交错式掘进超前支护装置安全互锁液控的设计与应用

王文胜，侯晓飞，马 隽，王璟耀

（潞安环能股份公司常村煤矿，山西 长治046102）

引言

随着我国工业化进程不断推进，煤层赋存条件单一的煤层已经逐步开采完成，我国煤层的开采重点已经逐步向着赋存条件较为复杂的煤层进行转移。由于受到工程扰动的影响，对巷道顶板如果不进行及时的支护将会造成冒顶等事故的发生[1-2]，所以需要对掘进工作面前端进行超前支护，以保障掘进工作的正常运行。在使用掘进工作面交错式掘进超前支护装置时[3-4]，由于超前支护装置的安全互锁不能有效互锁而造成安全隐患，因此结合实例，对装置进行优化设计。

1 ZJC2×880/27/40型支护装置应用中存在的问题

目前，煤矿井下掘进工作面交错式超前支护装置（也有称为“交错迈步自移式超前支护装置”，以下简称支护装置）的广泛应用，实现了掘进过程从无支护到临时支护、再到永久支护的工艺改进。潞安环能公司常村煤矿试用的ZJC2×880/27/40型支护装置，类同于其他型号的支护装置，采用四梁分前后两组框架（以下简称支架）交错式结构，在连接油缸的作用下相互推拉移动。在移架过程中，其中一组（以下称为A组）始终处于接顶（初撑或承载）状态，另一组（以下称为B组）的支撑体（立柱）悬浮后移动，随着掘进机向前掘进前移，及时支护掘进巷道暴露的顶板。掘进机和作业人员始终保证在超前支架下作业，提高了支护质量，有效地保证了作业人员和设备的安全，提升了工作面的支护装备水平，但实际使用过程中还存在着不足之处，安全上仍然存在较大的隐患。

在操作A组支架时，保证整套支架稳定性的B组支架，其支撑力是关键因素,一但出现B组支架受力不达要求的情况，整套支架就会出现倒架，导致安全事故发生。原设计中，针对两组支架，在液压控制原理上有互锁装置：要求操作A组支架时B组支架不能操作或者操作B组支架时A组支架不能操作。从表面上看，该互锁装置所起的作用是保证一组支架移动时，另一组支架的液压管路关闭，不能升降和移动，确保支架在接顶状态下安全稳定、支护有效，不倾斜或倾倒，不会造成大面积顶板失去支撑、支架损坏、砸伤人员、降低掘进效率等事故发生，但事实上，一方面由于支架的操作是人为的，保障支架的初撑力存在不确定因素，另外一方面由于支架的立柱及液压管件很难避免出现漏液现象，也存在不能保障支架始终处于初撑力或受阻状态，但要达到支护要求的初撑力状态，采取安装仪表等措施进行判断，仅靠人为控制还存在很大的安全隐患，不是理想方案。

2 优化措施

针对支架安全互锁原理存在的问题，可以在液压回路中利用一组支架初撑力液体的压力信号控制另外一组支架的液压控制回路来解决，也就是只有在保证其中一组支架达到甚至超过初撑力后，才允许操作另外一组支架，否则操作无效。

改进后两组支架对应立柱安全互锁原理简图如下页图1所示。

改进后的两组支架安全互锁液压控制，是在改进前的液压控制原理基础上，每根立柱的控制新增了液控双向锁（以下简称双向锁）、可调单向阀（以下简称单向阀）和管路三种主要液压元件，双向锁和单向阀配合实现安全互锁，单向阀调定单向导通压力数就是支架确定的初撑力的压力数，只有支架达到初撑力标准后，连接A组（或B组）支架的立柱后腔和B组（或A组）支架单向阀的管路中的液体压力才可使B组（或A组）单向阀导通，使B组（或A组）双向锁打开，接通连接立柱前腔和双向锁的管路（在初次升架时该管路先临时接通，待支架升起达到初撑力后，管路再接入双向锁中），方可操作B组（或A组）支架降落。

图1 改进后两组支架对应立柱安全互锁原理简图

3 应用效果

该项改进技术在潞安环能公司常村煤矿北3-5掘进工作面应用后，取得了如下效果：

1）不仅保证了支护质量，还保证了必须有任何一组支架达到初撑力后允许另外一组支架操作降落。

2）避免了在支护装置不稳定、支护无效的情况下操作而导致的支护装置倾倒、顶板失去支护、伤人等安全事故。

3）实现了对有效支护的自动监测和控制，在装备上提升了安全性能和自动化水平。