一種新型綜掘超前支護裝置在工程中的實踐與應用

劉佳星

摘要：針對綜掘工作面超前支護的現狀，研制出一種新型綜掘超前支護裝置，并闡述了一種新型綜掘超前支護裝置的工作原理和使用注意事項，在內蒙古某煤礦031604綜掘工作面進行了試驗應用，收到了良好的使用效果，杜絕了綜掘工作面超前支護不穩現象的發生，保障了綜掘工作面的安全、高效地生產。

關鍵詞：綜掘;超前支護裝置;實踐與應用

1提出問題

該種新型綜掘超前支護裝置主要應用于煤礦井下綜合機械化掘進巷道，確保在巷道掘進施工期間，掘進機頂端不會因為空頂或接頂不實而引起的項板垮落，導致設備損壞或人身傷亡的一種具有穩定性和可靠性的一種設備。該種新型綜掘超前支護裝置的研制技術重點在于突破原始綜掘機上部無頂板支護或支護形式單一的技術瓶頸，有效地對綜掘機上部頂板進行準確接頂，從而大大減小了因綜掘超前無支護或支護單一接頂不實導致的設備損壞或人身傷亡事故，為綜合機械化掘進工藝提供了更為可靠的技術支持。

2分析問題

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

（2）該種新型綜掘超前支護裝置工作原理簡單，結構便于裝拆和運輸，該種新型綜掘超前支護裝置使用起來比較方便。

（3）該種新型綜掘超前支護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

斜井一立井混合式開拓方式是內蒙古某煤礦井田開拓方式，該礦目前主采北三采區的16#煤層，在12#煤層已經封閉完畢，16#煤層布置兩個綜放工作面。礦井采用中央分列式通風，全礦有4個井筒，主、副井、北三風井進風，回風立井回風。2014年6月煤炭科學研究總院重慶研究院鑒定該礦自燃傾向等級鑒定結果為12#、16#煤層均為II類自燃煤層;最短自然發火期分別為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運輸順槽北翼段掘進工作面位于內蒙古某煤礦北部第三采區的西南方向，031604運輸順槽北翼段掘進工作面東北與礦16#運輸下山相毗鄰，該工作面位于16#煤層露頭以下700m位置。16#煤層結構復雜屬比較穩定的中厚煤層，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砂巖。031604運輸順槽北翼段掘進工作面已經掘進了970m，該工作面采用了錨桿+金屬網+錨索聯合支護形式，該工作面設計的巷道形狀為切圓拱形，設計的巷道斷面的面積13m2，設計巷道為5.0m寬，巷道高度為3.9m高，拱高為1.7m，巷道墻高為2.2m。031604運輸順槽北翼段掘進工作面采用FBD-2×30KW的局部通風機進行壓入式局部通風，風簡直徑為Ф1000mm，巷道實際供給風量631m3/min，需要風量為580m3/min，完全能夠滿足供給風量的要求。該巷道采用綜掘掘進施工方式，利用EB2-150A綜掘機及相匹配的第一運輸機、第二運輸機。

3.2理論基礎

在礦井拱形巷道綜掘工作面進行掘進作業時，為了保障在施工期間綜掘機上部超前支護能夠與頂板完全接頂，不會造成超前支護接頂不實或空頂造成的機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裝置。由于綜掘機上方超前支護為平面鋼板，而礦井拱形綜掘巷道內這樣的超前支護方式無法滿足要求，結合井下綜掘巷道施工的實際需求，特發明了解決該問題的支護裝置。該閉鎖裝置主要采用了物理定位技術，在原來單一平面鋼板支護方式的基礎上，在鋼板上等距離加裝可調節3根U型鋼架，根據巷道上方的弧度進行調節、固定，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，保持超前支護與頂板完美接頂狀態，當遇到需要施工梯形巷道時，可將此超前支護裝置由手動連接銷子處進行拆卸，恢復平面鋼板支護方式，這就是新型綜掘超前支護裝置工作原理的理論基礎和依據。

3.3工作原理

首先，加工弧度為120°、跨度長為5.5m，Ф10cm的U型鋼架3根，在U型鋼架的兩端等距離打3個Ф6cm的圓孔;其次加工U型鋼管與平面鋼板間連接的彎管6個，并且在彎管上端等距離打3個Ф6cm的圓孔;然后加工8根長度為5.5m、Ф10cm的直鋼管;接著加工長度為40cm、Ф5cm的插銷12根;最后，將8根直鋼管均勻的焊接在3個U型鋼架。按照礦井拱形巷道上方的弧度進行對應的調節，找到合適的位置后，將加工好的插銷對應的插入鋼管與彎管的圓孔中，進行準確定位。這樣就可以將綜掘機上方的超前支護做到與頂板完美接頂，由于該裝置經過進一步改裝后的應用，超前支護上方的U型鋼管被插銷牢牢地被固定在指定區域內，無法進行誤動作，這樣就避免了綜掘機超前支護不接項或接頂不實造成的各類危險因素，避免了采煤工作面設備損壞及人身傷害。

4應用案例

內蒙古某煤礦031604運輸順槽北翼綜掘工作面自2015年2月份進行掘進以來，時常因為超前支護問題進行反復木垛的搭設、拆裝，費時費力且投入材料成本較高，有效功率較低，且易造成超前支護與頂板接頂不實或空頂導致機器設備損壞及人員傷亡事故，嚴重制約著礦井的安全生產，2015年9月在031604綜掘工作面試驗并使用了新型綜掘超前支護裝置，使用了新型綜掘超前支護裝置后，經過監測人員兩個多月的觀察發現該綜掘工作面原來超前支護存在的問題和易導致的各種隱患一直沒有出現過，由此可見使用了新型綜掘超前支護裝置對綜掘工作面的安全生產提供了可靠的保障。

5結語

（1）該新型綜掘超前支護裝置結構簡單，操作簡便，易上手，井下綜掘工作面操作人員無需專業學習即可上手。

（2）該新型綜掘超前支護裝置在使用過程中，能夠大大降低井下綜掘超前支護不接項或接項不實造成的設備損壞或人員傷亡的概率。

（3）該新型綜掘超前支護裝置工作原理簡單，結構便于裝拆和運輸，使用比較方便。