综掘巷道机械化临时护顶装置的试验和应用

王晓平

摘 要 本文介绍了掘进机配套的机载式临时支护装置结构和工作原理。分析了机载式临时支护装置的优点。支护装置增加了支护的强度，实现了综掘临时支护的机械化，缩短了工序时间，为综掘巷道的安全高效掘进和施工安全提供了条件。

关键词 综掘工作面 掘进机 机载式 临时支护

1 概述

目前，我矿掘进的巷道，除开拓大巷外，采区和回采巷道占巷道总进尺的75%以上，采区和回采巷道的顶板大多为黑色泥岩或煤顶，巷道围岩属于中等稳定和不稳定岩层，巷道掘出后呈现出易风化，受潮、受振动或空顶时间过长易掉落的特性。同时这些巷道全部采用锚杆或双锚支护，进行永久支护时间比支棚的时间长。兼于以上原因，为保证安全施工，在掘进过程中，不得不缩小空顶距离、加强临时支护。具体表现在以下几方面。

1.1空顶距离问题

由于围岩具有不稳定性，在进行永久支护时间过长，在掘进过程中必须缩小巷道空顶距离，相对加快支护时间，减少空顶时间，以保证施工安全。

1.2临时支护问题

临时支护作为一种特殊支护形式，它存在如下问题

1）支设时间相对较长

支设时间大约需10～30min（下层掘进用截割头挑钢带用10min，上层掘进打柱时用20min～30min），约占整个循环时间（综掘约60min，普掘约360min）的1/3～1/9，如果减少临时支护支设时间，不仅加快了整个循环，而且减少了掘进工作面空顶时间，对保证掘进工作面顶板整体稳定性和施工人员的安全有着非常重要的意义。

2）支设难度较大

在支设临时支护时如使用摩擦柱作为临时支护，人员必须进入空顶作业，再加上网片的干扰，支设难度非常大，具有一定的危险性。

3）不能实现平行作业

支设了临时支护后，受柱或截割头的影响，掘进工作面的作业空间相对缩小，不能完成顶板支护平行作业。

4）不能适应巷道特殊情况

普通的临时支护根本不能适应巷道顶板出现的倾斜、超高、塌顶等特殊情况，安全上没有保障。

由于以上这些问题的存在给安全生产和高产高效带来极大的困难，严重制约着我集团公司整体掘进水平的提高。

2 试验概况

2.1巷道地质概况

试验地点位于一矿西大巷四部皮带巷，巷道掘进沿15#煤顶板掘进，该巷道直接顶为黑色泥岩，平均厚度约1.5m，围岩具有性脆、易风化的特性。

2.2双锚支护设计

考虑到运输、掘进设备尺寸和巷道围岩变预留量，设计巷道断面尺寸如下：巷道断面呈矩形，净宽4.2m，净高2.9m，采用锚杆、网、锚索补强支护。

3 机载式临时支护装置结构和原理

机载式临时支护装置由站套、站管、顶梁板、伸长部四大机构及其配套的液压系统组成。

机载式临时支护装置在掘进机的中前部。卸下掘进机升降用的两个前轴、两个后轴，换上加长轴，即可安装油缸和主架。

机载式临时支护装置的操作步骤是：

① 掘进机截割完毕后，截割头落地，打开操作阀，将机载式临时支护顶梁升到截割头上方。

② 将支护用的钢梯和菱形网放在顶梁架上，用磁铁吸好，向前推动支护主架和顶梁。

③ 操作控制阀，使顶梁放平并支撑住顶板，掘进机停电闭锁，临时支护完成。

④ 用锚杆钻机完成锚杆安设，顶、帮可同时作业。

4 施工工艺

4.1施工机具

采用EBZ—150A型掘进机割、装、运煤，采用机械化临时护顶装置作为临时支护，MQT单体风动锚杆钻机钻孔、安装锚杆、锚索，帮锚索钻补强帮锚索，手持风钻打帮锚杆。

4.2 施工工艺

掘进机割出一个循环进度（1.6m），退机摆正，铺设金属网、钢带，支设临时支护，打顶眼注锚杆，两帮支护。

4.3 劳动组织

劳动组织采用“二九一六”制作业形式，即一班检修，检修时间为六小时，二班生产时间为全程生产，生产时间九小时。

5 护顶装置的适应性

该护顶装置于2014年7月12日正式进入工业性试验，取得了非常好的效果，实际使用护顶装置62天，掘进进尺830m，期间最高日进19.8m，平均日进13.4m，最高小班进度11m，平均每班进度6.7m。正常情况下，支设临时支护时间一般需1～4min，平均时间2min，在现场操作中因司机熟练程度而略有差异，完成临时护顶时间占总作业时间的3%。从以上这些数据和我们在现场跟班写实记录得出使用该临时护顶装置有以下优点：

1）减少临时支护时间加快掘进速度

在未试验该护顶装置以前每个循环支设临时支护需用时间大约30min（上层巷道支设两排），平均每日掘进进尺10m，使用护顶装置后每个循环支设临时支护时间仅有2min，平均每日掘进进尺13.4m，使用护顶装置后比使用护顶装置以前每月提高掘进进尺82～100m。

2）实现了“一掘多锚”

由于是护顶装置在试验初期，一般情况下能实现“一掘两锚”，根据围岩情况，能实现“一掘三锚”。

3）工人在思想上有了安全感

4）杜绝了空顶作业

以前在支设临时支护时，必须在退路畅通的情况下，有专人监护顶板时支设临时支护，打柱时必须进入空顶下作业，存在一定的危险性，采用护顶装置作为临时支护后，人员只需在永久支护下铺设好金属网、钢带后，剩下的操作由机械操作来完成杜绝了人员进入空顶下作业，从根本上保障了安全性。

5）增大了控顶面积

以前不管是使用单体支柱还是用截割头挑钢带，它们的实际控顶面积都比较小，使用护顶装置以后实际控顶面积比以前增加了2倍，大大增加了安全性。

6）增加了对特殊情况的适应性

使用护顶装置以后，对巷道遇到劈口、软槽或其它因素造成顶板出现的倾斜或塌顶现象有了很强的适应性。

由此可见，该护顶装置基本上适应一矿的地质条件。

6 护顶装置的局限性

由于地质条件复杂多变，掘进机与护顶装置连接为一体，又增大了设备占用空间，这就大大限制了掘进机和护顶装置功能的正常发挥，主要表现在以下几方面：

1）护顶装置对掘进机司机的影响

由于护顶装置的护顶板处于掘进机转盘的前方，距底板高度约2.3m，宽度约2.1m，而掘进机司机的位置在掘进机的左侧，在割煤过程中掘进机司机视线受护顶装置护顶板的影响，在掘进工作面底板往上2m处巷道断面右帮基本看不到，不能保证巷道的成形，有时把左帮的帮锚杆撞坏，影响工程质量。

2）护顶装置对掘进机的影响

整个护顶装置重量约为3t，其总重量是掘进机的1/8（掘进机总重量约25t），它对掘进机的影响有以下几方面：①整個机身过重增加了掘进机的行走负荷，加快了掘进机履带、行走齿轮的磨损，如遇底板松软或低凹造成掘进机开不出来的情况出现；②护顶装置油管太长，在截割时，油管处于自由伸展状态，经常被耙爪或巷道帮挤坏油管，发生漏油事故。

3）中线与钢带对护顶装置的影响

在支设临时支护时，为调整钢带中线和钢带与中线方向，要经常移动护顶装置，以使钢带位置符合巷道设计要求，而护板升出后朝巷道顶板的一面为平面，钢带的排距与方向不能自动控制，不能保证钢带与护板相对固定，必须由人工调节才能达到要求。

7 结束语

通过井下实践证明，综掘巷道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，杜绝空顶作业造成的伤亡事故，减轻工人劳动强度，为综掘创造一个良好的作业环境。在提高综掘掘进速度的同时，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。