巷道新型機載超前支護裝置的分析與應用

常 偉

（大同煤礦集團忻州窯礦， 山西 大同 037001）

引言

巷道在掘進過程中受施工工藝、煤層賦層、地質構造等影響，巷道掘進后支護前出現局部空頂現象，施工人員在進行空頂頂板支護時需進行臨時支護控制頂板，防止頂板出現破碎、冒落現象，避免煤礦頂板事故發生。但是我國煤礦掘進巷道目前采用超前支護裝置主要采用絲杠式超前支護裝置以及機載支護裝置等，該支護裝置自動化水平相對較低，支護時工序復雜且勞動作業強度大，不利于巷道安全快速掘進。本文以忻州窯礦2507 巷為例，在巷道掘進期間設計了一套新型機載超前支護裝置，并進行實際應用，力求保證進一步提高巷道臨時超前支護效果，保證巷道掘進安全。

1 大同煤礦集團忻州窯礦2507 巷概述

大同煤礦集團忻州窯礦2507 巷位于井田東三盤區，工作面回采煤層為14-3 號層，平均厚度為3.27 m，巷道設計長度為451 m，巷道設計斷面為矩形斷面，斷面規格寬×高為4.5 m×3.5 m，巷道采用綜合機械化掘進施工工藝。

2507 巷主要采用EBZ260 型掘進機進行掘進，單茬掘進深度為1.2 m，巷道掘進后采用機載前探支護裝置對空頂頂板進行支護，并采用掘進機進行工作面煤矸清理，同時施工人員對頂板進行永久支護施工[1-2]。由于傳統機載支護裝置支護斷面有限，支護自動化水平低、勞動作業強度高且對頂板支護效果差，導致2507 巷在掘進至47 m 處揭露一條正斷層，頂板在施工永久支護時出現局部破碎冒漏現象，傳統機載支護裝置無法滿足支護要求。對此，忻州窯礦通過技術研究設計了一套新型機載超前支護裝置，確保巷道安全快速掘進施工。

2 設備的結構及工作原理

掘進機新型超前支護裝置主要是通過液壓泵提供高壓油，操作人員手動控制液壓閥進行操作，各千斤頂根據工作人員的操作對空頂進行支護。該設備能夠對掘進的工作面進行及時有效的支護，給鋪網及打錨桿工作人員提供安全、可靠的空間，同時避免了工作人員在空頂的條件下冒險作業，最大限度地提高了掘進巷道作業人員的安全[3]。

2.1 新型超前支護裝置的結構

該掘進支護裝置主要由高強度材質的底座、伸縮千斤頂、伸縮臂、回轉千斤頂及回轉臂、護頂千斤頂、護頂臂及護頂托盤、升降千斤頂、電液操作閥、膠管組成，如圖1 所示。

圖1 掘進機新型機載超前支護裝置結構示意圖

2.2 裝置的工作原理

1）該掘進支護設備最重要的部件就是底座，底座一端使用高強度的螺栓與掘進機截割電機法蘭相連，底座的另一端使用銷軸與掘進機回轉臺連接[3]。這樣既能確保支護裝置的穩定可靠性，又能承載支護設備較大的載荷。伸縮臂使用銷軸與底座鉸接，在伸縮臂與底座間安裝兩套升降千斤頂，工作人員通過控制升降千斤頂的伸縮完成空頂的支護[4]。

2）在伸縮臂的框架結構內安裝伸縮千斤頂，確保了支護設備的前探距離及工作人員的安全空間。該裝備回轉臂的伸展不僅能夠增加工作人員安全作業空間，還能在復雜地質構造下輔助護頂臂完成對頂板的支撐，確保在任何環境下，掘進支護設備都能安全、可靠地完成超前支護任務。

3）設備工作時，掘進機的左右護臂首先與頂板接觸完成臨時支護，油泵停止工作后，工作人員方可站在支護下方實施鋪網、鉆孔及打頂錨桿工作，待全部頂錨桿施工完畢后才能收回掘進機臨時支護[5]。在臨時支護未接頂前，所有工作人員嚴禁站在掘進機鏟板前方，工作人員將油泵斷電、閉鎖、掛牌后，支護人員才能開始作業。

3 新型超前支護裝置的優缺點

3.1 裝置優點

1）該裝置具有支護強度高、移動速度快、操作簡單的優點，能夠將掘進機與臨時支護有效統一，完善了掘進機支護的工藝流程，相同的時間使工作量增加為原來的3 倍，原來由人工打頂錨桿5 人半小時才能完成一組，現在使用臨時支護只用10 min 就能完成一組，大大降低了工作人員的勞動強度，提高了掘進速度。掘進機在生產時將臨時支護折疊收縮于截割蓋板上，不僅減少了掘進巷道的占地面積，而且不會影響掘進機的正常作業。

2）該設備操作簡單，正常情況下只需一人就能夠完成全部操作程序，降低了人員的勞動強度及數量，確保了頂板空頂的支護質量。設備采用油缸供壓的方式對頂板提供初撐力，能夠確保頂板支護的穩定性。掘進機、臨時支護及支護工相互配合，確保整個掘進工作順利完成。該設備前支撐部件可以進行伸縮，兩側支撐部件可以進行折疊，這樣能夠在伸出時最大限度地提高支護的范圍，收縮時最小限度地減少影響范圍。

3）該設備在升起后頂部支撐件能夠與頂板整體接觸，增加了對空頂區域的支護范圍。同時設備內的各個部件均采用質量輕、體積小、壽命長、強度高的材質，能夠便于工作人員的拆裝。掘進機臨時支護裝置能夠實現全方位伸縮調節，同時具備在傾斜巷道調節角度功能，能夠適應于各類巷道。

3.2 裝置缺點

1）該裝置升降、回轉主要通過液壓系統進行動作，在實際巷道掘進中，由于巷道粉塵濃度大且受煤矸影響，導致裝置液壓系統受損嚴重，主要表現在液壓系統密封損壞，導致系統液壓系統污染嚴重，需定期對液壓系統進行維護。

2）該支護裝置主要采用液壓系統及鋼結構組成，相比傳統機載支護裝置成本費用高，裝置出現損壞時維修難度大且維修成本費用高。

4 應用效果

2019 年4 月17 日對2507 巷掘進機安裝了新型超前支護裝置，截止8 月24 日巷道已掘進到位，通過4 個月實際應用觀察發現，采用該支護裝置后，僅需一人進行操作即可，降低了勞動作業強度，而且該支護裝置能都對頂板進行有效支護，支護效果好，在支護期間未發生因頂板支護不到位導致頂板垮落事故，有效保證了巷道安全高效掘進，得到了礦及集團公司一致認可，并在其他煤礦機掘巷道中進行推廣應用，取得了顯著的應用成效。