掘進(jìn)巷道新型臨時(shí)支護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊夢(mèng)帆

（山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西晉城 048000）

0 引言

巷道在掘進(jìn)過程中，裸露的頂板在得不到及時(shí)支護(hù)的情況下，容易造成煤壁嚴(yán)重破碎，甚至有可能發(fā)生頂板整體冒落的大事故。因此，巷道掘進(jìn)后頂板的支護(hù)效果直接關(guān)系到掘進(jìn)工作的安全。目前，中國(guó)采用的臨時(shí)支護(hù)主要有常用的吊掛環(huán)穿管式前探梁臨時(shí)支護(hù)和掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)。這兩種臨時(shí)支護(hù)在國(guó)內(nèi)礦井掘進(jìn)支護(hù)上取得了較好的使用效果。然而，隨著掘進(jìn)速度的不斷加快，傳統(tǒng)的臨時(shí)支護(hù)方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，而且安全系數(shù)也比較低[1]。

某53083 巷北部為4326 采面（正在布置），東部為4322綜采工作面（正在回采），西部為Ⅲ5309綜采工作面（尚未布置），南部為五盤區(qū)北翼泄水巷（已掘）。53083巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 151 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為4.5 m 3.5 m（寬 高），截至目前，巷道已掘進(jìn)350 m；由于53083巷掘進(jìn)煤層不穩(wěn)定，相對(duì)破碎，巷道在掘進(jìn)過程中頂板破碎、煤壁片幫嚴(yán)重，當(dāng)巷道掘進(jìn)至320 m處時(shí)揭露一條正斷層，導(dǎo)致頂板空頂距加大，最大空頂距達(dá)1.8 m，嚴(yán)重威脅巷道支護(hù)的施工安全。

1 掘進(jìn)前期頂板臨時(shí)支護(hù)措施

1.1 前探梁臨時(shí)支護(hù)

（1）53083巷在前期掘進(jìn)過程中對(duì)空頂處頂板主要采用絲杠式前探梁超前支護(hù)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，該支護(hù)裝置主要由3根橫梁、3根縱梁、絲杠、吊環(huán)等部分組成；其中橫梁、縱梁均由10#槽鋼焊制而成，長(zhǎng)度為4.0 m，每根橫梁上焊制3個(gè)直徑為30 mm的圓孔。

使用時(shí)首先將3組吊環(huán)分別安裝在工作面前3排頂板錨桿上，然后將3 根橫梁橫穿在吊環(huán)上，3 根橫梁安裝后將3 根縱梁鋪放在橫梁上，縱梁另一端延伸至工作面迎頭，然后旋轉(zhuǎn)絲杠使縱梁升起并與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，從而起到超前支護(hù)作用。

1.2 問題分析

（1）安裝難度大。由于前探梁臨時(shí)支護(hù)各配件重量大，臨時(shí)支護(hù)需3人搭設(shè)工作盤進(jìn)行安裝，安裝難度大，安裝工序繁瑣，且在安裝時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)高[2]。

（2）支護(hù)效果差。受構(gòu)造及煤層穩(wěn)定性影響，53083巷掘進(jìn)后頂板破碎嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)前探梁臨時(shí)支護(hù)時(shí)，前探梁與頂板接觸不嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)致臨時(shí)支護(hù)效果差。

（3）支護(hù)損壞嚴(yán)重。由于53083 巷安裝的機(jī)械設(shè)備數(shù)量多，前探梁臨時(shí)支護(hù)使用過程中損壞嚴(yán)重，增加了裝置維修成本費(fèi)用[3]。

2 新型臨時(shí)支護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)前探梁臨時(shí)超前支護(hù)在使用中存在的不足，通過技術(shù)研究，設(shè)計(jì)一套氣垛式前探梁臨時(shí)支護(hù)。

2.1 結(jié)構(gòu)

（1）新型臨時(shí)支護(hù)裝置主要由底座、支護(hù)裝置、探梁、高壓膠管、探梁鉸鏈、液壓鉸鏈、探梁伸縮桿、探梁液壓缸、氣垛、氣垛支架、千斤頂、錨桿、繃帶、固定管等部分組成，如圖1所示。

圖1 新型臨時(shí)支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

（2）該設(shè)備的底座可以進(jìn)行全方位調(diào)節(jié)，能夠?qū)ο锏栏鱾€(gè)方向進(jìn)行支護(hù)，底座與探梁之間通過探梁鉸鏈進(jìn)行鉸接，通過操控液壓缸控制探梁的長(zhǎng)度，液壓鉸鏈將探梁下表面與液壓伸縮桿一端進(jìn)行鉸接，通過調(diào)節(jié)液壓伸縮桿來控制支護(hù)裝置的移動(dòng)，完成全部臨時(shí)支護(hù)后對(duì)氣垛進(jìn)行放氣。

（3）液壓鉸鏈將底座與液壓伸縮桿另一端進(jìn)行鉸接，探梁液壓缸安裝在探梁上表面靠近底座一側(cè)，充氣裝置安裝在探梁上表面遠(yuǎn)離底座一側(cè)，利用膠管將氣垛與充氣裝置進(jìn)行連接，氣垛支架安裝在支護(hù)板上表面，氣垛安裝在氣垛支架上表面。

（5）氣垛使用繃帶進(jìn)行全方位捆綁，同時(shí)將4 個(gè)千斤頂固定在氣垛的前、后方，將固定管分別與支護(hù)板的上表面四角進(jìn)行連接，將錨桿插接在固定管內(nèi)，使用固定架將固定管固定在支護(hù)板上表面。

2.2 工作原理

（1）該裝置能夠?qū)蜻M(jìn)巷起到臨時(shí)支護(hù)的目的，其底座可以全方位地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，大大節(jié)約了裝置的使用面積，底座與掘機(jī)主體進(jìn)行連接后能夠方便地對(duì)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不會(huì)干擾掘進(jìn)機(jī)的正常生產(chǎn)。操作人員可以通過調(diào)節(jié)過探梁和液壓伸縮桿，在掘進(jìn)巷道內(nèi)控制支護(hù)裝置前后左右進(jìn)行支護(hù)，為加快支護(hù)速度起到了很大的作用[4]。

（2）該裝置能夠?qū)⒐潭ü苤苯影惭b在支護(hù)裝置上，工作人員在使用時(shí)可以直接將錨桿送入頂板的錨桿孔內(nèi)，降低了工作人員的操作難度，同時(shí)該裝置使用氣垛能夠?qū)㈨敯宓膲毫ζ骄稚⒌綒舛?，不?huì)發(fā)生頂板局部應(yīng)力集中，防止局部煤壁發(fā)生冒落傷人事故，提高了支護(hù)效果的同時(shí)，確保了人員的安全。此外，安裝在支護(hù)板的4根千斤頂能夠均勻地將頂板壓力進(jìn)行分解，確保了掘進(jìn)巷道的支護(hù)效果。

3 新型臨時(shí)支護(hù)裝置優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用分析

3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）材料便宜。該設(shè)備采用的材料都是日常生產(chǎn)中較為常見的材料，價(jià)格公開透明，比較適合可持續(xù)發(fā)展的理念，能為礦井節(jié)約開支[5]。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該設(shè)備使用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，支護(hù)人員在日常使用時(shí)操作簡(jiǎn)單，后期的維護(hù)費(fèi)用相對(duì)低，提高了煤礦經(jīng)濟(jì)效益。

（3）支護(hù)效果好。通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置在斷層帶處能夠及時(shí)對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)，比傳統(tǒng)的支護(hù)方式具有更好的使用效果。該設(shè)備能夠在巷道內(nèi)全方位地對(duì)各個(gè)角度進(jìn)行移動(dòng)支護(hù)，確保了支護(hù)效果的同時(shí)，保證了工作人員的生命安全，同時(shí)氣垛的使用降低了頂板出現(xiàn)局部破碎冒落的情況，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)鋼性支護(hù)材料對(duì)頂板的切頂現(xiàn)象及鋼板變形、斷裂的情況[6]。

（3）使用范圍大。該支護(hù)方式由于可以多方位進(jìn)行移動(dòng)且占用面積小，不僅能夠在煤礦掘進(jìn)巷道使用，還能在地面橋梁鋪設(shè)及其他領(lǐng)域使用，值得向其他行業(yè)推薦。

3.2 缺點(diǎn)

（1）由于該裝置采用氣垛直接對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，當(dāng)遇到頂板破碎較嚴(yán)重時(shí)，使用氣垛很容易造成氣垛被砸破，日常生產(chǎn)時(shí)對(duì)氣垛的存放要求比較苛刻[7]。

（2）掘進(jìn)巷道的工作環(huán)境比較惡劣，在正常生產(chǎn)時(shí)液壓系統(tǒng)的各類膠管很容易被砸傷，影響支護(hù)的強(qiáng)度，而且由于掘進(jìn)巷道灰塵比較大，很容易使液壓系統(tǒng)的油質(zhì)受到污染，影響支護(hù)效果[8]。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

53083 巷掘進(jìn)至400 m處時(shí)對(duì)工作面采用了新型臨時(shí)支護(hù)裝置，截至2019年11月27日，航道已掘進(jìn)到位。通過幾個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，采用該裝置后，有效控制了頂板破碎現(xiàn)象，頂板空頂距減小為0.6 m以下，施工人員在該裝置掩護(hù)下進(jìn)行永久支護(hù)時(shí)未出現(xiàn)一起頂板碎石傷人事故，保證了巷道支護(hù)施工安全；而且該裝置便于安裝維護(hù)，僅需1人操作即可，與傳統(tǒng)絲杠式超前支護(hù)相比，全年可減少裝置維修費(fèi)用及勞動(dòng)成本費(fèi)用達(dá)37萬元。

4 結(jié)束語

對(duì)53083 巷掘進(jìn)前期采用臨時(shí)支護(hù)存在的主要問題進(jìn)行分析，并對(duì)原支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套新型臨時(shí)支護(hù)裝置。通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置支護(hù)效果好，且便于操作，對(duì)空頂處破碎頂板起到了良好的支護(hù)效果，并在其他煤礦進(jìn)行推廣應(yīng)用。