綜掘機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦的應(yīng)用

郭奮超，常波峰

(陜煤紅柳林礦業(yè)公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

采掘失調(diào)、接續(xù)緊張一直以來是制約礦井安全生產(chǎn)的一項技術(shù)難題。由于井下采掘作業(yè)時常面對巷道臨時支護，傳統(tǒng)的臨時支護機械化程度低，施工過程中耗費大量的人力，制約了巷道掘進效率，同時存在安全隱患，與打造現(xiàn)代智能機械化高產(chǎn)高效礦井的理念背道而馳。為實現(xiàn)煤礦安全高產(chǎn)高效運行，紅柳林煤礦北二盤區(qū)3-1煤回風巷煤巷掘進工作面在EBZ-200H綜掘機上安裝了相配套的ZLJ-20機載式臨時支護裝置，與吊環(huán)串前探梁臨時支護方式相比，取得了良好的臨時支護效果。本文對ZLJ-20機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦的應(yīng)用進行了分析。

1 綜掘機載式臨時支護技術(shù)

1.1 巷道掘進臨時支護技術(shù)研究進展

目前，井下采掘作業(yè)時一般選用液壓單體支柱配合橫梁和吊環(huán)串前探梁兩類臨時支護形式，這兩類臨時支護形式存在著對頂板的初撐力小、支護范圍小、操作過程復(fù)雜、勞動強度大、臨時支護速度慢、易發(fā)生安全事故等不足。隨著巷道掘進工藝的不斷改進，采用這些臨時支護形式加劇了采掘失調(diào)、接續(xù)工作面緊張的狀況，已經(jīng)不能滿足高產(chǎn)、高效礦井的建設(shè)需要。為解決掘進迎頭現(xiàn)有臨時支護存在的安全和效率問題，研發(fā)了綜掘機載式臨時支護，較好地解決了目前臨時支護方式存在的不足。該機載式臨時支護協(xié)同綜掘機推進作業(yè)，臨時支撐力較強，防護空間大，易操作，節(jié)約臨時支護時間，大幅度提升了臨時支護的效率，加快了掘、支、錨速度，實現(xiàn)了掘進迎頭機械化超前臨時支護操作，保證了安全高效施工。

1.2 ZLJ-20機載式臨時支護裝置

ZLJ-20機載式臨時支護裝置結(jié)構(gòu)與一般的臨時支護結(jié)構(gòu)有明顯不同，主要由主架(包含站套、站管、50油缸)、內(nèi)置雙向液壓鎖(100油缸、80油缸)、頂梁架、液壓油管路、十字頭、銷軸等連接器和控制閥構(gòu)成，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)完全利用液壓控制系統(tǒng)，借助綜掘機主泵站給油，與綜掘機融為一體，起到了協(xié)同綜掘機切削煤巖時的臨時支護作用。

圖1 ZLJ-20機載式臨時支護裝置

1.3 機載臨時支護工作原理及工藝流程

1.3.1 機載臨時支護工作原理

綜掘機械化配套一體化裝備主要包括綜掘機、機載臨時支護結(jié)構(gòu)、橋式轉(zhuǎn)載機和梭車等。其中機載臨時支護結(jié)構(gòu)位于掘進機截割部上，動力來源于綜掘機自身的液壓動力泵站系統(tǒng)。安裝時首先卸下綜掘機本體截割臂升降油缸的前軸裝置(更換安設(shè)機載臨時支護裝置)，在截割臂兩側(cè)分別裝上主架和主架油缸，然后再在主架上安裝頂梁架，最后將油缸管路連通。工作時，通過綜掘機的油泵提供動力，借助操作閥連接支護結(jié)構(gòu)的油路。通過專用控制手柄向前推動升起支護主架和頂梁架，調(diào)整支護面積。主架再升高，直到升緊支撐住頂板，支護人員便可在臨時支護空間內(nèi)安設(shè)錨桿作業(yè)，安設(shè)完畢之后，支護人員撤出，操控手柄將主架和頂梁架降落，支護油路回歸原位，便可循環(huán)進入截割掘進、頂板臨時支護、錨桿支設(shè)交替作業(yè)。

1.3.2 工藝流程

(1) 綜掘機割煤到適合的支護間距后，將綜掘機向后撤割煤步距，并將截割頭落地，及時處理頂幫的松動煤巖。

(2) 打開控制機載式臨時支護裝置油路的操作閥，關(guān)閉另一個供油路，控制各支撐油缸依次啟動，將頂梁架運行到截割頭上前方。

(3) 支護工將網(wǎng)片平鋪在支護頂架上，依靠頂架上的磁力吸附固定牢靠后，支護工撤至綜掘機后方安全區(qū)。

(4) 僅保留專職司機操作綜掘機及臨時支護裝置，繼續(xù)操作控制閥操控機載臨時支護裝置的控制手柄，向前推動支護主架和頂梁架，當頂梁升至距頂板200 mm～300 mm時，及時調(diào)整網(wǎng)片以符合聯(lián)網(wǎng)要求。

(5) 操作控制閥，將頂梁升高至網(wǎng)片緊壓到巷道頂板停止，綜掘機及時停電閉鎖。

(6) 支護人員進入臨時支護空間內(nèi)進行錨桿支護作業(yè)，支護施工完畢后，及時撤出支護施工人員，專職司機操作控制手柄，將主架降到最低點，然后將支護頂梁架降到原始位置，關(guān)閉操作閥上支護的油路，臨時支護裝置停止運行。開啟綜掘機油路，進行下一循環(huán)割煤、臨時支護、錨桿支設(shè)作業(yè)。

2 ZLJ-20機載式臨時支護裝置工程應(yīng)用及效果分析

北二盤區(qū)3-1煤回風巷位于北二盤區(qū)南端，設(shè)計長度為2 527 m，巷道服務(wù)年限為永久。煤層平均厚度約2.7 m，屬中厚煤層，厚度較穩(wěn)定，構(gòu)造簡單。煤層頂板以細砂巖為主，部分為泥巖，呈薄狀，節(jié)理發(fā)育，成松散狀，底板以粉粒砂巖為主。掘進期間有部分區(qū)域裂隙水從頂板兩幫流出。3-1煤回風巷設(shè)計斷面為矩形，設(shè)計斷面尺寸為5 600 mm×3 100 mm，凈斷面尺寸為5 400 mm×2 850 mm，巷道支護采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。巷道頂部選擇Φ20 mm×2 600 mm錨桿，巷道幫部選擇Φ18 mm×1 600mm錨桿，均為左旋螺紋鋼錨桿。錨索公稱直徑為17.8 mm，預(yù)緊力≥200 kN，極限拉斷力不小于279 kN，延伸率為3.5%，長度為7 300 mm。巷道頂部錨桿間排距為1 000 mm×1 000 mm，每排6根；錨索間排距為2 000 mm×2 000 mm，每排2根；巷道幫部錨桿間排距為1 500 mm×1 000 mm，每排4根。施工時選用EBZ-200H型綜掘機與ZLJ-20機載式臨時支護裝置相配套協(xié)同掘支作業(yè)。

自2019年10月份以來，北二盤區(qū)3-1煤回風巷綜掘巷道選用機載臨時支護裝置后，通過多次考察試驗，ZLJ-20機載式臨時支護技術(shù)相比以往傳統(tǒng)的臨時支護形式，極大地提升了煤巷采掘、支護作業(yè)速度，提供了足夠安全的支護作業(yè)環(huán)境，實現(xiàn)了機械化運行。其主要優(yōu)點如下：

(1) 安全可靠性高。機載式臨時支護裝置能夠切實有效地施加主動初撐力，支護能力可達1.5 t，主動控制圍巖穩(wěn)定，控頂面積達到2 m×3.4 m，能夠?qū)崿F(xiàn)多排施工，可提供安全的空頂支護空間和足夠安全的支護作業(yè)環(huán)境。

(2) 加快掘進效率。先選用吊環(huán)串前探梁臨時支護方式時，日合計掘進進尺8 m，月進尺200 m；而采用機載式臨時支護技術(shù)，日合計掘進進尺12 m，月總計進尺可達300 m，相比于前者掘進進尺提高了33%，提高了掘進效率，初步可實現(xiàn)采掘作業(yè)的正常接續(xù)。

(3) 操作便捷、減輕勞動強度。用吊環(huán)串前探梁臨時支護方式，機械化程度低，耗時耗力。選用機載臨時支護技術(shù)之后，采用按鈕、手柄電液系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)伸縮折疊、支撐面積調(diào)整、上下調(diào)節(jié)、傾斜角度調(diào)整，明顯降低了人工體力勞動的作業(yè)強度。

(4) 優(yōu)化施工工序。該裝置具備托網(wǎng)性能，可一次同步鋪3排網(wǎng)，與前探梁在施工過程中備頂不實、且每次上網(wǎng)都需從前探梁與頂板間隙穿網(wǎng)相比，避免了人員登高操作，降低了勞動強度。按照3 m循環(huán)進度，支設(shè)頂部錨桿期間，作業(yè)工序由鋪第一排網(wǎng)—支護第一排、鋪第二排網(wǎng)—支護第二排、鋪第三排網(wǎng)—支護第三排，重復(fù)3道工序變?yōu)榧幸淮武伨W(wǎng)(6張)—集中一次支護3排。縮短了上網(wǎng)、連網(wǎng)時間，優(yōu)化了工序，平均每3 m循環(huán)減少了支護用時約50 min。

3 結(jié)語

ZLJ-20機載式臨時支護裝置在紅柳林煤礦北二盤區(qū)3-1煤回風巷煤巷掘進的應(yīng)用，工作方式靈活，簡化了工藝流程，提高了錨護工作時工作環(huán)境的安全性，加快了巷道的掘錨速度，降低了工人體力勞動，初步取得了較好的應(yīng)用效果。目前，此套裝置在陜北礦業(yè)紅柳林公司的其他掘進工作面逐步推廣應(yīng)用。機載式臨時支護作為臨時支護的一個重要研究課題，給礦井生產(chǎn)帶來了極大的經(jīng)濟、社會效益，對礦井的安全高效掘進有著深遠的影響。