一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置在煤矿的实践与应用

2024-01-29李成虎吕新亚

西部探矿工程 2024年1期

李成虎，吕新亚

（国家能源集团乌海能源有限责任公司老石旦煤矿，内蒙古乌海 016000）

煤炭在中国能源组成中占主要部分，我国大部分矿井是井工矿，保证煤炭不断供应的核心是矿井安全高效的生产，这其中原煤的高效开采是关键[1]。矿井顶板事故日渐成为困扰矿井安全生产的主要灾害之一[2]。在采煤过程可能发生的众多事故中，顶板事故的多发性是我国煤矿开采面临的一大特点，顶板事故无疑且一直在困扰着我国许多大中型煤矿企业，不管是单就事故总体上发生的事件数还是事故平均上的死亡人数，顶板事故无疑都将是一直占据我国所有大型以上煤矿开采的各类事故危害之首[3]，根据国外有关统计，2010～2019 年的同期我国地下各类大型煤矿顶板事故已相继发生约2536 起，死亡数量达到3208 人之多，分别占此期间内发生的煤矿事故总起数和总死亡人数的44.41%和32.28%[4]。在我国煤矿的采掘工作面顶板支护中目前应用锚杆锚索配合金属网支护顶板是比较常见支护方法，但是在施工锚杆孔时由于操作气动锚杆钻机不当造成伤人的事故比比皆是[5]。传统的气动锚杆钻机都是通过加强现场的盯防监管，提高工作人员的敬业精神，来预防机械伤人事故，在实际工作中起到了一定的效果，但工作量大、人员劳累，达不到全时段监控防护，机械设备伤人事故的难题依然存在[5]。基于以上研究背景，一种新型气动锚杆钻机安全支撑防护装置的研制应运而生。

1 矿井及工作面概况

1.1 矿井概况

老石旦煤矿位于内蒙古自治区桌子山煤田西翼的老石旦精查区，隶属于国家能源集团乌海能源有限责任公司，行政区划属乌海市海南区管辖。矿区呈北东—南西向带状展布，其走向长7.12km，宽1.7km，井田面积9.7767km2。2007 年核定批复生产能力1.50×104t/a，截至2020年12月31日，矿井剩余保有资源储量5513.82×104t、可采储量4710.21×104t，剩余服务年限20.13年。2019年矿井完成了安全技术改造，系统得到进一步简化，形成“一井一面”生产格局。矿井采用斜立井混合式开拓，布置主斜井、副斜井、回风立井3个井筒，为单一水平开采。井田共划分三个采区，北一、北二采区已回采完毕，现主采北三采区16号煤层，为中硫主焦煤，16 号煤层分为：16-1、16-2、16-3、16-4，合并为一层采用综放开采，平均厚度8.8m。

1.2 掘进工作面概况

16403回风顺槽开口位置为16403回风顺槽车场2#点前7.9m处，北距16煤运输大巷289m。16403回风顺槽东临16402运输顺槽，与16402运输顺槽之间预留煤柱20m。16403 回风顺槽设计掘进长度1166m。采用综合机械化掘进方式，采用锚网索支护方式。

2 存在的问题

在掘进工作面施工锚杆孔时，使用传统的气动锚杆钻机打设帮锚时锚杆机底座没有支撑，一方面帮锚打设存在角度，致使帮锚杆无法起到良好的护帮作用，另一方面使用锚杆机打钻时，锚杆机底座没有支撑，稳定性极差，打钻过程中容易造成作业人员受伤。所以现有的气动锚杆钻机仍存在较大的安全隐患[6-7]。需增加一种可靠的安全防护装置来防止这样的事故发生。传统的气动锚杆钻机都是通过加强现场的盯防监管，提高工作人员的敬业精神，来预防机械伤人事故，在实际工作中起到了一定的效果，但工作量大、人员劳累，达不到全时段监控防护，机械设备伤人事故的难题依然存在[8]。因此必须转变传统的观念，积极探索研制新的固定锚杆机底座的方法，确保安全施工。

3 一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置的实践与应用

3.1 一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置研制目的

一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置研制目的就是克服采用上述传统的气动锚杆钻机使用过程中存在的缺点和不足，主要目的如下：

（1）一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置安装于气动锚杆钻机支撑腿外面，气动锚杆钻机安全支撑防护装置左右两边固定链固定在煤帮金属网上，正常作业过程中，气动锚杆钻机供压缩气体，油缸推进过程中给气动锚杆钻机安全支撑防护装置一个后推力，气动锚杆钻机安全支撑防护装置左右两边固定链牢牢拉住气动锚杆钻机安全支撑防护装置，使其固定在气动锚杆钻机安全支撑防护装置内，从而从源头上防止了气动锚杆钻机打滑或位移造成的人员伤害，效果非常明显。

（2）一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置不仅大大提高了人员操作的可靠性，而且使打设帮锚的作业人员数量得到了减少，提高了打设帮锚的效率，使打设帮锚的质量得到了提高。

（3）在设计、材料选型上，紧密结合现场实际状况，制作出了结构简易合理、安全性能高、使用方便的装置，大大降低了生产运营成本，提高了人员的安全系数。

3.2 一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置的工作原理

一种气动锚杆钻机安全支撑防护装置研制的目的：克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、使用方便、安全性能高、能够对人员操作起到有效的安全保护。

本气动锚杆钻机安全支撑防护装置研制的工作原理和技术方案：一种新型气动锚杆钻机安全支撑防护装置如图1所示，这种安全支撑防护装置可以用8寸铁管、2寸半铁管、2寸铁管、∅16mm圆钢制作，其结构含有2块400mm×200mm×10mm的钢板、4块200mm×100mm×10mm 的钢板和一块∅200mm 的钢板、2 根∅8mm×1500mm的链子组成。8寸铁管1底端焊接一块∅200mm的钢板，2 寸半铁管一端焊接400mm×200mm×10mm 的钢板，另一端距离底部100mm 施工3 个∅14mm 的圆孔；2 寸铁管一端焊接200mm×100mm×10mm 的钢板，另一端套在2寸半铁管孔内，使用M12螺栓进行固定，将8寸铁管焊接固定在支撑架上，将2根链子固定在支撑架后面两侧边，这样的连接方式便于安装固定。

图1 一种新型气动锚杆钻机安全支撑防护装置示意图

该气动锚杆钻机安全支撑防护装置，包括：1、前支撑腿，2、后支撑腿，3、防护固定罩，4、支撑拉筋，5、固定链，6、气动锚杆钻机；气动锚杆钻机位于防护固定罩内，固定链固定在巷帮金属网上，正常作业过程中，气动锚杆钻机供气，油缸推进过程中给气动锚杆钻机安全支撑防护装置一个后推力，气动锚杆钻机安全支撑防护装置左右两边固定链牢牢拉住气动锚杆钻机安全支撑防护装置，使其固定在气动锚杆钻机安全支撑防护装置内，从而从源头上防止了气动锚杆钻机打滑或位移造成的人员伤害。