掘進工作面臨時支護技術研究及應用

李 波

（山西宏廈第一建設有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

在礦井煤巷掘進過程中，臨時支護技術的應用，可有效避免頂板發生變形和沉降離層，確保永久支護施工順利進行，故在巷道掘進工作中，必須要采取合理的臨時支護。煤礦資源主要集中在地質復雜環境下，隨著開采深度的增加，煤礦分布范圍和數量呈直線上升趨勢，且地質條件表現得更為復雜，煤巷圍巖破壞強烈、圍巖變形和穩定性差，故為了確保施工的安全性，必須要使用大量的臨時支護，確保施工安全，而傳統的帶帽頂柱、懸吊式鋼管、內注式單體液壓支護技術很難全面保障掘進工作的安全，故需要借助先進技術設備，利用當下最先進的掘進機機載臨時支護裝置，可大幅度提升臨時支護效果，保障掘進工作面的安全，同時還能提升掘進工作效率[1]。

1 工作面臨時支護技術

臨時支護是相對永久支護提出的一種重要支護方式，是在煤巷開挖后，永久支護前，使用頂板加以防護，提高圍巖自支撐能力，防止在后續施工過程中發生頂板離層以及開挖擾動導致冒頂事故。臨時支護的作用是暫時的，安全保護空頂作業人員。通常情況下巷道開挖后，都需要及時進行臨時支護，因為永久支護耗時長、要求高，直接進行永久支護很容易引發圍巖破壞，造成嚴重的安全事故，對永久支護來說還會增加支護費用，降低永久支護的可靠性[2]。所以在永久支護前，為了減少冒頂事故的發生，必須要根據實際情況，采取有效的措施，在掘進工作面進行臨時支護，常見的臨時支護技術有掘錨一體機支護、移動式支架支護、架棚機支護和前探梁臨時支護。

2 掘進工作面臨時支護技術的應用

2.1 掘錨機組臨時支護

掘錨機組是一種新型掘進一體化設備，是在懸臂式掘進機和連續采煤機的基礎上演變而來，主要用于高效、高產礦井煤巷掘進中。掘錨機組是集快速掘進、護盾防護、超前鉆探與疏放、同步錨護等各種功能于一體的多功能煤礦巷道快速掘進裝置，其特點有一次成型大截割面，適用全巖巷、半煤巖巷、煤巷，振動小、大機重、穩定高、結構緊湊，滿足大、中型巷道[3]。掘錨機組最大的優勢在于將臨時支護裝置和掘進有效整合起來，具體裝置有臨時護頂裝置、兩臺側幫錨桿鉆機和四臺頂板錨桿鉆機，這種設備可大大減少支護工藝和掘進之間的切換時間。

掘錨機組只適用較大斷面巷道，且只能掘進矩形斷面巷道，因為掘錨機組整體寬度較大，對頂板和底板要求較高，若頂板易破碎或者松軟也不能使用掘錨機組。另外掘錨機組受到采掘技術和配套設備的影響，導致臨時支護工藝復雜，很難實現自動化快速支護。

2.2 懸臂式掘進機機載臨時支護

懸臂式掘進機機載臨時支護裝置是在懸臂式掘進機的基礎上，將掘進機和臨時支護系統有效集成在一起，在各個煤礦開采中都比較常見，其中有兩種形式，一種是臨時支護裝置在掘進機機身上部（如圖1所示），利用軌道的方式將臨時支護裝置移動到機頭位置，實現實時掘進和臨時支護的目的；另一種臨時支護裝置是直接安裝在切割部的正上方（如圖2所示），利用升降裝置實現臨時支護的目標。

圖1 機身機載臨時支護裝置

圖2 截割部機載臨時支護裝置

以上兩種臨時支護裝置都具有較好的支護效果，且滿足部分斷面形狀巷道掘進要求，在快速掘進的過程中，既能實現良好的支護效果，還能提高巷道支護強度和掘進工作面的安全，促使巷道掘進面工作效率大幅度提升，實現機械化巷道掘進的目的，并減少工作人員的勞動強度，增加了錨護時工作人員的安全性，實現了錨網的機械化鋪架[4]。

截割部機載臨時支護裝置的類型有很多，具體包括多用途錨網鋼帶型臨時支護、工字鋼型臨時支護、U型棚型臨時支護，不同臨時支護類型有不同的用途。無論是哪種支護形式都能從根本上改變傳統支護形式，且操作簡單方便，大大降低了工人勞動強度。

截割部機載臨時支護裝置的主要技術參數主要包括以下方面：適用巷道斷面為矩形、梯形；適用巷道尺寸為巷道凈高≥2.2 m，巷道凈寬≥3.0 m范圍之內的系列產品；支護面積為3.24～9.4 m2；支護超出炮頭的距離為0.6～2 m；頂架橫向傾斜角為-20°～+20°；頂架前后傾斜角為0°～120°

懸臂式掘進機機載臨時支護裝置并非是完美的，相比而言存在一定問題，比如臨時支護裝置安置在截割部位的正上方，會影響到整個掘進機的工作性能，同時還會影響到截割視線。懸臂式掘進機本身體積不大，機載臨時支護面積最大為9.4 m2，有效支護空間較小，且只能支護巷道斷面的正上方位置，對巷道斷面形狀局限性影響較大，無法實現全斷面支護掘進巷道[5]。懸臂式掘進機的動力來源是液壓泵，額定壓力為16 MPa，額定流量為50 L/min。可見在巷道掘進面掘進過程中，掘進機必須要始終處于開機狀態，如果臨時支護的工作機構和掘進機的工作機構互鎖不可靠，那么在掘進過程中，就會因人員操作不當而引發安全事故。

2.3 可伸縮支柱加托梁式臨時支護

在大中型煤礦掘進開采中，支護加托梁式臨時支護方式比較少見，隨著技術人員不斷研究，對傳統支柱加托梁式臨時支柱裝置進行優化和完善。如今已經研發出可伸縮式支柱加托梁式臨時支護裝置（如圖3所示），該臨時支護裝置具有方便快捷運輸特點，可有效避免重復支護，同時支護面積大，輔助作業時間短，工人勞動強度較小，可有效保障礦井掘進工作面的生產安全問題，因此在小型礦井中得到廣泛的應用，并有效解決了掘進工作錨速和掘進速度失衡等問題，實現了永久支護作業安全的問題[6]。

2.4 前探梁架棚臨時支護

在大中型礦井中，前探梁架棚臨時支護裝置比較少見，前探梁架棚（如圖4所示）結構簡單，主要由木板、前探梁鋼管、吊環、吊梁卡等主要結構組成，前探梁架棚主要依靠迎頭巖壁預留孔支撐、迎頭支護錨桿上的吊環懸吊懸起，在永久梯子梁的上放搭鋪絞頂木板，在絞頂木板上方安置臨時護幫裝置，可有效防止迎頭空頂區頂板意外掉落[7]。但是前探梁臨時支護存在承載力小、支護面積小、鋪網作業安全性差等問題，故應用領域較小[8]。

圖3 可伸縮支柱加托梁式臨時支護裝置

圖4 前探梁臨時支護示意圖

3 結語

掘進機機載式臨時支護裝置的應用可大大提高臨時支護強度和安全性，減輕工人勞動強度，滿足快速掘進、安全高產的需求，對我國煤礦生產具有重要意義。