煤礦掘進機前探梁支護技術及應用

賈 瑞

(太原市西山建筑集團礦建第二分公司，山西 太原 030022)

0 引言

西山煤電杜兒坪煤礦綜掘巷道掘進時，臨時支護方式一般采用4～6根長短不一、φ≤120 mm戴帽木點柱，以及使用多個探頭梁(鋼或9#工字梁)沿巷道方向掛在探測區的巷道頂部，防止巷道頂板垮落造成人身傷害。這兩種預支梁支護存在著支撐力不足，被動受力，安全穩定性差，不能足以支撐頂板的較大壓力，工人操作繁瑣，勞動強度大等缺陷。該礦為綜掘巷道EBZ160懸臂式縱軸掘進機配置了ZLJ-10/21機載臨時支護裝置，采用機載臨時前探支撐裝置，實現了安全、可靠、快速的支護，提高了巷道掘進的安全性，也提高了生產效率。

1 機載超前支護設備

1.1 技術要求

當掘進機開始開挖時，支撐裝置不能影響掘進機的切割、裝載作業，視線良好；支護設備結構部件須剛性強，使用壽命長，適應復雜的巷道環境；操作靈活，機械化程度高，安全可靠，易于在惡劣環境下安裝使用。

1.2 結構及工作原理

ZLJ-10/21型支護設備主要由頂架、主架、折疊氣缸、提升油缸、支撐油缸、雙向鎖、高壓油管道、多向閥等組成，結構如圖1所示。

圖1 支護設備結構圖

ZLJ-10/21機載臨時支撐裝置工作時，采用綜掘機的原機站供給燃油。打開兩個三通操作閥連接到油缸支架，關閉挖掘機油回路，頂架前延伸，側框架展開，支撐鋼筋和鋼網在車頂框架上，磁鐵吸入，前部支撐主框架和車頂框架液壓控制手柄，液壓油通過安全閥向閥門供油操作，用于轉向分流器，進入雙向鎖定，雙向鎖定打開進入氣缸，然后主框架和車頂框架以緩慢打開的狀態緩慢打開，控制到所需的角度和主框架位置，上升到巷道頂部，鋼和鋼網在巷道的頂部，工作人員可以在鉆機安全的支持下，安裝螺栓。錨+網的操作完成后，第一架下降到最低位置，然后轉換成主架和車頂架，關閉頂架上的挖掘機到目前位置，兩個三通閥手柄上油，支持油路關閉，支持控制閥不再工作，挖掘機進入下一個工作循環。

1.3 主要技術參數

系統壓力：16 MPa；額定初撐力：1 t；支護范圍(長×寬)：2.0 m×2.1 m，展開(長×寬)：3.4 m× 3.4 m，折疊高度：100～300 mm；頂框可傾斜：≤20°，顯示：45°；開始時間：70 s；機器重量：0.96 t。臨時支撐和掘進機共用一個泵站，無額外動力；臨時支護不超過全機械化掘進機的有效尺寸；模塊化設計，便于運輸和井下安裝。平均無故障(不升井維修)的工作時間不小于3 000 h。

適用于：巷道寬度≥2.3～4.2 m；支護超出截割頭距離1～1.8 m，展開3.1 m。

2 使用機載超前支護的實踐

當掘進機正常工作時，機載臨時支撐裝置折疊并收縮到切割機的齒輪箱的后部。當掘進機挖入兩個錨桿間距時，停止挖掘，掘進機返回兩個錨排，停在巷道中間。將切割頭落地，操作板載臨時支撐裝置控制閥，使折疊框架順利翻轉到頂部的切割頭空頂部(可手動打開折疊左右框架，增加支撐面積)。同時采用錨+梁支護方式對巷道兩幫進行永久支護。此時前探支護及時給予巷道頂板一個支撐力，對于頂部的離層變形進行有效的預防控制，從而很大程度的保證了崗位人員的人身安全。

與掘進機的停電閉鎖相結合，人員可以使用螺栓鉆機通過液壓臨時支撐機在屋頂上永久支撐，操作方便，減少了人員上下高處施工的次數，提高了安全性。同時又對原支護裝置起到了很好的保護作用。控制液壓控制閥的臨時控制，折疊框架回復，使折疊框架支撐在屋頂上。轉入下一個開采循環。

3 超前支護的技術優缺點

3.1 優點

機械化程度高：全液壓控制操作，機械化程度高，支持快捷，安全可靠。結構件采用高強度材料，強度高，承載能力強，體積小，使用壽命長。

縮短了臨時支撐時間：實現掘進機與臨時支護的綜合組合，提高綜合掘進機的綜合功能，縮短支撐時間，通常人工支護前梁支撐，需6人30 min完成工作量，配有空氣支撐保護需要70 s，大大減少支護時間，提高巷道掘進效率。

降低了勞動強度：當進行掘進工作時，臨時支撐件將收縮到挖掘機砧板的頂部，并且外部極限尺寸將最大程度地減小，不干擾掘進機的切割操作，裝載操作和駕駛員操作。操作簡單，大大降低了勞動強度，減少了現場操作人員的數量，提高了效率。

保證了作業安全：利用缸體在頂板上施加一定的初撐力，實現主動支撐，使頂板處于安全支撐狀態。掘進機和支撐作業聯鎖，確保整個作業的安全。采用整體頂板設計，支撐面積大，可有效支撐空頂區域，操作人員在安全區操作，避免人員進入空頂區，增加安全性。

保護了巷道側支架：在支撐部分伸縮之前，支撐部分的兩側是折疊式的，以防止切割部分觸到巷道側支架，當延伸時確保支撐裝置可以達到一定程度的支撐范圍。

便于錨桿(網)固定：頂板框架部分結構和螺栓間距，行間距重合，便于錨、鋼筋和錨網固定，裝卸、維修方便。

3.2 缺點

對煤層頂板急劇變化適應性較差：在使用綜掘機機載式臨時裝置的過程中，若遇到煤層頂板左右呈臺階不水平或前掘過程中遇到煤層頂板急劇變化時，此機載式前探梁就不能滿足支護要求。

掩護板位置固定不利于錨桿間距變化：本臨時支護設備原設計為固定的掩護板預留孔間距，環境適應性較差，打錨桿的難度較大。

3.3 技術改進方案

采用兩個縱梁結構，更換設備上部的平蓋梁結構，兩個可移動桁條具有一定的獨立活動空間。這種簡單的改進可使設備適合于堅硬的煤層頂板，同時避免了固定蓋梁保持孔間距的支撐困難等問題。

4 結語

采用全機械化掘進機的自動支撐等技術，縮短了空頂時間，減少了工人的勞動強度，更加安全、可靠，有效地起到了支撐頂板預應力的作用，避免了空頂操作，縮短了循環周期。由于ZZJ-10/21機載臨時支撐裝置由EBZ160懸臂縱向鏜床設置，主要生產技術指標、掘進效率等都有了較大的提高。不僅解決了復雜地質條件下綜合掘進的臨時支護的安全問題，而且提高了掘進效率，效益是十分顯著。