掘進巷道臨時支護液壓支架的研制與應用

劉子榮

（晉能煤業同發東周窯煤業有限公司，山西 大同 037000）

晉能控股煤業集團東周窯礦開采的掘進巷道地質情況復雜。在巷道掘進過程中，基于煤層賦存角度、頂底板強度的影響，掘進巷道臨時超前支護主要是采用懸掛頂梁前探梁的人工作業形式，該臨時超前支護方式勞動強度大、速度慢、進度效率低。依據東周窯礦智能化煤礦建設的要求，基于煤礦高產高效安全開采的目標，以2105 掘進巷道為案例，從綜掘機組配套的機型、功率，采煤工作面綜采設備和工作面液壓支架的高度要求出發，開展了電液遙控操縱式掘進臨時超前支護液壓支架的設計和應用研究[1-6]。

1 工程概況

晉能控股煤業集團東周窯礦地處山西省大同煤田東翼中東部邊緣地帶，井田面積101.13 km2，礦井地質保有儲量177 062 萬t，設計生產能力為1000 萬t/a，服務年限63 a。可采煤層5 層，總厚度29.65 m，煤層傾角一般小于10°，主采煤層為3#～5#層，平均厚度為15.72 m。

東周窯礦一盤區2105 掘進巷道設計全長2800 m，矩形斷面，掘進寬度為4600 mm，掘進高度為2400～3200 mm。地層傾為5°～9°，沿3#煤層頂板掘進，煤層平均厚度為3.9 m，結構簡單。

2 永久支護方式

2105 巷道及掘進斷面頂板支護設計采用“錨桿+塑鋼網+錨索梁”聯合支護方式，施工按永久支護作業，如圖1。

頂錨桿使用Ф20 mm×2500 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿托盤尺寸200 mm×200 mm×12 mm，頂錨桿間距800 mm，排距1000 mm；頂板錨索采用Ф17.8 mm 預應力鋼絞線，長度7300 mm，每排布置3 根，頂錨索間距1200 m，排距2000 mm。

以往該煤礦掘進巷道臨時超前支護主要是采用懸掛頂梁前探梁的人工作業形式，勞動強度大、速度慢、進度效率低。該煤礦針對2105 掘進巷道，開展了電液遙控操縱式掘進超前支護液壓支架設計和實踐應用研究，期望能電液遙控操縱一鍵自動移架，同時當有工作人員超過行程范圍后，支架可實現自動停止動作并閉鎖，安全性較好。

3 臨時超前支護液壓支架的設計要求分析

3.1 超前支護液壓支架的適用要求

2105 掘進巷道臨時超前支護液壓支架的要求主要有：工作阻力及支護強度要適當，不破壞錨網支護時對頂板完整性和平整度的要求；支架形式要保證最小過機空間，挑梁間距設計符合錨桿鉆孔的點位尺寸要求；架型經過優化設計，力爭滿足初撐力支護強度的前提下，結構件薄窄化、輕量化設計。架體主要部件、關鍵部位采用高強度鋼板，經優化采取局部加強設計，壓縮結構寬度及頂梁厚度，使底座收窄、頂梁平薄，加大支架下方空間，提供更大的過機空間和過人通風空間，達到保證具有較高的可靠性的同時，結構緊湊、適應性強。

3.2 實用功能性要求

掘進超前支架借助液壓動力進行升柱、降柱、移柱、頂梁伸縮等各部結構動作，并配以電液遙控操縱系統實現遠距離安全快速操縱；掘進超前支架液壓系統采用符合煤礦標準及通用的KJ系列接頭，與工作面主進、回液一致；掘進超前支架設有防傾倒裝置；掘進超前支架的循環步距為1.0 m。

臨時支護支架為掘進工作面鋪設錨網支護時的臨時支護，在掘進施工作業中可以實現自移行走和支護操作功能，保護迎頭錨護作業人員安全，能夠替代現有的吊掛式前探梁作為超前支護使用，可有效提高掘進單進水平，降低作業人員勞動強度，提高工作效率，防范各類頂板事故的發生。

4 ZLJ2400/24/32 臨時超前支護液壓支架的設計

4.1 結構分析

設計的ZLJ2400/24/32 型臨時超前支護液壓整套支架分為架體部分、液壓系統和控制部分。架體為門式結構，2 組前后連接成1 套。為縮小架體占用空間、便于錨護，頂梁的立柱千斤頂選用較細直徑，數量8 根，分為2 組支撐于兩側幫壁處。頂梁橫向支撐分為前后頂梁，設計有前探梁、伸縮梁、翻轉板，左右設有調偏裝置護幫板。頂梁上交錯排布有縱向支撐棚梁。立柱底座采取輕窄形式，4 組底座前后兩兩相連置于兩側。前后底座連接推移千斤頂，前后架交錯支撐，利用推移千斤頂伸縮動作實現前后架的移動推進。

支架液壓系統使用采煤液壓支架標準及通用的KJ 系列接頭，與工作面主進、回液一致的管路，及快速接頭高壓膠管；各動作液壓千斤頂配置液壓鎖安全閥等液壓元件；集中操縱閥與電磁閥配套控制支架所有動作。

控制部分設置電磁閥控制液壓系統，使用遙控器操縱，實現人機分離操作。遙控接收器、電磁閥和液控閥集中安裝，以利于液壓管路的排布。

4.2 工作方式

掘進作業時，超前支架前后兩組左右立柱千斤頂支撐頂梁支撐于巷道頂板，橫跨在掘進機上方，掘進機截割1 m 后，超前支架前架降架，后架支撐，底座推移千斤頂和頂梁伸縮千斤頂動作推動前組架前移跟進，預鋪錨網之后升架支護；綜掘機二次截割，割完頂板后，支架前探梁伸出，同時在梁上預鋪錯網；綜掘機再次截割，截割后支架伸出翻轉梁，同時掛上錨網，支撐于頂板上，然后退出綜掘機，進行集中打眼、錨護作業。

此種超前支護推進方式可以實現綜掘機截割三個循環進行一次集中錨護作業，由原來的一掘錨改進成三掘一錨，并對頂板采用液壓臨時超前支護，保障空頂下人員安全，提高掘錨循環效率。

4.3 主要技術參數

ZLJ-2400/24/32 型臨時超前支架主要技術參數：

支護高度2400～3200 mm，支護寬度4500 mm，工作阻力2880 kN，初撐力2400 kN，立柱內徑Ф125 mm，支護強度0.19 MPa，對底板平均比壓≤1.5 MPa，支架中心距1500 mm，支架控制方式為手動/遙控。

5 工業性試驗

5.1 應用情況

結合東周窯礦2105 掘進巷道實際地質情況，針對性地設計了ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時超前支架。該支架結構由集團機電裝備公司制造，用于掘進端頭臨時支護。

掘進、錨固及臨時支護工藝流程：檢查頂板（敲幫問頂）→掘進機截割→降前架→移前架→掘進機截割→敲幫問頂→伸縮梁伸出支護→掘進機截割→翻轉板打開→施工頂錨桿眼→安裝頂錨桿→鋪網→安裝頂錨盤→施工幫錨桿眼→安裝幫錨桿→鋪幫網→連幫網→安裝幫錨盤→降后架→移后架→施工錨索眼→安裝錨索→預緊錨索→依次循環。

5.2 效果分析

目前2105 巷道已掘進近1200 m，在掘進期間，ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時超前支架的支護效果理想，施工期間端頭支護區域未發生頂板冒落和變形量過大的問題。ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時超前支架與綜掘機進行配套作業，有效地減少停機錨護的頻率，掘進效率提高了35%，同時給鋪網等掘進輔助作業施工提供了安全作業環境，保證施工作業人員的人身安全，為巷道的綜合機械化掘進作業提供了有力支持。ZLJ-2400/24/32 型綜掘臨時超前支架的應用，具有較好的社會安全經濟效益。