hù)技術(shù)

3.1 工作原理

ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)由頂板支護(hù)架梁、管路及套件、升降油缸、調(diào)整油缸、集流閥、三通閥、控制操作閥等組成，安裝在掘進(jìn)機(jī)操作人員后面閑置部位一個整體平臺上；工作時，用掘進(jìn)機(jī)的泵站供油，通過二位三通閥經(jīng)過高壓油路過濾器到操作閥，供經(jīng)分流集流閥分流，進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開進(jìn)入油缸，利用支撐油缸控制站套、站管翻轉(zhuǎn)，通過調(diào)整油缸將頂架梁調(diào)整角度，如圖2所示。

圖2 機(jī)載式臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)

3.2 操作工藝

掘進(jìn)機(jī)完成掘進(jìn)割煤、裝煤、出煤作業(yè)后，將綜掘機(jī)鏟板放至巷道底板，將截割頭放置于合理位置，司機(jī)直接操作工作臺開始臨時支護(hù)的支設(shè)，操作要點(diǎn)如下：

（1）操作前，首先檢查所有的控制開關(guān)是否正常，管路是否連接到位，各部位零部件是否正常連接，再把兩位三通閥打到支護(hù)位置。

（2）檢查泵站及液壓系統(tǒng)完好，是否漏液，之后打開泵站開關(guān)開始供油，開泵時，要時刻注意泵的聲音，若發(fā)現(xiàn)異常立即停泵處理。向前推動支護(hù)站套、站管和頂架梁液壓控制手柄，此時頂架梁由閉合狀態(tài)開始緩慢平穩(wěn)打開，升到巷道頂板，并緊貼頂板，鋼帶和金屬網(wǎng)也隨之貼合在巷道頂板上，工人可以在臨時支護(hù)下方開始進(jìn)行打孔、 錨固錨桿等永久支護(hù)。

（3）臨時支護(hù)升起時，除操作人員外，其他人一律不準(zhǔn)靠近綜掘機(jī)。

（4）永久支護(hù)完畢后，先把頂架梁下降到最低位置，再折合、回收頂架梁至掘進(jìn)機(jī)后部，關(guān)閉泵站開關(guān)，進(jìn)行下一循環(huán)掘進(jìn)[6]。

3.3 注意事項(xiàng)

（1）臨時支護(hù)梁架打開時，支護(hù)工應(yīng)注意觀察支護(hù)各關(guān)節(jié)及管路是否有無法打開等不正?，F(xiàn)象，鋼帶及金屬網(wǎng)是否有掛著現(xiàn)象。

（2）注意保持油箱油位，觀察油溫不超過70℃。

（3）每班工作前，及時檢修，把軸內(nèi)加滿黃油。

（4）所有油缸均安裝內(nèi)置雙向液壓鎖，油缸出現(xiàn)鳴叫，不動作等現(xiàn)象都有可能是該鎖造成的，更換新的液壓鎖便可解決。

（5）不得隨意拆卸液壓件，嚴(yán)格防止臟物進(jìn)入管路，污染液壓油和液壓元件。

（6）在支護(hù)頂緊巷道頂板時，掘進(jìn)機(jī)絕對不能進(jìn)行動作，需要進(jìn)行工作時，應(yīng)把支護(hù)收回，在進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)動作。

（7）支護(hù)高度無法滿足時，先將掘進(jìn)機(jī)截割頭落地，然后再升高支護(hù)。

（8）支護(hù)收回時要收到位，收回時注意各管路防止積壓。

4 應(yīng)用效果

根據(jù)15401 回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面試驗(yàn)實(shí)踐，ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)可以很好地適應(yīng)井下惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，具有方便快捷、操作簡單、支護(hù)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。綜掘機(jī)截割臂上直接安裝支護(hù)裝置，割煤完成后，綜掘機(jī)司機(jī)在駕駛位可以不間斷操作臨時支護(hù)設(shè)備，截割臂升起以后，司機(jī)操作液壓系統(tǒng)可很快打開支護(hù)裝置，起到支護(hù)頂板的作用。臨時支護(hù)平臺在掘進(jìn)割煤期間是置于綜掘機(jī)司機(jī)后方，因此不會遮擋操作人員視線，使得掘進(jìn)作業(yè)不受影響。機(jī)載臨時支護(hù)不但可以節(jié)省人力，保證人員支護(hù)作業(yè)不空頂，而且該套臨時支護(hù)裝置對掘進(jìn)機(jī)的改造工作量很小，只需要一個檢修班即可完成安裝工作。臨時支護(hù)裝置處于閉合狀態(tài)時不干擾掘進(jìn)機(jī)的操作和割煤作業(yè)，而且從后方閉合狀態(tài)移至前方空頂區(qū)域升降過程全部由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，大大提高掘進(jìn)效率。

15401 回風(fēng)巷應(yīng)用ZLJ-18 機(jī)載臨時支護(hù)裝置后，綜掘機(jī)割完煤后，操作人員可以在2～3 min內(nèi)升起支護(hù)裝置，5 min 內(nèi)可以完成對空頂區(qū)域頂板的臨時支護(hù)作業(yè)，大大降低了臨時支護(hù)的時間；尤其是對于存在偽頂?shù)膮^(qū)域，在部分頂板出現(xiàn)離層現(xiàn)象前可以及時對頂板進(jìn)行有效的支護(hù)，在保證安全的情況下，增加了隊(duì)組的作業(yè)時間，直接提高了礦井的掘進(jìn)單進(jìn)水平。與單體柱及前探梁臨時支護(hù)方式相比較，每班割煤時間由三個循環(huán)增加至四個循環(huán)，比原來增加一個循環(huán)的進(jìn)尺（1.2 m），按綜掘隊(duì)“三·八”制作業(yè)，每天三個班掘進(jìn)日增加2.4～3.6 m 進(jìn)尺，按平均3.0 m/d 計(jì)算，每個掘進(jìn)工作面每月可提高進(jìn)尺90 m 左右。

5 結(jié)語

開元礦業(yè)公司目前掘進(jìn)工作面已全部實(shí)現(xiàn)了綜掘機(jī)械化，但由于受到大采高巷道臨時支護(hù)速度較慢影響制約，使得掘進(jìn)進(jìn)尺始終達(dá)不到理想的進(jìn)度。引進(jìn)采用ZLJ-18 型機(jī)載臨時支護(hù)系統(tǒng)后，在巷道布置和支護(hù)形式不變的情況下，大大縮短了臨時支護(hù)的時間，增加循環(huán)作業(yè)有效時間，進(jìn)而提高了礦井整體單進(jìn)水平。該套設(shè)備改造、安裝簡便，不影響掘進(jìn)機(jī)的正常操作使用，降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了臨時支護(hù)效率，安全得到了有效保障。