井下煤矿掘进支护装置研究

井下煤矿掘进支护装置研究

许昌

内蒙锡林浩特市华润煤业公司五间房煤矿 内蒙锡林浩特026000

摘要：随着综采工作面生产能力和推进速度的提高。综掘工作面普遍存在工艺复杂、支护速度慢、效果差等影响因素，造成采掘衔接失衡。因此，改进掘进工作面临时支护方式、探索新的支护技术与工艺、实现快速掘进，是成庄矿一项紧迫而具有现实意义的技术创新工作。

关键词：井下煤矿；掘进支护装置；应用

前言

煤炭是全世界最重要的能源，煤矿开采关系国计民生的很多方面。我国人口众多，冬季供暖区域面积大，加之丁业生产规模的不断扩大，都使煤炭需求量维持在高位水平，也对煤矿产量和开采效率提出了更高要求⋯。在井下煤矿的掘进作业过程中，安全问题具有最高的优先级。只有井下作业空间足够安全，才能保障井下作业人员的人身安全和煤炭开采作业的连续性。临时支护防护是井下掘进作业安全的最直接保障措施。临时支护装置只有设计得合理，才能保障足够的掘进作业空间，也才能保障掘进作业中巷道具有足够的支撑强度。为此，该文以井下煤矿掘进作业为背景，对支护装置的结构设计和功能设计进行了探讨。

1掘进巷道临时支护技术与装置总体设计方案

已开发研制成功的掘进巷道临时支护装置，与现有掘进机上携带的临时支护装置不同，该种装置与掘进机不相连，单独罩在掘进机外面，随着掘进机向前掘进，及时地支护掘进暴露出的顶板。装置具有自移行走功能，操作人员在掘进机后面、装置之下进行打锚杆或架棚等永久支护的优势。掘进巷道临时支护装置研制，内容主要涉及装置合理的支护性能，对顶、底板的适应性及接顶程度；装置在巷道内的稳定性，对巷道倾角、走向变化的适应性；与掘进机、输送机和锚杆机施工工艺的匹配性及高效掘进要求。综合对掘进巷道临时支护的探索和研究成果，对于一种临时支护到永久支护的过渡装置来说，实现其跟随掘进机自移推进的同时，始终保证装置对巷道顶板的一定初撑力支护是非常关键的，否则可能造成在进行锚杆、锚索等永久性支护措施之前，巷道顶板出现离层和松动，影响永久支护效果。因此，总体设计方案可以概括为，通过一种能够始终保持接顶支护、能够跟随综掘机掘进而同步推进的自移临时支护装置，并且在推进的同时完成锚网的铺设，当掘进推进一定范围时，集中在临时支护的下方空隙内完成锚杆作业。

2掘进巷道临时支护装置结构设计

2.1装置的结构、尺寸

根据黄陵一矿309工作面进风顺槽断面形状尺寸、巷道内设备布置方式及通风要求等，确定掘进巷道临时支护装置高度2.2～3.5m，支护宽度4.1m，支护长度为7.3m。由于掘进头有综掘机进行掘进作业，有时还要布置通风筒等设施，为保证掘进头有足够的空间方便掘进施工组织和作业，设计的掘进巷道临时支护装置断面为框架式，占用巷道空间少。该掘进巷道临时支护装置采用了两组横梁加顺梁的复合顶梁，并通过立柱支撑的框架交错式结构。两组复合顶梁互为支撑，通过位于顶梁内的移架千斤顶相互推拉行走。在移装置过程中，两组顶梁交替支撑，始终有一组处于接顶状态；支撑顶板的一组同时也为降装置的一组提供行走滑道。同时通过两组顺梁的合理分布布置，在满足接顶支护的同时，留设了允许打锚杆作业的顺梁间隙。

2.2主要机构及作用

I顺梁

顺梁机构直接与掘进巷道的顶板接触，对顶板形成支撑，是整套掘进巷道临时支护装置的主要承载部件之一，直接承受顶板压力。

II横梁

横梁上部与顺梁铰接，下部与立柱相连，横梁之间采用移架千斤顶连为一个整体。横梁结构是整个装置的主要连接和掩护部件。

III推移机构

装置的推移机构主要由移架千斤顶和销轴等组成，作用是推移整个掘进巷道临时支护装置。

IV辅助支护机构

辅助支护机构包括：前梁、前梁千斤顶和销轴等，主要作用是辅助掘进巷道的永久性支护作业。

V立柱

立柱通过顶梁承受顶板的载荷，是支架的主要承载部件。

VI移架千斤顶

位于前后两横梁中间的移架千斤顶，其作用是推移装置和拉移装置。

VII前梁千斤顶

前梁千斤顶位于顺梁后部，前端铰接顶住前梁，后端与横梁相接。其主要作用是控制前梁的伸出与收回，以及永久性支护过程中，钢带与网的运输和接顶。

VIII液压系统

液压系统由主进液管、主回液管、各种液压元件、立柱及各种用途千斤顶组成。

2.3主要结构特点

①装置采用四梁分前后两组I（1、3梁）、II（2、4梁）组的框架交错式结构。在巷道掘进过程中相互推拉，并保证在移装置过程中始终有一组梁处于接顶状态。

②I组前组顺梁为前探结构形式，便于进行铺联网作业，并能够更好地支护掘进巷道的顶板。II组顺梁亦为分体结构，前段为前梁结构，与后两段通过销轴进行连接，此种结构形式更有利于装置随巷道纵向变化时的接顶状态。

③采用多柱式支撑，整体铰接的框架结构，具有较好的稳定性，且初撑力较小，易于顶板的控制。

④保证综掘机始终在掘进巷道临时支护装置下作业，有效地保证了作业人员和设备的安全；并且作业人员在有掩护的情况下，可全方位、多角度地同时对巷道顶板及两帮进行永久性支护作业，支护效率得到了提高。

⑤临时支护装置紧跟掘进头，巷道实现一次性支护。根据巷道压力情况设计的支护强度，配合安设的调压阀组，确定合理的支架初撑力，满足支护和移装置的要求；避免了初撑力过大时，装置反复支撑对顶板的破坏。

⑥采用独立的立柱连接形式，这样不仅节省了装置的内部空间，还缩短了顶梁的控顶距离，能够在移装置过程中起到稳定装置的作用。

⑦II组顺梁上设置有前梁千斤顶，适当的缩小了前部立柱空间，显著减少了前探梁低头的现象。在前、后组移装置过程中，顺梁处于接顶状态，起到辅助推装置和拉装置以及支撑的作用。前、后两组框架通过移架千斤顶和相互依托的导向装置相连接，更适合装置的直线运动，且稳定性较好。

⑧为了便于装置的运输、安装和拆卸，连接横梁采用单根布置方式；并且在满足工阻要求的前提下，装置所有结构件的外型尺寸应尽可能的小。

⑨由单独配置的乳化液泵站提供掘进巷道临时支护装置的动力。

工艺流程：

在巷道掘进过程中，掘进机掘进一个循环步距5m；掘进结束后，掘进机后退，并前移掘进巷道临时支护装置，装置移动前须先将顶网联好，以便在前移过程中实现顶网的自动铺设；待掘进巷道临时支护装置移动到位后，开始进行顶板以及两帮的永久支护；永久支护作业完毕之后，掘进机拖拽皮带前行，准备进行下一工艺循环。

结束语

针对快速掘进工作面临时支护要求，新研发的临时支护装置经过井下现场应用，各项指标达到了设计预期，工作效率比原来的支护方式提高了50％，效果非常明显。特别是和掘进机、锚杆钻车配套使用，极大地降低了工人的劳动强度,保证了作业人员的安全。研发的快速掘进临时支护装置虽然达到了预期目标，但还存在金属网安装时间较长的问题，需要进一步优化设计，提高装备的适应性。
参考文献：
[11宋作文，王志强，等．7_JC2x1040130142型综掘超前支护装置在王庄矿综掘工作面的应用册．山西科技，2014，3．
[2]刘强．顺槽超前支护支架在综放工作面的应用与研究田．煤矿现代化，2001，5．