掛卡式超前支護裝置在掘進巷道中的應用

陳 軍

（大同煤礦集團虎龍溝煤業有限公司， 山西 懷仁 038300）

1 大同煤礦集團虎龍溝煤業有限公司概況

在煤礦掘進工作面安裝超前支護裝置能夠有效地防止頂板冒落事故的發生，保障工作人員的生命安全。隨著現代化礦井不斷建設，傳統的錨桿支護方式已經不能滿足現代化掘進巷道的生產需求。對此，虎龍溝煤礦通過技術研究，設計了一套新型掛卡式超前支護裝置，并在51505 巷掘進中進行應用，防止決定工作面冒頂事故的發生，確保工作人員的安全支護的可靠性。

大同煤礦集團虎龍溝煤業有限公司51505 巷位于，巷道設計長度為1 200 m，巷道斷面規格為寬×高為4.5 m×3.5 m，施工巷道采用綜合機械化掘進施工工藝，截止目前巷道已掘進320 m；施工巷道掘進煤層為5 號煤層，煤層成破碎狀，巷道掘進期間煤壁片幫嚴重，導致工作面空頂面積大，不利于巷道安全施工，對此，為了保證巷道后期安全掘進，分析了傳統超前支護裝置主要存在的問題，并設計了一套新型掛卡式超前支護裝置。

2 傳統方式存在的缺陷

2.1 通常采用的臨時支護方式

1）穿管式。將鋼管穿在已經錨固好的錨桿吊環上，將鋼管的另一端支護在頂板冒落區。

2）支柱加橫梁式。在相鄰的兩根支柱上安裝橫梁，H 型結構能夠起到較好的支護效果。

3）機載式。在掘進機上安裝一套輔助的液壓臨時支護設備，在掘進機停止工作后對頂板進行臨時支護。

2.2 主要存在的問題

以上三種支護方式均能達到良好的支護效果，前兩種需要人工進行操作，具有工作效率低、勞動強度大、危險系數大、可靠性差、支護面積小等特點[1]。第三種支護方式的勞動強度低、安全性高，但是需要有液壓設備輔助，而且當巷道比較高時支護高度達不到支護高度。

3掛卡式超前支護裝置結構及原理

3.1 裝置結構組成

為了滿足現代化礦井掘進要求，避免掘進巷道冒頂事故的發生，技術人員設計了一套掛卡式超前支護裝置，該裝置主要是利用巷道的工字鋼搭建橫梁，通過掛卡組件將超前支護捆綁在橫梁上。該裝置主要有以下裝置組成：工字鋼、掛卡組件、液壓膠管、方型鋼板、掩護式護幫板、前梁組件、護頂護幫及伸縮千斤頂，如圖1 所示。

圖1 新型掛卡式超前支護裝置結構示意圖

3.2 工作原理

1）在具體實際操作時，工作人員先將滑卡組件固定在工字鋼橫梁上，后將前梁兩側的固定卡打開，利用伸縮千斤頂將前梁頂出，按照設計最大的伸出長度為1.8 m，頂部的工字鋼能夠起到對頂部的保護作用。

2）通過護幫千斤頂能夠將護幫板打開，并與前梁保持垂直的角度，防止巷道片幫的煤壁對人員設備造成傷害。在超前支護裝置附近搭建2 個臨時棚，能夠確保工作人員在安全的區域對巷道的煤泥及矸石進行清理[2]。

3）當該區域的永久支護按安裝完畢后，工作人員可以通過利用伸縮千斤頂將前梁收回，通過護幫千斤頂將護幫板收回，完成一個循環支護作業。掘進機向前移動，開始第二個循環作業。

4）當掘進機移動2 個棚的距離后，工作人員通過伸縮千斤頂將前梁頂出2 個棚的距離，再將前端永久梁與前梁固定卡連接，斷開尾端連接機構，通過伸縮千斤頂移動超前支護前進兩個位置后，將前梁恢復原狀。固定尾滑卡后，工作人員需將全部掛卡件從前到后移動2 個棚的距離，移動過程中不能同時將多個掛卡松開，移動完一個掛卡固定一個。全部完成后將各組件恢復原狀，再進行下一個循環[3-4]。

3.3 裝置優缺點

1）該裝置結構相對簡單，便于操作維護，整套設備成本費用僅需0.87 萬元，成本費用低、故障率低。

2）該支護裝置安全性高、操作性簡單、支護效果高、永久性強、支護面積大、支護強度高的優點，不僅減少了工作人員的勞動量，還能根據井下各掘進巷道的地質構造進行改造，非常適用于井下地質構造復雜的掘進工作面。

3）該裝置能夠在掘進巷道還沒有形成永久支護前，利用各類護幫板對作業場所的工作人員進行保護，確保了工作場所人員的安全。該裝置現已在各煤礦中使用，取得了良好的使用效果。

4）該裝置在實際應用中還存在一些不足，主要表現在以下幾方面：裝置質量大，在安裝時勞動強度大；由于巷道在掘進過程中粉塵濃度大，導致裝置液壓系統污染嚴重，需定期進行清理[5]。

4 實際應用效果

截止2019 年5 月51505 巷已掘進到位，巷道在后期掘進過程中采用了掛卡式超前支護裝置后，通過現場應用效果觀察發現，采用該裝置后控制巷道迎頭片幫現象，減小了空頂距，防止了工作面空頂超限現象，頂板最大空頂距控制在0.5 m 以下，保證了人員施工安全。