機掘巷道連掘、連支配套技術應用

王清峰 李善飛 郭漢青

摘要：隨著裝備水平的提升，綜掘機械化得到較大的推廣應用，加上后配套運輸系統逐步完善及機載臨時支護裝置的普及，使綜掘機得到了充分的發揮，促進了綜合單進水平的提高，但是掘進、支護、運輸不能平行作業成為制約機掘巷道單進水平提升的瓶頸，翟鎮煤礦自主研發連體自移超前支架與綜掘機配套施工，實現掘進→無支護→臨時超前支護→永久性支護的連掘連支銜接過渡，實現真正意義上掘錨支平行作業一體化。

關鍵詞：連掘連支;掘錨支一體化;平行作業;本質安全

翟鎮煤礦根據綜掘機使用歷程中經驗及通過理論分析和模擬分析總結出巷道掘進中臨時支護最佳時間、臨時支護載荷及永久支護載荷數據值，主要從綜掘機割煤、打眼、錨桿安裝、錨固、支護配套一體化上人手，進行優化、創新、突破，發明設計了連體自移超前支架與綜掘機配套施工，實現掘進→無支護→臨時超前支護→永久性支護的連掘連支銜接過渡，即實現綜掘機連續割煤、支架后連續支護并行作業;研發了全封閉式橋式皮帶、紅外線限位斷電裝置及綜掘機或支架泵站資源配套的打眼機具，解決支護與“破、裝、運”不配套、無法平行作業的矛盾。

一、連體自移超前支架

連體自移超前支架主要針對傳統巷道掘進技術中支護設備和支護方法上存在的局限性，研制和開發的新型支護方式以取代傳統支護方式，實現巷道掘進作業機械化自動支護、整體式式掩護以及提高勞動效率、減輕勞動強度和提高安全性的主要支護設備〔1〕。連體自移超前支架對頂板適應性強，加大了支護面積，達到巷道掘進安全支護自動化的目標，是實現快速掘進和安全生產的重要設備。連體自移超前支架主要技術特征：

（1）支架采用手動操作，全液壓控制，支架前部支護空間滿足采掘設備掘進作業要求，滿足掘進巷道鋪網和固定錨桿作業要求。

（2）支架和綜掘機相互配套，交替互移，實現機械化支護。

（3）支架主要前頂梁、后頂梁、伸縮梁、挑梁、聯動梁掩護梁、四連桿機構、底座等鉸接聯接，山立柱、調架千斤、頂推移千斤頂及支架液壓控制系統等完成支架的各種動作，完成巷道掘進安全支護自動化。

（4）支架所有動作均采用液壓控制，操作方便，省時省力。

根據翟鎮煤礦半煤巖巷道掘進狀況，設計了ZJC4600/20/32型連體自移超前支架，該支架為分體式支架，由3組4.5米自移超前支架和1組2.5米后維護支架組成，如圖3-3所示，整組長度18.1米，展開后長度最大24.6米。后維護支架主要起到上坡施工防倒及利于永久支護。自移超前支架通過前部和后部這樣的分體結構實現自移，其過程是，當支架進行臨時支護時，后部以前部為支撐體，由前部拉動后部移動步距，而后部則推動前部移動步距，前后部互為支點。其結構主要由金屬結構件和液壓元件系統組成。金屬結構件主要包括頂梁、中間伸縮梁、掩護梁、前連桿、后連桿、底座、順梁、橫梁等;液壓元件主要包括立柱、各種千斤頂、液壓控制元件（單向閥、安全閥等）、液壓輔助元件（膠管、彎頭、三通等）等。

二、“主動支護+輔助支護”聯合臨時支護理念

11105W運輸巷及11106E軌道巷頂板采用全裸露在支架后一次性托放鋼帶及頂網，因前探臂長度1.5米，一般移機一次對頂板反復沖擊頂板6-7次，不利于頂板支護;加上綜掘機長度，整體有10-18巖石自重壓在支架上，安全系數較低;

礦提出“主動支護+輔助支護”聯合臨時支護模式，即迎頭破巖后在支架掩護下第一排頂板自左肩窩第一根錨桿開始間隔一根錨桿打設一根錨桿打設3根錨桿壓網、第二排自右肩窩第一根錨桿開始間隔一根錨桿打設一根錨桿打設3根錨桿壓網作為區段主動支護，再在超前支架輔助支護，確保整個懸空頂板穩定性，杜絕離層現象。

通過現場利用頂板離層在線監測系統進行觀測，打設兩根錨桿在支架雙重維護下放置10小時，頂板下沉50-100mm;打設三根錨桿在支架雙重維護下放置10小時，頂板下沉10-25mm;打設三根錨桿在支架雙重維護下放置6小時，頂板無下沉及離層跡象。

三、全封閉式橋式皮帶

主要存在隱患：一是橋式皮帶為鏤空的皮帶運行時存在撒矸傷人現象;二是橋式皮帶機尾與主運皮帶機尾搭接，綜掘機因切割需要需前后及左右調機移動，橋式皮帶易發生掉道傷人現象。

將橋式皮帶全部進行封閉，同時將單軌吊梁與支護錨桿進行吊掛，加工占用吊掛裝置2-3道與單軌吊機車專用滑動輪連接，讓全封閉式橋式皮帶在單軌吊梁上自動滑行，不但杜絕了皮帶運行時存在撒矸現象，而且有效杜絕了掉道現象。

四、紅外線限位斷電裝置

綜掘機在掘進過程中需要反復前進、后退調整施工狀態，雖然在支架設計中已預留2-3米空間，但是綜掘機后退時機后無人看守，即使看守由于綜掘機開動及皮帶運行噪聲較大，無法與綜掘機司機及時聯系，容易造成綜掘機碰人事故，不利于綜掘機連續切割與架后連續支護平行作業。

礦利用紅外線與光感傳感器配合，研發紅外線限位斷電器，紅外線限位斷電裝置直接安裝在施工地點以里，當綜掘機后退到紅外線限位裝置處，綜掘機后退功能失效，致使綜掘機無法后退，為了避免綜掘機司機在上山或退機速度快原因，紅外線限位斷電裝置安裝在施工地點以里1-2米位置。

工作原理：將光感傳感器與綜掘機后退液壓油管上安裝的溢流閥連接，綜掘機送電后將光感傳感器開關打開，光感傳感器能接收到紅外線光線時綜掘機可以正常后退、前進，且不影響其正常動作;當光感傳感器無法接收到紅外線光線時后退油管上的溢流閥自動關閉，使后退油管內無液壓油，致使后退操作閥操作失效，有效避免前后聯系不暢通現象，為實現迎頭綜掘機連續掘進與支架后永久支護平行作業奠定基礎。

五、經濟效益

1、提出了機掘工作面“主動支護+輔助支護”聯合臨時支護理念，相比被動受壓的支護方式，提高了巷道掘進中的安全和效率，為臨時支護設備的研發提供了依據。

2、研發機掘工作面綜掘機與連體自移超前支架配套模式，打破傳統掘進施工模式，實現掘、錨、支平行作業一體化，提高了綜掘綜合單進及工作效率，單進由12年335米提高到543米，提高208米，年節省8個月進300米綜掘隊。

3、發明設計連體自移超前支架，3組4.5米自移超前支架和1組2.5米后維護支架組成，每組橫梁上安裝兩組前探臂及架間安裝雙向伸縮油缸，加大移機步距，并保證在支架全部展開工作狀態下人員始終處在支架掩護下;實現了無空頂化施工，增加了施工人員在臨時支護下的安全性。

4、研發全封閉橋式皮帶、紅外線限位斷電裝置，解決支護與“破裝運”不配套、無法平行作業的矛盾，實現真正意義上掘錨支平行作業一體化。

5、通過配套模式研究與應用，不但提高了臨時支護的安全程度，而且達到了減人提效，高掘高效的目的。

六、結論

掘、支、運是掘進過程中基礎工序，如何實現三者合理的兼容或平行作業，成為制約實現掘錨支一體化的瓶頸;翟鎮煤礦通過論證巷道開挖后應力分布規律及頂板離層時空關系〔2〕，得出最佳臨時支護時間，研發連體自移式超前支架與綜掘機配套施工，實現迎頭連續掘進、架后連續永久支護平行作業，實現機掘巷道單進水平質的飛越，為掘錨支一體化技術拓展了思路。

參考文獻：

[1]杜長龍 多功能巷道臨時支架 《江蘇煤炭》 1993年

[2]蔡美峰 巖石力學與工程 北京：科學出版社 2002年

作者簡介：

王清峰（1983.1-），男，山東泰安人，本科學歷，畢業于山東科技大學采礦工程專業，長期從事煤礦生產管理工作，現在任新汶礦業集團公司翟鎮煤礦副總工程師。