優化綜合機械化掘進臨時支護工藝研究

＊王建春

（晉能控股煤業集團晉圣公司億欣煤業 山西 048006）

1.概述

億欣煤業目前綜掘面的配套設備實現了皮帶機集中控制，綜掘作業實現了機械化生產。但是，綜掘迎頭臨時支護現在仍然采用φ89mm的吊環配合3條φ50mm鋼管和錨桿進行支護，此方式存在工效低、拆裝繁瑣等缺陷，已很難適應機械化掘進及高效掘進需求，與目前我國所倡導的綜掘工作面高產高效工藝相違背。因此，研發一種能夠提高生產效益，保證礦井安全高效生產的工藝裝置是擺在億欣煤業技術人員面前亟需解決的生產難題。

2.礦井概況

億欣煤業批準開采2號、15號煤層，核準生產能力3.0Mt/a，現開采15號煤層。礦井最大絕對瓦斯涌出量9.68m3/min，最大相對瓦斯涌出量3.83m3/t，為低瓦斯礦井。現采用一次采全高放頂煤開采采煤工藝，掘進面采用EBZ-160S型掘進機、裝煤矸，DSJ-80型膠帶輸送機或SGB-40T型刮板輸送機運煤矸。采用CMM2-15型錨桿液壓鉆車進行永久支護或采用YT28氣腿式風動鑿巖機或ZQS-50/1.6S型氣動錨桿機施工兩幫錨桿孔，ZQS-50/1.6S型氣動錨桿機安裝幫錨桿；采用YT28氣腿式風動鑿巖機或MQT—130/2.8型氣動錨桿機打頂部錨桿、錨索眼，MQT130/2.8型風動錨桿鉆機安裝頂部錨桿、錨索。

(1)錨桿鉆車臨時支護形式

巷道臨時支護優先采用錨桿液壓鉆車臨時支護，在錨桿鉆車臨時支護故障或不能使用時，使用掘進機托梁器托板梁配單體柱作為臨時支護。通過錨桿鉆車前部支撐的油缸升起支撐架托住鋼帶、金屬網，支撐架緊托頂板進行臨時支護。

(2)錨桿鉆車臨時支護架設方法

巷道切割成型后，退出機組，保證機組行人側距幫不小于1.6m滿足鉆車通過要求，并保證鉆機開進人員能夠在永久支護下上網，然后將機組截割頭落地、停機閉鎖機組，隔離開關打到零位、閉鎖掛停電牌，有經驗的工人進入工作面永久支護下敲幫問頂打掉活矸（敲幫問頂時割煤司機負責觀山），確認頂幫安全。啟動錨桿鉆車進入工作面，進行調機，兩人在鉆車后安全位置側協助拖電纜，將鉆車停在工作面中部的永久支護下，司機停機，離開操作臺時將操作臺上鎖。確認頂幫安全后，錨桿鉆車司機將錨桿鉆車兩臂、踏板向兩側展開，除鉆車司機外，上網時左右踏板各1-2人上網，抬網人員將鋼帶、網片依次抬入工作面（機組前方空間滿足鉆車開進工作面鉆車前方人員上網，需要時可先將鋼帶、網抬進工作面，然后錨桿鉆車開進工作面后，錨桿鉆車前方抬網人員將網抬起配合鉆車上的臨時支護人員將網放在錨桿鉆車臨時支護上），并協助鉆車的上網人員將網放在錨桿鉆車臨時支護架上，隨后將迎頭護網掛至頂網上，然后抬網人員退出工作面，到錨桿鉆車3m以外安全地點。

(3)掘進機托梁器托板梁配合單體柱臨時支護

EBZ-160S型掘進機托梁器裝置采用φ20mm的螺絲固定在掘進機炮頭減速器上，托梁器前端采用加寬槽鋼，長600mm，寬300mm，呈可折疊式，用φ20mm的螺絲固定，折疊段采用槽鋼加工，長800mm，當掘進機割完煤時，將托梁器打開，托梁器前端支撐在炮頭上，人工將板梁、網及鋼帶放置在托梁器前端，然后啟動掘進機開至合適位置，升起炮頭，將板梁、網與頂板接實，然后人工將單體柱扛至臨時支護下，升起單體柱與板梁用麻繩或鐵絲捆綁好，降下炮頭，確認牢固后在板梁中部打起第三根單體柱，然后重復以上過程進行架設第二架臨時支護。單體柱要拴可靠防倒繩與板梁聯結牢固，成為完整的臨時支護。抬單體柱人員負責單體柱的架設，柱要豎到實底上，升柱時四人協調配合緩慢進行，一人扶好柱，一人升柱，另兩人在升柱時扶好板梁兩端，并拴可靠防倒繩。臨時支護架設完成合格后，方可進行永久支護。若頂板不平整或落差較大時，將臨時支護的板梁更換成道木（板料）。

3.掘進機支護裝置

(1)工作原理

掘進機機載超前支護裝置是在原綜掘機基礎上進行了部分機體改造，該改造是在液壓系統上增添了換向閥、分流閥和集流閥，以控制油缸的升降伸縮，達到控制掘進機液壓系統，實現掘進機與超前支護的分離工作。根據巷道的實際情況，來確定頂架的支護面積。整體結構圖如圖1所示。

圖1 零位狀態時的機載超前支護裝置示意圖

(2)液壓原理

機載超前支護裝置工作所需動力由其自身所擁有的掘進機動力源提供，經機載超前支護液壓原件的兩位三通閥后分成兩個分路，一路直接供掘進機液壓源路；另一路經高壓過濾器進入多路換向閥，然后通過分流集流閥進入支撐油缸、折疊油缸、升降油缸、前伸油缸、側伸油缸，實現整個支護裝置的打開與工作如圖2所示。

圖2 液壓原理圖

支護作業時第一步：二位三通閥控制支護裝置的油路；第二步：二位三通閥切斷機器的供油管路；第三步：進入多路換向閥的油液給多路換向閥操作手柄供給動力源；第四步：油液經分流集流閥后流入支撐油缸和折疊油缸下腔。實現支護裝置的平穩打開。當支護打開到前傾30°左右時，推動前伸側伸油缸手柄，使支護頂架完全打開，實現頂架面積的最大化。最后推動伸縮油缸操作手柄，使伸縮油缸緩慢升起，保證頂架與巷道頂板穩定、安全的接合。支護作業時，回油分別經過支撐油缸、折疊油缸、提升油缸、前伸油缸和側伸油缸的上腔，通過高壓軟管和多路換向閥的回油通道返回掘進機油箱。當支護作業結束，分別配合多路換向閥手柄的操作：逆推手柄，使支撐缸、折疊缸、提升缸、前延伸缸、側延伸缸復原，支撐裝置緩慢下降，最后平穩地落在掘進機蓋板的頂部。

4.掘進機機載支護裝置系統組成

機載支護裝置主要由以下部分組成：

（1）掘進機轉臺上部安裝有四套氣缸和鋼板焊接連桿及頂架機構，三對連桿與兩個平行鉸接軸連接，形成提升支撐系統。機油由集成式挖掘機的原裝液壓泵站供應。液壓油通過增加一組收集閥來控制，以推動換向閥，使液壓油通過分流閥和收集閥進入雙向鎖和支撐油缸以及折疊油缸，使擱板頂部打開并上升。

（2）推動提升油缸以提升主機架。通過四組氣缸的協調控制，可將頂架和主機架調整到所需的高度和角度，達到所需的支撐力后停止，以確?？煽康闹瘟?。完成了綜采工作面正面的支撐。

（3）液壓缸內置液壓鎖，避免液壓缸在設備使用過程中因油管斷裂或失去動力源而釋放壓力，保證支撐穩定；當支撐裝置處于零位時，不應影響掘進機的正常工作和掘進機駕駛員的視力；支撐裝置的頂架上安裝有鋼帶定位磁鐵，使皮帶安全上升，保證排距的準確性。

對綜采挖掘機的液壓系統進行了改造。液壓系統通過增加一個收集閥、一個分流閥和一個換向閥來控制油缸的升降和收縮。安裝了一個二位三通閥來控制液壓系統，以確保超前支撐裝置工作。當時，只有綜采鏜床的泵電機運行，綜采鏜床的切割和輸送機的啟動受阻。根據巷道的實際情況，頂架的支護面積達到2.3m×3m、最小支撐力大于1.5T；支護裝置重量：1t。在截割頭落地狀態下，支護裝置應超出掘進機截割頭支護距離1m～1.5m之間，保證了安全生產。掘進機超前支護裝置的動力源是利用原綜掘機液壓回路進行改造，在對綜掘機液壓回路改造后不能降低綜掘機原系統壓力，保證綜掘機正常作業；掘進機超前支護裝置系統壓力根據EBH-120掘進機機身系統壓力進行設計，EBH-120掘進機機身系統壓力15.7MPa；并且流量控制在50L/min，快速完成超前支護。頂梁的升降油缸采用兩路控制閥分別控制，確保支護裝置適應頂板斜肩角度20°內工作。

利用了EBH-120型掘進機的前后軸連接，運用其自身泵站，配套ZLJ-2.5型掘進機機載超前支護裝置，實現掘進、支護的有機結合。依次拆下掘進機前后軸后，安裝折疊油缸、站套、頂架及液壓管閥連接，最后與掘進機油路連接。檢查各部位可靠安全連接后，即進行空載調試，檢查可動作的平穩及同步性，確準可行后，投入正常使用。

掘進機完成煤體的切割和裝煤操作后，降下切割頭，首先檢查支撐裝置各部件及管路是否完好，確認管路完好后即可操作二位三通閥，將液壓油切換至支撐裝置油路，然后由掘進機司機上下推主機架，油缸操作手柄使主機架上升到巷道頂板高度，鋼帶和鋼絲網壓到頂板上，達到一定的支撐力。然后在掘進機臨時支架的保護下對螺栓進行鉆孔和安全安裝。安裝錨網和錨后，首先將主機架降到底部位置，然后折疊頂部機架，直到將其壓在掘進機上。上述動作通過反向拉動多路換向閥的相應手柄來完成。支撐操作完成后，推動二位三通閥切換至掘進機挖掘所需的油路，繼續挖掘操作。

5.實驗分析

應用該裝置后，完成支護僅需8min就能夠將錨網和鋼帶或鋼梁一起完成支護，支護面積達到了2.3m×3m，最小支撐力大于1.5T；有效的控制了頂板，保證了安全。在人工使用上，以往需要人工拖網的工作模式被改變，降低了員工的勞動強度，減少了綜掘迎頭人員數量，節約了人工，因排距固定，提高了工程質量。采用掘進機機載超前支護裝置，減少了臨時支護時間，提高了掘進速度，增強了工人安全保障。原來的鋼管前探支護強度低，單體柱架棚工人勞動強度大，而采用機載臨時支護裝置后，作業工序相對簡單、快捷，且支護強度高，工人在思想上有了安全感，還大大縮短了操作時間，加快了掘進速度。杜絕了空頂作業，提高了工人作業安全系數；采用機載臨時支護裝置后，工人只需在永久支護下鋪設好金屬網、鋼帶，剩下的工作由機械操作來完成，杜絕了人員進入空頂作業的需要，從根本上保障了安全。

6.結論

針對目前的錨桿、錨網支護巷道生產機載超前支護裝置研制，開展了大量的實驗室研究工作，取得了設備研制的參數，研制了適合于煤礦使用的掘進機機載超前支護裝置，替代了竄管前探梁支護工藝和單體液壓柱架板梁支護工藝和技術，通過在現場進行工業性試驗，進一步完善了該技術和裝備，為現場提供了較為可靠的技術和設備。該裝置的現場試驗表明，總計跟蹤掘進進尺1500m，200多個工作日。

取代原有的鋼管前探支護和單柱棚支護技術，實現機械化錨固作業。它改變了以往需要人工支持上網的工作模式，降低了工人的勞動強度，消除了空頂區錨固作業的不安全隱患，保證了礦山的安全高效生產。