前探梁支护技术在煤矿中的应用

郭志强

（山西宏厦第一建设有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

某煤矿在综掘巷道掘进过程中，掘进巷道采用两种临时支护方式相结合的支护方式，这两种支护方式分别为带帽木点柱支护和探头梁支护[1]。其中带帽木点柱支护方式主要使用4～6根长短不一的带帽木点柱，探头梁临时支护安置在巷道顶部，并且沿巷道方向布置，探头梁的布置主要是预防探测区巷道顶板垮落。但是这两种巷道临时支护方式存在大量问题，比如其支撑能力较差，难以支撑巷道顶板产生较大的压力，导致这种支护方式的安全性和稳定性较差，容易发生因支撑力不足而造成顶板垮落的事故[2]。同时这种支护方式工作量繁重，使矿工工作强度大。因此结合本矿掘进机的型号对临时支护方式作出调整，采用ZLJ-10/21机载临时支护装置。当掘进机上带有支撑装置时，支撑装置所在的位置不能干扰掘进机的正常作业活动，同时不能阻挡掘进机内司机的视线。相比以前的支护方式，这种临时支护方式安全性高，稳定性好，有效地提高了巷道掘进过程中的安全性，同时因其工作量少，也大大提高了井下的生产效率。

1 机载超前支护设备

1.1 技术要求

巷道的支护装置应满足一定的技术要求。当巷道进行掘进开挖活动时，支护装置所在的位置不能干扰掘进机的正常作业活动，同时不能阻挡掘进机内司机的视线。为了保证足够的使用寿命，支护装置的构建必须有足够的强度，同时为了便于井下复杂环境下的安装，支护装置应该便于操作，灵活性强，机械化程度高，并且安全稳定，能够很好地适应井下复杂的工作环境[3]。

1.2 结构及工作原理

ZLJ-10/21型支护装备主要由八部分组成，分别为提升油缸、支撑油缸、顶架、主架、双向锁、折叠气缸、多向阀、高压油管道。

ZLJ-10/21型机载临时支撑装备的燃料供给依靠井下综掘机的原机站。支撑装置通过操作阀与油缸支架连接，关闭掘进机掘进工作的油回路，打开临时支架连接油缸支架的三通操作阀，支护装置上的顶部支架向前伸展，同时装置侧边的框架也展开，依靠掘进机顶部框架支撑钢筋与钢网，掘进机前部的主框架和机顶的框架靠液压进行支撑，通过操控液压手柄，使液压油能够流过安全阀向阀门进行供油。流入的液压油进一步流入分流器，然后流经双向锁定，最后进入支护装置的气缸。主框架和掘进机顶部的框架在动力驱使下缓慢打开，打开到指定的角度和主框架所需要的合适位置，最后把主框架上升到巷道顶部，井下支护的工作人员可以利用主框架和钻机在巷道顶部布置钢和钢网，并安装螺栓。安装完永久支架钢网和螺栓后，临时支护支架下降到最低位置，并把其转换成主框架和车顶架。把支护装置顶部的挖掘机调整到当前位置，控制进油手柄通过三通阀进行上油，上油完成后关闭油路，控制阀不在工作，掘进机开始掘进工作，进而进入下一个循环。

1.3 主要技术参数

机载支护系统压力为16 MPa，初始支撑能力为1 t，其自重为0.96 t，支架的长为2.0 m，宽为2.1 m，支架展开后的支护范围长、宽都为3.4 m，可折叠的支架折叠后的高度范围为100～300 mm，支架顶部框架的倾斜角度小于20°，机载支护装置的启动时间大约为70 s，临时支撑装置不需要额外增加动力，其和掘进机共有一个泵站；临时支护装置采用机械化全液压技术，其支护范围不能超过机械化有效范围。并且临时支护装置方便安装和拆卸。稳定无故障工作时间要大于3 h。

2 机载超前支护工艺

机载临时支撑装置在掘进机工作时可以收缩到切割机齿轮箱的后部，不影响掘进机的正常操作。当掘进机掘进深度达到两个锚杆的长度时，就需要进行超前支护，此时掘进机需停止掘进工作，返回两个锚排。当掘进机停靠稳定后，将掘进用的切割头由悬空状态变为落地状态，通过操控机载临时支撑装置的控制按钮，使收缩在切割机齿轮箱后的支撑装置翻转到切割头的顶部。除了机载临时支撑装置外，还通过梁和锚杆对巷道进行永久支护。临时支护和永久支护相互配合可以有效预防巷道顶板垮落伤人事故的发生，保证巷道内人员的人身安全。

利用机载临时支撑装置，通过螺栓钻机在巷道顶部实现永久支撑，这会减少井下工人高处作业的频次，操作简单安全，并且对原有的支护水平起到了加强的作用。将机载临时支撑装置再次收缩到切割机齿轮箱的后部，掘进机进入下一个开采循环。

2.1 操作工序

利用掘进机前探梁进行支护工序如下：

1）在进行临时支护前，掘进机在巷道中间停靠，并把掘进机机头停落在地上，通过工作台上的二联阀，控制小车滑行，小车的目标位置在最前端，打开主管路球阀、七联阀，关闭主管路球阀、二联阀，通过操控七联阀使前梁到规定的位置，在通过操控操纵阀，来调控巷道断面与前梁伸缩棚之间的距离。

2）通过千斤顶使得前梁与巷道地平面保持平行。让前梁和侧护帮保持必要的角度，最后让巷道侧护帮回到规定的位置。

3）井下工人在前梁位置上敷设钢带和菱形网，工作完成后工人离开前梁工作位置。

4）通过前梁千斤顶和调幅千斤顶抬起吊臂，前梁位置的千斤顶在回缩过程中应该与巷道顶棚的位置保持平行，当前梁和巷道顶棚的距离很小在150～200 mm之间时，对钢带和菱形网的位置进行一定的调整，通过吊臂的作用，让前梁和巷道的顶部相连接。连接侧护帮与巷道顶棚，巷道前断面用前护帮进行保护，经核查无误后对巷道进行锚固。

5）对巷道进行锚固后，前护帮收缩到原来的位置，并且在回缩过程中前护帮与前梁之间的平行位置关系应保持不变。然后对侧护帮、前梁护顶板进行回缩、把吊臂下降到指定位置，伸出前梁位置处的千斤顶，保证前梁、吊臂和掘进机三者位置平行，上述工作完成后，把吊臂和小车上的千斤顶回缩到位。

6）掘进机在进行掘进工作时，通过千斤顶对吊臂位置调整，使其始终对准巷道中心。

2.2 技术改进

在前探梁进行支护的过程会存在如下问题：掩护板的位置需要固定不变，这会阻碍锚杆之间的距离变化；煤层顶板的倾角变化较大时，前探梁对其适应能力比较差。

为改善机载临时支架存在的缺点，进行了相应的技术改造：把装置上的平盖梁改为两个纵梁结构，两个独立的纵梁结构有一定的活动空间。进行技术改造后的支护方式应用范围更加广泛，对坚硬的煤层顶板也同样适用，同时解决了孔间距固定不变造成支撑困难的问题。

3 前探梁支护技术现场应用效果分析

用前探梁进行支护，大大提高了掘进工作面的机械化水平；增强掘进工作面的效率；降低井下矿工的劳动强度。具体应用效果如下：

1）前探梁不仅可以用于掘进工作面临时支护，提高掘进过程中的安全性，还可以起到支撑顶棚防止顶棚倒塌的作用。

2）前探梁在掘进工作面的使用，有效地降低了顶板垮落事故的发生，提高了掘进工作面的安全性，并且保证了巷道质量问题。

3）在巷道后期维护过程中，前探梁可以有效地预防巷道顶板冒顶事故的发生。前探梁使得巷道顶板空顶时间大大降低，再次保证井下工人处于安全环境下进行操作。

4 结论

1）改进后的机载临时支撑装置使用机械化的液压支撑技术，安全性强，机械程度高，并且操作简单，降低工人的强度。

2）整体顶板会对空顶区域实现有效支撑，防止操作人员进入未支护的空顶区，保证掘进过程中人员的安全。

3）改进后的ZZJ-10/21机载临时支撑装置对井下复杂环境的适应力增强，提高了综合掘进过程中安全性，还能缩短支护时间，提高掘进效率。