煤矿掘进机前探梁支护技术及应用

贾 瑞

(太原市西山建筑集团矿建第二分公司，山西 太原 030022)

0 引言

西山煤电杜儿坪煤矿综掘巷道掘进时，临时支护方式一般采用4～6根长短不一、φ≤120 mm戴帽木点柱，以及使用多个探头梁(钢或9#工字梁)沿巷道方向挂在探测区的巷道顶部，防止巷道顶板垮落造成人身伤害。这两种预支梁支护存在着支撑力不足，被动受力，安全稳定性差，不能足以支撑顶板的较大压力，工人操作繁琐，劳动强度大等缺陷。该矿为综掘巷道EBZ160悬臂式纵轴掘进机配置了ZLJ-10/21机载临时支护装置，采用机载临时前探支撑装置，实现了安全、可靠、快速的支护，提高了巷道掘进的安全性，也提高了生产效率。

1 机载超前支护设备

1.1 技术要求

当掘进机开始开挖时，支撑装置不能影响掘进机的切割、装载作业，视线良好；支护设备结构部件须刚性强，使用寿命长，适应复杂的巷道环境；操作灵活，机械化程度高，安全可靠，易于在恶劣环境下安装使用。

1.2 结构及工作原理

ZLJ-10/21型支护设备主要由顶架、主架、折叠气缸、提升油缸、支撑油缸、双向锁、高压油管道、多向阀等组成，结构如图1所示。

图1 支护设备结构图

ZLJ-10/21机载临时支撑装置工作时，采用综掘机的原机站供给燃油。打开两个三通操作阀连接到油缸支架，关闭挖掘机油回路，顶架前延伸，侧框架展开，支撑钢筋和钢网在车顶框架上，磁铁吸入，前部支撑主框架和车顶框架液压控制手柄，液压油通过安全阀向阀门供油操作，用于转向分流器，进入双向锁定，双向锁定打开进入气缸，然后主框架和车顶框架以缓慢打开的状态缓慢打开，控制到所需的角度和主框架位置，上升到巷道顶部，钢和钢网在巷道的顶部，工作人员可以在钻机安全的支持下，安装螺栓。锚+网的操作完成后，第一架下降到最低位置，然后转换成主架和车顶架，关闭顶架上的挖掘机到目前位置，两个三通阀手柄上油，支持油路关闭，支持控制阀不再工作，挖掘机进入下一个工作循环。

1.3 主要技术参数

系统压力：16 MPa；额定初撑力：1 t；支护范围(长×宽)：2.0 m×2.1 m，展开(长×宽)：3.4 m× 3.4 m，折叠高度：100～300 mm；顶框可倾斜：≤20°，显示：45°；开始时间：70 s；机器重量：0.96 t。临时支撑和掘进机共用一个泵站，无额外动力；临时支护不超过全机械化掘进机的有效尺寸；模块化设计，便于运输和井下安装。平均无故障(不升井维修)的工作时间不小于3 000 h。

适用于：巷道宽度≥2.3～4.2 m；支护超出截割头距离1～1.8 m，展开3.1 m。

2 使用机载超前支护的实践

当掘进机正常工作时，机载临时支撑装置折叠并收缩到切割机的齿轮箱的后部。当掘进机挖入两个锚杆间距时，停止挖掘，掘进机返回两个锚排，停在巷道中间。将切割头落地，操作板载临时支撑装置控制阀，使折叠框架顺利翻转到顶部的切割头空顶部(可手动打开折叠左右框架，增加支撑面积)。同时采用锚+梁支护方式对巷道两帮进行永久支护。此时前探支护及时给予巷道顶板一个支撑力，对于顶部的离层变形进行有效的预防控制，从而很大程度的保证了岗位人员的人身安全。

与掘进机的停电闭锁相结合，人员可以使用螺栓钻机通过液压临时支撑机在屋顶上永久支撑，操作方便，减少了人员上下高处施工的次数，提高了安全性。同时又对原支护装置起到了很好的保护作用。控制液压控制阀的临时控制，折叠框架回复，使折叠框架支撑在屋顶上。转入下一个开采循环。

3 超前支护的技术优缺点

3.1 优点

机械化程度高：全液压控制操作，机械化程度高，支持快捷，安全可靠。结构件采用高强度材料，强度高，承载能力强，体积小，使用寿命长。

缩短了临时支撑时间：实现掘进机与临时支护的综合组合，提高综合掘进机的综合功能，缩短支撑时间，通常人工支护前梁支撑，需6人30 min完成工作量，配有空气支撑保护需要70 s，大大减少支护时间，提高巷道掘进效率。

降低了劳动强度：当进行掘进工作时，临时支撑件将收缩到挖掘机砧板的顶部，并且外部极限尺寸将最大程度地减小，不干扰掘进机的切割操作，装载操作和驾驶员操作。操作简单，大大降低了劳动强度，减少了现场操作人员的数量，提高了效率。

保证了作业安全：利用缸体在顶板上施加一定的初撑力，实现主动支撑，使顶板处于安全支撑状态。掘进机和支撑作业联锁，确保整个作业的安全。采用整体顶板设计，支撑面积大，可有效支撑空顶区域，操作人员在安全区操作，避免人员进入空顶区，增加安全性。

保护了巷道侧支架：在支撑部分伸缩之前，支撑部分的两侧是折叠式的，以防止切割部分触到巷道侧支架，当延伸时确保支撑装置可以达到一定程度的支撑范围。

便于锚杆(网)固定：顶板框架部分结构和螺栓间距，行间距重合，便于锚、钢筋和锚网固定，装卸、维修方便。

3.2 缺点

对煤层顶板急剧变化适应性较差：在使用综掘机机载式临时装置的过程中，若遇到煤层顶板左右呈台阶不水平或前掘过程中遇到煤层顶板急剧变化时，此机载式前探梁就不能满足支护要求。

掩护板位置固定不利于锚杆间距变化：本临时支护设备原设计为固定的掩护板预留孔间距，环境适应性较差，打锚杆的难度较大。

3.3 技术改进方案

采用两个纵梁结构，更换设备上部的平盖梁结构，两个可移动桁条具有一定的独立活动空间。这种简单的改进可使设备适合于坚硬的煤层顶板，同时避免了固定盖梁保持孔间距的支撑困难等问题。

4 结语

采用全机械化掘进机的自动支撑等技术，缩短了空顶时间，减少了工人的劳动强度，更加安全、可靠，有效地起到了支撑顶板预应力的作用，避免了空顶操作，缩短了循环周期。由于ZZJ-10/21机载临时支撑装置由EBZ160悬臂纵向镗床设置，主要生产技术指标、掘进效率等都有了较大的提高。不仅解决了复杂地质条件下综合掘进的临时支护的安全问题，而且提高了掘进效率，效益是十分显著。