迎頭防護式液壓前探梁的應用研究

李 莉

（晉能控股煤業集團云崗礦，山西 大同 037003）

在煤礦綜掘巷道掘進過程中，掘進工作面迎頭臨時支護安全問題頻發，是困擾煤礦井下生產的一項技術難題，影響煤礦高產高效安全開采。晉能控股煤業集團各煤礦使用的臨時支護主要有：竄管式前探梁臨時支護、機載液壓前探梁臨時支護、多排單體液壓支柱加高強度工字鋼棚梁臨時支護。以上三種臨時支護僅對巷道頂板進行一定程度的防護，可有效降低迎頭冒頂風險，但沒有對迎頭工作面進行有效防護。對晉能控股煤業集團2015年—2020年綜掘巷道頂板安全事故分析可知，集團各煤礦頂板安全事故中迎頭工作面煤巖垮落傷人事故占75%左右。晉能控股煤業集團各煤礦采用以上三種臨時支護方式都無法有效地解決綜掘巷道迎頭支護時的安全問題，同時還影響掘進效率。因此，必須對綜掘巷道迎頭工作面支護進行優化[1-6]。

1 工程概況

晉能控股煤業集團云崗礦位于大同煤田東北部，核定生產能力480萬t/a，采掘機械化程度均達到100%。2019全年實現安全生產，但綜掘巷道迎頭工作面煤巖垮落情況多有發生，因此必須對綜掘巷道迎頭工作面進行防護，進一步降低煤礦安全事故的發生率，實現高產高效安全的開采目標。

2 現有臨時支護及存在的問題分析

2.1 現有臨時支護的工作原理

2.1.1 竄管式前探梁臨時支護工作原理

竄管式前探梁由金屬管與吊掛環組成，金屬管長4.5 m，使用時先在工作面靠近頂板處打眼，眼深500 mm，將金屬管穿入眼中，使用3個吊掛環將金屬管吊在已支護頂板的頂錨桿上，在金屬管與頂板之間使用木板背頂，將頂板背實。根據掘進斷面的大小金屬管使用數量為3～5根。竄管式前探梁臨時支護示意圖如圖1。

圖1 竄管式前探梁臨時支護示意圖

2.1.2 機載液壓前探梁臨時支護工作原理

機載液壓前探梁由頂梁架、連接器、主架、油缸、翼架旋轉油缸、插裝雙向鎖、高壓油管路、分流集流閥、溢流閥、控制操作閥、泵站等組成，安裝在掘進機截割部上方，工作時，由泵站供油，溢流閥到操作閥，供油經分流集流閥分流，進入雙向鎖，雙向鎖打開進入油缸，主架打開升高，頂架打開升起，主架升高，直到頂架邊緣與待支護金屬網邊對齊、頂架貼緊頂板后停止。

2.2 現有臨時支護存在的問題

2.2.1 竄管式前探梁臨時支護存在問題

（1）竄管式前探梁使用時需在工作面打眼，打眼時存在局部空頂，存在安全隱患；（2）竄管式前探梁使用時需要人工依次架設、背頂，頂板沒有有效支撐，存在安全隱患；（3）竄管式前探梁臨時支護屬被動支護，支護強度小；（4）竄管式前探梁架設時間長，效率低，影響掘進速度。

2.2.2 機載液壓前探梁臨時支護存在問題

（1）機載液壓前探梁操作閥組裸露，易發生誤操作。（2）機載液壓前探梁沒有對迎頭工作面進行防護，人員在支護過程中容易被工作面垮落的煤巖砸傷。

3 機載液壓前探梁臨時支護設備的改進與應用

3.1 臨時支護設備的改進

目前云崗礦臨時支護75%采用ZLJ-10/21機載液壓前探梁，改進以此機載液壓前探梁為基礎，在護頂架前端伸縮梁上焊接耳孔，將護板工作面的主護板使用銷軸連接在伸縮梁的耳孔上，副護板使用插銷與主護板連接。在主護板中上部安裝兩根可旋轉撐桿，撐桿兩頭打孔，同時在兩個副護板中上部焊接耳座，兩個副護板打開后使用主護板上的撐桿固定。在伸縮梁中部焊接一個橫梁，橫梁上焊接銷孔，安裝液壓油缸，油缸活柱與主護板連接，在操作閥組把手外部加裝護罩。 改進后機載液壓前探梁臨時支護如圖2。

圖2 改進后機載液壓前探梁臨時支護示意圖

3.2 應用方案

改進后的機載液壓前探梁在云崗礦二水平8415工作面輔運順槽施工中進行了臨時支護的工業性試驗。臨時支護工序如下：

當前探梁移至距迎頭小于0.3 m的位置，升起機載液壓前探梁時，啟動泵站，先交替操作翻轉油缸與折疊油缸閥組，將護頂架升起至水平位置。護頂架升起后，先操作閥組將伸縮油缸伸出，主、副護板隨伸縮梁整體伸出，使伸縮梁前端頂在工作面煤壁上。然后，操作升降油缸將護頂架貼緊在待支護的頂板上，再操作閥組將護板油缸伸出。護板油缸伸出至主、副護板與底板垂直時，停機閉鎖泵站，人工將兩側副護板打開。打開后將主護板撐桿轉到兩側副護板的耳座上，使用銷軸將副護板與撐桿連接，保證主副護板處于同一平面上。再啟動泵站，操作閥組將護板油缸伸出至主護板底部橫梁頂在煤壁上為止，然后停機閉鎖泵站。

降下機載液壓前探梁時，啟動泵站，先整體收回主、副護板，使主副護板與底板垂直，停機閉鎖泵站。人工將撐桿摘掉恢復到原位置，將兩側副護板收回，人員離開后啟動泵站。操作護板油缸，將護板收回折疊，把護頂架降至最低，交替操作翻轉油缸與折疊油缸閥組，將前探梁主體放在截割部上面。改進后機載液壓前探梁臨時支護使用效果如圖3。

圖3 改進后機載液壓前探梁臨時支護使用效果

3.3 效果分析

8415工作面輔運順槽使用改進后機載液壓前探梁臨時支護的效果理想。該裝置實現了對迎頭工作面的安全防護，迎頭工作面無一起煤巖垮落傷人安全事故發生，完全可以代替以往使用的柔性網防護，安全性能較好。改進后的臨時支護設備有效提高了8415工作面輔運順槽掘進效率，每個循環節約時間20 min，按6個循環/d和日進尺12 m計算，可提高進尺30 m/月，經濟效益顯著。同時，該設備還具有以下優點：

（1）改進后的機載液壓前探梁由于對操作閥組把手進行了防護，杜絕了誤操作，防止其他人員作業時誤碰操作把手導致前探梁動作。

（2）改進后的機載液壓前探梁對工作面進行了防護，主、副護板總面積可達到7.58 m2。工作面支護時，工作面需要防護的面積為10.59 m2，對工作面的防護面積達到71.5%，有效遮擋了垮落的大塊煤巖，確保作業人員的安全，從環境上降低風險，實現掘進迎頭的安全生產。

（3）合理改進、優化設計，使用機械加人工的方式配合操作，減輕了主、副護板的重量，最大程度上降低折疊油缸的負荷，使各個油缸與銷軸都工作在力矩承受范圍內，確保機械部件能長時間使用。

（4）降低了工人勞動強度，工人臨時支護不再使用繁瑣、沉重的前探梁，保護安全的同時還減少了安裝設備的時間，提高了掘進效率。

4 結語

改進后迎頭防護式液壓前探梁在云崗礦8415工作面輔運順槽掘進施工中進行了工業性試驗。迎頭防護式液壓前探梁一方面能夠支撐頂板，防止冒頂，另一方面能夠對迎頭工作面進行防護，防止煤巖垮落傷人，有效地解決了迎頭工作面垮落的安全問題，完全可以代替以往使用的柔性網防護。該裝置可以在晉能控股煤業集團進行全面推廣使用。