煤巷掘進(jìn)工作面幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)探析

楊淑偉

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

引言

由于持續(xù)發(fā)展的煤炭行業(yè)，使煤礦的機(jī)械化水平逐漸上升，在煤礦行業(yè)中，所選取的掘進(jìn)方法通常是綜合掘進(jìn)的機(jī)械化，特別是綜掘工藝被煤巷掘進(jìn)工作面所使用。由于煤巷掘進(jìn)工作面選用綜掘，所以加快了掘進(jìn)的進(jìn)程，若掘進(jìn)的煤層不硬，其工作面就會(huì)由于經(jīng)常注水而導(dǎo)致銹結(jié)出現(xiàn)在煤層的時(shí)間不長(zhǎng)，容易有片幫事故發(fā)生，威脅著現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命安全，并且對(duì)巷道掘進(jìn)的速度有一定的限制，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益與礦井生產(chǎn)的安全性有一定的影響。現(xiàn)在，有不少的學(xué)者的鉆研成就在積極防治煤巷掘進(jìn)中的片幫問題方面的效果非常明顯，可是依然無法制止片幫在掘進(jìn)工作面中發(fā)生，而且不能確保在片幫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員的生命安全[1]。因而，把晉能控股煤業(yè)集團(tuán)A 礦當(dāng)做工程背景，煤巷工作面的幫部前探梁的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)出來，而且還在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用。

1 工程的概況

在A 礦中，其生產(chǎn)能力是3 Mt/a，其主采煤層2#，其厚度是2.7 m～7.3 m，平均厚度是5.3m，而且其硬度系數(shù)是0.15，是煤層中非常典型的軟煤層；偽頂、直接頂、老頂、直接底、老底使用的泥巖分別是炭質(zhì)泥巖、砂紙泥巖、大占砂巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r，對(duì)應(yīng)的平均厚度分別是0.2 m、2.34 m、9.9 m、9.3 m、2.7 m，除了偽頂沒有硬度系數(shù)外，其他對(duì)應(yīng)的硬度系數(shù)分別是2.3、6.6、2.3、10.3。錨網(wǎng)索支護(hù)使用于本礦煤巷掘進(jìn)工作面中，其斷面是5 m×4 m（寬×高），而且相鄰錨桿之間的排距是800 mm×800 mm，由于綜掘工藝的使用，所以循環(huán)截割最深（l 兩排網(wǎng)）是1.6 m。由于巷道有4 m 的高度，而且煤層是典型的軟煤層，在使用綜倔工藝進(jìn)行截割之后，依據(jù)錨網(wǎng)支護(hù)的工藝把頂板首先支護(hù)起來，然后在把幫部進(jìn)行支護(hù)，當(dāng)沒有支護(hù)幫部時(shí)，經(jīng)常有片幫事故發(fā)生，對(duì)生產(chǎn)的安全性有影響。如表1 所示就是底板、頂板與煤層的巖性特征。

表1 煤層及頂、底板巖性特征

2 設(shè)計(jì)幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)的結(jié)構(gòu)

2.1 幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)的工作原理

煤巷幫部臨時(shí)支護(hù)選取幫部前探梁，把2 根相同的前探梁分別安裝在巷道的兩幫中，并且巷道是已經(jīng)進(jìn)行支護(hù)的，護(hù)幫網(wǎng)與前探梁相互配合來臨時(shí)支護(hù)幫部，而且?guī)筒渴菓?yīng)經(jīng)開始挖掘但是并沒有進(jìn)行支護(hù)的，進(jìn)而使防片幫出現(xiàn)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)[2]。在未實(shí)施臨時(shí)支護(hù)時(shí)，把從護(hù)幫網(wǎng)到巷頂懸掛至下方的巷底，進(jìn)而在向前移動(dòng)前探梁，而且有可調(diào)節(jié)固定套2 個(gè)，其位置是前探梁的后面，能夠?qū)η疤搅哼M(jìn)行調(diào)整，沒有支護(hù)的護(hù)幫網(wǎng)與幫部被前探梁的前面進(jìn)行擠壓，進(jìn)而有預(yù)應(yīng)力作用于幫部，防止施工空間中有滑落的片幫媒體導(dǎo)致人員受到傷害。

2.2 設(shè)計(jì)幫部前探梁的具體結(jié)構(gòu)

調(diào)節(jié)螺母、前探梁、可調(diào)節(jié)固定套、固定桿、防墜鏈構(gòu)成了幫部前探梁，固定桿把幫部前探梁固定到幫部錨桿中，并且該幫部錨桿是已經(jīng)支護(hù)的，進(jìn)而在固定桿上安裝可調(diào)節(jié)固定套，最后在可調(diào)節(jié)固定套中穿入前探梁，而且把螺母擰在可調(diào)節(jié)固定套中，進(jìn)而整個(gè)幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)的結(jié)構(gòu)就形成了。

2.2.1 前探梁的結(jié)構(gòu)與規(guī)格

對(duì)槽鋼或方鋼進(jìn)行加工，進(jìn)而制作成了前探梁，而且槽鋼或方鋼的規(guī)格是50 mm×70 mm，并把2 條防墜鏈分別加焊在其兩端，其防墜鏈?zhǔn)且欢擞秀^的，其長(zhǎng)度均是300 mm～500 mm，循環(huán)截割的深度與錨桿的排距決定了前探梁的具體長(zhǎng)度，把循環(huán)截割深度是1 600 mm、錨桿的排距是800 mm 當(dāng)做案例，相鄰可調(diào)節(jié)固定套之間的距離要大于兩個(gè)排距，而且前探梁的具體長(zhǎng)度應(yīng)在4 m 以上。如圖1 所示就是前探梁規(guī)格及結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 前探梁規(guī)格及結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

2.2.2 設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)固定套的結(jié)構(gòu)

固定、調(diào)整與前移前探梁是可調(diào)節(jié)固定套最重要的作用，經(jīng)過在前探梁之前與之后安裝可調(diào)節(jié)固定套能夠使前移前探梁得以實(shí)現(xiàn)，固定套經(jīng)過螺母的預(yù)緊能夠使護(hù)幫網(wǎng)與幫部媒體被前探梁所擠壓，進(jìn)而使幫部的臨時(shí)支護(hù)得以實(shí)現(xiàn)[3-4]。在設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)固定套時(shí)，其選取鋼板的厚度要在8 mm 以下，寬度是80 mm，并加工制作為U 形之后的高度是90 mm，寬度是100 mm，并在兩端分別打孔，其孔徑是Φ24 mm，打孔的作用是從固定桿穿過。圖2 就是可調(diào)節(jié)固定套結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 可調(diào)節(jié)固定套結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

2.2.3 設(shè)計(jì)固定桿的結(jié)構(gòu)

幫部錨桿有擰緊的螺母，并且螺母是在固定桿上的，進(jìn)而把可調(diào)節(jié)固定套安裝到固定桿中，使固定安裝前探梁高度得以實(shí)現(xiàn)。右旋全螺紋錨桿被固定桿所使用，并且右旋全螺紋錨桿Φ20 mm 的長(zhǎng)度是300 mm～500 mm，并把螺帽加焊到一端的任意側(cè)面。如圖3 所示就是固定桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 固定桿結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)使用幫部前探梁

3.1 安裝流程

第一就是把固定桿2 根安裝到幫部的錨桿上，而且是自上到下數(shù)第3 根（錨桿中擰入的固定桿的螺帽漏在外面的部分），2 根固定桿分別安裝到了錨桿迎頭的第一排與向外第三排上，繼而在固定桿中套入可調(diào)節(jié)固定套，最后在固定套2 個(gè)內(nèi)分別穿過前探梁，在從固定套中穿過之后，把螺母擰在其外側(cè)，進(jìn)而安裝幫部前探梁就完成了。如圖4 所示就是安裝示意圖。

圖4 幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)安裝示意圖

3.2 操作流程

綜掘機(jī)截割被掘進(jìn)工作面的迎頭所使用之后，當(dāng)實(shí)施迎頭頂網(wǎng)護(hù)頂之后、錨網(wǎng)支護(hù)之前，把護(hù)幫網(wǎng)從頂部往下進(jìn)行懸掛，繼而把前探梁安裝在幫部，護(hù)幫網(wǎng)把前探梁前移到了迎頭的煤墻，把防墜鏈掛上，最后對(duì)可調(diào)節(jié)固定套進(jìn)行調(diào)節(jié)，使護(hù)幫網(wǎng)與煤墻被前探梁所擠壓，進(jìn)而使護(hù)幫的成效達(dá)到[5]。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)使用的成效

由于該礦的煤質(zhì)比較軟，極易有片幫事故發(fā)生，在幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)使用在本礦煤巷之后，把之前幫部經(jīng)常發(fā)生的片幫事故的問題解決了。幫部前探梁的優(yōu)點(diǎn)是操作、安裝、加工都比較簡(jiǎn)便，極易更換與維護(hù)，并且護(hù)幫的成效不錯(cuò)，可為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員提供一安全的作業(yè)環(huán)境，使該礦的經(jīng)濟(jì)效益與安全效益得以提升。

4 結(jié)語

在軟煤巷道中選取幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)可以防止由于媒體片幫而導(dǎo)致工作人員的人身安全受到威脅，并闡述使用、安裝與設(shè)計(jì)幫部前探梁臨時(shí)支護(hù)的具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的前探梁臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)幫效果好。而且?guī)筒壳疤搅旱膬?yōu)點(diǎn)是比較高的安全系數(shù)、方便操作、加工簡(jiǎn)單等，可為類似工況下的煤巷掘進(jìn)防片幫提供一定的技術(shù)參考。