机载式超前支护在煤矿掘进巷道中的应用

摘 要：介绍煤矿巷道支护类型，对目前所采用的巷道支护理论进行分析。着重介绍机载式超前支护的结构原理、应用优点以及维护使用管理事项。实践表明，机载超前支护能显著提高巷道支护效果，保证采煤工作面安全、快速推进、促进煤炭产量提升，已成为我国煤矿巷道首选安全高效地主要支护形式。

关键词：超前支护 机载式 巷道

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-060-02

1 前言

我国是煤炭生产和消费大国，煤炭在我国一次能源消费中占据主体地位。煤矿将长期是我国的主要能源，煤矿开采分为露天开采和地下开采，然而我国的煤矿资源主要集中在地下，在煤矿地下开采过程中，保持矿井下开掘的巷道畅通和围岩稳定是最重要的安全因素。随着煤矿开采的规模日益扩大，矿井的深度不断加深，地质条件逐渐恶化，增加了煤矿生产难度，也同时使煤矿巷道的安全维护难度加大，采用机械自动化方式进行巷道支护具有现实意义。

从木支护、砌碹支护到型钢支护、锚杆支护，巷道支护技术的发展经历了一次一次技术革新，经过多年来国内外是实践检验结果，当前，经济而有效的支护技术是机载式超前支护技术。它能在保证煤矿巷道安全生产的同时，降低支护成本，减轻工人劳动强度，进一步简化了采煤相关超前支护工艺，实现了机械自动化，大幅度提高了煤矿生产产能，因而在国内外各煤矿中机载式超前支护已得到推广应用。

2 超前支护技术国内外研究状况

煤矿生产的主要灾害之一便是顶板意外冒落事故，顶板事故易造成作业人员伤亡，设备损坏，生产终止。煤矿顶板事故受顶板岩性、巷道断面形状和参数确定、支护形式等因素制约。在实际煤矿巷道断面设计、施工过程中，如何选择支护设备是确保安全生产重点考虑的问题。

煤矿的巷道支护有永久支护、临时支护和超前支护。所谓永久支护，一般有混凝土支护、料石碹支护、锚网喷支护等，具体选择哪种支护方式，要根据巷道围岩的稳定程度不同，选择既能满足巷道支护需要，又更易施工、更符合经济合理性原则的型式。

所谓临时支护，是指永久支护未完成，临时维护巷道围岩稳定，为施工作业提供安全作业条件的支护。像锚网支护、金属棚支护等。

所谓掘进工作面超前支护，是指在掘进工作面迎头临时支护前方空顶处控制顶板、戴帽点柱支护和悬顶梁支护等。

《煤矿安全规程》明确规定，掘进工作面严禁在空顶下作业，所谓空顶，指在巷道新掘进后，对顶板还没有进行任何支护，这个时候的巷道顶板称为空顶。

《作业规程》规定，最小空顶距不得大于0.4m，最大空顶距不得大于2.4m，空顶距过大，巷道的顶板会变得不稳定，容易发生掉顶、冒顶现象，引发人身伤害和顶板事故。超前支护就是让作业人员避免空顶作业的有效型式。

为了防止巷道围岩因为煤矿生产过程中采煤工作面超前支承压力和其它方向支承压力对巷道围岩产生的变形、移动和破坏作用，人们普遍使用了巷道超前支护。当前，随着煤矿开采的机械自动化生产技术不断得到提高和普遍应用，同时也为煤矿生产带来更大的安全隐患，因此对巷道采取有效的支护形式是十分必要的。目前，超前支护技术实际应用较多的有三种方式，即：单体液压支柱配铰接顶梁、双排木支柱加横梁支护和单体液压支柱架板梁。这三种形式普遍机械自动化程度不高，难以适应现代机械自动化煤矿生产过程中综采工作面的快速推进要求，研制一种新型的机载式巷道超前支护对提高煤矿生产经济和社会效益具有重要意义。

在我国，煤矿巷道超前支护技术长期滞后，很多还停留在使用临时支设走向抬棚、打点柱等方式，初撑力低下，安全隐患大，对于巷道断面面积大、巷道变形量大的复杂情况还难以应对。国际上，现有的超前支护技术其支护效果也不太理想，我国现行的超前支护设备主要有木支柱、注浆点柱、锚杆支护和单体液压支护几种。

长期以来由于国内基础工业和支护设备机械化水平不高，尤其在小型煤矿生产中，主要使用木支护，木支护使用后回收比较困难，大部分为一次性消耗，对森林保护极为不利。

注浆点柱是利用砂浆泵将水泥砂浆泵入一个由过滤材料缝制密封的口袋，砂浆余水由口袋壁面渗透出，口袋内砂浆凝固后支撑顶板，它是一种被动支护方式，现场作业时材料运输困难且工序复杂。

锚杆支护是近年来迅速发展普及应用的有效支护方法，属于隐性支护，对支护质量和可靠性检测困难，对变形量很大的软岩、塑性较大的回采巷道，支护效果不易保证。

单体液压支柱其结构类似一个油压千斤顶，其工作行程大，安全管理成本低，支护强度和安全稳定性都较好，适用寿命也较长，但仅适用于煤层倾角小于35度的煤层回采工作面，且其制造成本较高。

当前，单体支护、木支护等一些传统支护方式各有优劣，但是巷道超前支护技术的发展十分迅速，自动化程度高，初撑力及支撑强度大、更加适应地质条件、更加方便使用的超前支护设备更具有发展前景。

3 机载式超前支护应用特点

本文以ZLJ-10/21型机载式超前支护为例具体介绍机载式超前支护应用特点。该机主要技术参数如下：

适用巷道高度：2.2-4.2米；支护最大宽度：2.8米；最大支撑力：14.8千牛；支护面积：2米7米；支护超出炮头距离：1-1.8米；展开时间：70秒；顶架可倾斜：≤20度；折叠后最小高度：250毫米；额定压力：16兆帕；整极重量：0.96吨。

该机于2009年6月开始在漳村矿使用，运行情况良好，机载式超前支护的主要优点是：

（1）机载式超前支护通过控制各部的动作，改变了传统临时支护形式，能够跟随掘进机行走，动力由综掘机提供。

（2）提升了生产工艺和掘进效率，实现了一割两排的生产工艺。并随着掘进机一起推进，加快了掘进速度。

（3）该型支护系统显著改善了支护效果，属于主动支护。

（4）节省了人力资源，降低了工人劳动负荷。

（5）机载式超前支护在作业时升起顶梁后再伸出伸缩梁，保证了足够大的有效空顶支护面积，对巷道和顶板适应性好，保证超前支护紧贴顶板。

（6）具有独立的作业功能，该机在使用时展开，不使用时可折叠，较少了支护辅助时间，操作简便。

（7）有效给予顶板施加初撑力，支护强度可靠，确保了工作面迎头安全，提升了工作面整体安全性。

（8）操作阀组及管路都较少，操作简单，易于维护。

（9）使工人作业环境得到改善，有效改进了掘进工作面迎头的支护状况。

（10）可与不同型号掘进机配套使用，成本低廉，利用效率高。

4 机载式超前支护结构原理

以ZLJ-10/21型机载式超前支护为例，支护机由底座、横架、翻转梁、顶梁机构及其配套液压系统组成。底座、横架、翻转梁分别对称安装在掘进及叉升架两侧，顶梁铰接在叉升架之上部，掘进机通过叉升架前后两对销轴与底座连接，使底座固定。液压系统配置由独立的泵站提供的液压源，与各油缸通过高压胶管连接。

当掘进机截割完毕后，截割头落地，机载式支护系统开始动作，通过溢流阀到操作阀供油，经分流集流阀分流进入双向锁，双向锁打开进入油缸，打开操作阀，根据现场实际情况使主架打开升起升高至预定高度和角度时停止，操作控制阀，使顶梁放平并支撑住顶板，掘进机停电闭锁，完成临时支护动作。

该支护装置自投入运行以来使用效果良好，消除了人工操作的安全隐患，使用方便快捷，工作面掘进过程中的支护状况得到显著改善。

5 机载式超前支护维护管理

机载式超前支护系统在使用中药时时注意维护和保养工作，可以从以下几个方面考虑：

（1）维护管理人员要掌握液压支架有关知识，了解各零部件结构、规格、材质、性能和作用，熟练地进行维护和检修，遵守维护规程，及时排除故障，保持设备完好，保证正常安全生产。

（2）日常维护保养工作要做到坚持经常保养，维护的重点是液压系统。维护时要检查连接件、液压部件是否齐全；阀类无漏堵、立柱千斤顶无漏堵、管路无漏堵。对于液压件的维修尽量做到井下更换、井下拆检。

（3）在设备维修前要清楚维护的项目和重点，并准备好必须专业工具盒备用配件。

（4）坚持做到每班随检、每日小检、每月进行大检、每个季度做总检。

6 结束语

煤矿巷道的支护技术是一项复杂的工作，尤其是矿井向深部转移后，地下各种复杂的地质条件严重影响矿井的经济效益和安全状况。因此，必须根据巷道的基本情况进行研究，确定合理的支护技术方式。机载式超前支护能实现安全、经济、合理、高效的支护，社会效益和经济效益明显，推广应用前景广阔，有效提升了掘进速度，改善了支护状况，对实现机械自动化的安全生产具有重大现实意义。