EBZ-160掘進(jìn)機機載臨時支護(hù)裝置的優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用

李 明 姚 飛

(潞安集團(tuán) 余吾煤業(yè)有限公司，山西 長治 046103)

隨著井下采區(qū)的增加和擴大，掘進(jìn)工作面出現(xiàn)了煤體酥軟、巷道破斷急聚變化等復(fù)雜的地質(zhì)異常區(qū)域，在地質(zhì)異常區(qū)域巷道往往會出現(xiàn)迎頭煤體掉落，或因煤體中節(jié)理面而發(fā)生迎頭片煤，導(dǎo)致迎頭煤體表面出現(xiàn)坡度。傳統(tǒng)的機載臨時支護(hù)在諸多實踐工程[1-2]中已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需要。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

傳統(tǒng)的機載臨時支護(hù)主要由頂架梁、連接器、主架、油缸、伸縮油缸、高壓油路過濾器、插裝雙向鎖、高壓油路管、分流集流閥、溢流閥、控制操作閥及迎頭護(hù)網(wǎng)等[3]組成。如圖1所示。

工作時，用掘進(jìn)機油泵供油，經(jīng)分流集流閥進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開進(jìn)入油缸，頂架打開升起，主架升高，直到所需的高度、角度停止，停止后將迎頭護(hù)網(wǎng)掛在迎頭頂架梁上。

圖1 綜掘機機載臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

2 機載臨時支護(hù)現(xiàn)狀

綜掘機將迎頭煤體割完后，升起機載臨時支護(hù)，并將護(hù)迎頭護(hù)網(wǎng)掛好。機載臨時支護(hù)下方在迎頭頂幫煤體較硬且掘進(jìn)工作面前進(jìn)方向近水平的情況下可正常進(jìn)行頂幫的支護(hù)。護(hù)迎頭護(hù)網(wǎng)依托自身重力垂直懸掛于頂架梁的前部。目前隨著礦井采區(qū)的擴大，井下巷道出現(xiàn)坡度變化及迎頭煤體容易片幫等現(xiàn)象。現(xiàn)有的臨時支護(hù)暴露出以下幾點不足之處：（1）護(hù)網(wǎng)不牢固。由于迎頭護(hù)網(wǎng)是懸掛于頂架梁上，護(hù)網(wǎng)前后受力之后，容易出現(xiàn)前后擺動，當(dāng)迎頭出現(xiàn)大塊煤體片幫后，工作面迎頭煤體突出的力會迫使護(hù)網(wǎng)產(chǎn)生扭矩，當(dāng)迎頭片煤出現(xiàn)較大沖擊力時，護(hù)網(wǎng)便會產(chǎn)生較大擺動，在護(hù)網(wǎng)后方的施工人員容易受到來自護(hù)網(wǎng)的動載荷，導(dǎo)致施工人員安全受到影響。（2）機載臨時支護(hù)適應(yīng)性差。當(dāng)巷道上山掘進(jìn)坡度較大時，迎頭護(hù)網(wǎng)處于自然垂直狀態(tài)，護(hù)網(wǎng)無法及時緊貼迎頭煤墻，這樣就會擠壓機載臨時支護(hù)下方施工人員工作空間，影響正常施工人員施工。（3）護(hù)網(wǎng)自身承載能力低。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，迎頭護(hù)網(wǎng)經(jīng)常容易受到大塊煤體或石頭沖擊，護(hù)網(wǎng)容易出現(xiàn)破孔，護(hù)網(wǎng)破損后，迎頭煤（巖）沖擊能量會直接施加于施工人員身體，造成安全隱患。

3 機載臨時支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計

3.1 對迎頭護(hù)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)

（1）護(hù)網(wǎng)由原先的網(wǎng)中間“兩豎”1.5寸的鋼管橫梁，調(diào)整為“兩橫四豎”橫梁，護(hù)網(wǎng)上部橫梁距離護(hù)網(wǎng)頂端0.6m，下部橫梁距離護(hù)網(wǎng)下端部0.6m，使得橫梁均勻布置在護(hù)網(wǎng)中間，通過對護(hù)網(wǎng)內(nèi)部橫梁進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，護(hù)網(wǎng)承受迎頭煤體或巖體動載沖擊的能力大大增強；（2）在兩橫梁距離護(hù)網(wǎng)兩端1.4m位置各焊接一個固定斜撐住的固定點，分別為A、B、a、b。

改進(jìn)前護(hù)網(wǎng)如圖2，護(hù)網(wǎng)改進(jìn)后如圖3。

3.2 機載臨時支護(hù)與迎頭護(hù)網(wǎng)間增加2根斜撐柱

每根斜撐柱由兩部分組成，分別為Ⅰ—伸縮部，由1.5寸管路制成；Ⅱ—固定部，由2寸空心管路制成。伸縮部可活動范圍為600～1000mm，正常情況下伸縮600mm便可滿足臨時支護(hù)要求。Ⅰ、Ⅱ兩部分連接處通過螺絲固定，伸縮完成后，擰緊螺絲固定住伸縮部。如圖4所示，斜撐柱一端固定于升降油缸上面，另一端固定在護(hù)網(wǎng)中間橫梁的固定點A、B、a、b。通過在護(hù)網(wǎng)與機載臨時支護(hù)之間增加斜撐柱，確保了護(hù)網(wǎng)的固定，避免了護(hù)網(wǎng)擺動造成的安全隱患。對斜撐柱進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)斜撐柱可伸縮，可實現(xiàn)護(hù)網(wǎng)依據(jù)迎頭煤墻變化，實現(xiàn)護(hù)網(wǎng)前后進(jìn)行扭動，及時將護(hù)網(wǎng)緊貼迎頭煤墻，避免了迎頭煤空幫的情況。

圖2 護(hù)迎頭護(hù)網(wǎng)（單位：mm）

圖3 改進(jìn)后的護(hù)迎頭護(hù)網(wǎng)（單位：mm）

圖4 增加斜撐柱伸縮示意圖（單位：mm）

4 工程實踐

余吾煤業(yè)公司N1105膠帶順槽綜掘面掘進(jìn)機均使用機載臨時支護(hù)，巷道斷面為5.4×3.8m斷面，煤厚為6.3m左右，N1105膠順沿煤層底板掘進(jìn)，巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，巷道在里程1430～1620m左右煤體破碎，巷道煤體滑面較多，且該段巷道坡度在3～ -7°左右，掘進(jìn)過程中，巷道坡度變化大，沿巷道底板掘進(jìn)時，頂煤控制難度加大，掘進(jìn)機將迎頭煤體割出后，迎頭煤體發(fā)生多次片幫及高頂情況，片幫后的煤體沖擊至護(hù)網(wǎng)造成護(hù)網(wǎng)被沖破，造成一個月內(nèi)迎頭護(hù)網(wǎng)多次上井進(jìn)行維修。改進(jìn)前的護(hù)網(wǎng)靠自身重力懸掛在頂架梁上，護(hù)網(wǎng)受沖擊后，迎頭護(hù)網(wǎng)產(chǎn)生擺動，對迎頭造成沖擊，護(hù)網(wǎng)轉(zhuǎn)動情況下給在迎頭作業(yè)的工作人員造成直接或間接的損害。該段巷道由于煤體破碎，巷道迎頭局部煤體片幫時，迎頭無法進(jìn)行有效的防護(hù)，破碎煤體缺乏有效的外部支撐，造成迎頭煤體持續(xù)破碎情況較多。通過對現(xiàn)有掘進(jìn)機臨時支護(hù)優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)生明顯支護(hù)效果：（1）機載臨時支護(hù)適應(yīng)性大大增加，在巷道坡度發(fā)生變化時及迎頭發(fā)生片幫情況下，通過斜撐柱控制迎頭護(hù)網(wǎng)，能實現(xiàn)護(hù)網(wǎng)對迎頭煤體的及時支護(hù)，避免了迎頭出現(xiàn)空頂及煤體持續(xù)片幫的情況。（2）提高了掘進(jìn)效率，通過對迎頭護(hù)網(wǎng)自身承載結(jié)構(gòu)的加固，使得護(hù)網(wǎng)承載性能大大提高，降低了護(hù)網(wǎng)維修的頻率，避免了因護(hù)網(wǎng)維修而工作面停產(chǎn)的情況發(fā)生。（3）迎頭作業(yè)安全環(huán)境得到改善，護(hù)網(wǎng)與機載臨時支護(hù)油缸之間增加斜撐柱，護(hù)網(wǎng)不會受到迎頭片幫煤體的沖擊而來回擺動，斜撐柱承受了沖擊動能，迎頭作業(yè)人員安全系數(shù)提高。

5 結(jié)論

（1）對目前掘進(jìn)機機載臨時支護(hù)整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，增強護(hù)迎頭護(hù)網(wǎng)自身承載能力并增加可上下調(diào)節(jié)和前后伸縮的斜撐柱，優(yōu)化后的機載臨時支護(hù)大大適應(yīng)了當(dāng)前井下復(fù)雜的掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境。

（2）通過對井下機載臨時支護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，不僅提高了工人施工的安全系數(shù)，也節(jié)省了機載臨時支護(hù)維修時間，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了礦井安全高效生產(chǎn)。