一種新型綜掘超前支護(hù)裝置在工程中的實(shí)踐與應(yīng)用

曹華

摘 要：針對綜掘工作面超前支護(hù)的現(xiàn)狀，研制出一種新型綜掘超前支護(hù)裝置，并闡述了一種新型綜掘超前支護(hù)裝置的工作原理和使用注意事項(xiàng)，在內(nèi)蒙古某煤礦031604綜掘工作面進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用，收到了良好的使用效果，杜絕了綜掘工作面超前支護(hù)不穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，保障了綜掘工作面的安全、高效地生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：綜掘;超前支護(hù)裝置;實(shí)踐與應(yīng)用

0 引言

目前，礦井主要的掘進(jìn)工藝分為炮掘和綜掘兩個(gè)種類。由于綜掘技術(shù)相對于炮掘來講，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅大大降低掘進(jìn)施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提升礦井的掘進(jìn)速度，而且在安全管理方面能夠跨上了一個(gè)新的臺(tái)階，為煤礦井下現(xiàn)場作業(yè)人員的安全操作提供了更為可靠的保障，與此同時(shí)，綜掘技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大降低了煤礦安全生產(chǎn)材料的投入，降低了掘進(jìn)進(jìn)米的生產(chǎn)投入成本，增加了礦井產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)下綜掘技術(shù)廣泛應(yīng)用全國88%的生產(chǎn)礦井，綜掘技術(shù)的應(yīng)用使得礦井機(jī)械化程度的不斷攀升，礦井的掘進(jìn)速度得到提升的同時(shí)，煤炭產(chǎn)量得到了大幅度的增加，同時(shí)為礦山的生產(chǎn)安全插上了一雙騰飛的翅膀。當(dāng)今的綜掘技術(shù)走向安全、可靠、穩(wěn)定的大方向。在綜掘技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的今天，伴隨著使用的同時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些新的問題。例如：礦井綜掘機(jī)（如圖1所示）在掘進(jìn)施工期間超前支護(hù)的問題成為了一個(gè)受到關(guān)注的焦點(diǎn)，由于綜掘技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，人們在使用中將綜掘機(jī)本身經(jīng)過設(shè)計(jì)改造，將綜掘機(jī)機(jī)身上加裝四個(gè)單體液壓支架，將單體液壓支架四個(gè)頂部連接在一塊鋼板上（如圖2所示），這樣比較有效的提高了綜掘機(jī)超限支護(hù)的安全問題。但是隨著改造后綜掘機(jī)的使用過程中又出現(xiàn)了新的問題，由于改造后綜掘機(jī)超前支護(hù)頂部為平面鋼板，在梯形巷道內(nèi)施工時(shí)，經(jīng)過改造后的綜掘機(jī)超前支護(hù)裝置可以與上部頂板完全接頂（如圖3所示），當(dāng)遇到在拱形巷道內(nèi)施工時(shí)，這種改造后的綜掘機(jī)超前支護(hù)裝置就存在了接頂不實(shí)的問題，經(jīng)過數(shù)次測試、研究，只能在施工時(shí)將改造后的綜掘機(jī)超前支護(hù)裝置上部平面鋼板上搭設(shè)木垛（如圖4所示），由此可以暫時(shí)性的解決接頂不實(shí)的問題。與此同時(shí)，每一次向前推進(jìn)的時(shí)候，施工人員需要對平面鋼板上方的木垛進(jìn)行重新搭設(shè)，綜掘推進(jìn)時(shí)，需要反復(fù)進(jìn)行此項(xiàng)操作。針對這種情況我們積極探索綜掘技術(shù)超前支護(hù)裝置的改造新工藝、新技術(shù)，終于研制成功一種新型綜掘超前支護(hù)裝置，并在神華烏海能源公司內(nèi)蒙古某煤礦031604運(yùn)輸順槽北翼綜掘工作面進(jìn)行了多次的試驗(yàn)和應(yīng)用，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，保證了采煤工作面安全、高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)。

1 提出問題

該種新型綜掘超前支護(hù)裝置主要應(yīng)用于煤礦井下綜合機(jī)械化掘進(jìn)巷道，確保在巷道掘進(jìn)施工期間，掘進(jìn)機(jī)頂端不會(huì)因?yàn)榭枕敾蚪禹敳粚?shí)而引起的頂板垮落，導(dǎo)致設(shè)備損壞或人身傷亡的一種具有穩(wěn)定性和可靠性的一種設(shè)備。該種新型綜掘超前支護(hù)裝置的研制技術(shù)重點(diǎn)在于突破原始綜掘機(jī)上部無頂板支護(hù)或支護(hù)形式單一的技術(shù)瓶頸，有效地對綜掘機(jī)上部頂板進(jìn)行準(zhǔn)確接頂，從而大大減小了因綜掘超前無支護(hù)或支護(hù)單一接頂不實(shí)導(dǎo)致的設(shè)備損壞或人身傷亡事故，為綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝提供了更為可靠的技術(shù)支持，同時(shí)為礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)筑起一道牢固的安全防線。該技術(shù)屬于煤礦“綜掘機(jī)械”的技術(shù)領(lǐng)域，重點(diǎn)在于對礦井綜合機(jī)械化工藝技術(shù)的深化研究。

2 分析問題

該種新型綜掘超前支護(hù)裝置的研究的目的就是解決礦井綜掘機(jī)在拱形巷道內(nèi)施工時(shí)超前支護(hù)空頂或者不能完全接頂，造成綜掘機(jī)上部頂板出現(xiàn)的各種問題，主要特點(diǎn)如下：

（1）該種新型綜掘超前支護(hù)裝置利用物理定位技術(shù)，從根本上解決了拱形巷道內(nèi)綜掘機(jī)施工時(shí)超前支護(hù)空頂或者不能完全接頂這一問題，從而大大降低因掘機(jī)施工時(shí)超前支護(hù)空頂或者不能完全接頂造成的設(shè)備的損壞及人員傷亡等問題。

（2）該種新型綜掘超前支護(hù)裝置工作原理簡單，結(jié)構(gòu)便于裝拆和運(yùn)輸，該種新型綜掘超前支護(hù)裝置使用起來比較方便。

（3）該種新型綜掘超前支護(hù)裝置的使用成本低廉，效果顯著。

3 解決問題

3.1 礦井及工作面概況

斜井—立井混合式開拓方式是內(nèi)蒙古某煤礦井田開拓方式，該礦目前主采北三采區(qū)的16#煤層，在12#煤層已經(jīng)封閉完畢，16#煤層布置兩個(gè)綜放工作面。 礦井采用中央分列式通風(fēng)，全礦有4個(gè)井筒，主、副井、北三風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。2014年6月煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院鑒定該礦自燃傾向等級鑒定結(jié)果為12#、16#煤層均為Ⅱ類自燃煤層;最短自然發(fā)火期分別為12#煤層：59天、16#煤層：63天。2018年礦井瓦斯等級鑒定的礦井瓦斯絕對涌出量為6.52m3/min，礦井相對涌出量2.48m3/t，屬于低瓦斯礦井。

031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面位于內(nèi)蒙古某煤礦北部第三采區(qū)的西南方向，031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面東北與礦16#運(yùn)輸下山相毗鄰，該工作面位于16#煤層露頭以下700m位置。16#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜屬比較穩(wěn)定的中厚煤層，16#煤層屬于北西走向煤層，16#煤層屬于北東傾向，該煤層的煤層厚度平均約為8.8m，該層煤的傾角約為8°～18°，16#煤層底板以細(xì)砂巖為主有一小部分礫巖，該煤層頂板以砂頁巖、頁巖為主也夾雜了一部分細(xì)砂巖。031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面已經(jīng)掘進(jìn)了970m，該工作面采用了錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)形式，該工作面設(shè)計(jì)的巷道形狀為切圓拱形，設(shè)計(jì)的巷道斷面的面積13m2，設(shè)計(jì)巷道為5.0m寬，巷道高度為3.9m高，拱高為1.7m，巷道墻高為2.2m。031604運(yùn)輸順槽北翼段掘進(jìn)工作面采用FBD-2×30KW的局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式局部通風(fēng)，風(fēng)筒直徑為Φ1000mm，巷道實(shí)際供給風(fēng)量631m3/min，需要風(fēng)量為580m3/min，完全能夠滿足供給風(fēng)量的要求。該巷道采用綜掘掘進(jìn)施工方式，利用EBZ—150A綜掘機(jī)及相匹配的第一運(yùn)輸機(jī)、第二運(yùn)輸機(jī)。

3.2 理論基礎(chǔ)

在礦井拱形巷道綜掘工作面進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，為了保障在施工期間綜掘機(jī)上部超前支護(hù)能夠與頂板完全接頂，不會(huì)造成超前支護(hù)接頂不實(shí)或空頂造成的機(jī)器損壞或人員傷亡的問題，特制定了該種新型綜掘超前支護(hù)裝置。由于綜掘機(jī)上方超前支護(hù)為平面鋼板，而礦井拱形綜掘巷道內(nèi)這樣的超前支護(hù)方式無法滿足要求，結(jié)合井下綜掘巷道施工的實(shí)際需求，特發(fā)明了解決該問題的支護(hù)裝置。該閉鎖裝置主要采用了物理定位技術(shù)，在原來單一平面鋼板支護(hù)方式的基礎(chǔ)上，在鋼板上等距離加裝可調(diào)節(jié)3根U型鋼架，根據(jù)巷道上方的弧度進(jìn)行調(diào)節(jié)、固定（如圖5所示），然后將直鋼管跨鋼架的等距離的焊接在U型鋼架上，起到均勻受力的功能，保持超前支護(hù)與頂板完美接頂狀態(tài)（如圖6所示），當(dāng)遇到需要施工梯形巷道時(shí)，可將此超前支護(hù)裝置由（如圖5所示）手動(dòng)連接銷子處進(jìn)行拆卸，恢復(fù)平面鋼板支護(hù)方式，這就是新型綜掘超前支護(hù)裝置工作原理的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

3.3 工作原理

首先，加工弧度為120°、跨度長為5.5m，φ10cm的U型鋼架3根（如圖7所示），在U型鋼架的兩端等距離打3個(gè)φ6cm的圓孔;其次加工U型鋼管與平面鋼板間連接的彎管6個(gè)，并且在彎管上端等距離打3個(gè)φ6cm的圓孔;然后加工8根長度為5.5m、φ10cm的直鋼管（如圖8所示）;接著加工長度為40cm、φ5cm的插銷12根（如圖9所示）;最后，將8根直鋼管均勻的焊接在3個(gè)U型鋼架（如圖10所示）。按照礦井拱形巷道上方的弧度進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)節(jié)，找到合適的位置后，將加工好的插銷對應(yīng)的插入鋼管與彎管的圓孔中，進(jìn)行準(zhǔn)確定位（如圖6所示）。這樣就可以將綜掘機(jī)上方的超前支護(hù)做到與頂板完美接頂（如圖11所示），由于該裝置經(jīng)過進(jìn)一步改裝后的應(yīng)用，超前支護(hù)上方的U型鋼管被插銷牢牢地被固定在指定區(qū)域內(nèi)，無法進(jìn)行誤動(dòng)作，這樣就避免了綜掘機(jī)超前支護(hù)不接頂或接頂不實(shí)造成的各類危險(xiǎn)因素，避免了采煤工作面設(shè)備損壞及人身傷害。

新型綜掘超前支護(hù)裝置在施工期間應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)：

（1）新型綜掘超前支護(hù)裝置原則上在每一臺(tái)綜掘機(jī)布置一個(gè)，這樣能夠從源頭上很好地控制綜掘工作面施工作業(yè)的各類安全問題。

（2）新型綜掘超前支護(hù)裝置應(yīng)該安排專人對該裝置進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)該裝置有故障或損壞無法正常使用，必須立即進(jìn)行更換，確保該支護(hù)裝置能夠正常發(fā)揮作用。

（3）應(yīng)該對新型綜掘超前支護(hù)裝置進(jìn)行掛牌管理，在管理牌上寫明安放時(shí)間、負(fù)責(zé)人姓名等內(nèi)容，并建立規(guī)范的管理臺(tái)賬和巡回檢查記錄。

（4）加強(qiáng)員工安全教育力度，使員工都能夠做到愛護(hù)新型綜掘超前支護(hù)裝置，嚴(yán)禁閑雜人員移作他用或者損壞該支護(hù)裝置，應(yīng)該建立嚴(yán)格的獎(jiǎng)懲制度，對破壞新型綜掘超前支護(hù)裝置的人員進(jìn)行嚴(yán)懲。

（5）新型綜掘超前支護(hù)裝置必須便于安裝和拆卸，且不用的時(shí)候，必須放置在妥善區(qū)域，防止該支護(hù)裝置丟失或被工作面煤塵掩埋。

（6）損壞的新型綜掘超前支護(hù)裝置應(yīng)該及時(shí)回收上井進(jìn)行維修，嚴(yán)禁在井下亂扔亂放。

4 應(yīng)用案例

內(nèi)蒙古某煤礦031604運(yùn)輸順槽北翼綜掘工作面自2015年2月份進(jìn)行掘進(jìn)以來，時(shí)常因?yàn)槌爸ёo(hù)問題進(jìn)行反復(fù)木垛的搭設(shè)、拆裝，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且投入材料成本較高，有效功率較低，且易造成超前支護(hù)與頂板接頂不實(shí)或空頂導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備損壞及人員傷亡事故，嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)，2015年9月在031604綜掘工作面試驗(yàn)并使用了新型綜掘超前支護(hù)裝置，使用了新型綜掘超前支護(hù)裝置后，經(jīng)過監(jiān)測人員兩個(gè)多月的觀察發(fā)現(xiàn)該綜掘工作面原來超前支護(hù)存在的問題和易導(dǎo)致的各種隱患一直沒有出現(xiàn)過，由此可見使用了新型綜掘超前支護(hù)裝置對綜掘工作面的安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

5 結(jié)語

（1）該新型綜掘超前支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，易上手，井下綜掘工作面操作人員無需專業(yè)學(xué)習(xí)即可上手。

（2）該新型綜掘超前支護(hù)裝置在使用過程中，能夠大大降低井下綜掘超前支護(hù)不接頂或接頂不實(shí)造成的設(shè)備損壞或人員傷亡的概率。

（3）該新型綜掘超前支護(hù)裝置工作原理簡單，結(jié)構(gòu)便于裝拆和運(yùn)輸，使用比較方便。

（4）新型綜掘超前支護(hù)裝置便于生產(chǎn)和使用。

（5）該新型綜掘超前支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用效果顯著。

（6）新型綜掘超前支護(hù)裝置具有很好的互換性能，對損壞的零部件可以及時(shí)進(jìn)行更換和維修，使用壽命長。

（7）該新型綜掘超前支護(hù)裝置可重復(fù)使用，所以會(huì)明顯地降低使用成本。

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