掘進工作面臨時支護技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

摘要： 目前現(xiàn)代化礦井存在掘、支時間比例失調(diào)的矛盾，臨時支護勞動強度大，效率低，支護速度影響掘進速度，分析了目前國內(nèi)外掘進工作面臨時支護技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用以及存在的問題，提出今后掘進工作面臨時支護技術(shù)的發(fā)展方向。

Abstract： At present， modern mine has the proportion in time contradiction of excavation and supporting， temporary support has high labor intensity and low efficiency， supporting speed affects the driving speed. The current development and application of supporting technology and the existing problems on tunnelling face in domestic and overseas is analyzed， the development direction of support technology on excavation work face in the future are put forward.

關(guān)鍵詞： 掘進；臨時支護；發(fā)展；應(yīng)用

Key words： driving；temporary support；development；application

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）22-0110-03

0 引言

在巷道掘進過程中，為避免空頂距作業(yè)引起頂板發(fā)生沉降離層和變形，引發(fā)事故，在永久支護前，采用合理的臨時支護尤為重要。我國煤礦煤系地層中具有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井分布十分廣泛，具有復(fù)雜地質(zhì)條件的礦井遍布全國各主要產(chǎn)煤區(qū)，隨著開采深度的增加，復(fù)雜地質(zhì)條件煤礦的數(shù)量和分布范圍將會繼續(xù)擴大，復(fù)雜地質(zhì)條件巷道圍巖穩(wěn)定性差、圍巖變形和破壞強烈，造成臨時支護量大，嚴重影響了巷道支護速度，造成巷道掘進進尺低下，滿足不了綜掘快速推進的要求，造成掘進與支護時間嚴重失調(diào)。

1 掘進工作面臨時支護技術(shù)現(xiàn)狀

在巷道掘進施工中造成冒頂傷亡事故的主要原因是空頂下作業(yè)，有資料顯示，煤礦安全事故中大約有四成是冒頂事故，而總冒頂事故的兩成是掘進工作面冒頂，因此在實際的巷道掘進施工中，為了保證施工人員的生命安全，為人員建立安全的施工環(huán)境，應(yīng)在進行永久支護前使用臨時支護。

《煤礦安全規(guī)程》第36條規(guī)定“掘進工作面永久支護之間，必須使用臨時支護，嚴禁空頂作業(yè)”。臨時支護是相對于永久支護來而言，它的作用是暫時的，其支護強度和支護面積都不及永久支護，是在永久支護前對頂板加以防護，防止頂板事故發(fā)生，給空頂作業(yè)人員以安全保護。由于巷道掘進后頂板裸露，若未能有效及時支護，很可能發(fā)生頂板冒落，造成人員傷亡，因此掘進工作面臨時支護的安全問題一直是困擾掘進工作面快速生產(chǎn)的技術(shù)難題。

我國煤礦掘進工作面的支護形式一般分為臨時支護和永久支護，國內(nèi)大多數(shù)礦井掘進工作面均采用臨時支護，目前掘進工作面常用的臨時支護形式有前探梁架棚、支柱加橫梁、懸臂式掘進機機載臨時支護裝置和掘錨機組配套的臨時護頂裝置。這幾種臨時支護方式雖然一定程度上減輕了掘進工作面迎頭支護的壓力，改善了工作面支護狀況，但仍存在很多不完善的地方。隨著掘進技術(shù)和錨桿支護技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，提高臨時支護的速度，降低工人的勞動強度，解決臨時支護中存在的問題極為重要。

2 掘進工作面臨時支護技術(shù)的應(yīng)用

2.1 前探梁架棚

前探梁架棚臨時支護，見圖1所示，其結(jié)構(gòu)簡單，由吊梁卡、吊環(huán)、前探梁鋼管、木板等組成。是利用固定在迎頭支護錨桿上的吊環(huán)的懸吊和迎頭巖壁預(yù)留孔的支撐將前探梁鋼管沿頂懸起，鋼管上鋪設(shè)木板，從而防止迎頭空頂區(qū)頂板掉落傷人。

前探梁臨時支護中存在下列問題：

①承載力小，控頂距不能超過2m，不能滿足一掘多錨的要求；

②支護面積小，不能對空頂區(qū)進行全面支護，如遇到頂板破碎的情況，使用效果較差；

③鋪網(wǎng)作業(yè)時，進行前探梁前移操作，操作人員進入空頂區(qū)，在頂板不穩(wěn)定的地質(zhì)條件工況，易造成冒頂，安全性差。

2.2 支柱加托梁式臨時支護裝置

支柱加托梁式臨時支護，見圖2所示，常采用單體液壓支柱上鋪設(shè)方木以增大護頂面積，防止意外發(fā)生。包括立柱、升柱、卸壓回柱等幾個操作步驟。

支柱加托梁臨時支護，支撐力比前探梁臨時支護有所提高，但支護面積小，立柱、升柱、卸壓回柱的操作過程復(fù)雜，支柱需要人工頻繁移動，工人勞動強度較大，造成輔助作業(yè)時間長，無法滿足礦井生產(chǎn)的需要。

2.3 懸臂式掘進機機載臨時支護裝置

結(jié)合懸臂式掘進機自身的工作特點和結(jié)構(gòu)，我國許多廠家研制的懸臂式掘進機機載臨時支護系統(tǒng)與掘進機集成，常見有兩種結(jié)構(gòu)，一種布置在掘進機截割部上方，見圖3所示，利用截割部的升降和臨時支護裝置的伸展實現(xiàn)臨時支護；另一種是在掘進機機身上部，見圖4所示，利用軌道將臨時支護裝置移至迎頭，完成臨時支護。這兩種臨時支護形式，可以滿足部分斷面形狀巷道的快速掘進成巷支護要求，提高巷道支護強度、作業(yè)安全性，減輕工人勞動強度，巷道的支護速度、綜掘巷道掘進機械化程度和掘進機的開機率也大幅提高。

2.3.1 懸臂式掘進機機載臨時支護裝置存在的主要問題

①影響掘進機的工作性能，布置在截割機構(gòu)上，對掘進司機的截割視線有一定的影響；

②機載臨時支護的支護面積及有效支護空間小，且對巷道的斷面形狀有局限性，不能實現(xiàn)對掘進巷道的全斷面支護；

③利用掘進機液壓泵站作為臨時支護系統(tǒng)的動力源，臨時支護工作時掘進機處于開機狀態(tài)，掘進機的工作機構(gòu)和臨時支護的工作機構(gòu)如果互鎖機構(gòu)不可靠，易誤操作造成的人員傷害。

2.3.2 山西天地煤機裝備有限公司在EBZ120掘進機截割部上機載了臨時支護裝置，主要適用于煤及半煤巖巷的支護。

①主要技術(shù)參數(shù)：

巷道斷面形狀 矩形或拱形

適應(yīng)巷道斷面（m2） ≥3.4×2.9

支架初撐力（kN） 20

支護面積（m2） 2×2

支護高度（m） 2.9～3.8

②使用效果：2008年4月在蒲白礦務(wù)局白水煤礦掘進二區(qū)進行了井下工業(yè)性試驗。巷道寬度3.6m，高度3.1m，支護形式為錨網(wǎng)支護，設(shè)計斷面10.3m2。在試驗期內(nèi)，各元部件運行良好，沒有發(fā)生故障；整機工作正常，運行良好，動作到位，支護高度和寬度均達設(shè)計要求；支護時間由原來20～30分鐘節(jié)約到5～8分鐘，同時支護強度、安全性能也進一步提高。

2.4 掘錨機組臨時支護裝置

掘錨機組是適用于高產(chǎn)高效礦井煤巷高效掘進的一體化設(shè)備，見圖5所示，是在連續(xù)采煤機和懸臂式掘進機的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型掘進機型。掘錨機組是將掘進與支護有機地組合起來，裝置包括四臺頂板錨桿鉆機和兩臺側(cè)幫錨桿鉆機及其配套的臨時護頂裝置，掘進和支護工藝只需在同一設(shè)備上進行，減少了兩者切換的時間。

掘錨機雖然實現(xiàn)了掘錨平行作業(yè)，由于掘錨組整體寬度較大，只能在較大斷面巷道使用且只能掘進矩形斷面巷道。對頂板和底板的要求較高，松軟易破碎的頂板不適用。受設(shè)備配套和采掘技術(shù)等因素限制，在錨網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護條件下支護工藝復(fù)雜，鋪網(wǎng)、施工錨索沒有實現(xiàn)自動化，不利于實現(xiàn)快速支護。

3 掘進工作面臨時支護技術(shù)發(fā)展趨勢

研制出與掘進機相互集成的機載式臨時支護裝置，改變傳統(tǒng)的掘進和支護工藝方式。對減輕工人勞動強度，提高臨時支護強度、安全性能，縮短掘進工作面作業(yè)循環(huán)中的支護作業(yè)時間有重要意義，是國內(nèi)外掘進工作面臨時支護技術(shù)領(lǐng)域重點研究和開發(fā)的方向。目前快速掘進支護裝置的研究，代表了煤礦綜掘巷道快速掘進技術(shù)的發(fā)展方向，是高產(chǎn)、高效礦井技術(shù)的重要組成部分，對促進我國煤炭生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻：

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