煤礦井下快速掘進技術的應用研究

孟小朋

（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司成莊礦， 山西 晉城 048021）

引言

隨著煤礦井下綜采作業裝備自動化程度的不斷提升，煤礦井下突出的矛盾已經轉化為快速提升的綜采效率與低效的掘進技術之間的矛盾。因此，迫切需要對目前掘進技術瓶頸進行分析，對掘進技術進行合理優化，降低每個工序之間的銜接時間以及施工時間，有效提升井下巷道掘進效率和安全性。由于井下巷道的掘進作業是一項綜合性的施工工藝方案，主要包括了巷道掘進、巷道頂板的支護等，因此本文所提到的煤礦井下快速掘進技術方案主要從提升機械化掘進速度、優化巷道頂板支護結構、降低支護難度等方面出發，合理利用技術、管理等手段，提升井下巷道掘進效率和安全性。應用表明，該方案能夠將井下巷道掘進效率提升17%以上，將巷道支護周期降低21%以上，具有較大的應用推廣價值。

1 影響煤礦井下巷道快速成型的因素

影響煤礦井下的綜采作業效率的因素具有多樣性，除了綜采作業人員的因素之外，主要受地質因素、支護因素和設備因素三個方面的影響[1]。

地質因素主要是指井下巷道頂板穩定性差、頂板結構強度弱，導致難以形成穩定的支護體系，同時當巷道頂板尺寸過高時會導致掘錨機和錨桿鉆機等設備尺寸不足，掘進作業后形成一個較大的空頂，臨時支護時存在極大的施工作業風險，嚴重影響了支護作業的時間。

支護因素主要是指由于支護過程中的底板幫錨桿的位置和掘錨機行走機構的高度一致，因此導致在支護作業過程中作業人員必須對支護錨桿的底板進行補打作業，受空間限制，補打作業只能逐個進行，因此嚴重限制了井下巷道頂板的支護作業效率。

設備因素主要是指在井下支護作業時只能通過人工轉運支護材料的方式進行，作業人員的勞動強度極大，難以進一步提升支護效率，最好的方案是制作簡易運輸設備，輔助支護材料搬運，同時優化支護方式，減少支護材料。

2 臨時前探支護設備的改進

目前煤礦井下的迎頭支護多采用橫梁支護及竄管前探梁支護這兩種方式[2]，但在實際應用過程中均存在支護效率低下且穩定性差的難題。因此本文提出了臨時前探支護的改進方案，該方案主要是指在礦井掘進機的機體上設置一個頂板防護棚，在錨護作業的過程中形成一個穩定的臨時通道，防止作業過程中頂板冒落，確保井下支護作業的效率和穩定性，該臨時前探支護結構如圖1 所示[3]。

圖1 臨時前探支護示意圖

由圖1 可知，該臨時前探支護結構主要包括頂板、支護體、支護液壓缸及支地油缸等。為了確保工作的穩定性，在液壓缸連接的地方均采用了銷接結構，確保工作時的調整靈活性，其他地方的連接采用防松螺栓連接，臨時支護體和掘錨機的固定，采用螺栓固定到鏟板的兩側位置，臨時支護體的長度為3.9m，寬度為0.8 m，總的護定面積可達3.12 m2，支護強度可達20 000 Pa。該臨時前探支護結構能夠覆蓋整個錨機頂部，因此實際使用過程中無需退機就能形成一個安全的作業空間，確保作業人員安全，降低了設置防護棚的時間，提升了工作效率和安全性。同時該結構采用了分體式頂棚的結構，能夠適應井下復雜的巷道地理環境，具有很高的靈活性。

3 自動托送網機構的設置

傳統的支護方案中對巷道頂板的支護需要由工人托舉鋼網設置鋼帶，不僅勞動強度極大而且支護效率低，連接穩定性差，本文提出了一種新的自動托送網機構，該機構主要包括支架組件、滑道、送網機構、驅動機構、拖網機構等，該送網機構的整體結構如圖2 所示[4]。

圖2 自動托送網機構結構示意圖

由圖2 可知，該自動送拖網機構中，滑道和支架通過鉸鏈連接，機架的后側放置在支架組件后側的支撐架上，利用絲桿機構能夠實現對滑道位置的精確調整，拖網架通過導向桿和左右滑道的驅動機構相連接，通過驅動機構的運行滿足自動托送網。在進行支護作業時作業人員將金屬護網和鋼扎帶按要求放置到拖網架上，由驅動機構處的馬達驅動傳動齒輪運動，將金屬護網和鋼扎帶拖動到指定位置，最終在拖網機構頂起拖網架后進行支護作業。

該自動托送網機構能夠將金屬護網自動托舉到支護錨位，有效降低了支護作業人員的工作強度，提升了支護效率，而且該拖網機構的定位均采用接近開關來控制，顯著提升了錨位的定位精度，實際的定位精度可達±5 mm，同時將支護時的一次到位率提升到97%以上。

4 結論

針對傳統掘進支護時所存在的底部支護死角大、頂部支護勞動強度大、效率低下的難題，本文提出了一種新的快速掘進及支護方案，通過對前探支護設備進行改進，設置自動托送網機構，實現了煤礦井下快速掘進效率的提升，根據分析表明：

1）影響煤礦井下的綜采作業效率的因素主要包括地質因素、支護因素和設備因素三個方面；

2）臨時前探支護的方案，是在礦井掘進機的機體上設置一個頂板防護棚，在錨護作業的過程中形成一個穩定的臨時通道，防止作業過程中頂板的冒落，確保井下支護作業的效率和穩定性；

3）自動托送網機構實際的定位精度可達±5 mm，同時能將支護時的一次到位率提升到97%以上；

4）采用前探支護設備和增加自動托送網機構的方案能夠將井下巷道掘進效率提升17%以上，將巷道支護周期降低21%以上，對提升井下支護效率的精度具有十分重要的意義。