气腿式临时支护装置的应用研究

刘晓强

摘 要：便捷、可靠的临时支护是实现巷道开掘、维护工作顶板安全的重要基础，通过改造锚杆机使其只能升降不能旋转，同时通过连接球头使一字或弧形横梁和锚杆机链接，形成的气腿式临时支护具有支撑强度高、轻便可靠、易于操作的优点，结合合理的锚网支护程序，实现了对顶板的及时有效支撑，是一种经济、便捷的新型结构临时支护形式。

关键词：气动锚杆机；支护装置；操作程序

中图分类号：TD354 文献标志码：A

煤矿井下开掘及巷修工程中，安全可靠的临时支护是确保安全生产的基础。常用的临时支护形式有顶板悬吊式临时支护、机载式临时支护、自撑可移式临时支护3种。悬吊式临时支护用球母托架悬吊于巷道后方已支护的顶锚杆上，属于悬臂梁形式，支护面积小、强度低、不能给顶板一定的支撑力、不能有效地维护顶板，支护效果较差。机载式临时支护适应性差、操作复杂、设备维护不简便。常用的单体支柱式自撑可移式临时支护因为设备沉重、操作步骤多、劳动强度大而逐渐被淘汰。在这种背景下，研发一种适应开掘、维修巷道使用的临时支护成为我们控制顶板事故、实现安全生产的关键。

1 气腿式临时支护的设计思路

通过理论分析，结合临时支护发展的规律及现有的技术水平，确定临时支护的结构形式采用自撑可移式临时支护。自撑可移式临时支护可以有效地对顶板施加一定的初撑力，从而解决顶板被揭露后所处于的失稳状态，达到减少顶板破碎维护顶板的目的。

受到煤矿锚网支护常用的锚杆机启发，在进行了充分的理论分析和论证之后，我们认为锚杆机顶推力较大，操作灵活方便，可以借用锚杆机的这些优点使用锚杆机作为支撑顶板的载具。通过改造锚杆机，拆除其转动马达并在其顶端加设支撑座，使之和带耳槽钢连接，即可实现对顶板的主动支撑。气腿式临时支护能够给顶板一定的主动支撑力，并且具有支护可靠、设备轻便、操作简单、适应性好、设备维护简便及劳动强度低等优点。

如图1所示，气腿式临时支护设计结构示意图。

2 气腿式临时支护的性能

气腿式临时支护的气腿采用MQT-130/3.0Ⅴ型锚杆机（参数见表1），其升降范围为1 460 mm～3 615 mm，单台锚杆机重量52 kg，若在气腿下加焊500 mm支撑底腿，升降范围可进一步扩大，以适应巷高较高的巷道，但重量会增加。气腿式临时支护性能能够满足掘进、巷修临时支护的要求，其单腿对顶板额定支撑力为6.3 kN，最大支撑力为7.9 kN，整套重量小于75 kg。当采用双气腿形式时，其额定支撑力为12.6 kN，最大支撑力为15.8 kN，最大支护范围达为4.0 m×1.1 m，整套重量小于120 kg。气腿式临时支护可以实现对顶板的有效支撑，能够有效防止顶板破碎矸石冒落，同时其具有支撑可靠、重量轻、操作简单的优点，是一种便捷、高效的新型临时支护设备。

通过配合不同的气腿数量及支撑钢梁，气腿式临时支护可以适用不同的作业需求。正常掘进作业采用双气腿形式，顶梁采用一字型槽钢横梁，支撑范围大，结构简单可靠。岩巷等半圆拱形巷道及三心拱形巷道可根据需要研制不同形式的弧形钢梁，使之能贴合巷道顶部断面，可以实现对拱形巷道顶板的有效支撑。扩帮等巷修工程当扩帮范围较小时可以采用单气腿形式，配合一字型短顶梁，可实现巷修工程的临时支护，轻便快捷、顶板支撑力大、安全可靠。

3 气腿式临时支护的使用要求

气腿式临时支护采用矿井供风管路供风。从供风管路引出三通接头，连接锚杆机供风管路。气腿式临时支护采用13 mm高压软管供风，可以满足支撑顶板的性能需要，其需风量较小，当气腿升起顶紧后即可关闭锚杆机进风阀门。在掘进巷道采用掘进机掘进时，气腿式临时支护供风管路从掘进机的转盘盖板穿过，掘进机割煤时断开主供风管路，割煤完毕连接供风管路，操作步骤简单。在不使用时，临时支护的气腿放在掘进机上或用S钩悬吊于顶板金属网上（S钩至少要钩住3根铁丝），风管盘好但不得拆管，必须保证临时支护完好接管并和主供风管路联通，随时可以使用的热备用状态。根据煤矿安全规程的要求，不得空顶作业，所以掘进机割煤完毕后需要立即连接临时支护供风管路，同时升起气腿，支撑于空顶的顶板范围，即可实现对顶板的有效支撑。当一排支护完毕需支护下一排时，需要及时前移气腿式临时支护。岩巷掘进和巷修工程使用要求和掘进工作面近似，当需要使用时连接供风管路升起气腿即可。

4 气腿式临时支护的工序配合

为实现临时支护与锚网支护工序的有效结合，我们经多次井上试验后实现下井试用。下井后先后在机二队、机一队进行试验验证，证明气腿式临时支护效果达到了研发目的，同时总结了一套科学高效的操作工序。施工顺序：割煤完毕→敲帮问顶→拉顶网至有支护的顶板下→联网→使用临时支护将新网顶至顶板→施工顶锚杆、锚索，上顶钢带梁→收回前探临时支护→继续施工顶锚杆锚索完毕。施工工序的难点在于新网的搭接，传统工序上新网首先顶起，然后施工定位锚杆进行固定并依次施工完所有锚杆，最后联网。使用气腿式临时支护时，因为要避免人员进入空顶下升起网片，所以需首先联网，即将新网和已支护顶网首先连接，然后升起气腿式临时支护，实现对新网和顶板的支撑，然后施工锚杆。通过这种方式可以提高支护工序的安全性。

5 结语

气腿式临时支护设备包括气腿式锚杆机及槽钢横梁，通过对锚杆机的改造实现了多种形式的临时支护，其加工制作及使用、维护费用极低且设备轻便，操作简单，实现了对顶板的有效主動支撑，可以有效减少顶板事故，确保了生产安全，具有良好的经济效益及积极的社会意义，现已在东庞矿全面推广。

参考文献

[1]王青龙.浅谈巷道掘进中的临时支护方法[J].科技信息，2009（36）：212.

[2]皇甫美俊.掘进巷道临时支护工艺探讨[J].山东煤炭科技，2017（3）：60.

[3]掘进巷道临时支护技术及防片帮措施[J].煤矿支护，2013（3）：42.