綜掘巷道機械化臨時護頂裝置的試驗和應用

王曉平

摘 要 本文介紹了掘進機配套的機載式臨時支護裝置結構和工作原理。分析了機載式臨時支護裝置的優點。支護裝置增加了支護的強度，實現了綜掘臨時支護的機械化，縮短了工序時間，為綜掘巷道的安全高效掘進和施工安全提供了條件。

關鍵詞 綜掘工作面 掘進機 機載式 臨時支護

1 概述

目前，我礦掘進的巷道，除開拓大巷外，采區和回采巷道占巷道總進尺的75%以上，采區和回采巷道的頂板大多為黑色泥巖或煤頂，巷道圍巖屬于中等穩定和不穩定巖層，巷道掘出后呈現出易風化，受潮、受振動或空頂時間過長易掉落的特性。同時這些巷道全部采用錨桿或雙錨支護，進行永久支護時間比支棚的時間長。兼于以上原因，為保證安全施工，在掘進過程中，不得不縮小空頂距離、加強臨時支護。具體表現在以下幾方面。

1.1空頂距離問題

由于圍巖具有不穩定性，在進行永久支護時間過長，在掘進過程中必須縮小巷道空頂距離，相對加快支護時間，減少空頂時間，以保證施工安全。

1.2臨時支護問題

臨時支護作為一種特殊支護形式，它存在如下問題

1）支設時間相對較長

支設時間大約需10～30min（下層掘進用截割頭挑鋼帶用10min，上層掘進打柱時用20min～30min），約占整個循環時間（綜掘約60min，普掘約360min）的1/3～1/9，如果減少臨時支護支設時間，不僅加快了整個循環，而且減少了掘進工作面空頂時間，對保證掘進工作面頂板整體穩定性和施工人員的安全有著非常重要的意義。

2）支設難度較大

在支設臨時支護時如使用摩擦柱作為臨時支護，人員必須進入空頂作業，再加上網片的干擾，支設難度非常大，具有一定的危險性。

3）不能實現平行作業

支設了臨時支護后，受柱或截割頭的影響，掘進工作面的作業空間相對縮小，不能完成頂板支護平行作業。

4）不能適應巷道特殊情況

普通的臨時支護根本不能適應巷道頂板出現的傾斜、超高、塌頂等特殊情況，安全上沒有保障。

由于以上這些問題的存在給安全生產和高產高效帶來極大的困難，嚴重制約著我集團公司整體掘進水平的提高。

2 試驗概況

2.1巷道地質概況

試驗地點位于一礦西大巷四部皮帶巷，巷道掘進沿15#煤頂板掘進，該巷道直接頂為黑色泥巖，平均厚度約1.5m，圍巖具有性脆、易風化的特性。

2.2雙錨支護設計

考慮到運輸、掘進設備尺寸和巷道圍巖變預留量，設計巷道斷面尺寸如下：巷道斷面呈矩形，凈寬4.2m，凈高2.9m，采用錨桿、網、錨索補強支護。

3 機載式臨時支護裝置結構和原理

機載式臨時支護裝置由站套、站管、頂梁板、伸長部四大機構及其配套的液壓系統組成。

機載式臨時支護裝置在掘進機的中前部。卸下掘進機升降用的兩個前軸、兩個后軸，換上加長軸，即可安裝油缸和主架。

機載式臨時支護裝置的操作步驟是：

① 掘進機截割完畢后，截割頭落地，打開操作閥，將機載式臨時支護頂梁升到截割頭上方。

② 將支護用的鋼梯和菱形網放在頂梁架上，用磁鐵吸好，向前推動支護主架和頂梁。

③ 操作控制閥，使頂梁放平并支撐住頂板，掘進機停電閉鎖，臨時支護完成。

④ 用錨桿鉆機完成錨桿安設，頂、幫可同時作業。

4 施工工藝

4.1施工機具

采用EBZ—150A型掘進機割、裝、運煤，采用機械化臨時護頂裝置作為臨時支護，MQT單體風動錨桿鉆機鉆孔、安裝錨桿、錨索，幫錨索鉆補強幫錨索，手持風鉆打幫錨桿。

4.2 施工工藝

掘進機割出一個循環進度（1.6m），退機擺正，鋪設金屬網、鋼帶，支設臨時支護，打頂眼注錨桿，兩幫支護。

4.3 勞動組織

勞動組織采用“二九一六”制作業形式，即一班檢修，檢修時間為六小時，二班生產時間為全程生產，生產時間九小時。

5 護頂裝置的適應性

該護頂裝置于2014年7月12日正式進入工業性試驗，取得了非常好的效果，實際使用護頂裝置62天，掘進進尺830m，期間最高日進19.8m，平均日進13.4m，最高小班進度11m，平均每班進度6.7m。正常情況下，支設臨時支護時間一般需1～4min，平均時間2min，在現場操作中因司機熟練程度而略有差異，完成臨時護頂時間占總作業時間的3%。從以上這些數據和我們在現場跟班寫實記錄得出使用該臨時護頂裝置有以下優點：

1）減少臨時支護時間加快掘進速度

在未試驗該護頂裝置以前每個循環支設臨時支護需用時間大約30min（上層巷道支設兩排），平均每日掘進進尺10m，使用護頂裝置后每個循環支設臨時支護時間僅有2min，平均每日掘進進尺13.4m，使用護頂裝置后比使用護頂裝置以前每月提高掘進進尺82～100m。

2）實現了“一掘多錨”

由于是護頂裝置在試驗初期，一般情況下能實現“一掘兩錨”，根據圍巖情況，能實現“一掘三錨”。

3）工人在思想上有了安全感

4）杜絕了空頂作業

以前在支設臨時支護時，必須在退路暢通的情況下，有專人監護頂板時支設臨時支護，打柱時必須進入空頂下作業，存在一定的危險性，采用護頂裝置作為臨時支護后，人員只需在永久支護下鋪設好金屬網、鋼帶后，剩下的操作由機械操作來完成杜絕了人員進入空頂下作業，從根本上保障了安全性。

5）增大了控頂面積

以前不管是使用單體支柱還是用截割頭挑鋼帶，它們的實際控頂面積都比較小，使用護頂裝置以后實際控頂面積比以前增加了2倍，大大增加了安全性。

6）增加了對特殊情況的適應性

使用護頂裝置以后，對巷道遇到劈口、軟槽或其它因素造成頂板出現的傾斜或塌頂現象有了很強的適應性。

由此可見，該護頂裝置基本上適應一礦的地質條件。

6 護頂裝置的局限性

由于地質條件復雜多變，掘進機與護頂裝置連接為一體，又增大了設備占用空間，這就大大限制了掘進機和護頂裝置功能的正常發揮，主要表現在以下幾方面：

1）護頂裝置對掘進機司機的影響

由于護頂裝置的護頂板處于掘進機轉盤的前方，距底板高度約2.3m，寬度約2.1m，而掘進機司機的位置在掘進機的左側，在割煤過程中掘進機司機視線受護頂裝置護頂板的影響，在掘進工作面底板往上2m處巷道斷面右幫基本看不到，不能保證巷道的成形，有時把左幫的幫錨桿撞壞，影響工程質量。

2）護頂裝置對掘進機的影響

整個護頂裝置重量約為3t，其總重量是掘進機的1/8（掘進機總重量約25t），它對掘進機的影響有以下幾方面：①整個機身過重增加了掘進機的行走負荷，加快了掘進機履帶、行走齒輪的磨損，如遇底板松軟或低凹造成掘進機開不出來的情況出現；②護頂裝置油管太長，在截割時，油管處于自由伸展狀態，經常被耙爪或巷道幫擠壞油管，發生漏油事故。

3）中線與鋼帶對護頂裝置的影響

在支設臨時支護時，為調整鋼帶中線和鋼帶與中線方向，要經常移動護頂裝置，以使鋼帶位置符合巷道設計要求，而護板升出后朝巷道頂板的一面為平面，鋼帶的排距與方向不能自動控制，不能保證鋼帶與護板相對固定，必須由人工調節才能達到要求。

7 結束語

通過井下實踐證明，綜掘巷道采用機載臨時支護可有效地解決掘進工作面錨桿支護時控制頂板的問題，杜絕空頂作業造成的傷亡事故，減輕工人勞動強度，為綜掘創造一個良好的作業環境。在提高綜掘掘進速度的同時，還能保證錨桿支護時的安全性，以便推進我國煤礦綜掘機械化的進一步提高。社會經濟效益明顯，推廣應用前景廣闊，對提升綜掘快速掘進和臨時支護的機械化有著現實和深遠的意義。