掘進巷道臨時支護設(shè)備改造研究

趙柏竣

（汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)有限責任公司， 山西 孝義 032302）

引言

巷道是采煤工作面通風、行人、煤炭運輸?shù)戎饕ǖ?，巷道掘進效率直接影響煤炭開采效率[1-2]?，F(xiàn)階段礦井常用的巷道掘進方式由炮掘、綜掘兩種方式。炮掘具有適應(yīng)性強的特點，但是掘進效率不高、掘進人員勞動強度大。綜掘可顯著提高巷道掘進進尺，但是由于破巖期間掘進人員始終在巷道迎頭，需要強化掘進迎頭臨時支護[3-5]。巷道掘進期間難以避免會揭露各種地質(zhì)構(gòu)造，存在圍巖應(yīng)力集中、破碎等問題，如何做好臨時支護，成為巷道掘進過程中需要重點解決的問題[6-8]。本文就以山西某礦31103 運輸巷掘進為工程背景，針對巷道掘進前方地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、迎頭頂板冒落風險較大問題，對現(xiàn)有的臨時支護設(shè)備進行改造，提高掘進迎頭的臨時支護效果。

1 山西某礦31103 運輸巷概況

山西某礦31103 運輸巷位于3 采區(qū)，沿著11 號煤層底板掘進，11 號煤厚平均3.6 m，傾角5°～13°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、賦存較為穩(wěn)定。31103 運輸巷設(shè)計掘進長度1405 m，巷道斷面直墻半圓拱形，掘高、掘?qū)挿謩e為3.5 m、4.3 m，采用錨網(wǎng)索方式支護圍巖。

根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，31103 運輸巷掘進過程中會揭露7 條落差介于1.5～2.7 m 斷層，受斷層影響，局部位置存在煤巖破碎、支護困難等問題。巷道采用EBZ-200 綜掘機破巖，并通過綜掘機上前探梁進行超前臨時支護，巷道臨時支護設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 巷道臨時支護設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

綜掘機原有的超前支護通過機載液壓前探梁實現(xiàn)，可對掘進迎頭空頂范圍進行支護，但是受到臨時支護結(jié)構(gòu)限制，無法實現(xiàn)巷道肩窩、迎頭空幫區(qū)域的支護，現(xiàn)場作業(yè)人員存在一定的安全風險。由于臨時支護設(shè)備采用6 mm 厚鋼板加工而成，受到臨時支護設(shè)備工作方式以及受力等綜合影響，臨時支護設(shè)備護幫容易變形甚至斷裂。

2 超前臨時支護設(shè)備改造

2.1 臨時支架加固

為了提高超前臨時支護設(shè)備支護強度，將支架原本的厚度6 mm 側(cè)護幫更換為厚度10 mm、長度350 mm 的安裝座；在側(cè)護板上增加便于拆卸的側(cè)護板安裝設(shè)備，如圖2 所示。具體加固方法為：采用10 mm 鋼板加工制作卡板（規(guī)格150 mm×140 mm×55 mm），將插銷焊接到卡板上，在卡板上鉆孔，并采用2 根螺栓（M16 mm×120 mm）將卡板固定到原位置。超前支護設(shè)備四個插銷座均進行改造，以提高臨時支護設(shè)備的強度。

圖2 超前支架加固改造示意圖

2.2 增設(shè)超前幫網(wǎng)及頂網(wǎng)

在綜掘機原有臨時支護設(shè)備基礎(chǔ)上增加布置超前幫網(wǎng)，并按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范、作業(yè)規(guī)程等對超前幫網(wǎng)進行編制。在巷道圍巖永久支護下，臨時支護超前網(wǎng)包括有頂網(wǎng)和幫網(wǎng)。按照超前網(wǎng)鋪設(shè)方式以及鋪設(shè)位置對掘進工藝進行優(yōu)化，避免掘進機截割部接觸超前網(wǎng)。

2.3 超前探梁改造

在綜掘機原有超前探梁基礎(chǔ)上增設(shè)液壓前翻板，在采用超前探梁對空頂區(qū)域進行支護時，將前翻板頂至掘進迎頭并確?？煽糠雷o。在前翻板上固定2 根可拆卸鋼管，以便實現(xiàn)掘進迎頭全斷面防護。前翻版與巷幫間距控制在500 mm 以內(nèi)，并可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整防護寬度。在迎頭兩幫各布置一組懸掛裝置，在懸掛裝置上布置2 根縱梁鋼管，鋼管間隔為1 m，上部鋼管布置在拱頂基線之上，下部鋼管與巷道底板間隔控制在1200 mm 以內(nèi)，懸掛裝置配超前網(wǎng)對掘進迎頭空頂區(qū)域進行全范圍支護。具體改造后的超前探梁結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 改造后的超前探梁結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在31103 運輸巷掘進迎頭超前支護中采用超前網(wǎng)，并在超前探梁上增加安裝前翻板、護幫前探梁等對掘進迎頭進行支護，通過對迎頭空頂區(qū)進行全覆蓋支護，提高了掘進迎頭作業(yè)人員的安全系數(shù)。超前支護設(shè)備未再出現(xiàn)彎曲或者折斷等情況，掘進迎頭圍巖的支護強度明顯增加。

對掘進巷道超前支護設(shè)備改造后，當掘進迎頭位置出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等問題時，綜掘機前探梁、超前網(wǎng)以及液壓前翻板等綜合作用，可避免塊煤、矸石等傷及作業(yè)人員。在31103 運輸巷掘進期間，未出現(xiàn)掘進迎頭臨時支護強度不足或者空頂?shù)纫鸬捻敯迕奥?、煤壁片幫等問題。雖然臨時支護耗時較以往增加約10 min，但是卻明顯增加了掘進迎頭臨時支護的安全保障能力。

4 結(jié)語

通過對掘進巷道超前臨時支護設(shè)備進行改造，增加超前支護裝置的強度，避免了在使用過程中出現(xiàn)超前臨時支護裝置彎曲或者折斷問題。支護強度提高，臨時支護裝置可緊貼巷道頂板。通過對綜掘機液壓前探梁上增設(shè)前翻板、超前網(wǎng)以及護幫超前梁等，實現(xiàn)掘進迎頭空頂區(qū)域、巷幫全覆蓋臨時支護，不僅可提升掘進迎頭支護強度，而且避免迎頭冒頂、片幫等對作業(yè)人員造成安全威脅。

現(xiàn)場應(yīng)用后，在31103 運輸巷掘進期間未出現(xiàn)迎頭片幫、冒頂?shù)葌耸鹿?，改進后的臨時支護設(shè)備雖然在臨時支護時要增加10 min 時間，但是卻大幅提高了迎頭安全保障能力。