掘進(jìn)巷道臨時(shí)支護(hù)設(shè)備改造研究

趙柏竣

（汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032302）

引言

巷道是采煤工作面通風(fēng)、行人、煤炭運(yùn)輸?shù)戎饕ǖ溃锏谰蜻M(jìn)效率直接影響煤炭開采效率[1-2]。現(xiàn)階段礦井常用的巷道掘進(jìn)方式由炮掘、綜掘兩種方式。炮掘具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是掘進(jìn)效率不高、掘進(jìn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。綜掘可顯著提高巷道掘進(jìn)進(jìn)尺，但是由于破巖期間掘進(jìn)人員始終在巷道迎頭，需要強(qiáng)化掘進(jìn)迎頭臨時(shí)支護(hù)[3-5]。巷道掘進(jìn)期間難以避免會(huì)揭露各種地質(zhì)構(gòu)造，存在圍巖應(yīng)力集中、破碎等問題，如何做好臨時(shí)支護(hù)，成為巷道掘進(jìn)過程中需要重點(diǎn)解決的問題[6-8]。本文就以山西某礦31103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，針對(duì)巷道掘進(jìn)前方地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、迎頭頂板冒落風(fēng)險(xiǎn)較大問題，對(duì)現(xiàn)有的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備進(jìn)行改造，提高掘進(jìn)迎頭的臨時(shí)支護(hù)效果。

1 山西某礦31103 運(yùn)輸巷概況

山西某礦31103 運(yùn)輸巷位于3 采區(qū)，沿著11 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，11 號(hào)煤厚平均3.6 m，傾角5°～13°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、賦存較為穩(wěn)定。31103 運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)掘進(jìn)長度1405 m，巷道斷面直墻半圓拱形，掘高、掘?qū)挿謩e為3.5 m、4.3 m，采用錨網(wǎng)索方式支護(hù)圍巖。

根據(jù)已有地質(zhì)資料顯示，31103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)過程中會(huì)揭露7 條落差介于1.5～2.7 m 斷層，受斷層影響，局部位置存在煤巖破碎、支護(hù)困難等問題。巷道采用EBZ-200 綜掘機(jī)破巖，并通過綜掘機(jī)上前探梁進(jìn)行超前臨時(shí)支護(hù)，巷道臨時(shí)支護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 巷道臨時(shí)支護(hù)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

綜掘機(jī)原有的超前支護(hù)通過機(jī)載液壓前探梁實(shí)現(xiàn)，可對(duì)掘進(jìn)迎頭空頂范圍進(jìn)行支護(hù)，但是受到臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)限制，無法實(shí)現(xiàn)巷道肩窩、迎頭空幫區(qū)域的支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。由于臨時(shí)支護(hù)設(shè)備采用6 mm 厚鋼板加工而成，受到臨時(shí)支護(hù)設(shè)備工作方式以及受力等綜合影響，臨時(shí)支護(hù)設(shè)備護(hù)幫容易變形甚至斷裂。

2 超前臨時(shí)支護(hù)設(shè)備改造

2.1 臨時(shí)支架加固

為了提高超前臨時(shí)支護(hù)設(shè)備支護(hù)強(qiáng)度，將支架原本的厚度6 mm 側(cè)護(hù)幫更換為厚度10 mm、長度350 mm 的安裝座；在側(cè)護(hù)板上增加便于拆卸的側(cè)護(hù)板安裝設(shè)備，如圖2 所示。具體加固方法為：采用10 mm 鋼板加工制作卡板（規(guī)格150 mm×140 mm×55 mm），將插銷焊接到卡板上，在卡板上鉆孔，并采用2 根螺栓（M16 mm×120 mm）將卡板固定到原位置。超前支護(hù)設(shè)備四個(gè)插銷座均進(jìn)行改造，以提高臨時(shí)支護(hù)設(shè)備的強(qiáng)度。

圖2 超前支架加固改造示意圖

2.2 增設(shè)超前幫網(wǎng)及頂網(wǎng)

在綜掘機(jī)原有臨時(shí)支護(hù)設(shè)備基礎(chǔ)上增加布置超前幫網(wǎng)，并按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范、作業(yè)規(guī)程等對(duì)超前幫網(wǎng)進(jìn)行編制。在巷道圍巖永久支護(hù)下，臨時(shí)支護(hù)超前網(wǎng)包括有頂網(wǎng)和幫網(wǎng)。按照超前網(wǎng)鋪設(shè)方式以及鋪設(shè)位置對(duì)掘進(jìn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，避免掘進(jìn)機(jī)截割部接觸超前網(wǎng)。

2.3 超前探梁改造

在綜掘機(jī)原有超前探梁基礎(chǔ)上增設(shè)液壓前翻板，在采用超前探梁對(duì)空頂區(qū)域進(jìn)行支護(hù)時(shí)，將前翻板頂至掘進(jìn)迎頭并確保可靠防護(hù)。在前翻板上固定2 根可拆卸鋼管，以便實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭全斷面防護(hù)。前翻版與巷幫間距控制在500 mm 以內(nèi)，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整防護(hù)寬度。在迎頭兩幫各布置一組懸掛裝置，在懸掛裝置上布置2 根縱梁鋼管，鋼管間隔為1 m，上部鋼管布置在拱頂基線之上，下部鋼管與巷道底板間隔控制在1200 mm 以內(nèi)，懸掛裝置配超前網(wǎng)對(duì)掘進(jìn)迎頭空頂區(qū)域進(jìn)行全范圍支護(hù)。具體改造后的超前探梁結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 改造后的超前探梁結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在31103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)迎頭超前支護(hù)中采用超前網(wǎng)，并在超前探梁上增加安裝前翻板、護(hù)幫前探梁等對(duì)掘進(jìn)迎頭進(jìn)行支護(hù)，通過對(duì)迎頭空頂區(qū)進(jìn)行全覆蓋支護(hù)，提高了掘進(jìn)迎頭作業(yè)人員的安全系數(shù)。超前支護(hù)設(shè)備未再出現(xiàn)彎曲或者折斷等情況，掘進(jìn)迎頭圍巖的支護(hù)強(qiáng)度明顯增加。

對(duì)掘進(jìn)巷道超前支護(hù)設(shè)備改造后，當(dāng)掘進(jìn)迎頭位置出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等問題時(shí)，綜掘機(jī)前探梁、超前網(wǎng)以及液壓前翻板等綜合作用，可避免塊煤、矸石等傷及作業(yè)人員。在31103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，未出現(xiàn)掘進(jìn)迎頭臨時(shí)支護(hù)強(qiáng)度不足或者空頂?shù)纫鸬捻敯迕奥洹⒚罕谄瑤偷葐栴}。雖然臨時(shí)支護(hù)耗時(shí)較以往增加約10 min，但是卻明顯增加了掘進(jìn)迎頭臨時(shí)支護(hù)的安全保障能力。

4 結(jié)語

通過對(duì)掘進(jìn)巷道超前臨時(shí)支護(hù)設(shè)備進(jìn)行改造，增加超前支護(hù)裝置的強(qiáng)度，避免了在使用過程中出現(xiàn)超前臨時(shí)支護(hù)裝置彎曲或者折斷問題。支護(hù)強(qiáng)度提高，臨時(shí)支護(hù)裝置可緊貼巷道頂板。通過對(duì)綜掘機(jī)液壓前探梁上增設(shè)前翻板、超前網(wǎng)以及護(hù)幫超前梁等，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)迎頭空頂區(qū)域、巷幫全覆蓋臨時(shí)支護(hù)，不僅可提升掘進(jìn)迎頭支護(hù)強(qiáng)度，而且避免迎頭冒頂、片幫等對(duì)作業(yè)人員造成安全威脅。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，在31103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間未出現(xiàn)迎頭片幫、冒頂?shù)葌耸鹿剩倪M(jìn)后的臨時(shí)支護(hù)設(shè)備雖然在臨時(shí)支護(hù)時(shí)要增加10 min 時(shí)間，但是卻大幅提高了迎頭安全保障能力。