交錯式掘進超前支護裝置安全互鎖液控的設計與應用

王文勝，侯曉飛，馬 雋，王璟耀

（潞安環能股份公司常村煤礦，山西 長治046102）

引言

隨著我國工業化進程不斷推進，煤層賦存條件單一的煤層已經逐步開采完成，我國煤層的開采重點已經逐步向著賦存條件較為復雜的煤層進行轉移。由于受到工程擾動的影響，對巷道頂板如果不進行及時的支護將會造成冒頂等事故的發生[1-2]，所以需要對掘進工作面前端進行超前支護，以保障掘進工作的正常運行。在使用掘進工作面交錯式掘進超前支護裝置時[3-4]，由于超前支護裝置的安全互鎖不能有效互鎖而造成安全隱患，因此結合實例，對裝置進行優化設計。

1 ZJC2×880/27/40型支護裝置應用中存在的問題

目前，煤礦井下掘進工作面交錯式超前支護裝置（也有稱為“交錯邁步自移式超前支護裝置”，以下簡稱支護裝置）的廣泛應用，實現了掘進過程從無支護到臨時支護、再到永久支護的工藝改進。潞安環能公司常村煤礦試用的ZJC2×880/27/40型支護裝置，類同于其他型號的支護裝置，采用四梁分前后兩組框架（以下簡稱支架）交錯式結構，在連接油缸的作用下相互推拉移動。在移架過程中，其中一組（以下稱為A組）始終處于接頂（初撐或承載）狀態，另一組（以下稱為B組）的支撐體（立柱）懸浮后移動，隨著掘進機向前掘進前移，及時支護掘進巷道暴露的頂板。掘進機和作業人員始終保證在超前支架下作業，提高了支護質量，有效地保證了作業人員和設備的安全，提升了工作面的支護裝備水平，但實際使用過程中還存在著不足之處，安全上仍然存在較大的隱患。

在操作A組支架時，保證整套支架穩定性的B組支架，其支撐力是關鍵因素,一但出現B組支架受力不達要求的情況，整套支架就會出現倒架，導致安全事故發生。原設計中，針對兩組支架，在液壓控制原理上有互鎖裝置：要求操作A組支架時B組支架不能操作或者操作B組支架時A組支架不能操作。從表面上看，該互鎖裝置所起的作用是保證一組支架移動時，另一組支架的液壓管路關閉，不能升降和移動，確保支架在接頂狀態下安全穩定、支護有效，不傾斜或傾倒，不會造成大面積頂板失去支撐、支架損壞、砸傷人員、降低掘進效率等事故發生，但事實上，一方面由于支架的操作是人為的，保障支架的初撐力存在不確定因素，另外一方面由于支架的立柱及液壓管件很難避免出現漏液現象，也存在不能保障支架始終處于初撐力或受阻狀態，但要達到支護要求的初撐力狀態，采取安裝儀表等措施進行判斷，僅靠人為控制還存在很大的安全隱患，不是理想方案。

2 優化措施

針對支架安全互鎖原理存在的問題，可以在液壓回路中利用一組支架初撐力液體的壓力信號控制另外一組支架的液壓控制回路來解決，也就是只有在保證其中一組支架達到甚至超過初撐力后，才允許操作另外一組支架，否則操作無效。

改進后兩組支架對應立柱安全互鎖原理簡圖如下頁圖1所示。

改進后的兩組支架安全互鎖液壓控制，是在改進前的液壓控制原理基礎上，每根立柱的控制新增了液控雙向鎖（以下簡稱雙向鎖）、可調單向閥（以下簡稱單向閥）和管路三種主要液壓元件，雙向鎖和單向閥配合實現安全互鎖，單向閥調定單向導通壓力數就是支架確定的初撐力的壓力數，只有支架達到初撐力標準后，連接A組（或B組）支架的立柱后腔和B組（或A組）支架單向閥的管路中的液體壓力才可使B組（或A組）單向閥導通，使B組（或A組）雙向鎖打開，接通連接立柱前腔和雙向鎖的管路（在初次升架時該管路先臨時接通，待支架升起達到初撐力后，管路再接入雙向鎖中），方可操作B組（或A組）支架降落。

圖1 改進后兩組支架對應立柱安全互鎖原理簡圖

3 應用效果

該項改進技術在潞安環能公司常村煤礦北3-5掘進工作面應用后，取得了如下效果：

1）不僅保證了支護質量，還保證了必須有任何一組支架達到初撐力后允許另外一組支架操作降落。

2）避免了在支護裝置不穩定、支護無效的情況下操作而導致的支護裝置傾倒、頂板失去支護、傷人等安全事故。

3）實現了對有效支護的自動監測和控制，在裝備上提升了安全性能和自動化水平。