掘进巷道临时支护液压支架的研制与应用

刘子荣

（晋能煤业同发东周窑煤业有限公司，山西 大同 037000）

晋能控股煤业集团东周窑矿开采的掘进巷道地质情况复杂。在巷道掘进过程中，基于煤层赋存角度、顶底板强度的影响，掘进巷道临时超前支护主要是采用悬挂顶梁前探梁的人工作业形式，该临时超前支护方式劳动强度大、速度慢、进度效率低。依据东周窑矿智能化煤矿建设的要求，基于煤矿高产高效安全开采的目标，以2105 掘进巷道为案例，从综掘机组配套的机型、功率，采煤工作面综采设备和工作面液压支架的高度要求出发，开展了电液遥控操纵式掘进临时超前支护液压支架的设计和应用研究[1-6]。

1 工程概况

晋能控股煤业集团东周窑矿地处山西省大同煤田东翼中东部边缘地带，井田面积101.13 km2，矿井地质保有储量177 062 万t，设计生产能力为1000 万t/a，服务年限63 a。可采煤层5 层，总厚度29.65 m，煤层倾角一般小于10°，主采煤层为3#～5#层，平均厚度为15.72 m。

东周窑矿一盘区2105 掘进巷道设计全长2800 m，矩形断面，掘进宽度为4600 mm，掘进高度为2400～3200 mm。地层倾为5°～9°，沿3#煤层顶板掘进，煤层平均厚度为3.9 m，结构简单。

2 永久支护方式

2105 巷道及掘进断面顶板支护设计采用“锚杆+塑钢网+锚索梁”联合支护方式，施工按永久支护作业，如图1。

顶锚杆使用Ф20 mm×2500 mm 左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆托盘尺寸200 mm×200 mm×12 mm，顶锚杆间距800 mm，排距1000 mm；顶板锚索采用Ф17.8 mm 预应力钢绞线，长度7300 mm，每排布置3 根，顶锚索间距1200 m，排距2000 mm。

以往该煤矿掘进巷道临时超前支护主要是采用悬挂顶梁前探梁的人工作业形式，劳动强度大、速度慢、进度效率低。该煤矿针对2105 掘进巷道，开展了电液遥控操纵式掘进超前支护液压支架设计和实践应用研究，期望能电液遥控操纵一键自动移架，同时当有工作人员超过行程范围后，支架可实现自动停止动作并闭锁，安全性较好。

3 临时超前支护液压支架的设计要求分析

3.1 超前支护液压支架的适用要求

2105 掘进巷道临时超前支护液压支架的要求主要有：工作阻力及支护强度要适当，不破坏锚网支护时对顶板完整性和平整度的要求；支架形式要保证最小过机空间，挑梁间距设计符合锚杆钻孔的点位尺寸要求；架型经过优化设计，力争满足初撑力支护强度的前提下，结构件薄窄化、轻量化设计。架体主要部件、关键部位采用高强度钢板，经优化采取局部加强设计，压缩结构宽度及顶梁厚度，使底座收窄、顶梁平薄，加大支架下方空间，提供更大的过机空间和过人通风空间，达到保证具有较高的可靠性的同时，结构紧凑、适应性强。

3.2 实用功能性要求

掘进超前支架借助液压动力进行升柱、降柱、移柱、顶梁伸缩等各部结构动作，并配以电液遥控操纵系统实现远距离安全快速操纵；掘进超前支架液压系统采用符合煤矿标准及通用的KJ系列接头，与工作面主进、回液一致；掘进超前支架设有防倾倒装置；掘进超前支架的循环步距为1.0 m。

临时支护支架为掘进工作面铺设锚网支护时的临时支护，在掘进施工作业中可以实现自移行走和支护操作功能，保护迎头锚护作业人员安全，能够替代现有的吊挂式前探梁作为超前支护使用，可有效提高掘进单进水平，降低作业人员劳动强度，提高工作效率，防范各类顶板事故的发生。

4 ZLJ2400/24/32 临时超前支护液压支架的设计

4.1 结构分析

设计的ZLJ2400/24/32 型临时超前支护液压整套支架分为架体部分、液压系统和控制部分。架体为门式结构，2 组前后连接成1 套。为缩小架体占用空间、便于锚护，顶梁的立柱千斤顶选用较细直径，数量8 根，分为2 组支撑于两侧帮壁处。顶梁横向支撑分为前后顶梁，设计有前探梁、伸缩梁、翻转板，左右设有调偏装置护帮板。顶梁上交错排布有纵向支撑棚梁。立柱底座采取轻窄形式，4 组底座前后两两相连置于两侧。前后底座连接推移千斤顶，前后架交错支撑，利用推移千斤顶伸缩动作实现前后架的移动推进。

支架液压系统使用采煤液压支架标准及通用的KJ 系列接头，与工作面主进、回液一致的管路，及快速接头高压胶管；各动作液压千斤顶配置液压锁安全阀等液压元件；集中操纵阀与电磁阀配套控制支架所有动作。

控制部分设置电磁阀控制液压系统，使用遥控器操纵，实现人机分离操作。遥控接收器、电磁阀和液控阀集中安装，以利于液压管路的排布。

4.2 工作方式

掘进作业时，超前支架前后两组左右立柱千斤顶支撑顶梁支撑于巷道顶板，横跨在掘进机上方，掘进机截割1 m 后，超前支架前架降架，后架支撑，底座推移千斤顶和顶梁伸缩千斤顶动作推动前组架前移跟进，预铺锚网之后升架支护；综掘机二次截割，割完顶板后，支架前探梁伸出，同时在梁上预铺错网；综掘机再次截割，截割后支架伸出翻转梁，同时挂上锚网，支撑于顶板上，然后退出综掘机，进行集中打眼、锚护作业。

此种超前支护推进方式可以实现综掘机截割三个循环进行一次集中锚护作业，由原来的一掘锚改进成三掘一锚，并对顶板采用液压临时超前支护，保障空顶下人员安全，提高掘锚循环效率。

4.3 主要技术参数

ZLJ-2400/24/32 型临时超前支架主要技术参数：

支护高度2400～3200 mm，支护宽度4500 mm，工作阻力2880 kN，初撑力2400 kN，立柱内径Ф125 mm，支护强度0.19 MPa，对底板平均比压≤1.5 MPa，支架中心距1500 mm，支架控制方式为手动/遥控。

5 工业性试验

5.1 应用情况

结合东周窑矿2105 掘进巷道实际地质情况，针对性地设计了ZLJ-2400/24/32 型综掘临时超前支架。该支架结构由集团机电装备公司制造，用于掘进端头临时支护。

掘进、锚固及临时支护工艺流程：检查顶板（敲帮问顶）→掘进机截割→降前架→移前架→掘进机截割→敲帮问顶→伸缩梁伸出支护→掘进机截割→翻转板打开→施工顶锚杆眼→安装顶锚杆→铺网→安装顶锚盘→施工帮锚杆眼→安装帮锚杆→铺帮网→连帮网→安装帮锚盘→降后架→移后架→施工锚索眼→安装锚索→预紧锚索→依次循环。

5.2 效果分析

目前2105 巷道已掘进近1200 m，在掘进期间，ZLJ-2400/24/32 型综掘临时超前支架的支护效果理想，施工期间端头支护区域未发生顶板冒落和变形量过大的问题。ZLJ-2400/24/32 型综掘临时超前支架与综掘机进行配套作业，有效地减少停机锚护的频率，掘进效率提高了35%，同时给铺网等掘进辅助作业施工提供了安全作业环境，保证施工作业人员的人身安全，为巷道的综合机械化掘进作业提供了有力支持。ZLJ-2400/24/32 型综掘临时超前支架的应用，具有较好的社会安全经济效益。