綜掘機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦的應用

郭奮超，常波峰

(陜煤紅柳林礦業公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

采掘失調、接續緊張一直以來是制約礦井安全生產的一項技術難題。由于井下采掘作業時常面對巷道臨時支護，傳統的臨時支護機械化程度低，施工過程中耗費大量的人力，制約了巷道掘進效率，同時存在安全隱患，與打造現代智能機械化高產高效礦井的理念背道而馳。為實現煤礦安全高產高效運行，紅柳林煤礦北二盤區3-1煤回風巷煤巷掘進工作面在EBZ-200H綜掘機上安裝了相配套的ZLJ-20機載式臨時支護裝置，與吊環串前探梁臨時支護方式相比，取得了良好的臨時支護效果。本文對ZLJ-20機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦的應用進行了分析。

1 綜掘機載式臨時支護技術

1.1 巷道掘進臨時支護技術研究進展

目前，井下采掘作業時一般選用液壓單體支柱配合橫梁和吊環串前探梁兩類臨時支護形式，這兩類臨時支護形式存在著對頂板的初撐力小、支護范圍小、操作過程復雜、勞動強度大、臨時支護速度慢、易發生安全事故等不足。隨著巷道掘進工藝的不斷改進，采用這些臨時支護形式加劇了采掘失調、接續工作面緊張的狀況，已經不能滿足高產、高效礦井的建設需要。為解決掘進迎頭現有臨時支護存在的安全和效率問題，研發了綜掘機載式臨時支護，較好地解決了目前臨時支護方式存在的不足。該機載式臨時支護協同綜掘機推進作業，臨時支撐力較強，防護空間大，易操作，節約臨時支護時間，大幅度提升了臨時支護的效率，加快了掘、支、錨速度，實現了掘進迎頭機械化超前臨時支護操作，保證了安全高效施工。

1.2 ZLJ-20機載式臨時支護裝置

ZLJ-20機載式臨時支護裝置結構與一般的臨時支護結構有明顯不同，主要由主架(包含站套、站管、50油缸)、內置雙向液壓鎖(100油缸、80油缸)、頂梁架、液壓油管路、十字頭、銷軸等連接器和控制閥構成，如圖1所示。該結構完全利用液壓控制系統，借助綜掘機主泵站給油，與綜掘機融為一體，起到了協同綜掘機切削煤巖時的臨時支護作用。

圖1 ZLJ-20機載式臨時支護裝置

1.3 機載臨時支護工作原理及工藝流程

1.3.1 機載臨時支護工作原理

綜掘機械化配套一體化裝備主要包括綜掘機、機載臨時支護結構、橋式轉載機和梭車等。其中機載臨時支護結構位于掘進機截割部上，動力來源于綜掘機自身的液壓動力泵站系統。安裝時首先卸下綜掘機本體截割臂升降油缸的前軸裝置(更換安設機載臨時支護裝置)，在截割臂兩側分別裝上主架和主架油缸，然后再在主架上安裝頂梁架，最后將油缸管路連通。工作時，通過綜掘機的油泵提供動力，借助操作閥連接支護結構的油路。通過專用控制手柄向前推動升起支護主架和頂梁架，調整支護面積。主架再升高，直到升緊支撐住頂板，支護人員便可在臨時支護空間內安設錨桿作業，安設完畢之后，支護人員撤出，操控手柄將主架和頂梁架降落，支護油路回歸原位，便可循環進入截割掘進、頂板臨時支護、錨桿支設交替作業。

1.3.2 工藝流程

(1) 綜掘機割煤到適合的支護間距后，將綜掘機向后撤割煤步距，并將截割頭落地，及時處理頂幫的松動煤巖。

(2) 打開控制機載式臨時支護裝置油路的操作閥，關閉另一個供油路，控制各支撐油缸依次啟動，將頂梁架運行到截割頭上前方。

(3) 支護工將網片平鋪在支護頂架上，依靠頂架上的磁力吸附固定牢靠后，支護工撤至綜掘機后方安全區。

(4) 僅保留專職司機操作綜掘機及臨時支護裝置，繼續操作控制閥操控機載臨時支護裝置的控制手柄，向前推動支護主架和頂梁架，當頂梁升至距頂板200 mm～300 mm時，及時調整網片以符合聯網要求。

(5) 操作控制閥，將頂梁升高至網片緊壓到巷道頂板停止，綜掘機及時停電閉鎖。

(6) 支護人員進入臨時支護空間內進行錨桿支護作業，支護施工完畢后，及時撤出支護施工人員，專職司機操作控制手柄，將主架降到最低點，然后將支護頂梁架降到原始位置，關閉操作閥上支護的油路，臨時支護裝置停止運行。開啟綜掘機油路，進行下一循環割煤、臨時支護、錨桿支設作業。

2 ZLJ-20機載式臨時支護裝置工程應用及效果分析

北二盤區3-1煤回風巷位于北二盤區南端，設計長度為2 527 m，巷道服務年限為永久。煤層平均厚度約2.7 m，屬中厚煤層，厚度較穩定，構造簡單。煤層頂板以細砂巖為主，部分為泥巖，呈薄狀，節理發育，成松散狀，底板以粉粒砂巖為主。掘進期間有部分區域裂隙水從頂板兩幫流出。3-1煤回風巷設計斷面為矩形，設計斷面尺寸為5 600 mm×3 100 mm，凈斷面尺寸為5 400 mm×2 850 mm，巷道支護采用錨網索聯合支護。巷道頂部選擇Φ20 mm×2 600 mm錨桿，巷道幫部選擇Φ18 mm×1 600mm錨桿，均為左旋螺紋鋼錨桿。錨索公稱直徑為17.8 mm，預緊力≥200 kN，極限拉斷力不小于279 kN，延伸率為3.5%，長度為7 300 mm。巷道頂部錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm，每排6根；錨索間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排2根；巷道幫部錨桿間排距為1 500 mm×1 000 mm，每排4根。施工時選用EBZ-200H型綜掘機與ZLJ-20機載式臨時支護裝置相配套協同掘支作業。

自2019年10月份以來，北二盤區3-1煤回風巷綜掘巷道選用機載臨時支護裝置后，通過多次考察試驗，ZLJ-20機載式臨時支護技術相比以往傳統的臨時支護形式，極大地提升了煤巷采掘、支護作業速度，提供了足夠安全的支護作業環境，實現了機械化運行。其主要優點如下：

(1) 安全可靠性高。機載式臨時支護裝置能夠切實有效地施加主動初撐力，支護能力可達1.5 t，主動控制圍巖穩定，控頂面積達到2 m×3.4 m，能夠實現多排施工，可提供安全的空頂支護空間和足夠安全的支護作業環境。

(2) 加快掘進效率。先選用吊環串前探梁臨時支護方式時，日合計掘進進尺8 m，月進尺200 m；而采用機載式臨時支護技術，日合計掘進進尺12 m，月總計進尺可達300 m，相比于前者掘進進尺提高了33%，提高了掘進效率，初步可實現采掘作業的正常接續。

(3) 操作便捷、減輕勞動強度。用吊環串前探梁臨時支護方式，機械化程度低，耗時耗力。選用機載臨時支護技術之后，采用按鈕、手柄電液系統控制，可實現伸縮折疊、支撐面積調整、上下調節、傾斜角度調整，明顯降低了人工體力勞動的作業強度。

(4) 優化施工工序。該裝置具備托網性能，可一次同步鋪3排網，與前探梁在施工過程中備頂不實、且每次上網都需從前探梁與頂板間隙穿網相比，避免了人員登高操作，降低了勞動強度。按照3 m循環進度，支設頂部錨桿期間，作業工序由鋪第一排網—支護第一排、鋪第二排網—支護第二排、鋪第三排網—支護第三排，重復3道工序變為集中一次鋪網(6張)—集中一次支護3排。縮短了上網、連網時間，優化了工序，平均每3 m循環減少了支護用時約50 min。

3 結語

ZLJ-20機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦北二盤區3-1煤回風巷煤巷掘進的應用，工作方式靈活，簡化了工藝流程，提高了錨護工作時工作環境的安全性，加快了巷道的掘錨速度，降低了工人體力勞動，初步取得了較好的應用效果。目前，此套裝置在陜北礦業紅柳林公司的其他掘進工作面逐步推廣應用。機載式臨時支護作為臨時支護的一個重要研究課題，給礦井生產帶來了極大的經濟、社會效益，對礦井的安全高效掘進有著深遠的影響。