前探梁支護技術在煤礦中的應用

郭志強

（山西宏廈第一建設有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

某煤礦在綜掘巷道掘進過程中，掘進巷道采用兩種臨時支護方式相結合的支護方式，這兩種支護方式分別為帶帽木點柱支護和探頭梁支護[1]。其中帶帽木點柱支護方式主要使用4～6根長短不一的帶帽木點柱，探頭梁臨時支護安置在巷道頂部，并且沿巷道方向布置，探頭梁的布置主要是預防探測區巷道頂板垮落。但是這兩種巷道臨時支護方式存在大量問題，比如其支撐能力較差，難以支撐巷道頂板產生較大的壓力，導致這種支護方式的安全性和穩定性較差，容易發生因支撐力不足而造成頂板垮落的事故[2]。同時這種支護方式工作量繁重，使礦工工作強度大。因此結合本礦掘進機的型號對臨時支護方式作出調整，采用ZLJ-10/21機載臨時支護裝置。當掘進機上帶有支撐裝置時，支撐裝置所在的位置不能干擾掘進機的正常作業活動，同時不能阻擋掘進機內司機的視線。相比以前的支護方式，這種臨時支護方式安全性高，穩定性好，有效地提高了巷道掘進過程中的安全性，同時因其工作量少，也大大提高了井下的生產效率。

1 機載超前支護設備

1.1 技術要求

巷道的支護裝置應滿足一定的技術要求。當巷道進行掘進開挖活動時，支護裝置所在的位置不能干擾掘進機的正常作業活動，同時不能阻擋掘進機內司機的視線。為了保證足夠的使用壽命，支護裝置的構建必須有足夠的強度，同時為了便于井下復雜環境下的安裝，支護裝置應該便于操作，靈活性強，機械化程度高，并且安全穩定，能夠很好地適應井下復雜的工作環境[3]。

1.2 結構及工作原理

ZLJ-10/21型支護裝備主要由八部分組成，分別為提升油缸、支撐油缸、頂架、主架、雙向鎖、折疊氣缸、多向閥、高壓油管道。

ZLJ-10/21型機載臨時支撐裝備的燃料供給依靠井下綜掘機的原機站。支撐裝置通過操作閥與油缸支架連接，關閉掘進機掘進工作的油回路，打開臨時支架連接油缸支架的三通操作閥，支護裝置上的頂部支架向前伸展，同時裝置側邊的框架也展開，依靠掘進機頂部框架支撐鋼筋與鋼網，掘進機前部的主框架和機頂的框架靠液壓進行支撐，通過操控液壓手柄，使液壓油能夠流過安全閥向閥門進行供油。流入的液壓油進一步流入分流器，然后流經雙向鎖定，最后進入支護裝置的氣缸。主框架和掘進機頂部的框架在動力驅使下緩慢打開，打開到指定的角度和主框架所需要的合適位置，最后把主框架上升到巷道頂部，井下支護的工作人員可以利用主框架和鉆機在巷道頂部布置鋼和鋼網，并安裝螺栓。安裝完永久支架鋼網和螺栓后，臨時支護支架下降到最低位置，并把其轉換成主框架和車頂架。把支護裝置頂部的挖掘機調整到當前位置，控制進油手柄通過三通閥進行上油，上油完成后關閉油路，控制閥不在工作，掘進機開始掘進工作，進而進入下一個循環。

1.3 主要技術參數

機載支護系統壓力為16 MPa，初始支撐能力為1 t，其自重為0.96 t，支架的長為2.0 m，寬為2.1 m，支架展開后的支護范圍長、寬都為3.4 m，可折疊的支架折疊后的高度范圍為100～300 mm，支架頂部框架的傾斜角度小于20°，機載支護裝置的啟動時間大約為70 s，臨時支撐裝置不需要額外增加動力，其和掘進機共有一個泵站；臨時支護裝置采用機械化全液壓技術，其支護范圍不能超過機械化有效范圍。并且臨時支護裝置方便安裝和拆卸。穩定無故障工作時間要大于3 h。

2 機載超前支護工藝

機載臨時支撐裝置在掘進機工作時可以收縮到切割機齒輪箱的后部，不影響掘進機的正常操作。當掘進機掘進深度達到兩個錨桿的長度時，就需要進行超前支護，此時掘進機需停止掘進工作，返回兩個錨排。當掘進機停靠穩定后，將掘進用的切割頭由懸空狀態變為落地狀態，通過操控機載臨時支撐裝置的控制按鈕，使收縮在切割機齒輪箱后的支撐裝置翻轉到切割頭的頂部。除了機載臨時支撐裝置外，還通過梁和錨桿對巷道進行永久支護。臨時支護和永久支護相互配合可以有效預防巷道頂板垮落傷人事故的發生，保證巷道內人員的人身安全。

利用機載臨時支撐裝置，通過螺栓鉆機在巷道頂部實現永久支撐，這會減少井下工人高處作業的頻次，操作簡單安全，并且對原有的支護水平起到了加強的作用。將機載臨時支撐裝置再次收縮到切割機齒輪箱的后部，掘進機進入下一個開采循環。

2.1 操作工序

利用掘進機前探梁進行支護工序如下：

1）在進行臨時支護前，掘進機在巷道中間停靠，并把掘進機機頭停落在地上，通過工作臺上的二聯閥，控制小車滑行，小車的目標位置在最前端，打開主管路球閥、七聯閥，關閉主管路球閥、二聯閥，通過操控七聯閥使前梁到規定的位置，在通過操控操縱閥，來調控巷道斷面與前梁伸縮棚之間的距離。

2）通過千斤頂使得前梁與巷道地平面保持平行。讓前梁和側護幫保持必要的角度，最后讓巷道側護幫回到規定的位置。

3）井下工人在前梁位置上敷設鋼帶和菱形網，工作完成后工人離開前梁工作位置。

4）通過前梁千斤頂和調幅千斤頂抬起吊臂，前梁位置的千斤頂在回縮過程中應該與巷道頂棚的位置保持平行，當前梁和巷道頂棚的距離很小在150～200 mm之間時，對鋼帶和菱形網的位置進行一定的調整，通過吊臂的作用，讓前梁和巷道的頂部相連接。連接側護幫與巷道頂棚，巷道前斷面用前護幫進行保護，經核查無誤后對巷道進行錨固。

5）對巷道進行錨固后，前護幫收縮到原來的位置，并且在回縮過程中前護幫與前梁之間的平行位置關系應保持不變。然后對側護幫、前梁護頂板進行回縮、把吊臂下降到指定位置，伸出前梁位置處的千斤頂，保證前梁、吊臂和掘進機三者位置平行，上述工作完成后，把吊臂和小車上的千斤頂回縮到位。

6）掘進機在進行掘進工作時，通過千斤頂對吊臂位置調整，使其始終對準巷道中心。

2.2 技術改進

在前探梁進行支護的過程會存在如下問題：掩護板的位置需要固定不變，這會阻礙錨桿之間的距離變化；煤層頂板的傾角變化較大時，前探梁對其適應能力比較差。

為改善機載臨時支架存在的缺點，進行了相應的技術改造：把裝置上的平蓋梁改為兩個縱梁結構，兩個獨立的縱梁結構有一定的活動空間。進行技術改造后的支護方式應用范圍更加廣泛，對堅硬的煤層頂板也同樣適用，同時解決了孔間距固定不變造成支撐困難的問題。

3 前探梁支護技術現場應用效果分析

用前探梁進行支護，大大提高了掘進工作面的機械化水平；增強掘進工作面的效率；降低井下礦工的勞動強度。具體應用效果如下：

1）前探梁不僅可以用于掘進工作面臨時支護，提高掘進過程中的安全性，還可以起到支撐頂棚防止頂棚倒塌的作用。

2）前探梁在掘進工作面的使用，有效地降低了頂板垮落事故的發生，提高了掘進工作面的安全性，并且保證了巷道質量問題。

3）在巷道后期維護過程中，前探梁可以有效地預防巷道頂板冒頂事故的發生。前探梁使得巷道頂板空頂時間大大降低，再次保證井下工人處于安全環境下進行操作。

4 結論

1）改進后的機載臨時支撐裝置使用機械化的液壓支撐技術，安全性強，機械程度高，并且操作簡單，降低工人的強度。

2）整體頂板會對空頂區域實現有效支撐，防止操作人員進入未支護的空頂區，保證掘進過程中人員的安全。

3）改進后的ZZJ-10/21機載臨時支撐裝置對井下復雜環境的適應力增強，提高了綜合掘進過程中安全性，還能縮短支護時間，提高掘進效率。