巷道新型机载超前支护装置的分析与应用

常 伟

（大同煤矿集团忻州窑矿， 山西 大同 037001）

引言

巷道在掘进过程中受施工工艺、煤层赋层、地质构造等影响，巷道掘进后支护前出现局部空顶现象，施工人员在进行空顶顶板支护时需进行临时支护控制顶板，防止顶板出现破碎、冒落现象，避免煤矿顶板事故发生。但是我国煤矿掘进巷道目前采用超前支护装置主要采用丝杠式超前支护装置以及机载支护装置等，该支护装置自动化水平相对较低，支护时工序复杂且劳动作业强度大，不利于巷道安全快速掘进。本文以忻州窑矿2507 巷为例，在巷道掘进期间设计了一套新型机载超前支护装置，并进行实际应用，力求保证进一步提高巷道临时超前支护效果，保证巷道掘进安全。

1 大同煤矿集团忻州窑矿2507 巷概述

大同煤矿集团忻州窑矿2507 巷位于井田东三盘区，工作面回采煤层为14-3 号层，平均厚度为3.27 m，巷道设计长度为451 m，巷道设计断面为矩形断面，断面规格宽×高为4.5 m×3.5 m，巷道采用综合机械化掘进施工工艺。

2507 巷主要采用EBZ260 型掘进机进行掘进，单茬掘进深度为1.2 m，巷道掘进后采用机载前探支护装置对空顶顶板进行支护，并采用掘进机进行工作面煤矸清理，同时施工人员对顶板进行永久支护施工[1-2]。由于传统机载支护装置支护断面有限，支护自动化水平低、劳动作业强度高且对顶板支护效果差，导致2507 巷在掘进至47 m 处揭露一条正断层，顶板在施工永久支护时出现局部破碎冒漏现象，传统机载支护装置无法满足支护要求。对此，忻州窑矿通过技术研究设计了一套新型机载超前支护装置，确保巷道安全快速掘进施工。

2 设备的结构及工作原理

掘进机新型超前支护装置主要是通过液压泵提供高压油，操作人员手动控制液压阀进行操作，各千斤顶根据工作人员的操作对空顶进行支护。该设备能够对掘进的工作面进行及时有效的支护，给铺网及打锚杆工作人员提供安全、可靠的空间，同时避免了工作人员在空顶的条件下冒险作业，最大限度地提高了掘进巷道作业人员的安全[3]。

2.1 新型超前支护装置的结构

该掘进支护装置主要由高强度材质的底座、伸缩千斤顶、伸缩臂、回转千斤顶及回转臂、护顶千斤顶、护顶臂及护顶托盘、升降千斤顶、电液操作阀、胶管组成，如图1 所示。

图1 掘进机新型机载超前支护装置结构示意图

2.2 装置的工作原理

1）该掘进支护设备最重要的部件就是底座，底座一端使用高强度的螺栓与掘进机截割电机法兰相连，底座的另一端使用销轴与掘进机回转台连接[3]。这样既能确保支护装置的稳定可靠性，又能承载支护设备较大的载荷。伸缩臂使用销轴与底座铰接，在伸缩臂与底座间安装两套升降千斤顶，工作人员通过控制升降千斤顶的伸缩完成空顶的支护[4]。

2）在伸缩臂的框架结构内安装伸缩千斤顶，确保了支护设备的前探距离及工作人员的安全空间。该装备回转臂的伸展不仅能够增加工作人员安全作业空间，还能在复杂地质构造下辅助护顶臂完成对顶板的支撑，确保在任何环境下，掘进支护设备都能安全、可靠地完成超前支护任务。

3）设备工作时，掘进机的左右护臂首先与顶板接触完成临时支护，油泵停止工作后，工作人员方可站在支护下方实施铺网、钻孔及打顶锚杆工作，待全部顶锚杆施工完毕后才能收回掘进机临时支护[5]。在临时支护未接顶前，所有工作人员严禁站在掘进机铲板前方，工作人员将油泵断电、闭锁、挂牌后，支护人员才能开始作业。

3 新型超前支护装置的优缺点

3.1 装置优点

1）该装置具有支护强度高、移动速度快、操作简单的优点，能够将掘进机与临时支护有效统一，完善了掘进机支护的工艺流程，相同的时间使工作量增加为原来的3 倍，原来由人工打顶锚杆5 人半小时才能完成一组，现在使用临时支护只用10 min 就能完成一组，大大降低了工作人员的劳动强度，提高了掘进速度。掘进机在生产时将临时支护折叠收缩于截割盖板上，不仅减少了掘进巷道的占地面积，而且不会影响掘进机的正常作业。

2）该设备操作简单，正常情况下只需一人就能够完成全部操作程序，降低了人员的劳动强度及数量，确保了顶板空顶的支护质量。设备采用油缸供压的方式对顶板提供初撑力，能够确保顶板支护的稳定性。掘进机、临时支护及支护工相互配合，确保整个掘进工作顺利完成。该设备前支撑部件可以进行伸缩，两侧支撑部件可以进行折叠，这样能够在伸出时最大限度地提高支护的范围，收缩时最小限度地减少影响范围。

3）该设备在升起后顶部支撑件能够与顶板整体接触，增加了对空顶区域的支护范围。同时设备内的各个部件均采用质量轻、体积小、寿命长、强度高的材质，能够便于工作人员的拆装。掘进机临时支护装置能够实现全方位伸缩调节，同时具备在倾斜巷道调节角度功能，能够适应于各类巷道。

3.2 装置缺点

1）该装置升降、回转主要通过液压系统进行动作，在实际巷道掘进中，由于巷道粉尘浓度大且受煤矸影响，导致装置液压系统受损严重，主要表现在液压系统密封损坏，导致系统液压系统污染严重，需定期对液压系统进行维护。

2）该支护装置主要采用液压系统及钢结构组成，相比传统机载支护装置成本费用高，装置出现损坏时维修难度大且维修成本费用高。

4 应用效果

2019 年4 月17 日对2507 巷掘进机安装了新型超前支护装置，截止8 月24 日巷道已掘进到位，通过4 个月实际应用观察发现，采用该支护装置后，仅需一人进行操作即可，降低了劳动作业强度，而且该支护装置能都对顶板进行有效支护，支护效果好，在支护期间未发生因顶板支护不到位导致顶板垮落事故，有效保证了巷道安全高效掘进，得到了矿及集团公司一致认可，并在其他煤矿机掘巷道中进行推广应用，取得了显著的应用成效。