礦井巷道可移動式超前臨時支護裝置的設計與應用

趙江波

(晉煤集團 寺河煤礦， 山西 晉城 048019)

0 引言

煤礦井下巷道機械掘進或爆破掘進后，頂板空頂長度一般在1.0～3.0 m范圍內，施工人員在前探超前支護下進行頂板永久支護施工。但傳統(tǒng)的礦用臨時超前支護是采用槽鋼對頂板進行支護。該支護裝置結構簡單，支護效果差，而且安裝難度大，不利于操作[1]。晉煤集團寺河煤礦二號井153208巷為153304綜采工作面回風巷，施工巷道沿15#煤頂板、南北方向布置，掘進煤層平均厚度為2.6 m,巷設計長度為1 332 m，斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×2.6 m。截至目前巷道已掘進350 m。

153208巷采用綜合機械化掘進施工工藝，巷道掘進后頂板設計允許最大空頂距為1.5 m。由于巷道掘進煤層結構復雜，煤層易破碎，巷道掘進后煤壁片幫現(xiàn)象嚴重，導致頂板空頂距加大，最大空頂距達2.8 m。巷道施工前期,頂板采用絲杠絲前探梁超前支護進行頂板空頂處臨時支護。該裝置主要利用四根槽鋼均勻布置在空頂頂板處，從而起到支撐頂板的作用。但該裝置質量大，安裝時需人工抬運，勞動強度大，而且該裝置對空頂頂板無法全面支護，支護效果差。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在采用絲杠式臨時超前支護進行頂板支護期間,共計發(fā)生3次頂板冒落事故，工作面被迫停止4.5 d，損壞兩臺400 A隔爆開關，造成經濟損失達112.3萬元,嚴重威脅著巷道安全掘進。對此，綜掘二隊通過技術研究，設計了一套可移動式超前臨時支護裝置。

1 可移動式超前臨時支護裝置的結構組成

可移動式超前臨時支護裝置主要由移動部、支撐部、升降部、PLC控制器等部分組成,如圖1所示。

1) 移動部主要由萬向輪、底座、固定板、液壓桿、伸縮腿等部分組成。其中固定板與底座連接，液壓桿可通過手動開關控制升降。

1-壓力傳感器;2-安裝板;3-支撐柱;4-升降桿;5-升降板;6-升降架;7-液壓缸;8-固定板;9-液壓桿;10-固定板;11-萬向輪;12-滑塊;13-底座;14-箱體;15-縱向滑軌;16-升降臺;17-報警器;18-墊片;19-固定環(huán);20-照明燈;21-支撐板。

2) 升降部主要由升降架、箱體、液壓缸、滑軌(橫向、縱向)、滑塊、升降臺、升降板、溫度傳感器、散熱器、升降桿、固定環(huán)、墊片及報警器等部分組成。其中橫向滑軌安裝在底座上方，橫向滑軌兩端安裝液壓缸，液壓缸與滑塊連接，滑塊上安裝升降架。

3) 在箱體兩側安裝兩個縱向滑軌，升降臺與兩根滑軌連接,實現(xiàn)上下移動。升降臺下方與升降架連接，上方分別連接支撐柱及升降桿。通過升降板上升可使升降桿移動至固定環(huán)內，從而固定升降臺。

4) 支撐部主要由壓力傳感器、安裝板、支撐板、照明燈、支撐柱等部分組成。其中支撐板由長度為2.5 m、寬度為1.5 m、厚度為8.0 mm的鋼板制成，主要對頂板起支撐作用；壓力傳感器主要用于檢測頂板壓力，控制升降部升降。

5) PLC控制器分別與溫度傳感器、液壓系統(tǒng)、散熱器連接，主要進行信號收集、處理及指令下發(fā)等[2]，實現(xiàn)裝置自動化控制。

2 工作原理

首先,通過萬向輪將裝置移動至指定位置，打開裝置兩端液壓桿使伸縮腿與地面接觸，使裝置穩(wěn)固。裝置穩(wěn)固后，打開裝置液壓系統(tǒng),使兩個液壓缸活塞橫向拉伸，在活塞拉伸作用下使升降架升起。在升降架作用下升降臺通過縱向滑軌上升，并使升降桿插入固定環(huán)內，同時使支撐柱帶動支撐部上升。當支撐部中的支撐板與頂板接觸嚴實后,及時通過固定環(huán)固定升降桿，從而使整個支撐部位置固定。在支撐部支護頂板且頂板壓力較大時，壓力傳感器及時將收集到的壓力數(shù)據(jù)以電信號方式上傳至PLC控制器[3]，并進行信號處理。信號處理后,PLC控制器控制液壓系統(tǒng)使升降部下降至合適位置，從而避免了因頂板壓力大導致裝置損壞。當支撐部與頂板接觸松動時，壓力傳感器檢查到壓力減小，從而及時發(fā)出警報信號，進行人工檢修維護。裝置在運行過程中，若升降部內出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象時，溫度傳感器及時將收集到的數(shù)據(jù)上傳至PLC控制器。PLC控制器進行信號處理并打開散熱器進行升降部散熱，從而防止了升降部內元器件受熱甚至被燒壞，顯著延長了裝置的使用壽命。

3 可移動式超前臨時支護裝置的結構優(yōu)點

1) 自動化水平高。該裝置設有液壓缸和傳感器，通過控制液壓缸活塞桿伸長，帶動升降板及支撐柱上升，達到支撐部支護頂板的目的并根據(jù)頂板受壓大小自動控制支撐部升降高度，實現(xiàn)了自動化調節(jié)控制，不僅操作方便，適用于不同高度的巷道，還提高了巷道臨時支護自動化水平[4]。

2) 支護效果好。該裝置可通過固定環(huán)套接在固定桿上對裝置在支護中起到有效的固定作用，大大提高了支護穩(wěn)定性；同時,裝置中的壓力傳感器能夠實時檢測頂板壓力，并根據(jù)壓力大小對裝置進行升降控制，從而有效地提高了頂板支護效果，防止了頂板垮落事故的發(fā)生，具有較高的支護安全性能。

3) 結構簡單、實用性強。該裝置結構簡單，便于操作維護,裝置成本費用為1.5萬元，成本費用低，而且該裝置在實際應用中故障率低；該裝置不僅可以用于采掘工作面內，還可以用于隧道、橋梁、建筑等工程中，適用范圍廣，實用性強[5]。

4 結論

晉煤集團寺河煤礦二號井綜掘二隊設計了一套可移動式超前臨時支護裝置。153208巷在后期掘進期間采用該裝置后，可有效控制頂板破碎現(xiàn)象，未發(fā)生頂板冒落事故。同時,降低了巷道頂板事故率，保證了巷道施工安全，提高了巷道掘進效率，全年可為煤礦提高經濟效益達78萬元，取得顯著的成效。