机载临时支护技术在寺河矿的应用实践研究

摘要：本文以寺河矿岩巷锚喷支护巷道单巷掘进工作面为背景，结合前探梁和气腿两种临时支护存在支护强度低、支护面积小、操作不便及安全系数低等缺点。通过对比分析在掘进机悬臂的中上部设计开发出一种机载临时支护装置，该装置具有选位合理、结构简便、对掘进机的改造量小、不干扰掘进机的正常截割作业功能。进而优化了单巷掘进、支护工艺，降低了劳动作业强度，提高了掘进效率和安全系数。

Abstract： This paper takes the heading face of single rock gateway with bolt-shotcrete support in Sihe coal mine as background， combined with the defects such as： low support strength， minor supported area， discomfort operation and low safety factor of two provisional shoring with forepoling bar and gas leg， throughout comparative analysis， it designs a sort of airborne provisional shoring in the upper of boom-type roadheader. Thus， the device has the functions of reasonable choice， simple structure， slight reformation of roadheader， and noninterference normal cutting of roadheader. Thereby it optimizes advancement and support technology of signal gateway， reduces work intensity， and improves drilling efficiency and safety factor.

关键词： 机载临时支护；岩巷锚喷支护；循环进尺；掘进速度

Key words： airborne provisional shoring；bolt-shotcrete support in rock roadway；advance per round；excavating speed

中图分类号：TU94+2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）21-0095-03

0 引言

随着矿井年产量的逐年攀升，晋煤集团多数矿井面临9#、15#煤层的开拓延伸施工量也逐年增加，生产实践存在掘进速度慢、劳动组织繁冗、安全系数低等一系列问题，与岩巷临时支护施工工艺密切相关[1-2]。晋煤集团寺河煤矿岩巷锚喷支护巷道单巷掘进一般采用岩巷掘进机组及配套的单体风动锚杆钻机进行掘进、支护施工，而单体风动锚杆钻机在施工锚杆、锚索时，多使用前探梁和气腿支护两种方式作为临时支护，但这两种临时支护均存在支护强度低、支护面积小、操作不方便、安全系数低等缺点，严重影响煤巷和岩巷单巷掘进效率，并且存在着较大的安全隐患[3-5]。因此，在掘进机悬臂的中上部设计开发出一种机载临时支护装置对于优化单巷掘进、支护工艺，降低劳动作业强度，提高掘进效率和安全系数等技术经济指标具有重要意义。

1 岩巷掘进支护概况

晋煤进团寺河煤矿现阶段岩巷锚喷支护巷道单巷掘进施工时，一般采用EBZ220H型和EBZ260H型岩巷掘进机组相配套的MQT-85J-33型单体风动锚杆钻机进行掘进、支护施工。由于岩巷开拓延伸过程中顶底板的岩性差异及揭煤的特殊性，支护形式操作步骤繁琐复杂，岩巷施工为直墙半圆拱形断面，支护采用？准22-M24-2400mm螺纹钢高强锚杆，药卷用树脂药卷为MSK2335一支先放，MSZ2360一支后放；锚杆间排距为1000×1000mm，起锚高度800mm，网片采用？准6.5mm钢筋网，网距100mm，全断面挂网；补强锚索为？准22-7300-1，间排距为2000mm，采用三花布置一排1根，一排2根；喷射砼等级为C20，喷厚150mm的锚、网、喷联合支护方式。由于配套使用风动单体锚杆钻机，钻进效能低，钻进速度慢，每个循环需将它由综掘机前后拖进拖出，占用辅助时间长，致使掘进平均月进尺均比较低。为避免空顶时间长引起顶板沉降离层和变形，防止顶板活矸危石掉落伤人，采用临时支护是必要的。

2 机载临时支护装置结构原理及操作方法

2.1 机载临时支护装置结构原理 机载临时支护装置主要由顶架、主架、折叠缸、升降缸、支撑缸、双向锁、高压油管路、分流集流阀、多路换向阀等组成。机载临时支护装置工作时，由原掘进机的液压泵站供油，推动换向阀使液压油通过分流集流阀进入双向锁和支撑油缸、折叠油缸，使顶架打开升起。推动升降油缸使主架升高，通过三组油缸的协调操作使顶架、主架调整到所需要的高度、角度并达到所需的支撑力后停止。

根据机载临时支护装置的机构原理，其主要技术参数如表1所示。

2.2 机载临时支护的工艺流程 机载临时支护安装时，先拆掘进机自身前后销轴并及时换上临时支护专用的销轴；然后安装两侧油缸及内外立柱，再装上平台及顶架；最后连接高压油路及各个阀组。安装较为简单，正常情况下2个班即可安装完毕；配置一名掘进机司机和两名副司机负责操作，掘进机司机负责操作本装置，副司机负责观察指挥以及调整网片、钢带。其机载临时支护装置效果图如图1所示。

具体操作工序如下：

①掘进机完成截、割、装煤作业后，应将截割头放下。先检查支护装置各部位零部件及管路是否完好，再操作二位三通阀使液压油切换到支护装置的油路。机组割矸（煤）达循环进度，迎头留部分矸（煤）；

②机组停在巷道正中，将切割头落在矸（煤）上，临时支护装置处在永久支护下方；

③机组停电闭锁敲帮问顶后，把钢筋网或金属网、钢带放在临时支护顶架上绑紧，除两名支护工及司机外其它人员撤出，并设置警戒（要求机组司机在机组操作位置，两名支护工站立于机组平台的永久支护下）；

④机组送电，启动临时支护油泵升临时支护，司机根据副司机指挥调整角度及高度，若网片搭接不合适，司机停临时支护油泵，副司机进行处理，临时支护油泵送电，升起临时支护接顶并达一定支撑力，机组停电闭锁；

⑤支护人员进入到临时支护下方进行永久支护，永久支护结束后人员撤出并设置警戒，机组送电且收回临时支护装置，支护作业完成后，推动二位三通阀切换到掘进机掘进所需的油路，继续进行掘进作业。

3 机载临时支护与传统临时支护对比分析

3.1 传统临时支护施工工艺

3.1.1 前探梁临时支护施工工艺 前探梁临时支护装置由圆钢管、钢筋吊环、木板组成，掘进机截割够一个循环（1米）后停机并进行敲帮问顶后，人工站在楼梯上或机组上利用上两排顶锚杆安装两根？准80-2500铁钢管，穿插固定在四个直径？准100mm铁环内，并前移铁管至未支护的顶板处，尽可能紧贴岩面；利用单体锚杆钻机在有两根钢管作临时支护的顶板下进行人工上金属网、打锚杆、锚索等永久支护作业。其前探梁临时支护效果图如图2所示。

3.1.2 气腿临时支护施工工艺 气腿临时支护装置由风钻气腿、钢筋网片组成，掘进机截割够一个循环（1米）后停机并进行敲帮问顶后，将金属网片与原支护完好的网片之间绑扎牢固，使用2台YT28式风钻的气腿伸起将网片紧贴至未支护的巷道顶板处，在确认气腿固定牢固后，在用气腿加金属网片形成的临时支护下进行打锚杆、锚索等永久支护作业。其气腿临时支护效果图如图3所示。

3.2 机载临时支护特点及优越性 机载临时支护在掘进机截割够一个循环（3米）后停机并进行敲帮问顶，将把钢筋网或金属网、钢带放在临时支护顶架上绑紧，启动临时支护油泵升起临时支护到未支护的空顶下，达到额定初撑力；在有临时支护的顶板下逐排进行锚杆、锚索永久支护施工。

相较于传统临时支护方式，机载临时支护装置具有如下优越性：

①进一步优化了岩巷掘进施工工艺，提高了临时支护的安全性和可靠性；

②岩巷掘进循环进度由原来的1米加大到3米，掘进效率和单进水平大大提高；

③机载超前支护装置，避免了空顶作业，且支护强度超过1.5t，确保支护安全性；

④采用铰接轴联结连杆机构，在掘进机截割时，支护装置平放在综掘机机身上面，掘进机截割作业时和进行超前支护工作时，形成正规循环，提高生产效率；

⑤对综掘机液压系统进行改造，通过两位三通阀控制液压系统，使超前支护装置液压系统与综掘机自身液压系统进行分离，独立工作；

⑥油缸的设计均采用内藏式液压锁，增强液压系统的稳定性。

4 推广应用成效

4.1 推广应用情况 目前寺河矿所有机掘岩巷配套单体锚杆钻机施工的巷道，已全部安装机载临时支护装置，其中机载临时支护装置顶棚宽2.5米，长3米（若将前探梁伸出可达3.1米），接顶面积大，较原来的前探梁和气腿式临时支护，大大提高了安全性能。

岩巷掘进进尺大幅提升，提高了掘进效率。同等条件下，使用机载临时支护较原来的前探梁和气腿临时支护装置，大大提高了单进水平。在岩巷掘进巷道中使用的机载临时支护装置稍作改动后，便可广泛应用于煤巷单巷掘进的矩形巷道（将临时支护装置的顶棚由拱形更换为平顶式的即可）。

4.2 社会效益及经济效益分析 岩巷机载临时支护装置技术在推广应用的同时也取得了较为可观的社会效益及经济效益，具体如下：

①机载临时支护装置接顶面积大，支护强度高，较原来的前探梁和气腿式临时支护，大大提高了安全性能；

②机载临时支护装置使用后，优化了岩巷掘进施工工艺，循环进度由原来的1米提高为3米，提高了掘进效率；

③提高了岩巷掘进月进水平。较前探梁和气腿式临时支护装置，岩巷掘进水平由原来的平均60米/月，提高到目前的平均120米/月，平均提高了60米/月，最高可达到150米/月。为寺河矿产能接替及矿井可持续发展提供了有力支持，对晋煤集团公司其他矿井提高岩巷掘进水平提供了可供参考和参考的技术和经验，值得在晋煤集团公司大力推广。

5 结论

通过对比分析及现场实践证明，寺河煤矿现阶段单巷综掘布置形式和工况条件下，采用该装置完成临时支护，可实现一掘多锚，加快掘进速度，缓解现阶段普遍存在的采掘失调、接替紧张的被动局面，增强临时支护的可靠性。另外，单巷综掘采用机载临时支护可有效地解决掘进工作面锚杆支护时控制顶板的问题，避免空顶作业造成的伤亡事故，减轻工人劳动强度，为单巷综掘创造一个较好的作业环境。在提高单巷掘进速度的同时，还能保证锚杆支护时的安全性，以便推进我国煤矿单巷综掘机械化的进一步提高。社会经济效益明显，推广应用前景广阔，对提升单巷综掘快速掘进和临时支护的机械化有着现实和深远的意义。

参考文献：

[1]赵宏伟.我国煤矿岩巷快速掘进技术现状及展望[J].煤炭科学技术，2012，40（1）：5-7.

[2]薛军正.煤巷锚杆支护在寺河矿的实践应用[J].煤，2007，16（9）：26-27.

[3]安福来，刘亮.岩巷掘进临时支护工艺优化及应用[J].现代矿业，2011，11（11）：105-106.

[4]李明亮，高怀参，秦致河.煤巷综掘机临时支护技术实践[J]. 中州煤炭，2011，（11）：64-65.

[5]贾瑞荣，柯贤栋，王云龙，柴贵廷.浅谈EBZ300型综掘机机载临时支护在坡底矿的应用[J].科技情报开发与应用，2011，22（18）： 159-160.