矿井巷道可移动式超前临时支护装置的设计与应用

赵江波

(晋煤集团 寺河煤矿， 山西 晋城 048019)

0 引言

煤矿井下巷道机械掘进或爆破掘进后，顶板空顶长度一般在1.0～3.0 m范围内，施工人员在前探超前支护下进行顶板永久支护施工。但传统的矿用临时超前支护是采用槽钢对顶板进行支护。该支护装置结构简单，支护效果差，而且安装难度大，不利于操作[1]。晋煤集团寺河煤矿二号井153208巷为153304综采工作面回风巷，施工巷道沿15#煤顶板、南北方向布置，掘进煤层平均厚度为2.6 m,巷设计长度为1 332 m，断面规格为宽×高=5.0 m×2.6 m。截至目前巷道已掘进350 m。

153208巷采用综合机械化掘进施工工艺，巷道掘进后顶板设计允许最大空顶距为1.5 m。由于巷道掘进煤层结构复杂，煤层易破碎，巷道掘进后煤壁片帮现象严重，导致顶板空顶距加大，最大空顶距达2.8 m。巷道施工前期,顶板采用丝杠丝前探梁超前支护进行顶板空顶处临时支护。该装置主要利用四根槽钢均匀布置在空顶顶板处，从而起到支撑顶板的作用。但该装置质量大，安装时需人工抬运，劳动强度大，而且该装置对空顶顶板无法全面支护，支护效果差。通过现场观察发现，在采用丝杠式临时超前支护进行顶板支护期间,共计发生3次顶板冒落事故，工作面被迫停止4.5 d，损坏两台400 A隔爆开关，造成经济损失达112.3万元,严重威胁着巷道安全掘进。对此，综掘二队通过技术研究，设计了一套可移动式超前临时支护装置。

1 可移动式超前临时支护装置的结构组成

可移动式超前临时支护装置主要由移动部、支撑部、升降部、PLC控制器等部分组成,如图1所示。

1) 移动部主要由万向轮、底座、固定板、液压杆、伸缩腿等部分组成。其中固定板与底座连接，液压杆可通过手动开关控制升降。

1-压力传感器;2-安装板;3-支撑柱;4-升降杆;5-升降板;6-升降架;7-液压缸;8-固定板;9-液压杆;10-固定板;11-万向轮;12-滑块;13-底座;14-箱体;15-纵向滑轨;16-升降台;17-报警器;18-垫片;19-固定环;20-照明灯;21-支撑板。

2) 升降部主要由升降架、箱体、液压缸、滑轨(横向、纵向)、滑块、升降台、升降板、温度传感器、散热器、升降杆、固定环、垫片及报警器等部分组成。其中横向滑轨安装在底座上方，横向滑轨两端安装液压缸，液压缸与滑块连接，滑块上安装升降架。

3) 在箱体两侧安装两个纵向滑轨，升降台与两根滑轨连接,实现上下移动。升降台下方与升降架连接，上方分别连接支撑柱及升降杆。通过升降板上升可使升降杆移动至固定环内，从而固定升降台。

4) 支撑部主要由压力传感器、安装板、支撑板、照明灯、支撑柱等部分组成。其中支撑板由长度为2.5 m、宽度为1.5 m、厚度为8.0 mm的钢板制成，主要对顶板起支撑作用；压力传感器主要用于检测顶板压力，控制升降部升降。

5) PLC控制器分别与温度传感器、液压系统、散热器连接，主要进行信号收集、处理及指令下发等[2]，实现装置自动化控制。

2 工作原理

首先,通过万向轮将装置移动至指定位置，打开装置两端液压杆使伸缩腿与地面接触，使装置稳固。装置稳固后，打开装置液压系统,使两个液压缸活塞横向拉伸，在活塞拉伸作用下使升降架升起。在升降架作用下升降台通过纵向滑轨上升，并使升降杆插入固定环内，同时使支撑柱带动支撑部上升。当支撑部中的支撑板与顶板接触严实后,及时通过固定环固定升降杆，从而使整个支撑部位置固定。在支撑部支护顶板且顶板压力较大时，压力传感器及时将收集到的压力数据以电信号方式上传至PLC控制器[3]，并进行信号处理。信号处理后,PLC控制器控制液压系统使升降部下降至合适位置，从而避免了因顶板压力大导致装置损坏。当支撑部与顶板接触松动时，压力传感器检查到压力减小，从而及时发出警报信号，进行人工检修维护。装置在运行过程中，若升降部内出现温度过高现象时，温度传感器及时将收集到的数据上传至PLC控制器。PLC控制器进行信号处理并打开散热器进行升降部散热，从而防止了升降部内元器件受热甚至被烧坏，显著延长了装置的使用寿命。

3 可移动式超前临时支护装置的结构优点

1) 自动化水平高。该装置设有液压缸和传感器，通过控制液压缸活塞杆伸长，带动升降板及支撑柱上升，达到支撑部支护顶板的目的并根据顶板受压大小自动控制支撑部升降高度，实现了自动化调节控制，不仅操作方便，适用于不同高度的巷道，还提高了巷道临时支护自动化水平[4]。

2) 支护效果好。该装置可通过固定环套接在固定杆上对装置在支护中起到有效的固定作用，大大提高了支护稳定性；同时,装置中的压力传感器能够实时检测顶板压力，并根据压力大小对装置进行升降控制，从而有效地提高了顶板支护效果，防止了顶板垮落事故的发生，具有较高的支护安全性能。

3) 结构简单、实用性强。该装置结构简单，便于操作维护,装置成本费用为1.5万元，成本费用低，而且该装置在实际应用中故障率低；该装置不仅可以用于采掘工作面内，还可以用于隧道、桥梁、建筑等工程中，适用范围广，实用性强[5]。

4 结论

晋煤集团寺河煤矿二号井综掘二队设计了一套可移动式超前临时支护装置。153208巷在后期掘进期间采用该装置后，可有效控制顶板破碎现象，未发生顶板冒落事故。同时,降低了巷道顶板事故率，保证了巷道施工安全，提高了巷道掘进效率，全年可为煤矿提高经济效益达78万元，取得显著的成效。