机掘巷道连掘、连支配套技术应用

王清峰 李善飞 郭汉青

摘要：随着装备水平的提升，综掘机械化得到较大的推广应用，加上后配套运输系统逐步完善及机载临时支护装置的普及，使综掘机得到了充分的发挥，促进了综合单进水平的提高，但是掘进、支护、运输不能平行作业成为制约机掘巷道单进水平提升的瓶颈，翟镇煤矿自主研发连体自移超前支架与综掘机配套施工，实现掘进→无支护→临时超前支护→永久性支护的连掘连支衔接过渡，实现真正意义上掘锚支平行作业一体化。

关键词：连掘连支;掘锚支一体化;平行作业;本质安全

翟镇煤矿根据综掘机使用历程中经验及通过理论分析和模拟分析总结出巷道掘进中临时支护最佳时间、临时支护载荷及永久支护载荷数据值，主要从综掘机割煤、打眼、锚杆安装、锚固、支护配套一体化上人手，进行优化、创新、突破，发明设计了连体自移超前支架与综掘机配套施工，实现掘进→无支护→临时超前支護→永久性支护的连掘连支衔接过渡，即实现综掘机连续割煤、支架后连续支护并行作业;研发了全封闭式桥式皮带、红外线限位断电装置及综掘机或支架泵站资源配套的打眼机具，解决支护与“破、装、运”不配套、无法平行作业的矛盾。

一、连体自移超前支架

连体自移超前支架主要针对传统巷道掘进技术中支护设备和支护方法上存在的局限性，研制和开发的新型支护方式以取代传统支护方式，实现巷道掘进作业机械化自动支护、整体式式掩护以及提高劳动效率、减轻劳动强度和提高安全性的主要支护设备〔1〕。连体自移超前支架对顶板适应性强，加大了支护面积，达到巷道掘进安全支护自动化的目标，是实现快速掘进和安全生产的重要设备。连体自移超前支架主要技术特征：

（1）支架采用手动操作，全液压控制，支架前部支护空间满足采掘设备掘进作业要求，满足掘进巷道铺网和固定锚杆作业要求。

（2）支架和综掘机相互配套，交替互移，实现机械化支护。

（3）支架主要前顶梁、后顶梁、伸缩梁、挑梁、联动梁掩护梁、四连杆机构、底座等铰接联接，山立柱、调架千斤、顶推移千斤顶及支架液压控制系统等完成支架的各种动作，完成巷道掘进安全支护自动化。

（4）支架所有动作均采用液压控制，操作方便，省时省力。

根据翟镇煤矿半煤岩巷道掘进状况，设计了ZJC4600/20/32型连体自移超前支架，该支架为分体式支架，由3组4.5米自移超前支架和1组2.5米后维护支架组成，如图3-3所示，整组长度18.1米，展开后长度最大24.6米。后维护支架主要起到上坡施工防倒及利于永久支护。自移超前支架通过前部和后部这样的分体结构实现自移，其过程是，当支架进行临时支护时，后部以前部为支撑体，由前部拉动后部移动步距，而后部则推动前部移动步距，前后部互为支点。其结构主要由金属结构件和液压元件系统组成。金属结构件主要包括顶梁、中间伸缩梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座、顺梁、横梁等;液压元件主要包括立柱、各种千斤顶、液压控制元件（单向阀、安全阀等）、液压辅助元件（胶管、弯头、三通等）等。

二、“主动支护+辅助支护”联合临时支护理念

11105W运输巷及11106E轨道巷顶板采用全裸露在支架后一次性托放钢带及顶网，因前探臂长度1.5米，一般移机一次对顶板反复冲击顶板6-7次，不利于顶板支护;加上综掘机长度，整体有10-18岩石自重压在支架上，安全系数较低;

矿提出“主动支护+辅助支护”联合临时支护模式，即迎头破岩后在支架掩护下第一排顶板自左肩窝第一根锚杆开始间隔一根锚杆打设一根锚杆打设3根锚杆压网、第二排自右肩窝第一根锚杆开始间隔一根锚杆打设一根锚杆打设3根锚杆压网作为区段主动支护，再在超前支架辅助支护，确保整个悬空顶板稳定性，杜绝离层现象。

通过现场利用顶板离层在线监测系统进行观测，打设两根锚杆在支架双重维护下放置10小时，顶板下沉50-100mm;打设三根锚杆在支架双重维护下放置10小时，顶板下沉10-25mm;打设三根锚杆在支架双重维护下放置6小时，顶板无下沉及离层迹象。

三、全封闭式桥式皮带

主要存在隐患：一是桥式皮带为镂空的皮带运行时存在撒矸伤人现象;二是桥式皮带机尾与主运皮带机尾搭接，综掘机因切割需要需前后及左右调机移动，桥式皮带易发生掉道伤人现象。

将桥式皮带全部进行封闭，同时将单轨吊梁与支护锚杆进行吊挂，加工占用吊挂装置2-3道与单轨吊机车专用滑动轮连接，让全封闭式桥式皮带在单轨吊梁上自动滑行，不但杜绝了皮带运行时存在撒矸现象，而且有效杜绝了掉道现象。

四、红外线限位断电装置

综掘机在掘进过程中需要反复前进、后退调整施工状态，虽然在支架设计中已预留2-3米空间，但是综掘机后退时机后无人看守，即使看守由于综掘机开动及皮带运行噪声较大，无法与综掘机司机及时联系，容易造成综掘机碰人事故，不利于综掘机连续切割与架后连续支护平行作业。

矿利用红外线与光感传感器配合，研发红外线限位断电器，红外线限位断电装置直接安装在施工地点以里，当综掘机后退到红外线限位装置处，综掘机后退功能失效，致使综掘机无法后退，为了避免综掘机司机在上山或退机速度快原因，红外线限位断电装置安装在施工地点以里1-2米位置。

工作原理：将光感传感器与综掘机后退液压油管上安装的溢流阀连接，综掘机送电后将光感传感器开关打开，光感传感器能接收到红外线光线时综掘机可以正常后退、前进，且不影响其正常动作;当光感传感器无法接收到红外线光线时后退油管上的溢流阀自动关闭，使后退油管内无液压油，致使后退操作阀操作失效，有效避免前后联系不畅通现象，为实现迎头综掘机连续掘进与支架后永久支护平行作业奠定基础。

五、经济效益

1、提出了机掘工作面“主动支护+辅助支护”联合临时支护理念，相比被动受压的支护方式，提高了巷道掘进中的安全和效率，为临时支护设备的研发提供了依据。

2、研发机掘工作面综掘机与连体自移超前支架配套模式，打破传统掘进施工模式，实现掘、锚、支平行作业一体化，提高了综掘综合单进及工作效率，单进由12年335米提高到543米，提高208米，年节省8个月进300米综掘队。

3、发明设计连体自移超前支架，3组4.5米自移超前支架和1组2.5米后维护支架组成，每组横梁上安装两组前探臂及架间安装双向伸缩油缸，加大移机步距，并保证在支架全部展开工作状态下人员始终处在支架掩护下;实现了无空顶化施工，增加了施工人员在临时支护下的安全性。

4、研发全封闭桥式皮带、红外线限位断电装置，解决支护与“破装运”不配套、无法平行作业的矛盾，实现真正意义上掘锚支平行作业一体化。

5、通过配套模式研究与应用，不但提高了临时支护的安全程度，而且达到了减人提效，高掘高效的目的。

六、结论

掘、支、运是掘进过程中基础工序，如何实现三者合理的兼容或平行作业，成为制约实现掘锚支一体化的瓶颈;翟镇煤矿通过论证巷道开挖后应力分布规律及顶板离层时空关系〔2〕，得出最佳临时支护时间，研发连体自移式超前支架与综掘机配套施工，实现迎头连续掘进、架后连续永久支护平行作业，实现机掘巷道单进水平质的飞越，为掘锚支一体化技术拓展了思路。

参考文献：

[1]杜长龙 多功能巷道临时支架 《江苏煤炭》 1993年

[2]蔡美峰 岩石力学与工程 北京：科学出版社 2002年

作者简介：

王清峰（1983.1-），男，山东泰安人，本科学历，毕业于山东科技大学采矿工程专业，长期从事煤矿生产管理工作，现在任新汶矿业集团公司翟镇煤矿副总工程师。