綜掘機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置在紅柳林煤礦的應(yīng)用

郭奮超，常波峰

(陜煤紅柳林礦業(yè)公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

采掘失調(diào)、接續(xù)緊張一直以來是制約礦井安全生產(chǎn)的一項(xiàng)技術(shù)難題。由于井下采掘作業(yè)時(shí)常面對(duì)巷道臨時(shí)支護(hù)，傳統(tǒng)的臨時(shí)支護(hù)機(jī)械化程度低，施工過程中耗費(fèi)大量的人力，制約了巷道掘進(jìn)效率，同時(shí)存在安全隱患，與打造現(xiàn)代智能機(jī)械化高產(chǎn)高效礦井的理念背道而馳。為實(shí)現(xiàn)煤礦安全高產(chǎn)高效運(yùn)行，紅柳林煤礦北二盤區(qū)3-1煤回風(fēng)巷煤巷掘進(jìn)工作面在EBZ-200H綜掘機(jī)上安裝了相配套的ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置，與吊環(huán)串前探梁臨時(shí)支護(hù)方式相比，取得了良好的臨時(shí)支護(hù)效果。本文對(duì)ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置在紅柳林煤礦的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 綜掘機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)技術(shù)

1.1 巷道掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展

目前，井下采掘作業(yè)時(shí)一般選用液壓單體支柱配合橫梁和吊環(huán)串前探梁兩類臨時(shí)支護(hù)形式，這兩類臨時(shí)支護(hù)形式存在著對(duì)頂板的初撐力小、支護(hù)范圍小、操作過程復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、臨時(shí)支護(hù)速度慢、易發(fā)生安全事故等不足。隨著巷道掘進(jìn)工藝的不斷改進(jìn)，采用這些臨時(shí)支護(hù)形式加劇了采掘失調(diào)、接續(xù)工作面緊張的狀況，已經(jīng)不能滿足高產(chǎn)、高效礦井的建設(shè)需要。為解決掘進(jìn)迎頭現(xiàn)有臨時(shí)支護(hù)存在的安全和效率問題，研發(fā)了綜掘機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)，較好地解決了目前臨時(shí)支護(hù)方式存在的不足。該機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)協(xié)同綜掘機(jī)推進(jìn)作業(yè)，臨時(shí)支撐力較強(qiáng)，防護(hù)空間大，易操作，節(jié)約臨時(shí)支護(hù)時(shí)間，大幅度提升了臨時(shí)支護(hù)的效率，加快了掘、支、錨速度，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)迎頭機(jī)械化超前臨時(shí)支護(hù)操作，保證了安全高效施工。

1.2 ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置

ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)與一般的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)有明顯不同，主要由主架(包含站套、站管、50油缸)、內(nèi)置雙向液壓鎖(100油缸、80油缸)、頂梁架、液壓油管路、十字頭、銷軸等連接器和控制閥構(gòu)成，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)完全利用液壓控制系統(tǒng)，借助綜掘機(jī)主泵站給油，與綜掘機(jī)融為一體，起到了協(xié)同綜掘機(jī)切削煤巖時(shí)的臨時(shí)支護(hù)作用。

圖1 ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置

1.3 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)工作原理及工藝流程

1.3.1 機(jī)載臨時(shí)支護(hù)工作原理

綜掘機(jī)械化配套一體化裝備主要包括綜掘機(jī)、機(jī)載臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)和梭車等。其中機(jī)載臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)位于掘進(jìn)機(jī)截割部上，動(dòng)力來源于綜掘機(jī)自身的液壓動(dòng)力泵站系統(tǒng)。安裝時(shí)首先卸下綜掘機(jī)本體截割臂升降油缸的前軸裝置(更換安設(shè)機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置)，在截割臂兩側(cè)分別裝上主架和主架油缸，然后再在主架上安裝頂梁架，最后將油缸管路連通。工作時(shí)，通過綜掘機(jī)的油泵提供動(dòng)力，借助操作閥連接支護(hù)結(jié)構(gòu)的油路。通過專用控制手柄向前推動(dòng)升起支護(hù)主架和頂梁架，調(diào)整支護(hù)面積。主架再升高，直到升緊支撐住頂板，支護(hù)人員便可在臨時(shí)支護(hù)空間內(nèi)安設(shè)錨桿作業(yè)，安設(shè)完畢之后，支護(hù)人員撤出，操控手柄將主架和頂梁架降落，支護(hù)油路回歸原位，便可循環(huán)進(jìn)入截割掘進(jìn)、頂板臨時(shí)支護(hù)、錨桿支設(shè)交替作業(yè)。

1.3.2 工藝流程

(1) 綜掘機(jī)割煤到適合的支護(hù)間距后，將綜掘機(jī)向后撤割煤步距，并將截割頭落地，及時(shí)處理頂幫的松動(dòng)煤巖。

(2) 打開控制機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置油路的操作閥，關(guān)閉另一個(gè)供油路，控制各支撐油缸依次啟動(dòng)，將頂梁架運(yùn)行到截割頭上前方。

(3) 支護(hù)工將網(wǎng)片平鋪在支護(hù)頂架上，依靠頂架上的磁力吸附固定牢靠后，支護(hù)工撤至綜掘機(jī)后方安全區(qū)。

(4) 僅保留專職司機(jī)操作綜掘機(jī)及臨時(shí)支護(hù)裝置，繼續(xù)操作控制閥操控機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置的控制手柄，向前推動(dòng)支護(hù)主架和頂梁架，當(dāng)頂梁升至距頂板200 mm～300 mm時(shí)，及時(shí)調(diào)整網(wǎng)片以符合聯(lián)網(wǎng)要求。

(5) 操作控制閥，將頂梁升高至網(wǎng)片緊壓到巷道頂板停止，綜掘機(jī)及時(shí)停電閉鎖。

(6) 支護(hù)人員進(jìn)入臨時(shí)支護(hù)空間內(nèi)進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，支護(hù)施工完畢后，及時(shí)撤出支護(hù)施工人員，專職司機(jī)操作控制手柄，將主架降到最低點(diǎn)，然后將支護(hù)頂梁架降到原始位置，關(guān)閉操作閥上支護(hù)的油路，臨時(shí)支護(hù)裝置停止運(yùn)行。開啟綜掘機(jī)油路，進(jìn)行下一循環(huán)割煤、臨時(shí)支護(hù)、錨桿支設(shè)作業(yè)。

2 ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置工程應(yīng)用及效果分析

北二盤區(qū)3-1煤回風(fēng)巷位于北二盤區(qū)南端，設(shè)計(jì)長度為2 527 m，巷道服務(wù)年限為永久。煤層平均厚度約2.7 m，屬中厚煤層，厚度較穩(wěn)定，構(gòu)造簡單。煤層頂板以細(xì)砂巖為主，部分為泥巖，呈薄狀，節(jié)理發(fā)育，成松散狀，底板以粉粒砂巖為主。掘進(jìn)期間有部分區(qū)域裂隙水從頂板兩幫流出。3-1煤回風(fēng)巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，設(shè)計(jì)斷面尺寸為5 600 mm×3 100 mm，凈斷面尺寸為5 400 mm×2 850 mm，巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。巷道頂部選擇Φ20 mm×2 600 mm錨桿，巷道幫部選擇Φ18 mm×1 600mm錨桿，均為左旋螺紋鋼錨桿。錨索公稱直徑為17.8 mm，預(yù)緊力≥200 kN，極限拉斷力不小于279 kN，延伸率為3.5%，長度為7 300 mm。巷道頂部錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm，每排6根；錨索間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排2根；巷道幫部錨桿間排距為1 500 mm×1 000 mm，每排4根。施工時(shí)選用EBZ-200H型綜掘機(jī)與ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置相配套協(xié)同掘支作業(yè)。

自2019年10月份以來，北二盤區(qū)3-1煤回風(fēng)巷綜掘巷道選用機(jī)載臨時(shí)支護(hù)裝置后，通過多次考察試驗(yàn)，ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)技術(shù)相比以往傳統(tǒng)的臨時(shí)支護(hù)形式，極大地提升了煤巷采掘、支護(hù)作業(yè)速度，提供了足夠安全的支護(hù)作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化運(yùn)行。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1) 安全可靠性高。機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置能夠切實(shí)有效地施加主動(dòng)初撐力，支護(hù)能力可達(dá)1.5 t，主動(dòng)控制圍巖穩(wěn)定，控頂面積達(dá)到2 m×3.4 m，能夠?qū)崿F(xiàn)多排施工，可提供安全的空頂支護(hù)空間和足夠安全的支護(hù)作業(yè)環(huán)境。

(2) 加快掘進(jìn)效率。先選用吊環(huán)串前探梁臨時(shí)支護(hù)方式時(shí)，日合計(jì)掘進(jìn)進(jìn)尺8 m，月進(jìn)尺200 m；而采用機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，日合計(jì)掘進(jìn)進(jìn)尺12 m，月總計(jì)進(jìn)尺可達(dá)300 m，相比于前者掘進(jìn)進(jìn)尺提高了33%，提高了掘進(jìn)效率，初步可實(shí)現(xiàn)采掘作業(yè)的正常接續(xù)。

(3) 操作便捷、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。用吊環(huán)串前探梁臨時(shí)支護(hù)方式，機(jī)械化程度低，耗時(shí)耗力。選用機(jī)載臨時(shí)支護(hù)技術(shù)之后，采用按鈕、手柄電液系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)伸縮折疊、支撐面積調(diào)整、上下調(diào)節(jié)、傾斜角度調(diào)整，明顯降低了人工體力勞動(dòng)的作業(yè)強(qiáng)度。

(4) 優(yōu)化施工工序。該裝置具備托網(wǎng)性能，可一次同步鋪3排網(wǎng)，與前探梁在施工過程中備頂不實(shí)、且每次上網(wǎng)都需從前探梁與頂板間隙穿網(wǎng)相比，避免了人員登高操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。按照3 m循環(huán)進(jìn)度，支設(shè)頂部錨桿期間，作業(yè)工序由鋪第一排網(wǎng)—支護(hù)第一排、鋪第二排網(wǎng)—支護(hù)第二排、鋪第三排網(wǎng)—支護(hù)第三排，重復(fù)3道工序變?yōu)榧幸淮武伨W(wǎng)(6張)—集中一次支護(hù)3排。縮短了上網(wǎng)、連網(wǎng)時(shí)間，優(yōu)化了工序，平均每3 m循環(huán)減少了支護(hù)用時(shí)約50 min。

3 結(jié)語

ZLJ-20機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)裝置在紅柳林煤礦北二盤區(qū)3-1煤回風(fēng)巷煤巷掘進(jìn)的應(yīng)用，工作方式靈活，簡化了工藝流程，提高了錨護(hù)工作時(shí)工作環(huán)境的安全性，加快了巷道的掘錨速度，降低了工人體力勞動(dòng)，初步取得了較好的應(yīng)用效果。目前，此套裝置在陜北礦業(yè)紅柳林公司的其他掘進(jìn)工作面逐步推廣應(yīng)用。機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)作為臨時(shí)支護(hù)的一個(gè)重要研究課題，給礦井生產(chǎn)帶來了極大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，對(duì)礦井的安全高效掘進(jìn)有著深遠(yuǎn)的影響。