全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)工藝的研究與應(yīng)用

席冰冰，王德忠，王利元

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000）

引言

近年來，在煤炭工業(yè)發(fā)展迅速的情況下，煤炭科技工作取得了快速的發(fā)展，科技進(jìn)步促進(jìn)了采礦技術(shù)的大幅度提高，科研攻關(guān)和技術(shù)創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)取得突破性進(jìn)展，在減人提效、提高單頭進(jìn)尺、提高機(jī)械化程度等方面成效顯著。發(fā)達(dá)國家的煤炭生產(chǎn)在實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，正在向自動(dòng)化和機(jī)電一體化邁進(jìn)。目前國內(nèi)煤炭工業(yè)由勞動(dòng)密集向技術(shù)密集轉(zhuǎn)化，從根本上改變了礦井的面貌。2017年國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到97.1%以上，掘進(jìn)機(jī)械化程度達(dá)到54%以上。從掘進(jìn)來說，集團(tuán)公司所屬煤礦掘進(jìn)作業(yè)的工序中落煤、裝煤、出煤、支護(hù)都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化施工，唯獨(dú)臨時(shí)支護(hù)還采用人工支設(shè)方式，不但在安全方面存在巨大隱患，同時(shí)也大大影響了掘進(jìn)的快速施工，造成部分礦井采掘接續(xù)緊張[1-3]。本文通過大量的實(shí)地考察、現(xiàn)場研究，提出對(duì)臨時(shí)支護(hù)的優(yōu)化方案，即使用全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)工藝代替現(xiàn)有支護(hù)形式，保證施工環(huán)境安全的同時(shí)，提高了掘進(jìn)效率及單進(jìn)水平。

1 傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)工藝簡介

目前集團(tuán)公司各礦普遍使用的臨時(shí)支護(hù)形式是綜掘機(jī)截割頭挑鋼帶或內(nèi)注式單體柱（圓木）加柱帽兩種，也有個(gè)別礦井采用金屬前探梁作為臨時(shí)支護(hù)。

1.1 綜掘機(jī)截割頭挑鋼帶工藝

具體操作如下：綜掘機(jī)割出一排進(jìn)度后，退出煤頭不少于1.5 m，放低截割頭、停電、閉鎖→敲幫問頂、處理活矸危巖→將方木、鋼帶（鋼帶提前按排與網(wǎng)捆好）放到截割頭上→升起截割頭，調(diào)整位置后托住頂板→永久支護(hù)。

1.2 內(nèi)注式單體柱（圓木）加柱帽工藝

具體操作如下：綜掘機(jī)割煤后退出煤頭不少于5 m，停電、閉鎖（或采用鉆眼爆破工藝）→敲幫問頂、處理活矸危巖→使用內(nèi)注式單體柱（圓木）加柱帽、柱鞋維護(hù)頂板→永久支護(hù)。

1.3 金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)工藝

具體操作如下：綜掘機(jī)割煤后退出煤頭不少于5 m，停電、閉鎖→敲幫問頂、處理活矸危巖→掛聯(lián)頂網(wǎng)→在緊靠掌頭的兩排錨桿上上好吊環(huán)→托起頂網(wǎng)，將4 m長的6.7 cm（2寸）鋼管穿入吊環(huán)內(nèi)→在鋼管上及時(shí)穿上木板梁維護(hù)頂板→永久支護(hù)。

2 傳統(tǒng)臨時(shí)支護(hù)的弊端

1）護(hù)頂面積小、穩(wěn)定性差，安全性能較差。

2）工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、耗時(shí)長、效率低，金屬前探梁支護(hù)還存在著拆裝次數(shù)頻繁、浪費(fèi)工作時(shí)間、在頂板破碎時(shí)增加了不安全系數(shù)等缺陷。

3）現(xiàn)用的臨時(shí)支護(hù)方式，實(shí)際現(xiàn)場容易出現(xiàn)因趕時(shí)間、趕任務(wù)而違章作業(yè)，存在違章帶電用截割頭頂鋼帶作業(yè)，存在不用或少用單體柱作為臨時(shí)支護(hù)，隨意性大、防護(hù)效果不佳、穩(wěn)定性差、支護(hù)強(qiáng)度低、易發(fā)生頂板事故。

隨著礦井的綜合能力不斷提升，急需對(duì)綜掘機(jī)械化掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)工藝進(jìn)行改進(jìn)，以滿足礦井發(fā)展需要。

3 全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)工藝

3.1 臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)

全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)：通過左、右兩側(cè)兩組液壓支架組合交替邁步，達(dá)到臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)整體前移，有效實(shí)現(xiàn)巷道頂板控制，保證了掘進(jìn)機(jī)的正常截割作業(yè)都在此支護(hù)裝置下進(jìn)行；使用該臨時(shí)支護(hù)工藝后，可以實(shí)現(xiàn)多排平行作業(yè)，簡化截割工藝，提高了單進(jìn)效率[4]。

該裝置由2組液壓組合支撐架組成，左右各1組，每組有A、B兩種液壓架型，支架由房柱式門框頂梁、兩根升降千斤頂、推移千斤頂及側(cè)護(hù)前探梁組成，該裝置可以對(duì)頂板施加有效的初撐力，避免了員工暴露在空頂區(qū)內(nèi)作業(yè)，增強(qiáng)了作業(yè)現(xiàn)場人員的安全性，簡化了掘進(jìn)循環(huán)工藝，提高了工效，同時(shí)也降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 支護(hù)工藝

1）將全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)裝置組裝好收縮在一起升緊，液壓泵及控制臺(tái)到位，如圖1所示。

圖1 全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)初始狀態(tài)

2）當(dāng)綜掘機(jī)割出第一排頂部輪廓后，將A號(hào)支架前探梁打開臨時(shí)支護(hù)頂板，待第一排截割、出煤工序全部完畢后，收縮A架的前探梁，然后前移A、B架，上第一排房柱式門框頂梁，同時(shí)將第一排的金屬網(wǎng)和鋼帶放在房柱式門框上部并固定牢靠，及時(shí)升A、B架立柱支撐頂板，如圖2所示。

圖2 第一排支護(hù)工藝示意圖

3）當(dāng)綜掘機(jī)割出第二排頂部輪廓后，將A號(hào)支架前探梁打開臨時(shí)支護(hù)頂板，待第二排截割、出煤工序全部完畢后，收縮A架的前探梁，然后前移A、B架，上第二排房柱式門框頂梁，同時(shí)將第二排的金屬網(wǎng)和鋼帶放在房柱式門框上部并固定牢靠，及時(shí)升A、B架立柱支撐頂板，如圖3所示。

圖3 第二排支護(hù)工藝示意圖

4）當(dāng)綜掘機(jī)割出第三排頂部輪廓后，將A號(hào)支架前探梁打開臨時(shí)支護(hù)頂板，待第三排截割、出煤工序全部完畢后，收縮A架的前探梁，然后前移A、B架，上第三排房柱式門框頂梁，同時(shí)將第三排的金屬網(wǎng)和鋼帶放在房柱式門框上部并固定牢靠，及時(shí)升A、B架立柱支撐頂板，如圖4所示。

5）進(jìn)行永久支護(hù)，待三排全部永久支護(hù)后，依次重復(fù)上述動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)高效的邁步式前移支護(hù)，如圖5所示。

4 應(yīng)用前景分析

4.1 安全性高

圖4 第三排支護(hù)工藝示意圖

圖5 全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)三排俯視圖

1）全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)裝置利用液壓系統(tǒng)，整體連接，穩(wěn)定性好，支護(hù)面積、支護(hù)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)用的臨時(shí)支護(hù)形式。

2）該支護(hù)系統(tǒng)從綜掘機(jī)割煤完畢到臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)展開啟用，可以在3～5 min內(nèi)支護(hù)完成，大大減少了巷道空頂作業(yè)的時(shí)間。

3）人員不進(jìn)入巷道空頂區(qū)域，從根本上避免了安全危險(xiǎn)的發(fā)生；從另一個(gè)層面來說，該工藝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化本身來說就是對(duì)“人少則安、無人則安”及“機(jī)械化減人、自動(dòng)化換人”安全理念的踐行。

4.2 經(jīng)濟(jì)性好

1）提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。現(xiàn)用的巷道截割循環(huán)多數(shù)情況下是截割一排永久支護(hù)一排，使用全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)裝置后，可以實(shí)現(xiàn)截割三排后再進(jìn)行永久支護(hù)，可以減少現(xiàn)用臨時(shí)支護(hù)工藝中的人工頻繁的抬、拉、扛等工序，工作效率大幅度提高，同時(shí)也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

同時(shí)該套臨時(shí)支護(hù)工藝可以實(shí)現(xiàn)一些掘進(jìn)工藝平行作業(yè)，使支護(hù)時(shí)間大大縮短，提高了工作效率，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了大量人力。

2）減少人工及材料費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了降本增效。使用全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)裝置雖然在檢修、系統(tǒng)維護(hù)方面增加了部分費(fèi)用，但將掘進(jìn)工作面掌頭用工人數(shù)從8人降到5人，該套系統(tǒng)可以重復(fù)使用，減少了單體柱及圓木等支護(hù)材料的消耗，實(shí)現(xiàn)了降本增效。

3）適用性廣。該套臨時(shí)支護(hù)工藝可以通過改變頂部房柱式門框頂梁的結(jié)構(gòu)，適用于不同斷面的矩形、拱形巷道，同時(shí)可以配合液壓伸縮梯，用于巷修和冒頂巷道的維護(hù)工作。

5 結(jié)語

全液壓房柱式門框臨時(shí)支護(hù)裝置推廣使用后，將替代集團(tuán)公司的傳統(tǒng)支護(hù)工藝，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化錨護(hù)作業(yè)，改變以往需要大量人工作業(yè)的模式，既杜絕空頂區(qū)作業(yè)的不安全隱患，又降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可以提高單進(jìn)效率，解決礦井采掘接續(xù)緊張現(xiàn)狀，保證礦井安全高效生產(chǎn)，可取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，有廣闊的應(yīng)用前景。